任務2 晶體三極管
活動2 晶體三極管的選用
學習目標
1．熟悉三極管的結構、分類和型號；了解三極管的主要參數。
2．掌握三極管的電流分配和放大作用；了解三極管的輸入、輸出特性曲線（共射接法）及其三個工作區域的劃分；掌握PLC的結構與特點。
3．掌握三極管的簡易測試。
4．通過查閱資料，能釋讀三極管的主要參數。
建議學時
6學時
知識準備
一、三極管的命名
1．國產晶體三極管的命名方法
第一部分：數字表示器件電極數目。
第二部分：拼音字母表示器件的材料和極性。
第三部分：拼音字母表示器件的類型。
第四部分：數字表示序號。
第五部分：字母表示區別代號。
另外，3DJ型為場效應管，BT打頭的表示半導體特殊元件。晶體三極管在電路中常用“Q”加數字表示，例如：Q17表示編號為17的三極管。
2．國外晶體三極管的命名
（1）日本：第一部分用數字2表示具有2個PN結；第二部分用字母S表示屬于日本電子工業協會注冊登記的產品；第三部分用字母表示二極管的極性與類型，A表示PNP型高頻，B表示PNP型低頻，C表示NPN型高頻，D表示NPN型低頻；第四部分用兩位數字表示注冊登記的順序號，若數字后面跟有A、B、C等字母，則表示是原型號的改進產品。
（2）美國：美國生產的晶體三極管命名方法與日本相似。第一部分為數字2；第二部分用字母N表示屬美國電子工業協會注冊的產品；第三部分用多位數字表示注冊登記的序號。
（3）歐洲國家：第一部分用字母表示硅鍺材料，A表示鍺管，B表示硅管；第二部分用字母表示晶體類型，C表示低頻小功率管，D表示低頻大功率管，F表示高頻小功率管，L表示高頻大功率管，S表示小功率開關管，U表示大功率開關管；第三部分用三位數字表示登記序號；第四部分為β參數分擋標志。
二、三極管的封裝形式和管腳識別
PNP型和NPN型三極管如圖1-2-1所示。
常用三極管的封裝形式有金屬封裝（一般為鐵質外盒外表鍍金屬或噴漆，并印上型號）、塑料封裝（型號印在塑料外盒上）、玻璃封裝（外盒噴上黑色或灰色的漆，再印上型號）三大類。引腳的排列方式具有一定的規律：對于小功率金屬封裝晶體三極管，按底視圖位置放置，使三個引腳構成等腰三角形的頂點，從左向右依次為E、B、C；對于中小功率塑料三極管按圖使其平面朝向自己，三個引腳朝下放置，則從左到右依次為E、B、C。對于只有兩個引腳的大功率金屬封裝晶體三極管，按底視圖位置放置，兩個引腳在左側，外殼是集電極C，基極B在下面，發射極E在上面。對于三個引腳的大功率晶體三極管，按底視圖位置放置，兩個引腳在右側，則下面的引腳為發射極E，按逆時針方向，分別為E、B、C。四個引腳的晶體三極管有一個突起的定位梢，分辨各引腳時，各引腳朝上，從定位梢順時針方向依次為E、B、C、D，其中D為接外殼的引腳。目前，國內各種類型的晶體三極管有許多種，管腳的排列不盡相同，在使用中不確定管腳排列的三極管，必須進行測量，確定各管腳正確的位置，或查找晶體管使用手冊，明確三極管的特性及相應的技術參數和資料。
三、普通晶體三極管的參數
1．電流放大系數
1）共發射極電流放大系數
（1）共發射極直流電流放大系數。它表示三極管在共射極連接時，某工作點處直流電流IC與IB的比值。
（2）共發射極交流電流放大系數β。它表示三極管共射極連接且UCE恒定時，集電極電流變化量ΔIC與基極電流變化量ΔIB之比，即：二極管的β值太小時，放大作用差；β值太大時，工作性能不穩定。因此，一般選用β為30～80的二極管。
