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(jié)構(gòu)、分類和型號；了解三極管的主要參數(shù)。
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(qū)域的劃分；掌握PLC的結(jié)構(gòu)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(shù)。
建議學時
6學時
知識準備
一、三極管的命名
1．國產(chǎn)晶體三極管的命名方法
第一部分：數(shù)字表示器件電極數(shù)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(shù)字表示序號。
第五部分：字母表示區(qū)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(shù)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(shù)字2表示具有2個PN結(jié)；第二部分用字母S表示屬于日本電子工業(yè)協(xié)會注冊登記的產(chǎn)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(shù)字表示注冊登記的順序號，若數(shù)字后面跟有A、B、C等字母，則表示是原型號的改進產(chǎn)品。
（2）美國：美國生產(chǎn)的晶體三極管命名方法與日本相似。第一部分為數(shù)字2；第二部分用字母N表示屬美國電子工業(yè)協(xié)會注冊的產(chǎn)品；第三部分用多位數(shù)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(xiàn)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(guān)管，U表示大功率開關(guān)管；第三部分用三位數(shù)字表示登記序號；第四部分為β參數(shù)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(zhì)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(guī)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(gòu)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(cè)，外殼是集電極C，基極B在下面，發(fā)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(cè)，則下面的引腳為發(fā)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(nèi)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(shù)參數(shù)和資料。
三、普通晶體三極管的參數(shù)
1．電流放大系數(shù)
1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)
（1）共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)。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(fā)射極交流電流放大系數(shù)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(wěn)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(shù)
（1）共基極直流電流放大系數(shù)。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(shù)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(fā)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(wěn)定的主要因素。在相同環(huán)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(fā)射極之間加一定反向電壓時的集電極電流。ICEO與ICBO的關(guān)系為：該電流好像從集電極直通發(fā)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(wěn)定性的重要參數(shù)。
3．頻率參數(shù)
頻率參數(shù)是反映三極管電流放大能力與工作頻率關(guān)系的參數(shù)，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(shù)，中頻段β=β0，幾乎與頻率無關(guān)，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(nèi)，β值與f幾乎成線性關(guān)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(shù)
1）最大允許集電極耗散功率PCM
PCM是指三極管集電結(jié)受熱而引起晶體管參數(shù)的變化不超過所規(guī)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(guī)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(fā)射極間的反向擊穿電壓。BVCBO是指發(fā)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(shù)PCM、ICM、BVCEO和前面講的臨界飽和線、截止線所包圍的區(qū)域，便是三極管安全工作的線性放大區(qū)。一般作放大用的三極管，均須工作于此區(qū)。
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(jù)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(shù)發(fā)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(jù)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(jié)的半導體器件。根據(jù)兩個PN結(jié)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(fā)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(fā)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(fā)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(zhuǎn)角度都很小，但仔細觀察，總會有一次偏轉(zhuǎn)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(fā)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(fā)射極E，紅表筆所接的一定是集電極C。
在“順箭頭，偏轉(zhuǎn)大”的測量過程中，若由于顛倒前后的兩次測量指針偏轉(zhuǎn)均太小難以區(qū)分時，就要“動嘴巴”了。具體方法是：在“順箭頭，偏轉(zhuǎn)大”的兩次測量中，用兩只手分別捏住兩表筆與管腳的結(jié)合部，用嘴巴含住（或用舌頭抵住）基電極B，仍用“順箭頭，偏轉(zhuǎn)大”的判別方法即可區(qū)分開集電極C與發(fā)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(diào)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(fā)射極（NPN型，黑表筆接基極，紅表筆接集電極或發(fā)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(fā)射結(jié)正向壓降為0.1～0.3V，一般硅管發(fā)射結(jié)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(fā)射結(jié)和集電結(jié)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(shù)值近似等于二極管的倍數(shù)β和集電結(jié)的反向電流ICBO的乘積。ICBO隨著環(huán)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(wěn)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(wěn)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(wěn)定。
6．測量電流放大系數(shù)β或hEF
1）中小功率晶體三極管的測量
（1）數(shù)字式萬用表：以測量PNP型管為例，首先將數(shù)字萬用表的量程開關(guān)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(guān)撥到“NO”處，數(shù)字萬用表顯示的數(shù)值為直流放大系數(shù)。
（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(jù)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(wěn)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(shù)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(guān)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：