1、电器钳工日常培训备课提纲二十四1晶体三极管基础知识Hyj87073教学内容本课学习内容包括:晶体三极管的结构、分类、性能指标、检测以及在电路中的作用。教学目标目的及要求1、了解晶体三极管的结构、分类、性能指标,培养职工的实际使用选择晶体三极管的能力。2、了解晶体三极管在电路中的作用,培养职工的识图能力。过程与方法1、 通过课前搜集晶体三极管相关的内容,自己组织有关的信息,讲述晶体三极管的结构、分类、性能指标。2、 通过讲解和实际操作,培养职工使用万用表检测晶体三极管的方法以及通过标注简单判断晶体三极管的主要作用。3、 通过思考晶体三极管作用,使职工了解晶体三极管的开关、放大、等效可变电阻的典型
2、电路。教学重、难点及解决措施重点晶体三极管的作用。难点检测晶体三极管。教学解决措施对于晶体三极管作用这一重点,通过设计一系列学习任务,由职工进行讨论、交流、实际电路分析等手段来突破。为解决教学难点,通过利用现有晶体三极管、实际判断并检测等方面加深检测晶体三极管的印象。教学准备教师准备1、提前预习并查找有关资料。电器钳工日常培训备课提纲二十四22、查找与本节课内容有关的文字、图片等资料。3、撰写教学教案。教学方法理论讲解与实际操作相互结合教学教学课时4 个课时教学提纲一、晶体三极管的结构:半导体三极管是一个有三条引脚的半导体器件,它的内部则由两个 PN 结构成,有两种形式,如图 15-1 所示。
3、其中图 (a) 所示三极管称为 PNP 型半导体三极管,图 (b) 所示三极管称为 NPN 型半导体三极管。半导体三极管从两个 PN 结中引出三个电极,即发射极、基极及集电极,分别以 E 、B 、C 表示。如果在两个 PN 结上加上不同极性的电压,它们便会有不同的工作状态。二、晶体三极管的分类:晶体三极管的种类很多,按半导体材料和导电极性来分有硅材料的 NPN 管、PNP 管和锗材料的 NPN 管和 PNP 管; 按半导体三极管耗散功率来分,有小功率三极管、中功率三极管和大功率三极管等;按半导体三极管的功能及用途可分为放大管、开关管、复合管(达电器钳工日常培训备课提纲二十四3林顿管)和高反压管
4、等;若按半导体三极管的工作频率来分,则有低频管、高频管及超高频管等,具体分类如图:三、晶体三极管的主要性能指标:1、共发射极电流放大系数 :在共发射极电路中,在一定的集电极电压 UCE下,集电极电流变化量IC 与基极电流变化量IB,的比值称为电流放大系数 ,即:由于 反映了变化量之比,在放大电路中变化量实际上是交流信号,因此把 值称为共发射极交流电流放大系数 hFE 。 值的标志方法有两种,即色标法和字母法。色标法使用得较早,通常将颜色涂在三极管的顶部,用不同的颜色来表示管子 值的大小。国产小功率管色标颜色与 值的对应关系如表:电器钳工日常培训备课提纲二十四42、共基极电流放大系数 :在共基极
5、电路中,在一定的集电极与基极电压 UCB下,集电极电流的变化量IC 与发射极电流变化量IE 的比值称为电流放大系数 ,即:3、晶体三极管的频率特性参数:晶体三极管用于交流放大时,电流放大系数与频率有关。当三极管工作频率较低时,hFE值变化不大,但三极管用于高频电路时,电流放大系数将会随着工作频率的升高而不断减小,这时就需要考虑频率特性参数了。频率特性参数主要有以下几个。( 1 )共基极截止频率 fa:共基极截止频率又叫 截止频率。在共基极电路中,电流放大系数 值在工作频率较低时基本上为一常数。当工作频率 ffa以后,电流放大系数 随频率的升高而下降,当 值下降到 o(共基极放大器最低频率时的电
6、流放大系数)的 时所对应的频率便是 fa 。(2) 共发射极截止频率 f:共发射极截止频率又称 截止频率。它与 fa的定义相似,在共发射极电路里,电流放大系数 值在降低到 o 的 时所对应的频率便是 f。f 和 fa有下列关系:在实际工作中,工作频率 f 等于 fa或 f 时,并不等于半导体三极管就截止不工作了,它仍有相当的工作能力。其规律是 f=fa或 f=f 时, =0.707o 或 = 0.707o;当 f=fa或 f=f 时, = 0.5o 或 = 0.5o。但在电路设计中选用三极管时,若电路的工作频率较高,应尽量选用 fa 或 f 值大的三极管。(3)特征频率 fT:当工作频率超过截
