模塊五新能源汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路任務(wù)三連接晶體管

穩(wěn)壓電路【任務(wù)目標(biāo)】1）掌握晶體管（雙極型半導(dǎo)體三極管）的結(jié)構(gòu)、電路符號(hào)；2）掌握晶體管的引腳識(shí)別與性能檢測(cè)；3）了解晶體管的命名和小、中、大功率晶體管的外形特征；4）掌握單管發(fā)射極放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算方法；5）了解晶體管在電子式閃光繼電器上的應(yīng)用。【三維目標(biāo)】1）培養(yǎng)規(guī)范操作、善于觀察、學(xué)會(huì)分析和勇于探索的學(xué)習(xí)慣；2）培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神和精益求精的工匠品質(zhì)。具備連接串聯(lián)穩(wěn)壓電路的能力；2）具備用數(shù)字萬(wàn)用表判別晶體管類(lèi)型、引腳排列的能力；3）具備用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量晶體管直流電流放大系數(shù)的能力；4）具備利用所學(xué)知識(shí)分析電子式閃光繼電器工作原理的能力。知識(shí)目標(biāo)：核心素養(yǎng)：技能目標(biāo)：【任務(wù)描述】【任務(wù)描述】

晶體管又稱(chēng)半導(dǎo)體三極管（雙極型半導(dǎo)體三極管，也稱(chēng)為晶體管；單極型半導(dǎo)體三極管，也稱(chēng)場(chǎng)效應(yīng)管）在新能源汽車(chē)上有著廣泛的應(yīng)用，如：汽車(chē)轉(zhuǎn)向燈所用的電子閃光器、車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)、車(chē)身電子系統(tǒng)和電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)等等。本任務(wù)借助連接串聯(lián)穩(wěn)壓電路的實(shí)施，來(lái)介紹雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)、極性判別和單管放大電路工作原理等?！救蝿?wù)實(shí)施】01器材器材連接串聯(lián)穩(wěn)壓電路所需器材如表5-10所示。表5-10連接串聯(lián)穩(wěn)壓電路所需器材序號(hào)名稱(chēng)實(shí)物圖序號(hào)名稱(chēng)實(shí)物圖1導(dǎo)線(xiàn)

7三極管

2斜口鉗

8電阻

3剝線(xiàn)鉗

9數(shù)字萬(wàn)用表

4開(kāi)關(guān)

10蓄電池

5發(fā)光二極管

11安裝有Multisim仿真軟件的PC機(jī)

6穩(wěn)壓二極管

02連接串聯(lián)穩(wěn)壓電路連接串聯(lián)穩(wěn)壓電路1.連接串聯(lián)穩(wěn)壓電路如表5-11所示。表5-11連接串聯(lián)穩(wěn)壓電路序號(hào)任務(wù)實(shí)施描述實(shí)施示意圖1

按右下示意圖①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩標(biāo)號(hào)裁剪適合長(zhǎng)度的導(dǎo)線(xiàn)、剝離相關(guān)導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)頭的絕緣皮，并依次連接相關(guān)器件和數(shù)字萬(wàn)用表。

2接通數(shù)字萬(wàn)用表電源和開(kāi)關(guān)，觀察數(shù)字萬(wàn)用表顯示屏的數(shù)值和發(fā)光二極管發(fā)生的現(xiàn)象，并記錄。

3實(shí)訓(xùn)完畢，關(guān)斷電源，按要求斷開(kāi)連接導(dǎo)線(xiàn)，收好器件和儀表。連接串聯(lián)穩(wěn)壓電路1.連接串聯(lián)穩(wěn)壓電路如表5-11所示。表5-11連接串聯(lián)穩(wěn)壓電路4借助Multisim仿真軟件觀察串聯(lián)穩(wěn)壓電路的電壓輸出、流過(guò)三極管基極和集電極電流。運(yùn)行PC機(jī)上的Multisim仿真軟件，出現(xiàn)如右圖所示界面。

5點(diǎn)擊Multisim仿真軟件界面上的器件選擇菜單，依次選出直流電源、三極管、穩(wěn)壓二極管、電壓表、電流表、電阻等器件，并按順序連接各器件，如右圖所示。

6在序號(hào)5的基礎(chǔ)上，把Multisim仿真置于運(yùn)行狀態(tài)，觀察電壓表和電流表讀數(shù)，燈泡發(fā)生的現(xiàn)象，并記錄。

7實(shí)訓(xùn)完畢，保存實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，并退出Multisim仿真軟件運(yùn)行環(huán)境。03記錄任務(wù)實(shí)施產(chǎn)生的數(shù)據(jù)或現(xiàn)象記錄二極管整流電路輸出電壓和波形記錄任務(wù)實(shí)施產(chǎn)生的數(shù)據(jù)或現(xiàn)象如表5-12所示。表5-12任務(wù)實(shí)施產(chǎn)生的數(shù)據(jù)或現(xiàn)象班級(jí)：姓名：日期：1.作業(yè)前準(zhǔn)備1）檢查儀表和元件是否齊全□是

□否2）檢查數(shù)字萬(wàn)用表通電是否正常□是

□否3）檢查發(fā)光二極管是否正?！跏?/p>

□否4）檢查Multisim仿真軟件運(yùn)行是否正?！跏?/p>

□否2.記錄數(shù)據(jù)或現(xiàn)象1）序號(hào)2，發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮□是

