項目5-2 晶體管課件講解

3.3晶體管學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解晶體管的結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)，掌握晶體管的簡易測試方法，掌握晶體管的放大、開關(guān)電路在汽車上的應(yīng)用。3.3.1晶體管的基本結(jié)構(gòu)3.3晶體管

在一塊半導(dǎo)體芯片上，通過摻雜等工藝形成三個導(dǎo)電區(qū)域和兩個PN結(jié)，分別從三個區(qū)引出電極，加管封裝即形成晶體晶體管。NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極晶體管有：三個導(dǎo)電區(qū)、兩個PN結(jié)、三個電極。3.3晶體管3.3.1晶體管的基本結(jié)構(gòu)3.3晶體管NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極符號：BECIBIEICNPN型晶體管IBIEICBECPNP型晶體管三個導(dǎo)電區(qū)、兩個PN結(jié)、三個電極。3.3.1晶體管的基本結(jié)構(gòu)3.3晶體管基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極集電區(qū)：面積最大發(fā)射區(qū)用來發(fā)射載流子。集電區(qū)用來收集載流子。基區(qū)用來控制載流子。晶體管有鍺管和硅管。三個導(dǎo)電區(qū)、兩個PN結(jié)、三個電極。3.3.1晶體管的基本結(jié)構(gòu)3.3晶體管3.3.2晶體管的電流放大作用3.3晶體管

PN結(jié)的偏置方式?jīng)Q定了晶體管的導(dǎo)通與截止。晶體管有兩個PN結(jié)、三個電極，需要以一個電極為公用端接兩個外加電壓。故有三種接法。1.放大狀態(tài)(1)條件發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏

晶體管有三種工作狀態(tài)：放大狀態(tài)、飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)。以NPN管為例

發(fā)射結(jié)要正向偏置，以保證發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子能到達(dá)基區(qū)；其次，集電結(jié)要反向偏置，以保證發(fā)射到基區(qū)的大多數(shù)載流子都能傳輸?shù)郊妳^(qū)。NNP3.3.2晶體管的電流放大作用3.3晶體管

NPN：發(fā)射結(jié)正偏VB>VE；

集電結(jié)反偏VC>VB

。1.放大狀態(tài)(1)條件發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏NNPPNP管如何？3.3.2晶體管的電流放大作用3.3晶體管1.放大狀態(tài)(1)條件發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏(2)載流子運(yùn)動過程

發(fā)射區(qū)發(fā)射載流子形成IE，其中少部分在基區(qū)被復(fù)合而形成IB，大部分被集電極收集而形成IC。3.3.2晶體管的電流放大作用3.3晶體管1.放大狀態(tài)(2)載流子運(yùn)動過程BECNNPEBRBECIEIBICICBO基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IB，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成IC集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO3.3.2晶體管的電流放大作用3.3晶體管1.放大狀態(tài)(2)載流子運(yùn)動過程ICIBBECNNPEBRBECIEIBICICBO發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子；電子在基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合；集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的電子。如上所述，從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子只有一小部分在基區(qū)復(fù)合，絕大部分到達(dá)集電區(qū)。由于IB很小，而IC很大，因此其電流放大系數(shù)為：3.3晶體管(2)載流子運(yùn)動過程3.3.2晶體管的電流放大作用3.3晶體管1.放大狀態(tài)(2)三電極電流關(guān)系

IE＝IB＋I(xiàn)CICIBBECNNPEBRBECIEIBICICBO且IC≥IB

二者數(shù)值很接近，一般不作區(qū)別，統(tǒng)稱為晶體管的電流放大系數(shù)，用β表示。3.3.2晶體管的電流放大作用3.3晶體管2.飽和狀態(tài)(1)條件發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏I(xiàn)C不隨IB的增大而增大的現(xiàn)象。實(shí)際上UCE＜UBE即飽和。

NPN：發(fā)射結(jié)正偏VB>VE；

集電結(jié)正偏VB>VC

。3.3.2晶體管的電流放大作用3.3晶體管2.飽和狀態(tài)(1)條件發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏I(xiàn)C不隨IB的增大而增大的現(xiàn)象。(2)特征IB增加時，IC基本不變；UCE≈0；晶體管相當(dāng)于短路(開關(guān)閉合)。3.3.2晶體管的電流放大作用3.3晶體管3.截止?fàn)顟B(tài)(1)條件發(fā)射結(jié)反偏、集電結(jié)反偏