7、止频率 f 以后, 值开始下降,当 值下降为 1时,所对应的频率叫做特征频率 fT。当工作频率 f =fT时,半导体三极管就完全失去了电流放大功能。由于 f=常数,有时称 fT为增益带宽乘积。电器钳工日常培训备课提纲二十四5(4) 最高振荡频率 fM:最高振荡频率的定义为:当半导体三极管的功率增益等于 1时的频率称为半导体三极管的最高振荡频率 fM。当工作频率大于 fM时,三极管不能得到功率放大;当工作频率低于 fM时,三极管可获得功率放大。可见 fM 是半导体三极管的一个重要参数。在一般情况下,要使三极管工作稳定,又有一定的功放作用,三极管的实际工作频率应为(1/3 - 1/4)fM 。4、
8、管极间的反向电流 : 半导体三极管极间的反向电流指的是集电极一基极间反向电流 ICBO 和集电极一发射极间反向电流 ICEO。ICEO 使用得较多,它是指三极管基极开路时,集电极 C和发射极 E之间的反向电流,又称为穿透电流或反向击穿电流。小功率错三极管的 ICEO 较大,通常在500A 以下,硅三极管的 ICEO都很小,通常在 1A 以下,同一个三极管的 ICEO比 ICBO大得多,且随温度的升高而急剧增加,因此这个参数是衡量三极管稳定性好坏的重要参数之一。5、三极管的极限参数各种电子元器件都有一个使用极限值要求,对于晶体三极管来讲,它的主要极限参数有以下几个。(1)集电极最大允许电流 IC
9、M:半导体三极管允许通过的最大电流即为 ICM 。当集电极电流 IC增大到一定程度时, 值便会明显下降,这时三极管不至于烧坏,但已不宜使用。因此,规定 值下降到额定值的 2/3 时所对应的集电极电流为集电极最大电流 ICM。(2) 集电极最大允许耗散功率 PCM:集电极耗散功率实际上是集电极电流 IC和集电极电压 UCE的乘积。在使用三极管时,实际功耗不允许超过 PCM还应留有较大的余量。耗散功率会引起三极管发热,使结温升高。如果集电极的耗散功率过大,将会使集电结的温度超过允许值而被烧坏。为了提高 PCM的数值,大功率三极管都要求加装散热片,此时手册中给出的大功率三极管的 PCM是指带有散热片
10、时的数值。(3)集电极一发射极反向击穿电压 BVCEO ( VCEO ):BVCEO是指三极管基极开路时,加在集电极 C 和发射极 E 之间的最大允许电压。使用时,若VCE BVCEO。则会导致三极管击穿而损坏。电器钳工日常培训备课提纲二十四6(4) 集电极一基极反向击穿电压 BVCBO ( VCBO ):BVCBO是指三极管发射极开路时,集电结的反向最大电压。使用时,集电极与基极间的反向电压不允许超过此值的规定。(5) 发射极基极反向击穿电压 BVCEO( VCEO):BVEBO是指三极管集电极开路时,发射结的反向最大电压。使用时,发射结承受的反向电压不应超过此值的规定.四、晶体三极管检测常
11、识:通常我们要用 R1k 档,不管是 NPN 管还是 PNP 管,不管是小功率、中功率、大功率管,测其 be 结 cb 结都应呈现与二极管完全相同的单向导电性,反向电阻无穷大,其正向电阻大约在 10K 左右。为进一步估测管子特性的好坏,必要时还应变换电阻档位进行多次测量,方法是:置 R10 档测 PN 结正向导通电阻都在大约 200 左右;置R1 档测 PN 结正向导通电阻都在大约 30 左右, (以上为 47 型万用表测得数据,其它型号万用表大概略有不同,可多试测几个好管总结一下,做到心中有数)如果读数偏大太多,可以断定管子的特性不好。还可将万用表置于 R10k 再测,耐压再低的管子(基本上