□否；數(shù)字萬(wàn)用表顯示屏數(shù)值V=

V。2）序號(hào)6，發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮□是

□否；電流表A1=

A；A2=

A；A3=

A；電壓表V1=

V；V2=

V。3）比較序號(hào)6，電流表A1、A2和A3的讀數(shù)和電壓表V1、V2的讀數(shù)你發(fā)現(xiàn)了什么？

4）想一想如何制作一個(gè)-5V的串聯(lián)穩(wěn)壓電路，并畫(huà)出相應(yīng)的電路圖？04實(shí)施評(píng)價(jià)【實(shí)施評(píng)價(jià)】表5-13實(shí)施評(píng)價(jià)序號(hào)評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng)價(jià)細(xì)則分值自評(píng)分值互評(píng)分值教師評(píng)分1準(zhǔn)備工作1.選擇數(shù)字萬(wàn)用表

□正確□錯(cuò)誤2.選擇穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管□正確□錯(cuò)誤3.選擇三極管□正確□錯(cuò)誤4.運(yùn)行Multisim仿真軟件□正確□錯(cuò)誤10

2連接晶體管穩(wěn)壓電路1.使用斜口鉗裁剪導(dǎo)線(xiàn)□正確□錯(cuò)誤2.使用剝線(xiàn)鉗剝離線(xiàn)頭絕緣皮

□正確□錯(cuò)誤3.電路連接□正確□錯(cuò)誤4.發(fā)光二極管□點(diǎn)亮□不亮5.數(shù)字萬(wàn)用表顯示數(shù)值□正確□錯(cuò)誤30

3用Multisim仿真軟件連接晶體管穩(wěn)壓電路1.在Multisim仿真軟件選擇元件□正確□錯(cuò)誤2.在Multisim仿真軟件上連接電路□正確□錯(cuò)誤3.發(fā)光二極管□點(diǎn)亮□不亮4.電流表讀數(shù)□正確□錯(cuò)誤5.電壓表讀數(shù)□正確□錯(cuò)誤30

【實(shí)施評(píng)價(jià)】表5-13實(shí)施評(píng)價(jià)序號(hào)評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng)價(jià)細(xì)則分值自評(píng)分值互評(píng)分值教師評(píng)分4綜合素養(yǎng)節(jié)儉、精益求精1.裁剪導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度□適宜□過(guò)長(zhǎng)□過(guò)短2.現(xiàn)象記錄□正確□錯(cuò)誤3.線(xiàn)頭連接□緊致□松脫4.解決問(wèn)題□自行□幫助10

安全文明生產(chǎn)1.操作動(dòng)作□規(guī)范□錯(cuò)誤2.儀表和元件歸位□正確□雜亂3.工位清潔和整理□整潔□雜亂10

5操作時(shí)間

操作時(shí)間為45分鐘，每超過(guò)1分鐘扣1分。10

6合計(jì)100

說(shuō)明：每項(xiàng)分都是扣完為止班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：

教師簽名：【知識(shí)鏈接】目錄CONTENTS二、晶體管的電流放大和開(kāi)關(guān)特性四、晶體管的參數(shù)三、晶體管的伏安特性五、PNP型晶體管六、晶體管型號(hào)命名一、晶體管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)八、晶體管選用十、單晶體管放大電路九、晶體管的識(shí)別與檢測(cè)十一、晶體管在新能源汽車(chē)電子式閃光繼電器上的應(yīng)用七、晶體管分類(lèi)一晶體管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)晶體管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)

雙極型半導(dǎo)體三極管，簡(jiǎn)稱(chēng)晶體管（BJT），按照制造材料的不同，分為硅管和鍺管；按照結(jié)構(gòu)不同，分為NPN型管和PNP型管。

NPN型晶體管由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，兩個(gè)PN結(jié)把整個(gè)半導(dǎo)體基片分成三部分，如圖5-26a）所示，中間是一塊很薄，且摻雜濃度很低的P型半導(dǎo)體，稱(chēng)為基區(qū)?；鶇^(qū)的兩邊各有一塊摻雜濃度不同的N型半導(dǎo)體，其中一塊摻雜濃度很高的N型半導(dǎo)體為發(fā)射區(qū)，用于發(fā)射載流子（自由電子），另一塊摻雜濃度較低的N型半導(dǎo)體為集電區(qū)，用于收集載流子（自由電子）。從各區(qū)引出的電極分別稱(chēng)為基極、發(fā)射極和集電極，分別用字母B、E、C表示，如圖5-26b）所示。當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，其交界處會(huì)形成PN結(jié)，發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電結(jié)，其面積最大，如圖5-26b）所示。NPN型三極管的圖型符號(hào)如圖5-26c）所示，圖中箭頭方向指出了發(fā)射極位置及發(fā)射結(jié)正向偏置時(shí)發(fā)射極電流的方向。晶體管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)圖5-26NPN型晶體管結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)a）NPN型晶體管結(jié)構(gòu)剖面圖

b）結(jié)構(gòu)示意圖

c）圖形符號(hào)晶體管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)晶體管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)

