《电子基础与技能》项目三运算放大电器半导体三极管

1.2.1半导体三极管的基本结构与分类

1．结构及符号三极：发射极E、基极B、集电极

C。三区：发射区、基区、集电区。1.2半导体三极管

PNP型及NPN型三极管的内部结构及符号如图所示。

实际上发射极箭头方向就是发射结正向电流方向。

两结：发射结、集电结。三极管内部的区域具有以下特点（1）集电区与发射区是由同种半导体材料构成的，基区的半导体材料与集电区、发射区的不同，这样才能构成两个PN结。（2）发射区的掺杂浓度远大于集电区，以利于发射区载流子和集电区吸收载流子。（3）基区的掺杂浓度特别低，而且基区也很薄，这样才能使三极管具有较大的电流放大作用。

（1）按半导体基片材料不同：NPN型和PNP型。

（2）按功率分：小功率管和大功率管。

（3）按工作频率分：低频管和高频管。

（4）按管芯所用半导体材料分：锗管和硅管。

（5）按结构工艺分：合金管和平面管。

（6）按用途分：放大管和开关管。

2．分类1.2半导体三极管三极管常采用金属、玻璃或塑料封装。常用的外形及封装形式如图所示。

3．外形及封装形式1.2半导体三极管

1．三极管各电极上的电流分配

三极管电流分配实验电路如图所示。1.2.2

三极管的电流放大作用1.2半导体三极管

实验数据

表1-1三极管三个电极上的电流分配IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA0.010.561.141.742.332.91IE/mA0.010.571.161.772.372.96

结论：IE=IB+IC

三极管的电流分配规律：发射极电流等于基极电流和极电极电流之和。1.2半导体三极管

2．三极管的电流放大作用

由表1-1的数据可看出，当基极电流

IB由0.03mA变到0.04mA时，集电极电流IC

由1.74mA变到2.23mA。上面两个变化量之比为1.2半导体三极管

（1）三极管的电流放大作用，实质上是用较小的基极电流信号控制集电极的大电流信号，是“以小控大”的作用,是一种电流控制器件。

由此可见，基极电流的微小变化控制了集电极电流较大的变化，这就是三极管的电流放大原理。

结论：要使三极管起放大作用，必须保证发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压,即NPN管，UC>UB>UE;PNP管，UC<UB<UE。

（2）三极管的放大作用，需要一定的外部条件。

注意：1.2半导体三极管例题用直流电压表测量某放大电路中某个三极管各极对地的电位分别是U1=2V,U2=6V,U3=2.7V,试判断三极管各对应电极与三极管管型。

利用三极管的电流放大作用，可以用来构成放大器，其方框图如图所示。

（1）共发射极电路（CE）：把三极管的发射极作为公共端子。

三极管在构成放大器时，有三种基本连接方式：1.2.3

三极管的基本连接方式1.2半导体三极管（2）共基极电路（CB）：把三极管的基极作为公共端子。（3）共集电极电路（CC）：把三极管的集电极作为公共端子。1.2半导体三极管

输入特性：在VCE一定的条件下，加在三极管基极与发射极之间的电压VBE和它产生的基极电流IB

之间的关系。

1．输入特性曲线1.2.4

三极管的特性曲线1.2半导体三极管

改变RP2可改变VCE，VCE一定后，改变RP1可得到不同的VBE和IB

。由图可见：（1）当V

CE

≥1V时，特性曲线基本重合。（2）当VBE

很小时，IB等于零，三极管处于截止状态。1.2半导体三极管（4）三极管导通后，VBE基本不变。硅管约为0.7V，锗管约为0.3V，称为三极管的导通电压。（5）VBE与IB

成非线性关系。（3）当VBE大于门槛电压（硅管约0.5V，锗管约0.2V）时，IB逐渐增大，三极管开始导通。1.2半导体三极管

输出特性：在

IB

一定条件下时，集电极与发射极之间的电压VCE和集电极电流IC

之间的关系。

2．输出特性曲线1.2半导体三极管先调节RP1，使IB为一定值，再调节RP2得到不同的VCE、IC。测试电路如图所示。输出特性曲线1.2半导体三极管条件：发射结反偏或两端电压为零。（2）放大区条件：发射结正偏，集电结反偏。特点：