2）共基極電流放大系數
（1）共基極直流電流放大系數。它表示三極管在共基極連接時，某工作點處IC與IE的比值。
（2）共基極交流電流放大系數α。它表示三極管作共基極連接時，在UCB恒定的情況下，IC和IE的變化量之比。
2．極間反向電流
1）集—基反向飽和電流ICBO
ICBO是指發射極開路，在集電極與基極之間加上一定的反向電壓時，所對應的反向電流。它是少子的漂移電流。在一定溫度下，ICBO是一個常量。隨著溫度的升高，ICBO將增大，它是三極管工作不穩定的主要因素。在相同環境溫度下，硅管的ICBO比鍺管的ICBO小得多。
2）穿透電流ICEO
ICEO是指基極開路，集電極與發射極之間加一定反向電壓時的集電極電流。ICEO與ICBO的關系為：該電流好像從集電極直通發射極一樣，故稱為穿透電流。ICEO和ICBO一樣，也是衡量三極管熱穩定性的重要參數。
3．頻率參數
頻率參數是反映三極管電流放大能力與工作頻率關系的參數，表征三極管的頻率適用范圍。
1）共射極截止頻率fβ
三極管的β值是頻率的函數，中頻段β=β0，幾乎與頻率無關，但是隨著頻率的增高，β值下降。當，值下降到中頻段fβ表示。
2）特征頻率fT
當三極管的β值下降到β=1時所對應的頻率，稱為特征頻率。在fβ～fT的范圍內，β值與f幾乎成線性關系，f越高，β越小，當工作頻率f＞fT時，三極管便失去了放大能力。
4．極限參數
1）最大允許集電極耗散功率PCM
PCM是指三極管集電結受熱而引起晶體管參數的變化不超過所規定的允許值時，集電極耗散的最大功率。
2）最大允許集電極電流ICM
當IC很大時，β值逐漸下降。一般規定在β值下降到額定值的2/3（或1/2）時所對應的集電極電流為ICM，當IC＞ICM時，β值已減小到不實用的程度，且有燒毀三極管的可能。
3）反向擊穿電壓BVCEO與BVCBO
BVCEO是指基極開路時，集電極與發射極間的反向擊穿電壓。BVCBO是指發射極開路時，集電極與基極間的反向擊穿電壓。一般情況下同一個三極管的BVCEO=（0.5～0.8）BVCBO。三極管的反向工作電壓應小于擊穿電壓的1/2～1/3，以保證三極管安全可靠地工作。三極管的三個極限參數PCM、ICM、BVCEO和前面講的臨界飽和線、截止線所包圍的區域，便是三極管安全工作的線性放大區。一般作放大用的三極管，均須工作于此區。
活動實施
一、普通晶體三極管的選用
1．小功率三極管的選用
（1）明確電子電路的工作頻率，一般要求晶體三極管的特征頻率f大于3倍實際工作的頻率。
（2）一般小功率晶體三極管的VCEO都不低于15V，所以在無電感元件的低電壓中不予考慮。當負載為感性負載時（線圈等），應根據VCEO大于電源的最高電壓選用。
（3）ICM一般為30～50mA，小信號電路不予考慮。
（4）當實際功耗PC大于PCM時，不僅使二極管的參數發生變化，甚至還會燒壞三極管。PCM可由下式計算：
PCM=ICUCE
2．大功率三極管（ICM＞1A,PCM＞1W）的選用
（1）VCEO選用同上。
（2）ICM根據晶體三極管所帶負載而計算。
（3）PCM應留有充分的裕量，同時大功率晶體管必須有良好的散熱。
二、普通晶體三極管的檢測
1．三極管的管型及管腳的判別
1）判別基極和管型