PNP型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號(hào)如圖5-27所示。它與NPN型晶體管的結(jié)構(gòu)完全對(duì)應(yīng)，因此其工作原理和特性也與NPN型晶體管對(duì)應(yīng)，但各極的電流流向和電壓極性正好相反，所以在PNP型晶體管的圖形符號(hào)中，發(fā)射極的電流是流入的，即箭頭是朝內(nèi)的。PNP晶體管發(fā)射區(qū)發(fā)射的載流子是空穴，集電區(qū)收集的載流子也是空穴。圖5-27PNP型晶體管的結(jié)構(gòu)與圖形符號(hào)a）PNP型晶體管結(jié)構(gòu)剖面圖

b）PNP型晶體管結(jié)構(gòu)示意圖

b）圖型符號(hào)二

晶體管的電流放大和開(kāi)關(guān)特性1.晶體管的電流放大特性觀察表5-11序號(hào)6示意圖中與晶體管Q1的B極相連的電流表A2的讀數(shù)為651.2μA，即：IB=651.2μA≈0.65mA；與晶體管Q1的C極相連的電流表A1的讀數(shù)為98.1mA，即：IC=98.1mA；與晶體管Q1的E極相連的電流表A3的讀數(shù)為98.75mA，即IE=98.75mA。由上述數(shù)值可知，98.75mA=98.1mA+0.65mA，即有：IE=IC+IB。那么，為什么晶體管會(huì)存在IC>>IB，IE=IC+IB的現(xiàn)象呢？借助圖5-28所示的電路來(lái)分析。圖5-28中，12V電壓經(jīng)電阻R2、穩(wěn)壓二極管ZD1（6.2V）向晶體管Q1基極供電，此時(shí)基極電壓UB約為6.2V，而晶體管Q1的發(fā)射極電壓UE約為5.0V（想一想，為什么E極只有5V？），即UB>UE，晶體管Q1內(nèi)部的發(fā)射結(jié)處于正向偏置而導(dǎo)通。發(fā)射區(qū)中的多數(shù)載流子（自由電子）通過(guò)發(fā)射結(jié)不斷向基區(qū)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)電源不斷得到補(bǔ)充，形成發(fā)射極電流IE。因基區(qū)很薄，摻雜濃度很低，基區(qū)中的載流子（空穴）很少，只有少數(shù)進(jìn)入基區(qū)的自由電子與空穴復(fù)合，形成基極電流IB，故IB很小，而絕大多數(shù)的自由電子通過(guò)基區(qū)匯聚到晶體管Q1內(nèi)部的集電結(jié)邊緣。1.晶體管的電流放大特性圖5-28NPN型晶體管電流放大示意圖1.晶體管的電流放大特性12V電壓經(jīng)電阻R1，晶體管Q1集電極、內(nèi)部集電結(jié)、發(fā)射結(jié)、發(fā)射極、電阻R3、燈泡L1形成供電回路，此時(shí)，晶體管Q1集電極的電壓UC大于基極電壓UB，即UCB>0，導(dǎo)致晶體管Q1內(nèi)部的集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，使得晶體管Q1內(nèi)部的集電結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，造成匯聚在集電結(jié)邊緣的自由電子很容易通過(guò)集電結(jié)，運(yùn)動(dòng)到集電區(qū)，再通過(guò)集電極、電阻R1，進(jìn)入12V電源正極，形成較大的集電極電流IC。通過(guò)上述分析可知，晶體管的基極電流IB、集電極電流IC都是由發(fā)射極電流IE分配得到的。由5-28的示意圖，根據(jù)KCL定律，可列如下方程：IC=ICN+ICBN

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…①I(mǎi)E=IEN+IEP=ICN+IBN+IEP

……………

…

…②IB=IBN+IEP-ICBO

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…③1.晶體管的電流放大特性聯(lián)立①②③方程，可解得，IE=IB+IC，且IC>>IB。這個(gè)結(jié)論，與表5-11序號(hào)6的實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。當(dāng)改變晶體管基極供電電壓時(shí)，晶體管內(nèi)部發(fā)射結(jié)的正向偏置電壓也隨著改變，晶體管的IB、IC電流也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，因?yàn)镮C>>IB，所以對(duì)應(yīng)IB很小的變化，就會(huì)造成IC很大的變化，這種由晶體管基極小電流的變化引起集電極大電流的變化，稱(chēng)為晶體管的電流放大特性。根據(jù)這個(gè)特性，也把晶體管稱(chēng)為小電流控制大電流器件。1.晶體管的電流放大特性1.晶體管的電流放大特性晶體管要處于電流放大狀態(tài)，必須滿(mǎn)足：一是晶體管的基區(qū)很薄，摻雜濃度很低，發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高，有利于發(fā)射載流子（NPN型晶體管發(fā)射自由電子，PNP型晶體管發(fā)射空穴），集電區(qū)摻雜濃度較低，但集電結(jié)面積最大，有利于載流子收集；二是發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置工作狀態(tài)，即：對(duì)NPN型晶體管，有UC>UB>UE，如果是硅管，則UB電壓比UE電壓高約0.6-0.7V（如果是達(dá)林頓管，則UB電壓比UE電壓高約為1.2-1.4V，這也是圖5-28中三極管B極電壓為6.2V，E極電壓為5V的原因。），如果是鍺管，則UB電壓比UE電壓高約0.2-0.3V；對(duì)PNP型晶體管，有UE>UB>UC，如果是硅管，則UE電壓比UB電壓高約0.6-0.7V，如果是鍺管，則UE電壓比UB電壓高約0.2-0.3V。1.晶體管的電流放大特性想一想，請(qǐng)根據(jù)表5-14所給的晶體管各引腳電壓，判別晶體管的型號(hào)和所用材料表5-14晶體管各引腳電壓