NPN：發(fā)射結(jié)反偏VB＜VE；

集電結(jié)反偏VB＜VC

。實(shí)際上VE＜VB即截止。3.3.2晶體管的電流放大作用3.3晶體管3.截止?fàn)顟B(tài)(1)條件發(fā)射結(jié)反偏、集電結(jié)反偏(2)特征基極電流IB＝0；集電極電流IC＝0；UCE＝UCC；晶體管相當(dāng)于開路(開關(guān)斷開)。3.3.2晶體管的電流放大作用3.3晶體管晶體管的應(yīng)用

放大作用：對微弱的傳感器信號進(jìn)行放大后，傳給ECU；

開關(guān)作用：利用晶體管截止與飽和兩個狀態(tài)互相變換，即集電極與發(fā)射極間的短路與斷路，作為一個電子開關(guān)，控制其他電子元件。3.3.3晶體管的特性曲線3.3晶體管用來表示晶體管各極電壓和電流之間相互關(guān)系的曲線，它反映晶體管的性能，也是分析放大電路的重要依據(jù)。最常用的是共射極接法的輸入特性曲線和輸出特性曲線，這些曲線可用晶體管圖示儀直接觀測得到，也可以通過實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行測繪。直觀地分析晶體管的工作狀態(tài)。合理選擇電路的參數(shù)，設(shè)計性能良好的電路。為什么要研究特性曲線？

對于不同型號的晶體管其特性也不相同，現(xiàn)用NPN硅管3DG6，測其特性。3.3.3晶體管的特性曲線輸入回路輸出回路ICEBmA

AVUCEUBERBIBECV++––––++

測量晶體管特性的實(shí)驗(yàn)線路發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端。共發(fā)射極電路1.輸入特性曲線

當(dāng)UCE＝常數(shù)時，IB與UBE之間的關(guān)系曲線IB=f(UBE)稱為晶體管的輸入特性曲線。3.3晶體管3.3.3晶體管的特性曲線1.輸入特性曲線3.3晶體管特點(diǎn):非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。正常工作時發(fā)射結(jié)電壓：硅管：UBE0.6~0.7V鍺管：UBE0.2~0.3VIB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO75℃25℃UCE≥1V時，晶體管處于放大狀態(tài)，且所有輸入特性曲線基本上是重合的；UBE超過死區(qū)后進(jìn)入放大狀態(tài)；溫度增加時，UBE不變時，IB增加。3.3.3晶體管的特性曲線2.輸出特性曲線3.3晶體管IB=020A40A60A80A100A26IC(mA)1224UCE(V)912O放大區(qū)晶體管輸出特性曲線分三個工作區(qū)(1)放大區(qū)

在放大區(qū)有IC=

IB，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。

在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。2.輸出特性曲線3.3晶體管晶體管輸出特性曲線分三個工作區(qū)(2)截止區(qū)IB=020A40A60A80A100A26IC(mA)1224UCE(V)912O截止區(qū)

當(dāng)IB=0時曲線以下區(qū)域，有IC0

。對NPN管，UBE=UT時，即開始截止，但是為了可靠截止常使UBE小于或等于零。此時發(fā)射結(jié)，集電結(jié)均反向偏置，晶體管的電流很小可以不計，相當(dāng)于開關(guān)斷開。2.輸出特性曲線3.3晶體管晶體管輸出特性曲線分三個工作區(qū)IB=020A40A60A80A100A26IC(mA)1224UCE(V)912O飽和區(qū)截止區(qū)(3)飽和區(qū)當(dāng)UBE>UCE時，發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正向偏置，晶體管處于飽和工作狀態(tài)。在飽和區(qū)IB的變化對IC的影響很小，兩者不成正比，放大區(qū)不能用于飽和區(qū)，由于飽和時，兩結(jié)都正向偏置，阻擋層消失，電流很大，相當(dāng)于開關(guān)閉合。晶體管3.3.4晶體管的命名3.3晶體管

