三极管及应用

三极管原理及应用学习任务了解三极管工作原理三极管识别放大作用半导体三极管1基本结构NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极符号：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三极管PNP型三极管基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极结构特点：集电区：面积最大三极管工作原理视频极性判断2电流分配和放大原理1.三极管放大的外部条件BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏PNP发射结正偏VBVE集电结反偏VCVB从电位的角度看：NPN发射结正偏VBVE集电结反偏VCVB2.各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.100.0010.701.502.303.103.950.0010.721.542.363.184.05结论:1）三电极电流关系IE=IB+IC2）ICIB，ICIE3）ICIB把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。3.三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO基区空穴向发射区的扩散可忽略。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE，多数扩散到集电结。从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。3.三极管内部载流子的运动规律IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBOIBEICE与IBE之比称为共发射极电流放大倍数集－射极穿透电流,温度ICEO(常用公式)若IB=0,则ICICE03特性曲线即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：1）直观地分析管子的工作状态2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线发射极是输入回路、输出回路的公共端共发射极电路输入回路输出回路测量晶体管特性的实验线路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++1.输入特性特点:非线性死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。正常工作时发射结电压：NPN型硅管UBE0.6~0.7VPNP型锗管UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO2.输出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区在放大区有IC=IB，也称为线性区，具有恒流特性。在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止区IB0以下区域为截止区，有IC0。在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。饱和区截止区（3）饱和区当UCEUBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IBIC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。深度饱和时，硅管UCES0.3V，锗管UCES0.1V。4主要参数1.电流放大系数直流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：和的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的值在20~200之间。例：在UCE=6V时，在Q1点IB=40A,IC=1.5mA；在Q2点IB=60A,IC=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1点，有由Q1和Q2点，得2.集-基极反向截止电流ICBOICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度ICBOICBOA+–EC3.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEOAICEOIB=0+–ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。4.集电极最大允许电流ICM5.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。当集—射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。6.集电极最大允许耗散功耗PCMPCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。PCPCM=ICUCE硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEO晶体管参数与温度的关系1、温度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管优于锗管。2、温度每升高1C，UBE将减小–(2~2.5)mV，即晶体管具有负温度系数。3、温度每升高1C，增加0.5%~1.0%。认识常见三极管的外形和封装21三、注意事项22指针式万用表表笔在三极管检测过程一定要注意：红表笔表示指针式万用表内部电池的负极，黑表笔表示指针式万用表内部电池的正极。准备工作：将指针式万用表档位旋转按钮调到RX1K位置。完成欧姆调零工作。三、具体步骤231、三颠倒，找基极；PN结，定极型。三极管的内部等效图如下图所示，根据等效电路来进行检测判别。1、三颠倒，找基极；PN结，定极型241红2黑，阻值较小2黑3红，阻值较小1黑2红，阻值很大2红3黑，阻值很大1黑3红，阻值很大1红3黑，阻值很大本次检测的三极管为NPN型，2脚为基极。1、三颠倒，找基极；PN结，定极型251红2黑，阻值很大2黑3红，阻值很大1黑2红，阻值较小2红3黑，阻值较小1黑3红，阻值很大1红3黑，阻值很大本次检测的三极管为PNP型，2脚为基极。2、判别集电极（NPN型）26假设1管脚为集电极，指针偏转较大（很小）。假设3管脚为集电极，指针偏很小（较大）。判别结果：1脚为集电极(发射极），3脚为发射极（集电极）。2、判别集电极（PNP型）27假设1管脚为集电极，指针偏转大(很小）。假设3管脚为集电极，指针偏很小（较大）。判别结果：1脚为集电极（发射极），3脚为发射极（集电极）。28现今比较流行的三极管9011～9018系列为高频小功率管，除9012和9015为PNP型管外，其余均为NPN型管。常用9011～9018、1815系列三极管管脚排列如图所示。平面对着自己，引脚朝下，从左至右依次是E、B、C。H桥驱动电路介绍----制作如图所示，因为原始电路在外观上与字母H相似，所以该电路称为H桥电路。H桥电路主要目的是提供大电流的回路，用来驱动电机。由于普通控制器IO口的输出电流能力有限，远远满足不了电机驱动的要求，IO口通过控制相应器件来间接控制大电流。图中通过三极管简单介绍下H桥工作原理。当Q1基极低电平时，Q2基极低电平时导通时，Q3基极高电平，Q4基极高电平时，电流流向如图所示。当要控制电机方向转动时，导通Q3与Q2，Q1与Q4不导通，这样就实现反向控制。图1-1H桥电路左边电路图存在三个问题：1、控制时，当Q1、Q2或者Q3、Q4同时导通时，就会使电源直接连接到地，使电路短路，产生大电流，损坏器件。2、由于电机线圈存在感应电动势，没有加二极管进行保护，器件容易损坏，参考电路如图1-2所示。3、三极管的PN结电阻较大，当电流经过时功耗大。图1-2加二极管保护H桥电路改进电路方向：1、使用场效应管代替三极管，能得到更小的损耗，更大的电流，且场效应管易于集成，内部已经有二极管，不必额外增加。分立元件电路如图1-2所示。2、控制时，避免Q1、Q2同时导通造成短路。为了解决电路短路问题，可以与数字门电路搭配使用，如图1-3所示。通过门电路，可以在硬件电路上保证Q1与Q2、Q3与Q4不同时导通，造成短路。图1-2MOS管H桥电路图1-3