晶體管各引腳電壓晶體管型號(hào)、所用材料

NPN或PNP

硅或鍺材料

2.晶體管的開(kāi)關(guān)特性

晶體管除了上述分析的具備電流放大特性外，還具備開(kāi)關(guān)特性，即：晶體管可以工作在另外兩個(gè)狀態(tài)：飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)晶體管工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，集電極與發(fā)射極類(lèi)似短接，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通；工作在截止?fàn)顟B(tài)，集電極與發(fā)射極類(lèi)似開(kāi)路，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。

為便于分析晶體管的開(kāi)關(guān)特性，借助如圖5-29所示的電路來(lái)分析。圖5-29

晶體管開(kāi)關(guān)特性工作示意圖a）晶體管工作在截止?fàn)顟B(tài)

b)晶體管工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)2.晶體管的開(kāi)關(guān)特性圖5-29a）中，因晶體管Q1的基極偏置電阻R1的阻值設(shè)置過(guò)大（30MΩ），發(fā)射結(jié)得到的電壓約為0.387V，小于晶體管Q1發(fā)射結(jié)的死區(qū)電壓（約0.7V），發(fā)射結(jié)截止，發(fā)射區(qū)的自由電子無(wú)法進(jìn)入基區(qū)，此時(shí)，晶體管Q1的基極電流很小，電流表A1的讀數(shù)為IB≈0.387μA，集電極電流也很小，電流表A2的讀數(shù)為IC≈11.96μA，集電極與發(fā)射極之間電壓表V2的讀數(shù)為UCE≈11.96V，與電源電壓12V接近，相當(dāng)于晶體管的集電極與發(fā)射極斷路，表明晶體管Q1處于截止工作狀態(tài)。處于截止工作狀態(tài)的晶體管相當(dāng)于開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，即：UCE≈E1。圖5-29b）中，因晶體管Q1的基極偏置電阻R1的阻值設(shè)置過(guò)?。?2kΩ），發(fā)射結(jié)得到的電壓約為0.808V，大于晶體管Q1發(fā)射結(jié)的死區(qū)電壓（約0.7V），發(fā)射結(jié)因正向偏置而導(dǎo)通，發(fā)射區(qū)的自由電子通過(guò)發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū)，此時(shí)，晶體管Q1的基極電流A1的讀數(shù)為IB≈136.5μA。晶體管集電極與發(fā)射極之間的電壓V2的讀數(shù)為UCE≈94.72mV，接近0V，集電極電流表A2的讀數(shù)為IC≈3.60mA，約等于E1/R2=12V/3.3kΩ≈3.63mA，相當(dāng)于晶體管的集電極與發(fā)射極短接，表明晶體管Q1進(jìn)入飽和導(dǎo)通工作狀態(tài)。處于飽和導(dǎo)通工作狀態(tài)的晶體管相當(dāng)于開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài)，即：UCE≈0V，此時(shí)IC≈E1/R2，且集電極電流不受基極電流控制，即：IC≠I(mǎi)B。已知晶體管Q1的

為96，則3.6mA≠96×0.136mA。由以上分析可知，晶體管的基極偏置電阻的選擇至關(guān)重要。它直接影響晶體管的工作狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中，要合理設(shè)置晶體管的基極偏置電壓，確保晶體管工作在所要求的狀態(tài)。在數(shù)字電路中，就是利用晶體管的飽和導(dǎo)通和截止工作狀態(tài)，將在后續(xù)的模塊六分析。三晶體管的伏安特性晶體管的伏安特性

晶體管的伏安特性是指晶體管的極電流與極間電壓之間的函數(shù)關(guān)系。下面借助圖5-30所示的NPN型晶體管共發(fā)射極直流偏置電路來(lái)分析晶體管的輸入與輸出特性。圖5-30共發(fā)射極電路1.輸入特性曲線(xiàn)圖5-31晶體管的輸入特性曲線(xiàn)1.輸入特性曲線(xiàn)

1.在晶體管的輸入回路中，因發(fā)射結(jié)與二極管的PN結(jié)相似，故晶體管的輸入特性曲線(xiàn)與二極管的正向伏安特性相似，在大于發(fā)射結(jié)的死區(qū)電壓（硅管為0.6-0.8V，通常取0.7V；鍺管為0.2-0.3V，通常取0.2V）時(shí)才導(dǎo)通，導(dǎo)通后，很小的電壓變化，就會(huì)引起IB電流的很大變化，且發(fā)射結(jié)電壓接近常數(shù)。

2.晶體管的輸入特性受的影響，從圖5-31可知，當(dāng)從零增大到1V時(shí)，曲線(xiàn)明顯向右偏移，而當(dāng)≥1V后，曲線(xiàn)基本上重合為同一根線(xiàn)，一般選用≥1V的曲線(xiàn)。想一想

