电子元器件的测试 三极管的测试

九江职业技术学院电子电路测试与测绘任务一电子元器件的测试情境五三极管的测试主讲：×××九江职业技术学院九江职业技术学院电子电路测试与测绘三极管的外部结构与类型情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试三极管是在一块半导体基片上根据不同的掺杂方式制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，两个PN结把这块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有NPN和PNP两种。从三个区引出相应的电极，分别为基极b、发射极e和集电极c，如图所示。九江职业技术学院电子电路测试与测绘三极管的分类情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试晶体三极管的种类很多，分类方法也有多种。下面按用途、频率、功率、材料等进行分类。a.按材料和极性分有硅材料的NPN与PNP三极管.锗材料的NPN与PNP三极管。b.按用途分有高、中频放大管、低频放大管、低噪声放大管、光电管、开关管、高反压管、达林顿管、带阻尼的三极管等。c.按功率分有小功率三极管、中功率三极管、大功率三极管。d.按工作频率分有低频三极管、高频三极管和超高频三极管。e.按制作工艺分有平面型三极管、合金型三极管、扩散型三极管。f.按外形封装的不同可分为金属封装三极管、玻璃封装三极管、陶瓷封装三极管、塑料封装三极管等九江职业技术学院电子电路测试与测绘三极管的伏安特性情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试由于三极管有三个电极，要用两组特性曲线才能全面反映其性能。三极管的特性曲线是描述三极管各个电极之间电压与电流关系的曲线，它们是三极管内部载流子运动规律在管子外部的表现。三极管的特性曲线反映了管子的技术性能，是分析放大电路技术指标的重要依据。三极管共发射极放大电路的特性曲线有输入特性曲线和输出特性曲线，下面以NPN型三极管为例，来讨论三极管共射电路的特性曲线。九江职业技术学院电子电路测试与测绘情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试a.输入特性曲线输入特性曲线是描述三极管在管压降UCE保持不变的前提下，基极电流iB和发射结压降uBE之间的函数关系，即iB=f(uBE)|UCE=常数三极管的输入特性曲线如图所示。可见NPN型三极管共射极输入持性曲线的特点是：九江职业技术学院电子电路测试与测绘情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试①在输入特性曲线上也有一个开启电压，在开启电压内，uBE虽己大于零，但iB几乎仍为零，只有当uBE的值大于开启电压后，iB的值与二极管一样随uBE的增加按指数规律增大。硅晶体管的开启电压约为0.5V，发射结导通电压Von约为0.6～0.7V；锗晶体管的开启电压约为0.2V，发射结导通电压约为0.2～0.3V。②三条曲线分别为UCE=0V，UCE=0.5V和UCE=1V的情况。当UCE=0V时，相当于集电极和发射极短路，当UCE=1V，集电结已处在反向偏置，管子工作在放大区，当UCE1V以后，输入特性几乎与UCE=1V时的特性曲线重合。因晶体管工作在放大状态时，集电结要反偏，UCE必须大于l伏，所以，只要给出UCE=1V时的输入特性就可以了。九江职业技术学院电子电路测试与测绘情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试b.输出特性曲线输出特性曲线是描述三极管在输入电流iB保持不变的前提下，集电极电流iC和管压降uCE之间的函数关系，即ic=f(UCE)|IB=常数三极管的输出特性曲线如图5.1.4所示。可见，当IB改变时，iC和uCE的关系是一组平行的曲线族，并有截止区、放大区、饱和区以及击穿区四个工作区。但三极管在实际应用中是不允许工作在击穿区的。九江职业技术学院电子电路测试与测绘情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试①截止区IB=0持性曲线以下的区域称为截止区。此时晶体管的集电结处于反偏，发射结电压且也是处于反偏的状态，uBE＜uon且uCEuBE。