晶體三極管識讀與檢測

1、編號：QMSD/JW-14-01北京電子信息高級技工學(xué)校20102011年度第一學(xué)期 基本操作技能（一） 教案(首頁)授課教師： 教案序號： 課時順序： 授課章節(jié)名 稱項目七、晶體三極管識讀與檢測審批簽字授課班級 授課方法授課時間第 周 月 日第 周 月 日第 周 月 日第 周 月 日傳遞接受模式；講授法、多媒體、演示教學(xué)手段教材、教案、黑板、多媒體、傳統(tǒng)教學(xué)教學(xué)目標(biāo)知識和能力目標(biāo)：1、 了解三極管的結(jié)構(gòu)及管型。2、 了解三極管的電流放大作用3、 了解三極管的輸入特性曲線4、 掌握三極管的管腳識別和檢測方法。過程和方法目標(biāo)：1. 通過對三極管基本知識的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生正確分析電路的能力。2. 通

2、過對三極管檢測方法的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生正確檢測電路故障的能力。3. 通過課堂練習(xí)，強(qiáng)化知識點，落實課堂教學(xué)目標(biāo)。情感態(tài)度價值觀目標(biāo)：1. 指導(dǎo)學(xué)生記憶知識的方法，避免死記硬背。2. 培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、總結(jié)規(guī)律的良好習(xí)慣，形成認(rèn)真思考、積極動手的自學(xué)意識。作業(yè)補(bǔ)充見教案教學(xué)重點三極管的電流放大作用；三極管的管腳識別和檢測教學(xué)難點對PN結(jié)形成過程的理解；對伏安特性的理解 教學(xué)過程1組織教學(xué) （3分鐘）2復(fù)習(xí) （7分鐘）3新課導(dǎo)入 （5分鐘）4講授新課 （50分鐘）5本課小結(jié) （5分鐘）6布置作業(yè) （5分鐘）教學(xué)后記授課標(biāo)題項目七、晶體三極管識讀與檢測教學(xué)方法學(xué)生活動上課組織教學(xué)清點學(xué)生出勤情況配合老師

3、點名復(fù)習(xí)PN結(jié)的單向?qū)щ娦蕴釂柣卮鹦抡n導(dǎo)入二極管只有一個PN結(jié)，而三極管是由2個PN結(jié)組合而成提問引導(dǎo)學(xué)生，使其進(jìn)入思考狀態(tài)思考講授新課一、半導(dǎo)體三極管的基本結(jié)構(gòu)511 三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管內(nèi)部只有一個PN結(jié)，若在半導(dǎo)體二極管P型半導(dǎo)體的旁邊，再加上一塊N型半導(dǎo)體如圖5-1（a）所示。由圖5-1（a）可見，這種結(jié)構(gòu)的器件內(nèi)部有兩個PN結(jié)，且N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體交錯排列形成三個區(qū)，分別稱為發(fā)射區(qū)，基區(qū)和集電區(qū)。從三個區(qū)引出的引腳分別稱為發(fā)射極，基極和集電極，用符號e、b、c來表示。處在發(fā)射區(qū)和基區(qū)交界處的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)；處在基區(qū)和集電區(qū)交界處的PN結(jié)稱為集電結(jié)。具有這種結(jié)構(gòu)特性的器件稱

4、為三極管。三極管通常也稱雙極型晶體管（BJT），簡稱晶體管或三極管。三極管在電路中常用字母T來表示。因三極管內(nèi)部的兩個PN結(jié)相互影響，使三極管呈現(xiàn)出單個PN結(jié)所沒有的電流放大的功能，開拓了PN結(jié)應(yīng)用的新領(lǐng)域，促進(jìn)了電子技術(shù)的發(fā)展。因圖5-1（a）所示三極管的三個區(qū)分別由NPN型半導(dǎo)體材料組成，所以，這種結(jié)構(gòu)的三極管稱為NPN型三極管，圖5-1（b）是NPN型三極管的符號，符號中箭頭的指向表示發(fā)射結(jié)處在正向偏置時電流的流向。根據(jù)同樣的原理，也可以組成PNP型三極管，圖5-2（a）、（b）分別為PNP型三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和符號。由圖5-1和圖5-2可見，兩種類型三極管符號的差別僅在發(fā)射結(jié)箭頭的方向上