為什么晶體管的輸入特性曲線(xiàn)與二極管的正向伏安特性相似？為什么增大時(shí)，輸入特性曲線(xiàn)會(huì)向右移，而當(dāng)≥1V，曲線(xiàn)不再右移而是趨于重合？2.輸出特性曲線(xiàn)2.輸出特性曲線(xiàn)圖5-32晶體管的輸出特性曲線(xiàn)2.輸出特性曲線(xiàn)2.輸出特性曲線(xiàn)2.輸出特性曲線(xiàn)NPN型硅晶體管在不同工作狀態(tài)下各參數(shù)值如表5-15所示表5-15NPN型硅晶體管在不同工作狀態(tài)下各參數(shù)值參數(shù)值

參數(shù)工作狀態(tài)UBE（V）UCE（V）IB（A）IE（A）IC（A）發(fā)射結(jié)集電結(jié)截止<0.5≈EC0<ICEO<ICEO反偏或零偏反偏放大0.6-0.7UCE>UBE0<IB<IBS(+1)IBIB正偏反偏飽和0.70.3≥IBS<(+1)IB<IB正偏正偏或零偏備注：表中IBS為晶體管基極臨界飽和電流四晶體管的參數(shù)晶體管的參數(shù)晶體管的參數(shù)是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)選用晶體管的依據(jù)，主要有電流放大系數(shù)，反向極間電流和極限參數(shù)等。1.電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)是表征晶體管放大作用大小的參數(shù)。分為共發(fā)射極電流放大系數(shù)和共基極電流放大系數(shù)。共發(fā)射極電路見(jiàn)圖5-30,共基極放大電路如圖5-33所示，以NPN型晶體管為例。圖5-33晶體管共基極放大電路1.電流放大系數(shù)2.反向極間電流圖5-34反向極間電流a）ICBO測(cè)量圖b）ICEO測(cè)量圖反向極間電流

是反映晶體管溫度穩(wěn)定性的重要參數(shù)。其表示方式如圖5-34所示。2.反向極間電流3.極限參數(shù)3.極限參數(shù)3.極限參數(shù)3.極限參數(shù)集電極最大允許耗散功率圖5-35晶體管的安全工作區(qū)4.溫度對(duì)晶體管特性的影響溫度對(duì)晶體管特性有著顯著的影響，主要影響晶體管的導(dǎo)通壓降、電流放大系數(shù)

和ICBO。當(dāng)溫度升高時(shí)，晶體管的導(dǎo)通壓降減小，電流放大系數(shù)

和ICBO增大。其變化規(guī)律一般為：溫度每升高10C，導(dǎo)通壓降下降2-2.5mV，電流放大系數(shù)

增大0.5%-1%；溫度每升高100C，ICBO約增加1倍。五PNP型晶體管PNP型晶體管

PNP型晶體管的工作特性與NPN型晶體管相似，但偏壓極性與NPN型相反。六晶體管型號(hào)命名晶體管型號(hào)命名圖5-36晶體管型號(hào)命名國(guó)產(chǎn)晶體管的型號(hào)由五部分組成，各組成部分的符號(hào)及意義如圖5-36所示（摘自GB/T249-2017）：晶體管型號(hào)命名

一些常見(jiàn)的國(guó)外晶體管的命名方法：美國(guó)采用第一位數(shù)字用“2”表示晶體管的PN結(jié)數(shù)目，第二位字母表示EIA注冊(cè)標(biāo)志，第三位數(shù)字為EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）登記順序號(hào)，如2N2943；日本采用第一位數(shù)字用“2”表示晶體管的PN結(jié)數(shù)目，第二位用字母“S”表示，為日本電子工藝協(xié)會(huì)注冊(cè)產(chǎn)品，第三位用字母“A或B或C或D”（A為PNP型高頻管、B為PNP型低頻管、C為NPN型高頻管、D為NPN型低頻管）表示，代表晶體管類(lèi)別，第四位數(shù)字表示，代表日本電子工業(yè)協(xié)會(huì)登記順序號(hào)。如：2SD401，為NPN型低頻管。示例：3DX90A表示為NPN型硅材料低頻小功率晶體管，具體命名如圖5-37所示。圖5-373DX90A晶體管命名七晶體管分類(lèi)晶體管分類(lèi)晶體管是一種固體半導(dǎo)體器件，根據(jù)不同的分類(lèi)方式，可以分為多種類(lèi)型。常見(jiàn)的分類(lèi)方式包括：1.按制作材料及極性分類(lèi)。分為NPN和PNP型硅材料晶體管、NPN和PNP型鍺材料晶體管等。2.按工作頻率分類(lèi)。分為低頻、高頻和超高頻晶體管等。3.按電流容量分類(lèi)。分為小功率、中功率和大功率晶體管等。4.按制造工藝分類(lèi)。分為擴(kuò)散型、合金型和平面型晶體管等。5.按封裝結(jié)構(gòu)分類(lèi)。分為金屬封裝（簡(jiǎn)稱(chēng)金封）、塑料封裝（簡(jiǎn)稱(chēng)塑封）、玻璃殼封裝（簡(jiǎn)稱(chēng)玻封）、表面封裝（片狀）和陶瓷封裝晶體管等。晶體管分類(lèi)

6.按功能和用途分類(lèi)。分為為低噪聲放大、中高頻放大、低頻放大、開(kāi)關(guān)、達(dá)林頓、高反壓、帶阻、帶阻尼、微波、光敏和磁敏晶體管等多種類(lèi)型。