由于iB＝0，在反向饱和电流可忽略的前提下，iC=βiB也等于0，晶体管无电流的放大作用。处在截止状态下的三极管，发射极和集电结都是反偏，在电路中犹如一个断开的开关。实际的情况是：处在截止状态下的三极管集电极有很小的电流ICE0，该电流称为三极管的穿透电流，它是在基极开路时测得的集电极-发射极间的电流，不受iB的控制，但受温度的影响。九江职业技术学院电子电路测试与测绘情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试②饱和区在三极管放大电路中，集电极接有电阻RC，如果电源电压VCC一定，当集电极电流iC增大时，uCE=VCC-iCRC将下降，对于硅管，当uCE降低到小于0.7V时，集电结也进入正向偏置的状态，uBEuon且uCEuBE，集电极吸引电子的能力将下降，此时iB再增大，iC几乎就不再增大了，三极管失去了电流放大作用，处于这种状态下工作的三极管称为饱和。三极管截止和饱和的状态与开关断、通的特性很相似，数字电路中的各种开关电路就是利用三极管的这种特性来制作的。九江职业技术学院电子电路测试与测绘情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试③放大区三极管输出特性曲线饱和区和截止区之间的部分就是放大区。工作在放大区的三极管才具有电流的放大作用。此时三极管的发射结处在正偏，集电结处在反偏，uBEuon且uCE≥uBE。由放大区的特性曲线可见，特性曲线非常平坦，当iB等量变化时，iC几乎也按一定比例等距离平行变化。由于iC只受iB控制，几乎与uCE的大小无关，说明处在放大状态下的三极管相当于一个输出电流受IB控制的受控电流源。上述讨论的是NPN型三极管的特性曲线，PNP型三极管特性曲线是一组与NPN型三极管特性曲线关于原点对称的图像。④击穿区当三极管uCE增大到某一值时，iC将急剧增加，特性曲线迅速上翘，这时三极管发生击穿。工作时应避免管子击穿。九江职业技术学院电子电路测试与测绘情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试③放大区三极管输出特性曲线饱和区和截止区之间的部分就是放大区。工作在放大区的三极管才具有电流的放大作用。此时三极管的发射结处在正偏，集电结处在反偏，uBEuon且uCE≥uBE。由放大区的特性曲线可见，特性曲线非常平坦，当iB等量变化时，iC几乎也按一定比例等距离平行变化。由于iC只受iB控制，几乎与uCE的大小无关，说明处在放大状态下的三极管相当于一个输出电流受IB控制的受控电流源。上述讨论的是NPN型三极管的特性曲线，PNP型三极管特性曲线是一组与NPN型三极管特性曲线关于原点对称的图像。九江职业技术学院电子电路测试与测绘三极管的主要参数及温度对特性的影响情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试三极管的参数用来表征管子性能优劣和适用范围，它是合理选用三极管的依据。a.电流放大系数（Currentamplificationfactor）电流放大系数是表征三极管放大能力的参数。电路工作状态有两种：电路无交流信号输入而工作在直流状态时，称为静态；电路有交流信号输入而工作在交流状态时，称为动态。九江职业技术学院电子电路测试与测绘情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试①共射电流放大系数前者反映静态时集电极电流与基极电流之比值；而后者反映动态时的电流放大作用。一般与β数值相近，在实际应用中=β，本课程统一用β表示。前者反映静态时集电极电流与基极电流之比值；而后者反映动态时的电流放大作用。一般与β数值相近，在实际应用中=β，本课程统一用β表示。②β与温度的关系温度升高，β值增大。每升高1℃，β值增加0.5%～1%，反映在输出特性曲线上就是各条曲线的间距增大。九江职业技术学院电子电路测试与测绘情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试b.极间反向电流极间反向电流是由少数载流子形成的，其大小表征了管子的温度特性。①ICBO指发射极开路时，集电极和基极之间的反向饱和电流。ICBO很小，温度升高，ICBO增加。一般硅管热稳定性比锗管好。②ICEO是指基极开路时，集电极和发射极之间的反向饱和电流，又称为穿透电流。