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1、项目二：简易扩音器的分析与检测,本项目以简易扩音器为载体，通过对简易扩音器的分析与检测，了解三极管的特性，掌握三极管的检测方法，理解单管放大电路、功放电路的原理，学会示波器的使用，能对这些电路进行分析与检测。并对场效应管和晶闸管有个简单的认识。,目 录,3,简易扩音器检测,6,2.1 简易扩音器的认识,简易扩音器是将声音转换成电信号，再由内部电路将小信号放大后扬声器播放出来。从以上图可知,简易扩音器主要由三部分组成：话筒、内部电路和简易扬声器。简易扩音器的内部电路实物图如图所示。,2.1 简易扩音器的认识,2.2 三极管的特性与检测,三极管的结构与符号,半导体三极管按使用材料分硅管、锗管两大类
2、；按功率分大功率管、中功率管、小功率管；按工作频率分低频管、高频管、超高频管；按用途分放大管、开关管、低噪声管、达林顿管等；按结构分PNP型管和NPN型管等。,2.2 三极管的特性与检测,为使三极管具有电流放大作用，在制造工艺中要具备以下内部条件： 发射区高掺杂。其掺杂浓度要远大于基区掺杂浓度，能发射足够的载流子； 基区做得很薄且掺杂浓度低，以减小载流子在基区的复合机会； 集电结结面积比发射结大，便于收集发射区发射来的载流子及利于散热。,2.2 三极管的特性与检测,三极管的特性与参数,1三极管的工作电压使三极管能正常放大信号，让发射区发射电子，集电区收集电子，所加的工作电压必须具有的条件是发射
3、结加正向电压，即正向偏置，集电结加反向电压即反向偏置。 2三极管内部载流子的传输过程,2.2 三极管的特性与检测,（1）发射区向基区发射电子发射区的多数载流子电子不断通过发射结扩散到基区，形成发射极电流IE （2）电子在基区中扩散与复合从发射区发射到基区的电子与基区内的空穴只有极小部分与空穴复合，形成基极电流IB，且IB值很小。绝大部分电子都会扩散到集电结。,2.2 三极管的特性与检测,（3）集电区收集扩散的电子集电结对扩散来到达集电结边缘的电子有很强的吸引力，可使电子全部通过集电结为集电区所收集，从而形成集电极电流IC。另一方面，集电结加反向电压使基区中的少子电子和集电区的少子空穴通过集电结
4、形成反向漂移电流称为反向饱和电流ICBO。它的数值很小，但受温度影响很大，造成管子工作性能不稳定。因此在制造过程中应尽量减小ICBO。由于三极管内部两种载流子（自由电子和空穴）均参与导电，因此称为双极型三极管（以后我们会了解到场效应管只依靠一种载流子导电而称为单极型晶体管）。,2.2 三极管的特性与检测,3电流分配关系根据基尔霍夫电流定律，发射极电流IE、基极电流IB、发射极电流IC存在以下关系：IE=IC+IB 由以上分析可知，IB值很小，因此有IEIC。这就是三极管电流分配关系。,4电流放大作用,2.2 三极管的特性与检测,通过调节是电位器RP改变基极电流IB，从而改变相应的IC值，通过实
5、验发现，当IB有较的变化会引起IC较大的变化，这就是三极管的电流放大作用。将输入电流IB与输出电流IC之比定义为共发射极直流电流放大系数，定义式为,2.2 三极管的特性与检测,将输入电流变化量与输出电流相应的变化量之比定义为共发射极交流电流放大系数定义式为,一般情况下， ，可以通用，而一般在几十几百之间,综上所述，三极管在同时满足内部和外部条件时，具有电流放大作用，且电流分配关系为： 由于三极管存在两种载流子导电，因此三极管又称为双极型半导体器件。,2.2 三极管的特性与检测,5输入特性曲线输入特性是反映三极管输入回路中电流和电压之间的关系曲线，即当集电极与发射极间电压UCE为常数时，基极电流
