电子基础与传感 5

项目五：认识三极管《电子传感技术》主讲人：XXX任务一：认识三极管认识三极管任务一认识三极管

生活中，授课、集会、维持秩序等场合需要用到扩音器、音响等设备，这些设备之所以能够放大声音是因为它们都包含放大器，而放大器的核心部件就是三极管。

三极管是电子电路的核心元件，又被称为半导体三极管，也称为双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。文字符号国外一般用字母QR或Q表示，在国内一般用VT或V表示。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关使用。电子传感认识三极管任务一认识三极管

与二极管类似，三极管也是由PN结构成的，它的内部包含两个PN结，这两个PN结由三片半导体构成。

1、三极管的工艺特点电子传感一、三极管的结构注：三极管不是两个PN结的间单拼凑，两个二极管是组成不了一个三极管的！认识三极管任务一认识三极管

2、三极管的结构分类根据这三片半导体排列方式的不同，三极管可以分成NPN型和PNP型。（1）NPN型三极管由两块N型和一块P型半导体组成，P型半导体在中间，两块N型半导体在两侧。（2）PNP型三极管由两块P型和一块N型半导体组成，N型半导体在中间，两块P型半导体在两侧。电子传感一、三极管的结构（a）NPN三极管

（b）PNP三极管认识三极管任务一认识三极管电子传感（a）NPN三极管

（b）PNP三极管图5-2三极管机构和符号3、三极管的结构组成

两种类型的三极管都由三块半导体构成，PNP型。三极管有三个区：发射区、基区、集电区；两个PN结：发射结（发射区与基区间的PN结）、集电结（基区与集电区间的PN结）；三个电极：发射极（E），基极（B）和集电极（C）。如图5-2所示。认识三极管任务一认识三极管电子传感二、三极管各极的电流关系1．电流叠加关系（a）NPN三极管（b）PNP三极管

图5-3三极管各级的电流关系如图5-3所示，NPN型三极管的电流是从基极和集电极流入从发射极流出，PNP型三极管的电流是从是发射极流入后从基极和集电极流出，由此可见三极管各极电流之间的关系为：认识三极管任务一认识三极管电子传感2．电流的放大关系图5-4三极管电流放大示意图在理想状态下，在基极补充一个很小的IB，就可以在集电极上得到一个较大的IC，这就是所谓电流放大作用，IB与IC是维持一定的比例关系。hFE是指晶体管的直流放大系数，也可以用β来表示。hFE是指在静态(无变化信号输入)情况下，晶体管Ic与IB的比值，即：低频时放大倍数β1=△IC/△IB，与直流放大倍数hFE的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。认识三极管任务一认识三极管

三极管的应用十分广泛，种类繁多，主要有以下5种分类方式：电子传感三、常见的三极管1．按功率分根据功率不同，三极管可分为小功率三极管、中功率三极管和大功率三极管。（a）（a）（b）（b）（c）（c）（d）（d）图5-5各种形式的三极管在图5-5各种功率的三极管中，图（a）和图（b）都是小功率管，图（c）为中功率管，图（d）为大功率管。认识三极管任务一认识三极管2、按工作频率分电子传感

根据工作频率不同，三极管可分为低频三极管和高频三极管。

频率响应特性不一样。高频信号的放大用高频三极管，比如无线电波接收到后的信号放大线路里面用高频三极管，低频和功率放大用低频三极管，比如无线电信号被高频管放大后，经过各种处理变成音频信号，这时候用低频三极管把音频信号放大后驱动喇叭才能被人听到。3、按结构不同

根据结构不同，三极管可分为NPN型三极管和PNP型三极管两种。图5-6两种三极管方位变换的画法认识三极管任务一认识三极管4、其他分类电子传感

根据封装形式不同，三极管的外形结构和尺寸有很多种，从封装材料上来说，可分为金属封装型和塑料封装型两种。

根据PN结材料的不同，可分为锗三极管和硅三极管，除此之外，还有一些专用或特殊三极管。

认识三极管任务一认识三极管1．根据PN结的特点，测量三极管，并确定它的型号（NPN、PNP），将结果填入下表。电子传感实训任务：序号三极管标识三极管型号三极管的基级位置1

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表5-1测量确定三极管型号任务二：三极管的特性及测量三极管的特性及测量第*页任务二三极管的特性及测量电子传感一、三极管的特性

三极管特性曲线是反映三极管各电极电压和电流之间相互关系的曲线，是用来描述晶体三极管工作特性曲线。其中，输出特性曲线是指当基极电流IB为常数时，输出电路（集电极电路）中集电极电流IC与集射极电压UCE之间的关系曲线：IC=f（UCE）。在不同的IB下，可得出不同的曲线，所以晶体管的输出特性曲线是一组曲线。晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲组分为三个工作区。如图5-7所示。图5-7三极管输出特性曲线三极管的特性及测量第*页任务二三极管的特性及测量电子传感这里以下图5-8所示的共发射极电路来分析三极管的特性曲线。图5-8共发射极电路