12、三极管的耐压都在 30V 以上) ,其 cb 结反向电阻也应在 ,但其 be 结的反向电阻可能会有些,万用表针会稍有偏转(一般不会超过满量程的 1/3,根据管子的耐压不同而不同) 。同样,在用 R10k 档测 ec 间(对 NPN 管)或 ce 间(对 PNP 管)的电阻时,万用表针可能略有偏转,但这不表示管子是坏的。但在用 R1k 以下档测 ce 或 ec 间电阻时,万用表头指示应为无穷大,否则管子就是有问题。应该说明一点的是,以上测量是针对硅管而言的,对锗管不适用。不过现在锗管也很少见了。另外,所说的“反向”是针对PN 结而言,对 NPN 管和 PNP 管方向实际上是不同的。现在常见的三极
13、管大部分是塑封的,如何准确判断三极管的三只引脚哪个是b、c、e?三极管的 b 极很容易测出来,但怎么断定哪个是 c 哪个是 e?这里推荐三种方法:第一种方法:对于有测三极管 hFE 插孔的指针表,先测出 b 极后,将三极管随意插到插孔中去(当然 b 极是可以插准确的) ,测一下 hFE 值,然后再将管子倒过来再测一遍,测得 hFE 值比较大的一次,各管脚插入的位置是正确的。第二种方法:对无 hFE 测量插孔的表,或管子太大不方便插入插孔的,可以用这种方法:对 NPN 管,先测出 b 极(管子是 NPN 还是 PNP 以及其 b 脚都很容易测出,是吧?) ,电器钳工日常培训备课提纲二十四7将表置
14、于 R1k 档,将红表笔接假设的 e 极(注意拿红表笔的手不要碰到表笔尖或管脚),黑表笔接假设的 c 极,同时用手指捏住表笔尖及这个管脚,将管子拿起来,用你的舌尖舔一下 b 极,看表头指针应有一定的偏转,如果你各表笔接得正确,指针偏转会大些,如果接得不对,指针偏转会小些,差别是很明显的。由此就可判定管子的 c、e 极。对 PNP管,要将黑表笔接假设的 e 极(手不要碰到笔尖或管脚) ,红表笔接假设的 c 极,同时用手指捏住表笔尖及这个管脚,然后用舌尖舔一下 b 极,如果各表笔接得正确,表头指针会偏转得比较大。当然测量时表笔要交换一下测两次,比较读数后才能最后判定。这个方法适用于所有外形的三极管
15、,方便实用。根据表针的偏转幅度,还可以估计出管子的放大能力,当然这是凭经验的。第三种方法:先判定管子的 NPN 或 PNP 类型及其 b 极后,将表置于 R10k 档,对NPN 管,黑表笔接 e 极,红表笔接 c 极时,表针可能会有一定偏转,对 PNP 管,黑表笔接c 极,红表笔接 e 极时,表针可能会有一定的偏转,反过来都不会有偏转。由此也可以判定三极管的 c、 e 极。不过对于高耐压的管子,这个方法就不适用了。 对于常见的进口型号的大功率塑封管,其 c 极基本都是在中间。中、小功率管有的 b极可能在中间。当然也有 c 极在中间的。所以在维修更换三极管时,尤其是这些小功率三极管,不可拿来就按
16、原样直接安上,一定要先测一下。测三极管穿透电流:NPN 型管(PNP 型表笔对调)ce 极间电阻应很大,此电阻值越大,三极管穿透电流越小,工作稳定性越好,若手握此管时,电阻值逐渐减小,则三极管稳定性很差。测三极管放大能力:在前项测量基础上在三极管 cb 两极间加一个 100K 电阻,则表针应向右摆动摆动角度越大,三极管放大倍数越大。五、晶体三极管应用电路:1、电压、电流放大电路:下图 a、b、c 分别是晶体三极管放大电路的共发射极、共集电极、共基极接法。电器钳工日常培训备课提纲二十四8a b ca的特点:电压、电流放大倍数大,功率放大倍数最大,但输入、输出阻抗一般;b的特点:电流放大倍数小,电
17、压放大倍数大,功率放大倍数一般,输入阻抗小,输出阻抗大;c的特点:电流放大倍数大,电压放大倍数小,功率放大倍数小,但输入阻抗最大,输出阻抗最小。2、等效可变电阻电路: 控制晶体三极管的基极电流的大小,便可以改变集电极电流的大小,利用这个特点,三极管便可起到电流调节的可变电阻作用,如 TPZ9电压调整器的电源电压部分。3、无触点开关电路:利用晶体三极管的“饱和”和“截止”状态的特性控制基极电流,使晶体三极管工作在饱和区(相当于开关接通)和截止区(相当于开关关断) ,如过渡装置中的三极管即作为无触点开关使用。本课总结在学习了晶体三极管的结构、性能指标、检测以及在电路中的作用后,对于晶体三极管有了初步的了解,在以后的工作中只要多加留意,就能够根据电路中晶体三极管的位置,分析其作用,加快配件检修故障的判断。