6、iB与发射结电压UBE之间的关系曲线，表达式为 ，如图2-2-4所示。,图2-2-4 NPN型硅管共射极,2.2 三极管的特性与检测,a当UCE=0时，相当于发射极与集电极短接，此时发射结与集电结并联。输入特性与PN结的伏安特性相似。b当UCE=1V时，其特性曲线向右移。c当UCE1V时，其特性曲线与UCE=1V时的特性曲线基本重合。,2.2 三极管的特性与检测,6输出特性曲线输出特性曲线是反映三极管输出回路中电流和电压之间的关系曲线，即当基极电流IB为常数时，集电极电流iC与集电极、发射极间电压UCE之间的关系曲线。表达式为 ，如图2-2-5所示。,图2-2-5 NPN型硅管共射极输出特性曲
7、线,2.2 三极管的特性与检测,从图中可看出，改变基极电流IB，可得到一组间隔基本均匀，比较平坦的平行直线，严格来说，由于基区宽度调制效应，特性曲线会向上倾斜。讨论输出特性曲线，一般分为三个区域，即截止区、放大区、饱和区。 三个工作区：截止区：IB=0对应的曲线以下的区域，处于此区域时，三极管发射结处于反向偏置状态或零偏，集电结处反向偏置状态，相当于三极管内部各电极开路在IB=0时，有很小的集电极电流IC，即集电极-发射极反向饱和电流ICBO流过，但一般忽略不计 。,2.2 三极管的特性与检测,放大区：在这个区域内发射结处正偏，集电结处反偏，IC受IB控制，即具有电流放大作用。由于IC与UCE
8、无关，特性曲线平坦，呈现恒流特性，当IB按等差变化时，输出特性是一族与横轴平行的等距离直线。饱和区：输出特性曲线上升到弯曲部分称为饱和区，此时，集电结和发射结均正偏，集电极电流IC不受IB控制，三极管失去电流放大作用，三极管处于饱和状态时对应的管压降称为饱和压降，用UCES表示，对于小功率硅管，其值UCES03V，对锗管UCES01V，这时管子的集电极与发射极间呈现低电阻，相当于开关闭合。,2.2 三极管的特性与检测,输出特性曲线三个工作区域的特性如表22所示。,2.2 三极管的特性与检测,例2-1测得某放大电路中三极管的三个电极A、B、C的对地电位分别为UA=8V，UB=5V，UC=53V，
9、试分析A、B、C端分别属何电极及三极管的类型？,解：由UB=5V，UC=5.3V相差0.3V，故必有一为基极，一为发射极，且该管为锗管。于是A是集电极。由于UA=8V，即UB、UC均高于UA则说明该管为PNP管，从而可判断C为基极，B为发射极。因此可判断该管为PNP型锗管且A为集电极，B为发射极，C为基极。,2.2 三极管的特性与检测,例2-2 电路如图所示。输入信号为 幅值的方波。若时，晶体管工作在何种状态？如果将图中 的改成3K， 其余数据不变， 时，晶体管又工作在何种状态？,当 时，取 ，则,解：当 时， 。所以 ， 。则 ，说明晶体管处于截止状态。,2.2 三极管的特性与检测,基极电流
10、,集电极电流,集射极电压,晶体管工作在饱和状态。,2.2 三极管的特性与检测,当 由5.1 减小为3 ，其余参数不变时 ， ， 、与前面分析相同。即 ， 。,由,可知晶体管工作在放大状态。,7. 三极管的主要参数,（1）电流放大系数反映三极管放大能力的强弱共发射极直流电流放大系数 （hFE）; 共发射极交流电流放大系数 （hfe）：,2.2 三极管的特性与检测,（2）极间反向电流集电极-基极反向饱和电流ICBO：指发射极开路，在集电极与基极之间加上一定的反向电压时所产生的反向电流，温度升高，ICBO将增大，它是造成三极管工作不稳定的主要因素。集电极-发射极反向饱和电流ICEO：指基极开路，集电
11、极与发射极之间加一定反向电压时的反向电流.如图2-2-8所示。它与ICBO存在这种关系：ICEO=（1+）ICBO,2.2 三极管的特性与检测,图2-2-7 ICBO的测量 图2-2-8 ICEO的测量,2.2 三极管的特性与检测,（3）极限参数,集电极最大允许电流ICM：三极管正常工作时值基本不变，但 当IC很大时，值会逐渐下降。一般规定，在下降到额定值的2/3（或1/2）时所对应的集电极电流即为ICM，IC不允许超过ICM。集电极最大允许耗散功率PCM：是指三极管集电结受热而引起其参数的变化，在不超过所规定的允许值时，集电极消耗的最大功率，即PCM=ICUCE，超过此值会使集电结温度升高，