5、，理解箭頭的指向是代表發(fā)射結(jié)處在正向偏置時電流的流向，有利于記憶NPN和PNP型三極管的符號，同時還可根據(jù)箭頭的方向來判別三極管的類型。例如，當(dāng)大家看到“ ”符號時，因為該符號的箭頭是由基極指向發(fā)射極的，說明當(dāng)發(fā)射結(jié)處在正向偏置時，電流是由基極流向發(fā)射極。根據(jù)前面所討論的內(nèi)容已知，當(dāng)PN結(jié)處在正向偏置時，電流是由P型半導(dǎo)體流向N型半導(dǎo)體，由此可得，該三極管的基區(qū)是P型半導(dǎo)體，其它的兩個區(qū)都是N型半導(dǎo)體，所以該三極管為NPN型三極管。晶體管除了PNP和NPN兩種類別的區(qū)分外，還有很多種類。根據(jù)三極管工作頻率的不同，可將三極管分為低頻管和高頻管；根據(jù)三極管消耗功率的不同，可將三極管分為小功率管、中

6、功率管和大功率管等。常見三極管的外形如圖5-3所示。 圖5-3（a）和圖5-3（b）都是小功率管，圖5-3（c）為中功率管，圖5-3（d）為大功率管。 512 三極管的電流放大作用1、三極管內(nèi)部PN結(jié)的結(jié)構(gòu)對模擬信號進(jìn)行處理最基本的形式是放大。在生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗中，從傳感器獲得的模擬信號通常都很微弱，只有經(jīng)過放大后才能進(jìn)一步處理，或者使之具有足夠的能量來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成特定的工作。放大電路的核心器件是三極管，三極管的電流放大作用與三極管內(nèi)部PN的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。從圖5-1和5-2可見，三極管猶如兩個反向串聯(lián)的PN結(jié)，如果孤立地看待這兩個反向串聯(lián)的PN結(jié)，或?qū)蓚€普通二極管串聯(lián)起來組

7、成三極管，是不可能具有電流的放大作用。具有電流放大作用的三極管，PN結(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊性是：（1）為了便于發(fā)射結(jié)發(fā)射電子，發(fā)射區(qū)半導(dǎo)體的摻雜溶度遠(yuǎn)高于基區(qū)半導(dǎo)體的摻雜溶度，且發(fā)射結(jié)的面積較小。（2）發(fā)射區(qū)和集電區(qū)雖為同一性質(zhì)的摻雜半導(dǎo)體，但發(fā)射區(qū)的摻雜溶度要高于集電區(qū)的摻雜溶度，且集電結(jié)的面積要比發(fā)射結(jié)的面積大，便于收集電子。（3）聯(lián)系發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個PN結(jié)的基區(qū)非常薄，且摻雜溶度也很低。上述的結(jié)構(gòu)特點是三極管具有電流放大作用的內(nèi)因。要使三極管具有電流的放大作用，除了三極管的內(nèi)因外，還要有外部條件。三極管的發(fā)射極為正向偏置，集電結(jié)為反向偏置是三極管具有電流放大作用的外部條件。放大器是一個有輸入

8、和輸出端口的四端網(wǎng)絡(luò)，要將三極管的三個引腳接成四端網(wǎng)絡(luò)的電路，必須將三極管的一個腳當(dāng)公共腳。取發(fā)射極當(dāng)公共腳的放大器稱為共發(fā)射極放大器，基本共發(fā)射極放大器的電路如圖5-4所示。圖5-4中的基極和發(fā)射極為輸入端，集電極和發(fā)射極為輸出端，發(fā)射極是該電路輸入和輸出的公共端，所以，該電路稱為共發(fā)射極電路。圖5-4中的ui是要放大的輸入信號，uo是放大以后的輸出信號，VBB是基極電源，該電源的作用是使三極管的發(fā)射結(jié)處在正向偏置的狀態(tài)，VCC是集電極電源，該電源的作用是使三極管的集電結(jié)處在反向偏置的狀態(tài)，RC是集電極電阻。2、共發(fā)射極電路三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動情況共發(fā)射極電路三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動情況的示意

