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1、第二章晶体三极管及其应用教学重点1 .掌握晶体三极管的结构、工作电压、基本连接方式和电流分配关系。2 .熟练掌握晶体三极管的放大作用；共发射极电路的输入、输出特性曲线；主要参数 及温度对参数的影响。教学难点1 .晶体三极管的放大作用2 .输入、输出特性曲线及主要参数第一节晶体三极管一、晶体三极管的结构、分类和符号一、三极管的基本结构1.三极管的外形：如图 2-1所示。三极管通常有三个电极，功率大小不同的三极管体 积和封装形式各不相同，近年来生产的小、中功率管多采用硅酮塑料封装，大功率三极管采用金属封装，通常做成扁平形状并有螺钉安装孔，有的大功率管干脆制成螺栓形状，这样能够使三极管的外壳和散热器
2、连成一体，便于散热。图2-1三极管外形发生区某区集也凡发射姑山悔火电站限父中:外区发射鳍基极堪电站图2-2三极管的结构图2.三极管的结构：三极管的核心是两个PN结，按照两个PN结的组合方式不同，可分为PNP型管和NPN型两类，如图2-2所示。3.晶体三极管有三个区一一发射区、基区、集电区；发射区掺杂浓度较大；基区很薄且掺杂最少；集电区比发射区体积大且掺杂少。两个PN结一一发射区和基区之间的PN结称为发射结(BE结)、集电区和基区之间的 PN结称为集电结(BC结)；三个电极一一发射极 e(E)、基极b(B)和集电极c(C);二、晶体三极管的符号晶体三极管的符号如图 2-3所示。箭头：表示发射结加
3、正向电压时的电流方向。文字符号：V（三）、晶体三极管的分类1 .三极管有多种分类方法。按内部结构分：有 NPN型和PNP型管；按工作频率分：有低频和高频管；按功率分：有小功率和大功率管；按用途分：有普通管和开关管；按半导体材料分：有铸管和硅管等等。2 .国产三极管命名法：例如： 3DG表示高频小功率 NPN型硅三极管；3CG表示高频小功率PNP型硅三极管；3AK表示PNP型开关错三极管等。二、三极管的基本连接方式如图2-4所示，晶体三极管有三种基本连接方式：共发射极、共基极和共集电极接法。最常用的是共发射极接法。第二节晶体三极管的电流放大和分配作用一、晶体三极管的电流放大作用一三极管的工作电压
4、三极管能够正常放大信号的工作条件是：发射结加正向偏压， 集电结加反向偏压。 如图2-5所示。V为三极管，Gc为集电极电源、Gb称偏置电源，Rb为基极电阻，Rc为集电极电阻。图2-5三极管电源的接法H216三慢管三个电道的费图2-6三极管三个电流的测量二三极管的电流放大作用测量电路如图2-6所示：调节电位器 R,测得发射极电流Ie、基极电流Ib和集电极电表2-1三极管电流放大作用测量数据iB/mA00.010.020.030.040.05Ic/mA0.010.561.141.742.332.91lE/mA0.010.571.161.772.372.96流Ic的对应数据如表2-1所示。由表2-1
5、,1c 0.58 mA ”C58IB 0.01 mA结论：1 .当基极电流Ib的微小变化，就能引起集电极电流Ic的较大变化，这种现象称为三极 管的电流放大作用。2 .晶体三极管是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件。其特点是管内有 两种载流子参与导电。3 .电流放大系数交流电流放大系数一一表示三极管放大交流电流的能力I CIB直流电流放大系数一一一表示三极管放大直流电流的能力-c_I B4.通常,，所以IcI B可表不为IC IB、三极管的电流分配关系由表2-1得出，三极管中电流分配关系如下:因IB很小,则IC IE说明：1 . IE 。时，IC IB ICBO。ICBO称为集电极基极