该曲线表示基极电流IB一定时，三极管输出电压UEC与输出电流Ic之间的关系曲线，如下右图所示。图中的每条曲线表示，当固定一个IB值时，调节RC所测得的不同UEC下的IC值。根据输出特性曲线，三极管的工作状态分为三个区域。三极管的特性及测量第*页任务二三极管的特性及测量电子传感1．截止区

它包括IB=0及IB〈0（即IB与原方向相反）的一组工作曲线。当IB=0，IC=Iceo（称为穿透电流），在常温下此值很小。在此区域中，三极管的两个PN结均为反向偏置，即使Uec电压较高，管子中的电流IC却很小，此时的管子相当于一个开关的开路状态。2．饱和区

该区域中的电压UEC的数值很小，UBE>UEC集电极电流IC随UEC的增加而很快的增大。此时三极管的两个PN结均处于正向偏置，集电结失去了收集某区电子的能力，IC不再受IB控制。UEC对IC控制作用很大，管子相当于一个开关的接通状态。三极管的特性及测量第*页任务二三极管的特性及测量电子传感3．放大区

此区域中三极管的发射结正向偏置，而集电极反向偏置。当UEC超过某一电压后曲线基本上是平直的，这是因为当集电结电压增大后，原来流入基极的电流绝大部分被集电极拉走，所以UEC再继续增大时，电流IC变化很小，另外，当IB变化时，IC即按比例的变化，也就是说，IC受IB的控制，并且IC变化比IB的变化大很多，△IC和△IB成正比，两者之间具有线性关系，因此该区域又称为线性区。在放大电路中，必须使用三极管工作在放大区。

由三极管的三种状态产生了三极管的两个应用场合：放大电路和开关电路。三极管的特性及测量第*页任务二三极管的特性及测量电子传感二、确定三极管类型和针脚的办法

三极管应用在电路中，需要确定三极管是NPN还是PNP的类型，还需要确

定三极管的三个电极，即发射极（E），基极（B）和集电极（C）。按确定的三级管的类型和针脚，才能实现三极管在电路中的放大或开关作用。图5-9两种三极管的PN结关系三极管的特性及测量第*页任务二三极管的特性及测量电子传感1．手册查询

通过三极管的型号，查找相关元件的手册，就可以确定三极管的类型和针脚。通过手册可以得知：（1）三极管S9013的类型为NPN。（2）按针脚方向，分别为1为E极，2为B极，3为C极。（3）同时手册还可以了解三极管的工作电压、放大倍数（图中无显示）等。图5-10三极管S9013的应用手册三极管的特性及测量第*页任务二三极管的特性及测量电子传感2．通过外形我们应用三极管时候，可以通过三极管外形来进行初步的判断三极管的各个引脚，如下图5-11所示。需要进一步测测量才能确定三极管的类型和引脚。图5-11常用品体三极管的外形及引脚排列三极管的特性及测量第*页任务二三极管的特性及测量电子传感3．万用表测量确定

根据三极管的两个PN结都具有PN结单向导电的特点，可以利用万用表的电阻挡（或二极管挡）来确定三极管的属性，以及B极的位置。

也可以借助电阻的方法来确定三极管的C极和E极。（不推荐）

也可以利用利用数字万用表的hFE挡来以及8孔测试口来确定三极管的类型、接口及放大倍数hFE。如下图5-12所示。图5-12数字万用表的三极管hFE挡和8孔测试口三极管的特性及测量第*页任务二三极管的特性及测量电子传感三、测量方法1．初步确定B极通过三级管的外形，初步确定三级管的B极针脚位置，还需要用数字万用表来进一步验证。2．确定B极和类型将数字万用表转换开关转至二极管挡，红黑表笔分别接V/Ω和COM接口。将黑表笔接触初始确定B极针脚位置，红表笔接另两个针脚，表显示通（硅管正向压降在0.6V左右）。表示B极初始确定的位置正确，且该三极管为PNP的类型。三极管的特性及测量第*页任务二三极管的特性及测量电子传感将红表笔接触初始确定B极针脚位置，黑表笔接另两个针脚，表显示通（硅管正向压降在0.6V左右）。表示B极初始确定的位置正确，且该三极管为NPN的类型。假如没有上面的现象，表示B极初始确定错误，需要假设另一针脚为B极，再进行分别的尝试。3．确定C、E极和hFE将数字万用表转换开关转至hFE挡。按确认晶体管类型，根据被测量三级管的B极针脚，插入数字万用表面板上的及8孔测试口。如连接正确，万用表上会显示hFE值，根据对应口的标识，可以确定B、C、E三级以及万用表的放大倍数hFE值。三极管的特性及测量第*页任务二三极管的特性及测量电子传感【实训任务】1．通过上面介绍的方法，确定三极管的各项参数。序号三极管标识三极管型号B极位置E极位置C极位置hFE1