7.按結(jié)構(gòu)分類(lèi)。分為雙極和單極晶體管。雙極晶體管是指由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的晶體管，可以分為NPN型和PNP型。單極晶體管則是指只由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的晶體管。

8.按功率分類(lèi)。分為小信號(hào)和功率晶體管。小信號(hào)晶體管是最大集電極電流IC(max)在500mA以下，最大集電極功率PC(max)不超過(guò)1W的晶體管。功率晶體管的功率一般超過(guò)1W。相比小信號(hào)晶體管擁有更大的最大集電極電流、最大集電極功率。對(duì)于散熱而言，它本身形狀就很大，有的功率晶體管上還覆蓋著金屬散熱片。

9.按集成度分類(lèi)。分為分立式和復(fù)合晶體管。復(fù)合晶體管包括集成多個(gè)晶體管的陣列和單元。

10.按形狀分類(lèi)。分為引腳型和貼片安裝型晶體管。晶體管分類(lèi)一些常見(jiàn)的晶體管如圖5-38所示。圖5-38常見(jiàn)的晶體管八晶體管選用晶體管選用九晶體管的識(shí)別與檢測(cè)晶體管的識(shí)別與檢測(cè)

可以利用萬(wàn)用表識(shí)別晶體管的引腳、管型及性能好壞；利用晶體管的特性測(cè)試儀或測(cè)試電路可測(cè)量晶體管的輸入、輸出特性。目前市面流行的塑封三極管引腳排列一般分為兩類(lèi)，一類(lèi)是：三極管的基極在中間；另一類(lèi)是基極在旁邊，C極在中間。本任務(wù)僅介紹用數(shù)字萬(wàn)用表識(shí)別硅材料普通晶體管基極在中間（鍺材料類(lèi)似，僅僅是集電結(jié)和發(fā)射結(jié)的正向壓降相對(duì)較小，可參考）的引腳和管型方法，如表5-16所示。其它的三極管管型和引腳判別可參考之。晶體管的識(shí)別與檢測(cè)表5-16用數(shù)字萬(wàn)用表識(shí)別硅材料普通晶體管的引腳和管型序號(hào)識(shí)別方法識(shí)別示意圖1準(zhǔn)備工作：準(zhǔn)備一只待測(cè)三極管和一個(gè)數(shù)字萬(wàn)用表。待測(cè)三極管有字一面朝向眼睛，將數(shù)字萬(wàn)用表置于測(cè)量二極管擋位，打開(kāi)電源，見(jiàn)右圖所示。

2

判斷B極及管型：先用數(shù)字萬(wàn)用表紅表筆觸碰晶體管某一引腳，黑表筆順序觸碰另外兩個(gè)引腳，如右圖所示，發(fā)現(xiàn)數(shù)字萬(wàn)用表黑表筆與晶體管中間引腳觸碰時(shí)，顯示屏顯示0.710V，見(jiàn)右圖②，黑表筆與與晶體管右邊引腳觸碰時(shí)，顯示屏顯示"1"，見(jiàn)右圖③。若在兩次測(cè)量過(guò)程中，數(shù)字萬(wàn)用表顯示屏都有接近0.5-0.7V的讀數(shù)，表明紅表筆所搭接的引腳為NPN型管的B極。

①②③晶體管的識(shí)別與檢測(cè)表5-16用數(shù)字萬(wàn)用表識(shí)別硅材料普通晶體管的引腳和管型序號(hào)識(shí)別方法識(shí)別示意圖3

判斷B極及管型：在序號(hào)2的基礎(chǔ)上把數(shù)字萬(wàn)用表黑表筆觸碰原先有讀數(shù)的引腳（三極管中間引腳），紅表筆依次觸碰三極管另外兩個(gè)引腳（即左右兩個(gè)引腳）如右圖①②所示，發(fā)現(xiàn)數(shù)字萬(wàn)用表紅表筆觸碰晶體管左邊引腳時(shí)，顯示屏顯示0.710V，見(jiàn)右圖①；紅表筆觸碰晶體管右邊引腳時(shí)，顯示屏顯示0.708V，見(jiàn)右圖②，表明此時(shí)黑表筆觸碰的引腳為PNP型晶體管的B極。

①②4

判斷B極及管型：若序號(hào)2的兩次測(cè)量過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)數(shù)字萬(wàn)用表顯示屏顯示的數(shù)值都為“1”，則用紅表筆觸碰三極管中間引腳，黑表筆依次觸碰三極管左右兩個(gè)引腳，如右圖所示，發(fā)現(xiàn)數(shù)字萬(wàn)用表紅表筆觸碰晶體管左邊引腳時(shí)，顯示屏顯示0.686V，見(jiàn)右圖①；紅表筆觸碰晶體管右邊引腳時(shí)，顯示屏顯示0.684V，見(jiàn)右圖②，表明紅表筆所觸碰的引腳為NPN型管的B極。

①②晶體管的識(shí)別與檢測(cè)表5-16用數(shù)字萬(wàn)用表識(shí)別硅材料普通晶體管的引腳和管型序號(hào)識(shí)別方法識(shí)別示意圖5

識(shí)別晶體管的C、E極及性能：把數(shù)字萬(wàn)用表置于測(cè)量晶體管的直流電流放大系數(shù)hFE擋位，接著根據(jù)判別出的晶體管B極和型號(hào)，根據(jù)序號(hào)3，判別三極管是PNP管，故把它插入對(duì)應(yīng)的