IC受IB控制，即

IC=

IB

。在放大状态，当IB一定时，IC不随VCE变化，即放大状态的三极管具有恒流特性。

（3）饱和区条件：发射结和集电结均为正偏。

VCES

称为饱和管压降，小功率硅管约0.3V，锗管约为0.1V。输出特性曲线族可分三个区：特点：VCE=VCES。（1）截止区

特点：IB=0，IC=ICEO。1.2半导体三极管

3．三极管的主要参数：②集电极—发射极反向饱和电流ICEO。

①集电极—基极反向饱和电流ICBO。（2）极间反向饱和电流

选用管子时，

值应恰当，一般说来，

值太大的管子工作稳定性差。（1）共射极电流放大倍数

两者关系：

ICEO=（1+

）ICBO1.2半导体三极管（3）极限参数②反向击穿电压。

当基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反向电压—V（BR）CEO。

当发射极开路时，集电极与基极之间所能承受的最高反向电压—V（BR）CBO。

当集电极开路时，发射极与基极之间所能承受的最高反向电压—V（BR）EBO。1.2半导体三极管

当IC过大时，电流放大系数

将下降。在技术上规定，

下降到正常值的2/3时的集电极电流称集电极最大允许电流。①集电极最大允许电流ICM。

在三极管因温度升高而引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率。

三极管应工作在三极管最大损耗曲线图中的安全工作区。三极管最大损耗曲线如图所示。③集电极最大允许耗散功率PCM1.2半导体三极管

1．用万用表判别三极管的管型和管脚方法：

①黑表笔和三极管任一管脚相连，红表笔分别和另外两个管脚相连测其阻值，若阻值一大一小，则将黑表笔所接的管脚调换重新测量，直至两个阻值接近。如果阻值都很小，则黑表笔所接的为NPN型三极管的基极。若测得的阻值都很大，则黑表笔所接的是PNP型三极管的基极。1.2.5

三极管的简易测试1.2半导体三极管

②若为NPN型三极管，将黑红表笔分别接另两个引脚，用手指捏住基极和假设的集电极，观察表针摆动。再将假设的集电极和发射极互换，按上述方法重测。比较两次表针摆幅，摆幅较大的一次黑表笔所接的管脚为集电极，红表笔所接的管脚为发射极。

③若为PNP型三极管，只要将红表笔和黑表笔对换再按上述方法测试即可。1.2半导体三极管

2．判断三极管的好坏

（1）万用表置于“R

1k”挡或“R

100”挡位。

（2）方法：分别测量三极管集电结与发射结的正向电阻和反向电阻，只要有一个PN结的正、反向电阻异常，就可判断三极管已坏。1.2半导体三极管

1．片状三极管的封装

小功率三极管：额定功率在100mW~200mW的小功率三极管，一般采用SOT-23形式封装。如图所示。

1—基极，2—发射极，3—集电极。1.2.6

片状三极管1.2半导体三极管

3．判断三极管

的大小

将两个NPN管接入判断三极管C脚和E脚的测试电路，如图所示，万用表显示阻值小的管子的

值大。

4．判断三极管ICEO的大小

以NPN型为例，用万用表测试C、E间的阻值，阻值越大，表示ICEO越小。1.2半导体三极管

②若为NPN型三极管，将黑红表笔分别接另两个引脚，用手指捏住基极和假设的集电极，观察表针摆动。再将假设的集电极和发射极互换，按上述方法重测。比较两次表针摆幅，摆幅较大的一次黑表笔所接的管脚为集电极，红表笔所接的管脚为发射极。