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表5-2确定三极管参数任务三：三极管的放大电路三极管的放大电路任务三三极管的放大电路电子传感

三极管放大作用是指，在三极管输入端输入一个幅度较小的信号（这个信号可以是电压或电流），三极管可以按照输入信号的变化规律将其转为幅度较大的信号。三极管的放大作用用途很广，譬如可以将话筒输出的微弱音频信号放大后驱动喇叭工作，可以将红外遥控信号放大后驱动风扇电机工作。一、偏置电压

偏置电压可以说成待机电压，给基极B施加一个电压，使三极管随时能起到正常工作状态下的放大作用。三极管的放大电路任务三三极管的放大电路电子传感图5-13三极管放大电路

上图是一个三极管构成的单管放大电路，Rb是三极管的基极偏置电阻，其作用是给三极管提供一个合适的直流偏压，使三极管能够正常放大信号。我们假定该放大器的放大倍数为50，输入信号的幅度为2mV，那么在放大器的输入端输入2mV的微弱信号，经三极管放大后，在其输出端便可以输出一个100mV的放大信号，若将该信号再经放大器放大，便可以获得幅度更大的信号，这就是三极管的放大作用。三极管的放大电路任务三三极管的放大电路电子传感二、共发射极三极管放大电路如下图交流信号从基极输入，集电极输出，发射极为公共极。特点：管子输出电压与输入电压相位相反，用于多级放大电路的中间级，电压放大器。电流电压功率增益均很大。图5-14共发射极三极管放大电路三极管的放大电路任务三三极管的放大电路电子传感三、共集电极三极管放大电路

交流信号从基极输入，从发射极输出，集电极就是公共极，又称射极跟随器。图5-15共集电极三极管放大电路特点：电流放大，电压跟随，输入阻抗大，输出阻抗小。多用在多级放大器的输入级、输出级、缓冲级。三极管的放大电路任务三三极管的放大电路电子传感四、共基极三极管放大电路

交流信号从发射极输入，集电极输出，基极为公共极。图5-16共基极三极管放大电路特点：输入输出同相，电压增益高，电流增益低；输入阻抗小信号衰减严重，不适合做电压放大器；频宽很大，常用作宽频、高频放大器和恒流源电路。三极管的放大电路任务三三极管的放大电路电子传感【实训任务】1．画出共基极三极管放大电路2．画出共发射极三极管放大电路

注：判断三级管放大电路的办法

三极管放大器有一个输入回路和一个输出回路，要构成一个回路，那么需要两根引脚，每一个回路都需要两根引脚，但是三极管只有三个引脚，那么这三根引脚中必定有一个引脚要被输入回路和输出回路共有，所以，我们可以通过判断哪一个引脚被共用，那么这个三极管放大器就是共该引脚所对应电极的放大器。任务四：搭接三极管的小电路并焊接搭接三极管的小电路并焊接第*页任务四搭接三极管的小电路并焊接电子传感一、电路图图5-17所示为搭接三极管电路原理图，可实现电路的放大功能。图5-17三极管放大电路图搭接三极管的小电路并焊接第*页任务四搭接三极管的小电路并焊接电子传感二、电子元件表具体使用元件如下表：表5-3音频放大电路的元件表编号名称数量规格功能Vcc电池19V电池电池电池帽1专用连接电池鳄鱼夹和连接导线1一对连接电路Mic驻极体话筒1φ6mm音频输入SP喇叭18Ω0.5W声音输出VT1三极管1D882P功率放大R13.3KΩ11/4w色环电阻限流电阻R2330Ω11/4w色环电阻限流电阻R310KΩ11/4w色环电阻偏置电阻C1电解电容14.7μF（25V）音频输入耦合电容C2电解电容1100μF（25V）音频输出耦合电容搭接三极管的小电路并焊接第*页任务四搭接三极管的小电路并焊接电子传感三、电路分析

图中，Mic拾音器（话筒）通过声音的输入会导致话筒阻值的变化，从电源正极经过R1再经过Mic到接地端的电流将随之变化，从而使得C1电容负极出现连续的不间断的电压变化。

电容在不停充电放电的过程中，将Mic两端的电压变化，传导到了C1电容的正极。也就是说，连续变化的电压（电流）可以通过电容；在直流电路中，电容元件对直流呈现的容抗为无穷大，阻碍直流电通过。这个特性称为：电容的通交（流）隔直（流）特性。

通过R3偏置电阻的作用，使得进入VT1的基极音频信号电压都具有正向导通作用，可以让三极管VT1工作在放大区域。电源经R2和VT1至接地端口的电流是放大后的音频电流。可以通过电容C2，在喇叭SP端口输出，本三极管放大电路起到了将音频功率放大的作用。搭接三极管的小电路并焊接第*页任务四搭接三极管的小电路并焊接电子传感【实训任务】1．用面包板搭接电路。表5-4搭接效果表