12、三极管过热而烧毁。,2.2 三极管的特性与检测,（3）极限参数,极间反向击穿电压：晶体管的某电极开路时，另外两电极间所允许加的最高反向电压称为极间反向击穿电压，主要包括以下几种：a :指集电极开路时发射极与基极之间的反向击穿电压b :指发射极开路时集电极与基极之间的反向击穿电压c :指基极开路时集电极与发射极之间的反向击穿电压,2.2 三极管的特性与检测,图2-2-9 三极管的安全工作区,为保证三极管能可靠地工作，由极限参数ICM、 及PCM可列出三极管的安全工作区如图2-2-9所示。,2.2 三极管的特性与检测,（4）频率参数：是反映三极管电流放大能力与工作频率关系的参数，用于表达三极管的频
13、率适用范围。共发射极截止频率 ：当值下降到中频段0的 倍时，所对应的频率 特征频率 ：当三极管值下降到=1时所对应的频率,2.2 三极管的特性与检测,三极管的检测：,1. 使用指针式万用表对三极管进行简单检测（1）三极管管脚极性的判别首先要判断是NPN管还是PNP型管，然后区别管脚的排列。将万用表置于电阻R100或R1K档，先假设三极管的一脚为基极，将红表笔接假定“基极”，黑表笔分别去接触另外两个管脚，如果两次测得的电阻值都很小，则红表笔所接触的管脚为基极，且该管为PNP型三极管；如果两次测得的电阻值都很大，则红表笔接触的管脚也为基极，该管为NPN型三极管；如果两次测量阻值相差很大，则说明假设
14、“基极”不是实际的基极，可另假定其余管脚为“基极”，重复上述测量步骤，直到满足上述条件，这样可判断出管子类型与基极。,2.2 三极管的特性与检测,然后判定集电极和发射极，若确定三极管型为PNP型和基极b后，在剩下的两个管脚中先假设一个脚为集电极，另一个脚为发射极，将红表笔接集电极，黑表笔接发射极，并在基极和集电极之间接一个电阻（也可用手握住基极和集电极，但两个管脚不能接触，这样用手指代替电阻），观察万用表指针的偏转位置，然后对调红黑表笔再测一次，观察指针偏转并读数，两次测量中指针偏转大（即电阻值小）的那次假设是正确的。若为NPN型管，先假设集电极和发射极，将黑表笔接集电极，红表笔接发射极，操作
15、和判断的方法与PNP型管的方法一样。,2.2 三极管的特性与检测,（2）估测穿透电流ICEO对NPN型管，将红表笔与发射极接触，黑表笔与集电极接触，这时对锗管测出的阻值在几十千欧姆以上，硅管测出在几百千欧姆以上时，表示ICEO不太大。如果测出的阻值小且指针缓慢地向低阻区移动，说明ICEO大且稳定性差，若阻值接近于零说明三极管已被击穿损坏，如果阻值为无穷大，则说明内部已开路。 2. 使用数字万用表对三极管进行简单检测将万用表置于二级管档，先任意建设三极管的一脚为基极，将红表笔接假定“基极”，黑表笔分别去接触另外两个管脚，如果两次测得的导通电压值都很小，则红表笔所接触的,2.2 三极管的特性与检测,管脚为基极，且该管为NPN型，如果两次测得的导通电压值都很大，则红表笔接触的管脚也为基极，该管为PNP型，如果两次测量导通电压值相差很大，则说明假设“基极”不是实际的基极，可另假定其余管脚为“基极”。确定了三极管的基极和管型后，将万用表置于hFE档，将三极管的基极按照基极的位置和管型插入到hFE值测量孔中，其他两个引脚插入到余下的三个测量孔中的任意两个，观察显示屏上数据的大小，找出三极管的集电极和发射极，交换位置后再测量一下，观察显示屏数值的大小，反复测量四次，对比观察。以所测的数值最大的一次为准，就是三极管的电流放大系数值，相对应插孔的电极即是三极管的集电极和发射极。,