ICEO=(1+β)ICBO。c.极限参数它是表征三极管能安全工作的参数。①集电极最大允许电流ICM(Maximumallowablecollectorcurrent)是指当β下降到正常β值的2/3时所对应的IC值。当IC超过这个值时，放大性能下降或损坏管子。九江职业技术学院电子电路测试与测绘情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试②反向击穿电压（Reversebreakdownvoltage）U(BR)CBO——发射极开路时，集电极－基极之间允许施加的最高反向电压，超过此值，集电结发生反向击穿。U(BR)EBO——集电极开路时，发射极－基极之间允许施加的最高反向电压。U(BR)CEO——基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反向电压。为可靠工作，使用时VCC取U(BR)CEO的1/2或2/3。在输出特性曲线中，iB＝0的曲线开始急剧上翘所对应的电压即为U(BR)CEO，其值比U(BR)CBO小。T↑，U(BR)↓。九江职业技术学院电子电路测试与测绘情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试③集电极最大允许耗散功率PCM(Maximumallowablepowerdissipation)PCM的大小主要决定于允许的集电结结温。一般硅管约为150℃，锗管约为70℃。显然，PCM的大小与管子的散热条件及环境温度有关。且PCM=iCuCE，由此可画出三极管的安全工作区。九江职业技术学院电子电路测试与测绘三极管的测试方法情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试三极管的种类很多，从频率上分高频、中频和低频三种，从功率上分大、中和小三种，从使用材料分锗和硅两种，从极性上分NPN型和PNP型两种。但是从测试角度来看，方法大抵相同。九江职业技术学院电子电路测试与测绘情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试（1）使用万用表判别三极管的极性将万用表置于电阻R×1k或R×100档，用黑色表笔接三极管的某一管脚（假设作为基极），再用红表笔分别接另外两个管脚。若表针指示的两次阻值均很大（很小），交换表笔后测试结果两次阻值均很小（很大），则说明假设正确，第一次测试中黑色表笔接的就是该三极管的基极b。若交换表笔后阻值是一大一小，相差很大，则说明第一次测试中黑色表笔接的不是基极b，应更换另一管脚重新测试，直到某管脚相对其它两管脚阻值均很大（很小），交换表笔测试，该管脚相对其它两管脚阻值均很小（很大），则该管脚就是基极b。将黑色表笔接b，红色表笔分别接另外两个管脚，若两次阻值均很大，则说明该管是PNP型，反之若两次阻值均很小，则说明被测管为NPN型。九江职业技术学院电子电路测试与测绘情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试判定基极b后就可以进一步判断集电极和发射极。仍然用万用表R×1k或R×100档，将两表笔分别接非基极的另外两电极，如果是PNP型管，则用一个100kΩ电阻接于基极与红色表笔之间，可测得一电阻值，然后将两表笔交换，同样在基极与红色表笔之间接100kΩ电阻，又测得一次电阻值，两次测试中阻值小的一次红色表笔所对应的是PNP管的集电极c，黑色表笔所对应的是发射极e。如果NPN型管，100kΩ电阻就要接在基极与黑色表笔之间，同样，电阻小的那一次黑色表笔所对应的管脚是NPN型管的集电极c，红色表笔所对应的是发射极e。在测试中也可以用潮湿的手指代替100kΩ电阻捏住集电极与基极。注意测试时不要让集电极和基极碰在一起，以免损坏晶体管。九江职业技术学院电子电路测试与测绘情景5.1普通三极管的测试情境五三极管的测试（2）判断三极管的材料因为硅管的正向压降一般为0.6～0.8V，而锗管的正向压降是0.2～0.4V左右，所以只要按图所示测量基极（b）与发射极（e）之间的压降Ube的数值就可以了，图中被测管为PNP管。观察电压表数值，若Ube的数值为0.5～0.9V即为硅管；若Ube的的数值为0.2～0.4V即为锗管。图所示为两种材料的晶体管的输入特性曲线，从图中就能看出锗管和硅管的正向特性是有较大的差异的。若对NPN管进行测试，只要把Eb和电压表的极性反接一下，