晶體管的命名方法各國不同，通常根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB249-1989規(guī)定，晶體管的命名由五部分組成。3.3晶體管第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分用數(shù)字表示電極數(shù)目用漢語拼音字母表示器件材料和極性用漢語拼音字母表示器件的類別用數(shù)字表示器件序號用漢語拼音字母表示規(guī)格號符號意義符號意義符號意義2二極管ABCDN型鍺材料P型鍺材料N型硅材料P型硅材料PVWCZLSKXGDATYBJ小信號管混頻檢波管電壓調(diào)整和電壓基準(zhǔn)管變?nèi)莨苷鞴苷鞫阉淼拦荛_關(guān)管低頻小功率管高頻小功率管低頻大功率管高頻大功率管閘整管體效應(yīng)管雪崩管階躍恢復(fù)管3三極管ABCDEPNP型鍺材料NPN型鍺材料PNP型硅材料NPN型硅材料化合物材料3.3.5晶體管的主要參數(shù)3.3晶體管1.電流放大系數(shù)(倍數(shù))當(dāng)晶體管工作在動態(tài)時，基極電流的變化量為，它引起集電極電流的變化量為，它與的比值稱為電流放大系數(shù)。2.集—基極反向飽和電流(ICBO)在發(fā)射極開路的情況下，集電極與基極之間加反向電壓時的反向電流稱集—基極反向飽和電流(ICBO)。它實(shí)際上和單個PN結(jié)的反向電流一樣，受溫度影響很大。在一定溫度下ICBO基本是一個常數(shù)。一般小功率鍺晶體管的ICBO為幾微安到幾十微安，小功率硅晶體管的ICBO小于，顯然ICBO越小，鍺晶體管或硅晶體管的工作穩(wěn)定性越好。3.3.5晶體管的主要參數(shù)3.3晶體管2.集—射極反向穿透電流(ICEO)在基極開路情況下，集射極之間加上一定反向電壓時的集射極反向穿透電流(ICEO)。也稱集射極反向穿透電流。4.集電極最大允許電流ICM集電極電流超過某一值時，電流放大系數(shù)值就要下降，ICM就是下降到其正常值的2/3時的集電極電流。5.集—射極反向擊穿電壓U(BR)CEO是在基極開路時加在集射極之間的最大允許電壓，當(dāng)晶體管的集射極電壓UCE大于U(BR)CEO時，ICEO劇增晶體管被擊穿。3.3.6晶體管的簡易測試3.3晶體管1.先判斷基極b和晶體管類型從外表不能判別晶體管時，需要借助萬用表電阻擋來大致判別晶體管的好壞和極性。

依據(jù)：PN結(jié)正向電阻小，反向電阻大。

工具：萬用表。

方法:

用萬用表的R×100或

R×1k擋(不能用R×1和R×10k擋？)來測量PN結(jié)的正反向電阻。

判斷：兩表筆分別對晶體管的三個管腳中的任意兩個管腳進(jìn)行正接測量和反接測量各一次，如果在正、反接時測得的電阻均較大，則此次測量中所空下的管腳即為基極(？)。(1)基極判斷3.3.6晶體管的簡易測試3.3晶體管1.先判斷基極b和晶體管類型(2)NPN型和PNP型的判別

依據(jù)：PN結(jié)正向電阻小，反向電阻大。方法:

用黑表筆接基極，紅表筆分別接另外兩極。

判斷：若測得兩個電阻都很大，即為PNP型；若測得兩個阻值都很小，即為NPN型晶體管(？)。2.發(fā)射極和集電極的判別

依據(jù)：晶體管處于放大狀態(tài)時，集射極間電阻小。方法:

用100kΩ電阻作為基極偏流電阻來保證晶體管處于放大狀態(tài)。用黑表筆接假設(shè)集電極，紅表筆接假設(shè)發(fā)射極，分別測量電阻值。注意測量時不要讓c與b碰在一起以免損壞晶體管。

判斷：測得電阻小時所假設(shè)的集電極和發(fā)射極是正確的(？)。正確錯誤3.3.6晶體管的簡易測試3.3晶體管2.發(fā)射極和集電極的判別

方法:

用100kΩ電阻作為基極偏流電阻來保證晶體管處于放大狀態(tài)。用黑表筆接假設(shè)集電極，紅表筆接假設(shè)發(fā)射極，分別測量電阻值。方法2：示意圖等效電路判斷晶體管C、E的原理圖3.3.6晶體管的簡易測試3.3晶體管2.發(fā)射極和集電極的判別

判斷：測得電阻小時所假設(shè)的集電極和發(fā)射極是正確的(？)。3.3.6晶體管的簡易測試3.3晶體管2.晶體管性能的簡易檢測(1)電流放大倍數(shù)的估測用“R×1k”擋。若為NPN管，用黑筆接c，紅筆接e，這時指針應(yīng)不動或擺動不大。如擺動較大，表明該管穿透電流太大。然后用左手食指搭接在b、c極端部(也可用30~100k電阻代替)，這時應(yīng)向低阻值方向擺動，擺動幅度越大(電阻越小)，則電流放大倍數(shù)越大。若為PNP型，則紅、黑表筆應(yīng)對調(diào)，即紅筆接c極，黑筆接e極。如各腳接觸良好，估測電流放大倍數(shù)時指針不斷右移或擺不定，則說明此管電流放大倍數(shù)值不穩(wěn)定。

方法:

在明確管型后用萬用表的晶體管電流放大系數(shù)插座直接讀取(hfe)。NPebcebc3.3.6晶體管的簡易測試3.3晶體管2.晶體管性能的簡易檢測(1)電流放大倍數(shù)的估測3.3.6晶體管的簡易測試3.3晶體管2.晶體管性能的簡易檢測(2)估測穿透電流ICEO用“R×1k”擋。若為NPN管，黑筆應(yīng)接c，紅筆接e（PNP管相反）。對小功率鍺管如測出阻值在幾十千歐以上或小功率硅管測出阻值在幾百千歐以上，則說明管子的ICEO不太大。如測出阻值小，且表針還緩緩向低阻值方向移動，則表明管子ICEO大且管子的穩(wěn)定性差。如測阻值接近于零，表明管子已經(jīng)擊穿短路。如測阻值為無窮大，表明管子內(nèi)部已經(jīng)開路。3.3.6晶體管的簡易測試3.3晶體管2.晶體管性能的簡易檢測(2)估測穿透電流ICEO

有些小功率硅管，由于它們的ICEO很小，測量時阻值很大，表針可能移動不明顯。而對于大功率管，由于ICEO比較大，測得的阻值大約只有幾十歐。值得注意的是：在測量正反向電阻時，指針式萬用表和數(shù)字式萬用表的兩表筆與表內(nèi)電池的極性連接相反；以上判別適用于應(yīng)用廣泛的低頻小功率管，對大功率管進(jìn)行判別時，指針式萬用表可用“R×1k”或“R×10k”。3.3.7達(dá)林頓管及其在汽車中的應(yīng)用3.3晶體管

達(dá)林頓管是達(dá)林頓晶體管的簡稱。所謂達(dá)林頓管就是連接在一起的兩只晶體管，又稱復(fù)合管。達(dá)林頓管放大倍數(shù)是兩個晶體管放大倍數(shù)的乘積。

VT1作為前置放大管產(chǎn)生推動VT2的基極電流，VT2作為末級放大管其輸出與控制電路是隔離的，將電流繼續(xù)放大以驅(qū)動負(fù)載部件。

在分析電路時可將達(dá)林頓管看作是一個大功率晶體管。汽車電子點(diǎn)火系統(tǒng)的控制模塊大多采用達(dá)林頓管作為控制輸出端。3.3.7達(dá)林頓管及其在汽車中的應(yīng)用3.3晶體管

增益高、開關(guān)速度快、能簡化電路設(shè)計，主要用于大功率開關(guān)電路、電機(jī)調(diào)速，也用于驅(qū)動繼電器以及驅(qū)動LED智能顯示屏等。3.3晶體管

前照燈延時控制電路

當(dāng)發(fā)動機(jī)熄火后，機(jī)油壓力開關(guān)4的觸點(diǎn)閉合，駕駛員在離開駕駛室以前，按下儀表板上的前照燈延時按鈕1，電源就對C充電。在C充電時，T基極電位逐漸升高，使T導(dǎo)通，延時控制繼電器線圈通電觸點(diǎn)閉合，接通了前照燈電路。松開前照燈延時開關(guān)后，C通過R和T放電，前照燈仍能保持通電照明，一直到C電壓下降到T無法導(dǎo)通為止。T截止后，繼電器斷電觸點(diǎn)張開，前照燈熄滅。延時時間取決于C和R的值。3.3.8光敏晶體管及其在汽車中的應(yīng)用3.3晶體管在原理上類似于晶體管，只是它的集電結(jié)為光敏二極管結(jié)構(gòu)?；鶚O電流由光敏二極管提供，所以一般沒有基極引線。如在光敏晶體管c和e間加正向電壓，則沒有光照c、e間幾乎沒有電流。有光照射時基極產(chǎn)生光電流，同時在c、e間形成集電極電流，大小在幾至幾百毫安之間。光敏晶體管的輸出特性與晶體管基本類似，只是用入射光照度代替基極電流。光敏晶體管制成達(dá)林頓管形式時，可以獲得較大的輸出電流而能直接驅(qū)動某些繼電器。光敏晶體管的響應(yīng)速度比光敏二極管慢，靈敏度比較高。在要求響應(yīng)快，對溫度敏感小的場合選用光敏二極管而不用光敏晶體管。3.3.8光敏晶體管及其在汽車中的應(yīng)用3.3晶體管產(chǎn)生的電流隨著光敏晶體管上的光照量而變化。因此，照在光敏晶體管上的光照量和普通晶體管通過基極電流有同樣的功能。3.3.8光敏晶體管及其在汽車中的應(yīng)用3.3晶體管光敏晶體管的基本應(yīng)用電路。A點(diǎn)電位隨著外界光線的照射而發(fā)生變化。

光敏晶體管在汽車上主要應(yīng)用于傳感器中。把發(fā)光二極管和光敏三極管組合在一起，可實(shí)現(xiàn)以光信號