6、 反向饱和电流，见图 2-7(a)。一般ICBO很小,与温度有关。2 . I B 0 时，I C I E I CEO。ICEO称为集电极一一发射极反向电流，又叫穿图2-8共发射极输入特性曲线透电流，见图2-7( b)。ICEO越小，三极管温度稳定性越好。硅管的温度稳定性比错管好。三、三极管的输入和输出特性一共发射极输入特性曲线输入特性曲线：集射极之间的电压 VCE 一定时，发射结电压VBE与基极电流IB之间的关系曲线，如图2-8所示。 由图通和区图2-9三极管的输出特性曲线可见：3 .当Vce 2 V时，特性曲线基本重合。4 .当VBE很小时，IB等于零，三极管处于截止状 态；5 .当VBE大
7、于门槛电压(硅管约0.5 V,铸管约 0.2 V)时，IB逐渐增大，三极管开始导通。6 .三极管导通后，VBE基本不变。硅管2勺为0.7 V,错管约为0.3 V。7 . Vbe与I b成非线性关系。二晶体三极管的输出特性曲线输出特性曲线：基极电流Ib 一定时，集、射极之间的电压Vce与集电极电流Ic的关系曲线，如图2-9所示。由图可见：输出特性曲线可分为三个工作区。1 .截止区条件：发射结反偏或两端电压为零。特点：Ib 0, Ic I ce。2 .饱和区条件：发射结和集电结均为正偏。特点：Vce Vces, Vces称为饱和管压降，小功率硅管约 0.3 V ,铸管约为0.1 V。3 .放大区条
8、件：发射结正偏，集电结反偏。特点：Ic受Ib控制，即Ic %。在放大状态，当Ib 一定时，Ic不随Vce变化，三极管 的这种特性称为恒流特性。四、三极管主要参数三极管的参数是表征管子的性能和适用范围的参考数据。一、共发射极电流放大系数1 .直流放大系数。2 .交流放大系数电流放大系数一般在 10 100之间。太小，放大能力弱，太大易使管子性能不稳定。般选30 80为比较合适。二、极间反向饱和电流1 .集电极基极反向饱和电流Icbo。2 .集电极一一发射极反向饱和电流Iceo。I CEO (1 )ICBO反向饱和电流随温度增加而增加，是管子工作状态不稳定的主要因素。因此，常把它作 为判断管子性能
9、的重要依据。硅管反向饱和电流远小于错管，在温度变化范围大的工作环境 应选用硅管。三、极限参数1 .集电极最大允许电流 ICM三极管工作时，当集电极电流超过ICM时，管子性能将显著下降，并有可能烧坏管子。2 .集电极最大允许耗散功率 PCM当管子集电结两端电压与通过电流的乘积超过此值时，管子性能变坏或烧毁。3 .集电极一发射极间反向击穿电压V(BR)CEO当电压越过此值时，管子将发生电管子基极开路时，集电极和发射极之间的最大允许电压。压击穿，假设电击穿导致热击穿会损坏管子。五、电压放大原理一电路形式如图2-10所示为晶体三极管共发射极基本放大电路，放大电路中，输入交流信号 Vi通电容C1的耦合送
10、到三极管的基极 和发射极。电源Vcc通过偏置电阻 Rb提供Vbeq,基-射极间电压 为交流信号Vi与直流电压VBEQ的叠加。基极电流iB产生相应的 变化。画电路图时，往往省略电源的图形符号，而用其电位的 极性及数值来表示，图中 +VCC表示该点接电池或直流电源的正图2-10共发射极基本放大 电路o极，而电源的负极就接在电位为零的公共端“工 二元件作用1. V:晶体三极管，起电源放大使用。2. +VCC：直流供电电源，为电路提 供工作电压和电流。3. Rb：基极偏置电阻，电源电压通过Rb向基极提供合适的偏置电流 I Bo4. C1：输入耦合电容，耦合输入交 流信号vi,并起隔离直流电的作用。5.