③若为PNP型三极管，只要将红表笔和黑表笔对换再按上述方法测试即可。1.2半导体三极管

大功率三极管：额定功率在1W~1.5W的大功率三极管，一般采用SOT-89形式封装。

1—基极，3—发射极，2、4（内部连接在一起）—集电极。1.2半导体三极管

在三极管的管芯内加入一只或两只偏置电阻的片状三极管称带阻片状三极管。

2．带阻片状三极管1.2半导体三极管带阻片状三极管型号及极性。表1-2部分带阻片状三极管型号和极性型号极性R1/R2型号极性R1/R2DTA114YP10k

/47k

DTC114EN10k

/10k

DTA114EP100k

/100k

DTC124EN22k

/22k

DTA123YP2.2k

/2.2k

DTC114N47k

/47k

DTA143XP4.7k/22k

DTC114WKN47k

/22k

DTC143XN4.7k

/10k

DTC114TNR1=10k

DTC363EN6.8k

/6.8k

DTC124TNR1=22k

1.2半导体三极管

3．复合双三极管

在一个封装内包含两只三极管的新型器件。1.2半导体三极管

常见外型封装形式如图所示。

UM—6

SOT—25

SOT—36

1.3场效晶体管

半导体三极管是利用输入电流控制输出电流的半导体器件，称为电流控制型器件。

场效晶体管是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流的器件，称为电压控制器件。

根据结构和工作原理不同，场效晶体管可分为{结型（JFET）绝缘栅型（MOSFET）1.3.1

结型场效晶体管

1．符号和分类结型场效晶体管的电路符号和外形如图所示。三个电极：漏极（D），源极（S）和栅极（G），D和S可交换使用，电路符号和外形如图所示。。

结型场效晶体管可分为P沟道和N沟道两种，在电路符号中用箭头加以区别。1.3场效晶体管

2．电压放大作用场效晶体管的放大电路如图所示。场效晶体管共源极电路中，漏极电流受栅源电压控制。

场效晶体管是电压控制器件，具有电压放大作用。1.3场效晶体管1.3.2

绝缘栅场效晶体管栅极与漏、源极完全绝缘的场效晶体管，称绝缘栅场效晶体管（MOSFET）。

输入电阻很大，在1012

以上。

它也有N沟道和P沟道两大类，每一类中又分为增强型和耗尽型两种。1.3场效晶体管

1．电路符号和分类①N沟道—箭头指向内。沟道用虚线为增强型，用实线为耗尽型，N沟道称NMOS管。②P沟道—箭头指向外。沟道用虚线为增强型，用实线为耗尽型，P沟道称PMOS管。1.3场效晶体管四种场效晶体管的电路符号如图所示。

P沟道增强型

N沟道耗尽型

P沟道耗尽型

N沟道增强型

2．结构和工作原理（1）结构1.3场效晶体管

②在源区和漏区之间的衬底表面覆盖一层很薄的绝缘层，再在绝缘层上覆盖一层金属薄层，形成栅极（G）。

①N型区引出两个电极：漏极（D）、源极（S）。

③从衬底基片上引出一个电极，称为衬底电极。以N沟道增强型MOSFET为例

。

（2）工作原理

①当VGS=0

，在漏、源极间加一正向电压VDS

时，漏源极之间的电流ID=0

。

②当VGS>VT

，在绝缘层和衬底之间感应出一个反型层，使漏极和源极之间产生导电沟道。在漏、源极间加一正向电压VDS

时，将产生电流ID

。总结：

VGS越大，导电沟道越宽，沟道电阻越小，ID越大。则通过调节VGS可控制漏极电流ID

。（3）输出特性和转移特性（与晶体管类似）。1.3场效晶体管

3．电压放大作用

MOS场效晶体管放大电路与结型场效晶体管放大电路的工作原理相似。

N沟道耗尽型场效晶体管的VGS可取负值，取正值和零均能正常工作。通常将增强型MOS管简写为EMOS，耗尽型MOS管简写为DMOS。1.3场效晶体管1.3.3

MOSFET和三极管的比较

1．MOSFET温度稳定性好。

2．MOSFET输入电阻极高，因此，MO