9、圖如圖5-5所示。圖5-5中載流子的運(yùn)動規(guī)律可分為以下的幾個過程。（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子的過程發(fā)射結(jié)處在正向偏置，使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（自由電子）不斷的通過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，即向基區(qū)發(fā)射電子。與此同時，基區(qū)的空穴也會擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，由于兩者摻雜溶度上的懸殊，形成發(fā)射極電流IE的載流子主要是電子，電流的方向與電子流的方向相反。發(fā)射區(qū)所發(fā)射的電子由電源EC的負(fù)極來補(bǔ)充。（2）電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合的過程擴(kuò)散到基區(qū)的電子，將有一小部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，同時基極電源EB不斷的向基區(qū)提供空穴，形成基極電流IB。由于基區(qū)摻雜的溶度很低，且很薄，在基區(qū)與空穴復(fù)合的電子很少，所以，基極電流IB也很小。擴(kuò)散

10、到基區(qū)的電子除了被基區(qū)復(fù)合掉的一小部分外，大量的電子將在慣性的作用下繼續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散。（3）集電結(jié)收集電子的過程反向偏置的集電結(jié)在阻礙集電區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子的同時，空間電荷區(qū)將向基區(qū)延伸，因集電結(jié)的面積很大，延伸進(jìn)基區(qū)的空間電荷區(qū)使基區(qū)的厚度進(jìn)一步變薄，使發(fā)射極擴(kuò)散來的電子更容易在慣性的作用下進(jìn)入空間電荷區(qū)。集電結(jié)的空間電荷區(qū)，可將發(fā)射區(qū)擴(kuò)散進(jìn)空間電荷區(qū)的電子迅速推向集電極，相當(dāng)于被集電極收集。集電極收集到的電子由集電極電源Ec吸收，形成集電極電流IC。3、三極管的電流分配關(guān)系和電流放大系數(shù)根據(jù)上面的分析和節(jié)點電流定律可得，三極管三個電極的電流IE、IB、IC之間的關(guān)系為：IE=IB+IC 三極

11、管的特殊結(jié)構(gòu)使IC大大于IB，令 稱為三極管的直流電流放大倍數(shù)。它是描述三極管基極電流對集電極電流控制能力大小的物理量， 大的管子，基極電流對集電極電流控制的能力就大。 是由晶體管的結(jié)構(gòu)來決定的，一個管子做成以后，該管子的 就確定了。513 三極管的共射特性曲線三極管的特性曲線是描述三極管各個電極之間電壓與電流關(guān)系的曲線，它們是三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動規(guī)律在管子外部的表現(xiàn)。三極管的特性曲線反映了管子的技術(shù)性能，是分析放大電路技術(shù)指標(biāo)的重要依據(jù)。三極管特性曲線可在晶體管圖示儀上直觀地顯示出來，也可從手冊上查到某一型號三極管的典型曲線。三極管共發(fā)射極放大電路的特性曲線有輸入特性曲線和輸出特性曲線，下面

12、以NPN型三極管為例，來討論三極管共射電路的特性曲線。1、輸入特性曲線輸入特性曲線是描述三極管在管壓降UCE保持不變的前提下，基極電流iB和發(fā)射結(jié)壓降uBE之間的函數(shù)關(guān)系，即 三極管的輸入特性曲線如圖5-6所示。由圖5-6可見NPN型三極管共射極輸入持性曲線的特點是：（1）在輸入特性曲線上也有一個開啟電壓，在開啟電壓內(nèi)，uBE雖己大于零，但iB幾乎仍為零，只有當(dāng)uBE的值大于開啟電壓后，iB的值與二極管一樣隨uBE的增加按指數(shù)規(guī)律增大。硅晶體管的開啟電壓約為0.5V，發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓Von約為0.60.7V；鍺晶體管的開啟電壓約為0.2V，發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓約為0.20.3V。（2）三條曲線分別為U