PNP型晶體管放大倍數(shù)測(cè)試座插孔，B極要對(duì)準(zhǔn)插孔上的B位置，C、E極先任意插入，如右圖①所示，發(fā)現(xiàn)數(shù)字萬(wàn)用表的顯示屏顯示的數(shù)值為49；接著固定B極插入位置不變，改變C、E極插入位置，如右圖②③所示，發(fā)現(xiàn)數(shù)字萬(wàn)用顯示屏顯示的數(shù)值為391，比較兩次顯示數(shù)值，數(shù)值大所對(duì)應(yīng)的就是晶體管的

C、E極。數(shù)值大的也就是晶體管的直流放大倍數(shù)。

①②③晶體管的識(shí)別與檢測(cè)表5-16用數(shù)字萬(wàn)用表識(shí)別硅材料普通晶體管的引腳和管型序號(hào)識(shí)別方法識(shí)別示意圖6

識(shí)別晶體管的C、E極及性能：根據(jù)數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量出的集電結(jié)和發(fā)射結(jié)的正向壓降來(lái)判別，如右圖①②所示，壓降稍大的為發(fā)射結(jié)，也就是紅表筆對(duì)應(yīng)的引腳為E極；壓降稍小的為集電結(jié)，也就是紅表筆對(duì)應(yīng)的引腳為C極。

①②晶體管的識(shí)別與檢測(cè)注意：若是測(cè)量過(guò)程中，數(shù)字萬(wàn)用表顯示屏顯示的數(shù)字接近0，表明晶體管已擊穿損壞；若測(cè)量過(guò)程數(shù)字萬(wàn)用表顯示屏都顯示1，表明晶體管已開(kāi)路損壞（已排除數(shù)字萬(wàn)用表異常）。想一想：根據(jù)表5-16，序號(hào)4的檢測(cè)結(jié)果和序號(hào)6的判別方法，你能判斷出所測(cè)三極管哪個(gè)引腳是C極、哪個(gè)引腳是E極嗎？十單晶體管放大電路1.放大電路性能指標(biāo)

單晶體管（簡(jiǎn)稱(chēng)單管）放大電路是組成各種復(fù)雜放大電路的基本單元。其作用是對(duì)輸入的小信號(hào)進(jìn)行無(wú)失真地放大。衡量其性能的指標(biāo)有放大器增益、帶寬、輸入輸出電阻（或阻抗）、噪聲系數(shù)和非線(xiàn)性失真。

增益：增益是指線(xiàn)性放大器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的比例關(guān)系。它表示放大器將輸入信號(hào)放大的程度。增益通常以分貝（dB）為單位表示。

帶寬：帶寬是指線(xiàn)性放大器能夠放大信號(hào)的頻率范圍。它表示放大器能夠處理的最高和最低頻率之間的差異。帶寬通常以赫茲（Hz）為單位表示。如圖5-39所示。圖5-39放大器帶寬1.放大電路性能指標(biāo)

輸入和輸出阻抗：輸入阻抗是指線(xiàn)性放大器輸入端的電阻。輸出阻抗是指線(xiàn)性放大器輸出端的電阻。阻抗匹配是確保信號(hào)能夠有效傳輸和匹配到其他電子設(shè)備的重要因素。噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)是指線(xiàn)性放大器引入的噪聲對(duì)輸出信號(hào)的影響程度。較低的噪聲系數(shù)表示放大器能夠更好地保持信號(hào)的純凈性。

非線(xiàn)性失真：非線(xiàn)性失真是指線(xiàn)性放大器在放大信號(hào)時(shí)引入的失真。這種失真可能會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的非線(xiàn)性關(guān)系。如圖5-40所示。圖5-40放大器非線(xiàn)性失真1.放大電路性能指標(biāo)圖5-41單管共發(fā)射極放大電路a）單管共發(fā)射極放大電路

b）單管共發(fā)射極放大電路直流通路

本任務(wù)重點(diǎn)以單管共射放大電路為例，通過(guò)常用的圖解法和微變等效電路法來(lái)分析求解單管共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)和輸入輸出電阻，其電路如圖5-41所示。1.放大電路性能指標(biāo)圖中ui待放大的輸入信號(hào)，uo為放大后的輸出信號(hào)。RB為晶體管VT基極直流偏置電阻，電源電壓EC通過(guò)RB為晶體管VT的基極提供靜態(tài)電流。RC為晶體管VT的集電極負(fù)載電阻，將集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，再傳遞到輸出端uo。放大電路中既有直流成分，又有交流成分，電路中相關(guān)的交流、直流和交直流合成信號(hào)的符號(hào)說(shuō)明如表5-17所示。1.放大電路性能指標(biāo)表5-17放大電路中的符號(hào)說(shuō)明

信號(hào)類(lèi)型符號(hào)