三極管是含有兩個PN結的半導體器件。根據兩個PN結連接方式不同，可以分為NPN型和PNP型兩種不同導電類型的三極管，測試三極管要使用萬用電表的歐姆擋，并選擇R3100或R31k擋位。假定并不知道被測三極管是NPN型還是PNP型，也分不清各管腳是什么電極。測試的第一步是判斷哪個管腳是基極。將萬用表置于電阻擋，紅表筆任意接觸晶體管的一個電極，黑表筆依次接觸另外兩個電極，分別測出它們之間的電阻值。若測出的電阻值均為幾百歐的低電阻，則紅表筆接觸的電機為基極B，此管為PNP型管；若測出的電阻值均為幾十千歐至上百千歐的大電阻，則紅表筆接觸的電極也為基極B，此管為NPN型管。圖1—2—2為普通晶體三極管的檢測。
2）判別集電極和發射極
方法一：
將萬用表置于電阻擋，對于PNP型管，紅表筆接基極，黑表筆分別接觸另外兩個引腳，測出兩個電阻。阻值小的，黑表筆接的為集電極；阻值大的，黑表筆接的是發射極。對于NPN型管，黑表筆接基極，阻值小的，紅表筆接的為集電極；阻值大的，紅表筆接的為發射極。
方法二：
（1）對于NPN型三極管，用萬用表的黑、紅表筆顛倒測量兩極間的正、反向電阻RCE和REC，雖然兩次測量中萬用表指針偏轉角度都很小，但仔細觀察，總會有一次偏轉角度稍大，此時電流的流向一定是：黑表筆→C極→B極→E極→紅表筆，電流流向正好與三極管符號中的箭頭方向一致（“順箭頭”），所以此時黑表筆所接的一定是集電極C，紅表筆所接的一定是發射極E。
（2）對于PNP型的三極管，道理也類似于NPN型，其電流流向一定是：黑表筆→E極→B極→C極→紅表筆，其電流流向也與三極管符號中的箭頭方向一致，所以此時黑表筆所接的一定是發射極E，紅表筆所接的一定是集電極C。
在“順箭頭，偏轉大”的測量過程中，若由于顛倒前后的兩次測量指針偏轉均太小難以區分時，就要“動嘴巴”了。具體方法是：在“順箭頭，偏轉大”的兩次測量中，用兩只手分別捏住兩表筆與管腳的結合部，用嘴巴含住（或用舌頭抵住）基電極B，仍用“順箭頭，偏轉大”的判別方法即可區分開集電極C與發射極E。其中人體起到直流偏置電阻的作用，目的是使效果更加明顯。
方法三：
將萬用表置于電阻擋，任意假定一個電極為集電極C，以PNP型為例，將紅表筆接C極，黑表筆接E極，再用手同時捏一下二極管的B、C極測出某一阻值。然后兩表筆對調進行測量，將兩次測出的阻值進行比較，阻值小的一次，紅表筆所接的電極為集電極。對于NPN型黑表筆對應的是集電極。
2．判別硅管與鍺管
1）電阻法
將萬用表置于電阻擋，對于PNP管紅表筆接基極，黑表筆接集電極或發射極（NPN型，黑表筆接基極，紅表筆接集電極或發射極）。若萬用表在表盤右端（即電阻值較小），則此管為鍺管；若指針在表盤中間或偏右位置上（即電阻值較大），則被測二極管為硅管。
2）電壓法
一般鍺管發射結正向壓降為0.1～0.3V，一般硅管發射結正向壓降為0.6～0.7V，可用萬用表電壓擋在線測量壓降。
3．測量極間電阻
將萬用表置于R3100或R31k擋，按照紅、黑表筆的六種不同接法進行測試。其中，發射結和集電結的正向電阻值比較低，其他四種接法測得的電阻值都很高，為幾百千歐至無窮大。但不管是低阻還是高阻，硅材料三極管的極間電阻要比鍺材料三極管的極間電阻大得多。
4．測量穿透電流ICEO