13、CE=0V，UCE=0.5V和UCE=1V的情況。當(dāng)UCE=0V時，相當(dāng)于集電極和發(fā)射極短路，即集電結(jié)和發(fā)射結(jié)并聯(lián)，輸入特性曲線和PN結(jié)的正向特性曲線相類似。當(dāng)UCE=1V，集電結(jié)已處在反向偏置，管子工作在放大區(qū)，集電極收集基區(qū)擴(kuò)散過來的電子，使在相同uBE值的情況下，流向基極的電流iB減小，輸入特性隨著UCE的增大而右移。當(dāng)UCE>1V以后，輸入特性幾乎與UCE=1V時的特性曲線重合，這是因為VcclV后，集電極已將發(fā)射區(qū)發(fā)射過來的電子幾乎全部收集走，對基區(qū)電子與空穴的復(fù)合影響不大，iB的改變也不明顯。因晶體管工作在放大狀態(tài)時，集電結(jié)要反偏，UCE必須大于l伏，所以，只要給出UCE=1

14、V時的輸入特性就可以了。2、輸出特性曲線輸出特性曲線是描述三極管在輸入電流iB保持不變的前提下，集電極電流iC和管壓降uCE之間的函數(shù)關(guān)系，即 三極管的輸出特性曲線如圖5-7所示。由圖5-7可見，當(dāng)IB改變時，iC和uCE的關(guān)系是一組平行的曲線族，并有截止、放大、飽和三個工作區(qū)。（1）截止區(qū)IB=0持性曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。此時晶體管的集電結(jié)處于反偏，發(fā)射結(jié)電壓uBE0，也是處于反偏的狀態(tài)。由于iB0，在反向飽和電流可忽略的前提下，iC=iB也等于0，晶體管無電流的放大作用。處在截止?fàn)顟B(tài)下的三極管，發(fā)射極和集電結(jié)都是反偏，在電路中猶如一個斷開的開關(guān)。實際的情況是：處在截止?fàn)顟B(tài)下的三極管集電

15、極有很小的電流ICE0，該電流稱為三極管的穿透電流，它是在基極開路時測得的集電極-發(fā)射極間的電流，不受iB的控制，但受溫度的影響。（2）飽和區(qū)在圖5-4的三極管放大電路中，集電極接有電阻RC，如果電源電壓VCC一定，當(dāng)集電極電流iC增大時，uCE=VCC-iCRC將下降，對于硅管，當(dāng)uCE 降低到小于0.7V時，集電結(jié)也進(jìn)入正向偏置的狀態(tài)，集電極吸引電子的能力將下降，此時iB再增大，iC幾乎就不再增大了，三極管失去了電流放大作用，處于這種狀態(tài)下工作的三極管稱為飽和。規(guī)定UCEUBE時的狀態(tài)為臨界飽和態(tài)，圖5-7中的虛線為臨界飽和線，在臨界飽和態(tài)下工作的三極管集電極電流和基極電流的關(guān)系為： 式中

16、的ICS，IBS，UCES分別為三極管處在臨界飽和態(tài)下的集電極電流、基極電流和管子兩端的電壓（飽和管壓降）。當(dāng)管子兩端的電壓UCEUCES時，三極管將進(jìn)入深度飽和的狀態(tài)，在深度飽和的狀態(tài)下，iC=iB的關(guān)系不成立，三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置會導(dǎo)電的狀態(tài)下，在電路中猶如一個閉合的開關(guān)。三極管截止和飽和的狀態(tài)與開關(guān)斷、通的特性很相似，數(shù)字電路中的各種開關(guān)電路就是利用三極管的這種特性來制作的。（3）放大區(qū)三極管輸出特性曲線飽和區(qū)和截止區(qū)之間的部分就是放大區(qū)。工作在放大區(qū)的三極管才具有電流的放大作用。此時三極管的發(fā)射結(jié)處在正偏，集電結(jié)處在反偏。由放大區(qū)的特性曲線可見，特性曲線非常平坦，當(dāng)iB等量變化時，iC幾乎也按一定比例等距離平行變化。由于iC只受iB控制，幾乎與uCE的大小無關(guān)，說明處在放大狀態(tài)下的三極管相當(dāng)于一個輸出電流受IB控制的受控電流源。上述討論的是NPN型三極管的特性曲線，PNP型三極管特性曲線是一組與NPN型三極管特性曲線關(guān)于原點對稱的圖像講授形象演繹，解釋PN結(jié)的形成講解示意圖講授講授通過問題復(fù)習(xí)舊知識，并引出新知實物投影