名稱(chēng)直流交流直流與交流合成正弦相量瞬時(shí)值有效值基極電流IBibIbiB集電極電流ICicIciC發(fā)射極電流IEieIeiE基-射極電壓UBEubeUbeuBE集-射極電壓UCEuceUceuCE2.單管共發(fā)射放大電路靜態(tài)工作狀態(tài)和直流通路圖5-42靜態(tài)工作點(diǎn)示意圖當(dāng)輸入信號(hào)ui=0時(shí)的單管共射放大電路的工作狀態(tài)稱(chēng)為靜態(tài)，此時(shí)通過(guò)放大電路中晶體管VT的各級(jí)只有直流電壓和直流電流成分，圖5-41a）中的電容C1、C2有隔直流作用，可忽略其存在，于是可等效圖5-41b）的電路，把這個(gè)電路稱(chēng)為單管共射放大電路的直流通路。單管放大電路在靜態(tài)工作狀態(tài)下，晶體管VT的基極電流IBQ、集電極電流ICQ、基-射極電壓UBEQ和集-射極電壓UCEQ的直流值，可以分別在晶體管的輸入和輸出特性曲線(xiàn)上對(duì)應(yīng)一個(gè)點(diǎn)，稱(chēng)為靜態(tài)工作點(diǎn)Q，如圖5-42所示。3.靜態(tài)工作點(diǎn)的求法3.靜態(tài)工作點(diǎn)的求法3.靜態(tài)工作點(diǎn)的求法3.靜態(tài)工作點(diǎn)的求法圖5-44圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)Q示意圖在晶體管輸出特性曲線(xiàn)中，把縱軸的IC=3.5mA與橫軸的UCE=7V的兩點(diǎn)連起來(lái)，連接后的直線(xiàn)與IBQ=40μA的交點(diǎn)，即為靜態(tài)工作點(diǎn)Q，通過(guò)Q點(diǎn)坐標(biāo)可求出ICQ、UCEQ的值分別約為1.6mA與3.8V，見(jiàn)圖5-44，與近似法求解結(jié)果基本一致。4.動(dòng)態(tài)工作波形當(dāng)放大電路的輸入端加上正弦輸入電壓ui=（Umsinωt）mV后，由于電容器C1具有通交流特性，電容器C1對(duì)于交流信號(hào)相當(dāng)于短路，所以晶體管VT的基-射電壓就在原來(lái)直流電壓的基礎(chǔ)上，疊加了交流分量ube，即：uBE=UBEQ+ube。同理，基極電流的合成分量iB=IBQ+ib，也是在直流分量IBQ上疊加上一個(gè)交流分量ib，疊加交流分量的基極電流iB被放大

倍后，產(chǎn)生合成的集電極電流iC也是在直流分量ICQ上疊加了一個(gè)交流分量ic形成的。當(dāng)集電極的電流合成分量iC通過(guò)電阻RC時(shí)，集-射極合成電壓uCE=EC?iCRC，又因?yàn)?，iC=IC+ic，uCE=UCE+uce，UCE=EC-ICRC，所以u(píng)ce=-icRC=uo，其波形為在直流靜態(tài)波形UCE的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)上負(fù)下正的交流分量。4.動(dòng)態(tài)工作波形圖5-45單管共射極放大電路的動(dòng)態(tài)工作波形圖由于電容器C2的隔直流作用，在負(fù)載電阻上，只能得到交流的集-射極電壓信號(hào)uce，這個(gè)信號(hào)就是放大電路的輸出電壓uo。它是一個(gè)上負(fù)下正的交流信號(hào)，只是去掉了直流分量。表明共發(fā)射極放大電路具有反相作用。有關(guān)單管共射極放大電路的動(dòng)態(tài)工作波形如圖5-45所示。5.放大電路的動(dòng)態(tài)分析5.放大電路的動(dòng)態(tài)分析圖解分析圖5-46圖解法分析單管共射放大電路放大過(guò)程a）集電極電流波形b）晶體管輸出特性曲線(xiàn)c）基極電流波形d）輸入特性曲線(xiàn)e）集電極電壓波形f）輸入信號(hào)波形5.放大電路的動(dòng)態(tài)分析圖解分析

圖解法不僅可以分析放大電路的放大過(guò)程，而且可以用來(lái)判別放大器的非線(xiàn)性失真類(lèi)型。當(dāng)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置過(guò)低時(shí)，工作波形會(huì)進(jìn)入截止區(qū)，產(chǎn)生截止失真；當(dāng)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置過(guò)高時(shí)，工作波形進(jìn)入飽和區(qū)，產(chǎn)生飽和失真。NPN型單管共射極放大電路兩種失真波形如圖5-47所示。圖5-47單管共射極放大電路產(chǎn)生失真的波形5.放大電路的動(dòng)態(tài)分析單管共射放大電路H參數(shù)小信號(hào)電路模型

利用圖解法分析放大電路的放大過(guò)程，具有清晰名了的特點(diǎn)，但其畫(huà)法繁瑣。根據(jù)圖解法圖5-46d）圖的分析可知，當(dāng)輸入信號(hào)足夠小時(shí)，晶體管的動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)可以認(rèn)為在輸入特性曲線(xiàn)的線(xiàn)性范圍內(nèi)變化，這時(shí)，晶體管的各級(jí)交流電壓、電流的關(guān)系也近似為線(xiàn)性關(guān)系，這樣就可以用一個(gè)微變電路（H參數(shù)等效電路模型）進(jìn)行等效，如圖5-48所示。圖5-48晶體管H參數(shù)簡(jiǎn)化小信號(hào)電路模型a）晶體管雙端口網(wǎng)絡(luò)b）H參數(shù)簡(jiǎn)化小信號(hào)電路模型5.放大電路的動(dòng)