三極管的穿透電流ICEO的數值近似等于二極管的倍數β和集電結的反向電流ICBO的乘積。ICBO隨著環境溫度的升高而增長很快，ICBO的增加必然造成ICEO的增大。而ICEO的增大將直接影響二極管工作的穩定性，所以在使用中應盡量選用ICEO小的二極管。通過用萬用表電阻直接測量三極管E—C極之間的電阻方法，可間接估計ICEO的大小，具體方法如下：萬用表電阻的量程一般選用R3100或R31k擋，對于PNP管，黑表筆接E極，紅表筆接C極，對于NPN型三極管，黑表筆接C極，紅表筆接E極。要求測得的電阻越大越好。E—C間的阻值越大，說明二極管的ICEO越小；反之，所測阻值越小，說明被測管的ICEO越大。一般來說，中、小功率硅管、鍺材料低頻管，其阻值應分別在幾百千歐、幾十千歐及十幾千歐以上，如果阻值很小或測試時萬用表指針來回晃動，則表明ICEO很大，二極管的性能不穩定。如果阻值很小或測試時用手捏住管殼1min，萬用表指針擺動速度快，則二極管的性能差。
5．測量穿透電流ICBO
以PNP型為例，將萬用表置于R×1k擋，紅表筆接集電極，黑表筆接基極，測出集電極的反向電阻值（正常是為幾百歐或幾千歐）。此值越大，說明集電極反向飽和電流就越小。ICBO大的晶體管，其反向漏電流大，工作不穩定。
6．測量電流放大系數β或hEF
1）中小功率晶體三極管的測量
（1）數字式萬用表：以測量PNP型管為例，首先將數字萬用表的量程開關撥到PNP擋，然后將晶體三極管插入孔中（注意C、B、E的對應），接著將電源開關撥到“NO”處，數字萬用表顯示的數值為直流放大系數。
（2）模擬式萬用表：將萬用表置于直流50mA擋，然后將晶體三極管接入電路中（E為1.5V,R為30kΩ）。根據萬用表的指示值I即可得出β=20I。將三極管的C、B或E、C極接入相應電路，此電路還可測量晶體三極管的ICBO和ICEO值。
2）大功率晶體管的檢測
將萬用表置于直流100mA擋（電阻R的阻值為20Ω，功率大于5W，晶體二極管V D選用硅二極管，直流穩壓電源E為12V，輸出電流大于600mA），此時所測電流值為基極電流IB，且電流放大系數hEF=（IC/IB—1）（IB單位為mA,VCE為1.5～2V,IC為500mA左右）。
7．測量放大能力
以測PNP型管為例，將萬用表置于R×1k擋，紅表筆接集電極，黑表筆接發射極，測出電阻值。然后利用人體電阻，即用手捏住C、B兩極（注意C、B間不能短路），此時萬用表指示的電阻值變小，電阻變得越小，則表明被測得晶體三極管的β值越大，即放大能力越強。
8．測量大功率晶體管的飽和壓降
集電極與發射極之間的飽和壓降為VCES。將萬用表置于直流10V電壓擋（E為12V,R1為20 Ω/5W,R2為200 Ω/0.25W）,IC為600mA,IB為60mA。NPN基極與發射極之間的飽和壓降為VBES。
9．判別高頻管與低頻管
以NPN型為例，將萬用表置于R×1k擋，黑表筆接發射極，紅表筆接基極，此時電阻值應在幾百千歐以上。然后將萬用表量程開關撥至R×10k擋，紅黑表筆接法不變，重新測量一次E、B間的電阻值。若測得的電阻值與第一次測得的電阻值相差不大，則說明被測管為低頻管；若電阻值相差很大，且超過量程的1/3，則說明是高頻管。
活動評分標準：
想一想，寫一寫認識三極管的收獲和體會。
評議：
根據三極管的實訓課題，在聽取小組實訓成果匯報的基礎上，進行評議，填寫課題實訓情況評議表。