11、 C2：输出耦合电容，耦合输入交 流信号V0,并起隔离直流的作用。6. Rc：集电极负载电阻，电源 Vcc图2-11共发射极基本放大电路中各点波形通过Rc为集电极供电，另一个作用是将放大的电流ic转换为放大的电压输出。三电路原理iB电流经放大后获得对应的集电极电流，如图2-11所示。ic电流大时，负载电阻Rc的压降也相应大，使集电极对地的电位降低，如图 2-11e所示；反之ic电流变小时，集电 极对地的电位升高。因此集 -射极间的电压 Uce波形与ic变化情况相反。集电极的信号经过耦合电容c2后隔离了直流成分 Vceq,输出的只是大信号的交流成分，波形如图2-11f所示。综上分析可知，在共发射
12、极放大电路中，输出电压vo与输入信号电压 vi频率相同，相位相反，幅度得到放大。图2-12 三极管分压偏置放大电路图2-13射极输出器六、分压偏置电路基本交流电压放大电路如图2-12所示为三极管分压偏置放大电路，与前面的固定偏置电路相比较，多用了三 个元件。上偏置电阻Rb1和下偏置电阻Rb2构成一个分压电路，以固定三极管基极的电位 VB, 再利用发射极回路中的电阻Re获得反映集电极电流变化的电压VE,使之与 VB相比较得它们的差值来控制IB以维持Ic的基本稳定。ce则称作发射极旁路电容，它的存在使得在考虑 交流信号时不必考虑 Re的影响。七、射极输出器射极输出器的电路如图 2-13所示，从图中
13、可以看到，它与前面介绍的电路不同，它的 输出端是从发射极引出的， 故该电路称为射极输出器。射极输出器电路的特点是：输入电阻大、输出电阻小，因此在电路中常常起阻抗变换作用；共集电极放大电路具有电流放大作用，带负载能力强、因此又常作为多级放大电路的输出级；共集电极放大电路的电压放大倍数恒小于1,而又十分接近1,并且输出电压与输入电压同相，所以又称为射极跟随器简称射 随。第三节晶体三极管的开关特性三极管具有三种工作状态、放大状态、饱和状态和截止状态。在放大电路中，三极管主要工作在放大状态，因此，偏置电路及其参数的设置要令电路的工作点处于合适的位置，而在脉冲电路中，三极管主要工作在饱和状态和截止状态，
14、并且经常在这两种状态之间快速转换，只有在转换时才以极短的时间迅速通过放大区，三极管的这种工作状态通常称为图2-14三极管的开关特性“开关状态”。如图2-14所示，当输入电压低于晶体三极管死区电压或反向偏置时管子集电极一发射极之间基本上无电流流通，相当于断开的开关。当输入电压增大，三极管进入放大状态，当输入电压足够大时，管子进入饱和状态，相当于接通的开关。第四节 晶体三极管应用举例、汽车晶体管调节器电路图2-15所示电路可用来取代汽车上传统的电磁振动式电压调节器节压器在任何一种负极搭铁的电系中与其发电机配合使用。当充电系输出电压小于13V时，稳压管D1和晶体三极管T1截止，T1集电极电位升高使
15、T2导通，于是将全压加于发电机激磁绕组，使其输出电压逐渐升高，与此同时，发电机也向蓄电池进行定电压充电。当发电机输出电压到达13.6V时，D1和T1导通，T1集电极电位降低使 T2截止，发电机激磁电流减小，输出电压下降，以实现将其电压限制在1313.6V的范围之内，从而到达调压之目的。二、汽车光电式电子点火控制器图2-16所示是汽车光电式电子点火控制器电路，发动机工作时，遮光盘随分电器转动，当遮光盘缺口通过光源时，红外光照射到光敏三极管V2上，使其产生基极电流而导通，三极管V3也随之导通，V3导通后，通过 R4给V4提供基极电流使 V4导通，V5基极电位接近零而截止，此时 V6通过R6和R7的分
