任务2 晶体三极管

活动2 晶体三极管的选用

学习目标

1．熟悉三极管的结构、分类和型号；了解三极管的主要参数。

2．掌握三极管的电流分配和放大作用；了解三极管的输入、输出特性曲线（共射接法）及其三个工作区域的划分；掌握PLC的结构与特点。

3．掌握三极管的简易测试。

4．通过查阅资料，能释读三极管的主要参数。

建议学时

6学时

知识准备

一、三极管的命名

1．国产晶体三极管的命名方法

第一部分：数字表示器件电极数目。

第二部分：拼音字母表示器件的材料和极性。

第三部分：拼音字母表示器件的类型。

第四部分：数字表示序号。

第五部分：字母表示区别代号。

另外，3DJ型为场效应管，BT打头的表示半导体特殊元件。晶体三极管在电路中常用“Q”加数字表示，例如：Q17表示编号为17的三极管。

2．国外晶体三极管的命名

（1）日本：第一部分用数字2表示具有2个PN结；第二部分用字母S表示属于日本电子工业协会注册登记的产品；第三部分用字母表示二极管的极性与类型，A表示PNP型高频，B表示PNP型低频，C表示NPN型高频，D表示NPN型低频；第四部分用两位数字表示注册登记的顺序号，若数字后面跟有A、B、C等字母，则表示是原型号的改进产品。

（2）美国：美国生产的晶体三极管命名方法与日本相似。第一部分为数字2；第二部分用字母N表示属美国电子工业协会注册的产品；第三部分用多位数字表示注册登记的序号。

（3）欧洲国家：第一部分用字母表示硅锗材料，A表示锗管，B表示硅管；第二部分用字母表示晶体类型，C表示低频小功率管，D表示低频大功率管，F表示高频小功率管，L表示高频大功率管，S表示小功率开关管，U表示大功率开关管；第三部分用三位数字表示登记序号；第四部分为β参数分挡标志。

二、三极管的封装形式和管脚识别

PNP型和NPN型三极管如图1-2-1所示。

常用三极管的封装形式有金属封装（一般为铁质外盒外表镀金属或喷漆，并印上型号）、塑料封装（型号印在塑料外盒上）、玻璃封装（外盒喷上黑色或灰色的漆，再印上型号）三大类。引脚的排列方式具有一定的规律：对于小功率金属封装晶体三极管，按底视图位置放置，使三个引脚构成等腰三角形的顶点，从左向右依次为E、B、C；对于中小功率塑料三极管按图使其平面朝向自己，三个引脚朝下放置，则从左到右依次为E、B、C。对于只有两个引脚的大功率金属封装晶体三极管，按底视图位置放置，两个引脚在左侧，外壳是集电极C，基极B在下面，发射极E在上面。对于三个引脚的大功率晶体三极管，按底视图位置放置，两个引脚在右侧，则下面的引脚为发射极E，按逆时针方向，分别为E、B、C。四个引脚的晶体三极管有一个突起的定位梢，分辨各引脚时，各引脚朝上，从定位梢顺时针方向依次为E、B、C、D，其中D为接外壳的引脚。目前，国内各种类型的晶体三极管有许多种，管脚的排列不尽相同，在使用中不确定管脚排列的三极管，必须进行测量，确定各管脚正确的位置，或查找晶体管使用手册，明确三极管的特性及相应的技术参数和资料。

三、普通晶体三极管的参数

1．电流放大系数

1）共发射极电流放大系数

（1）共发射极直流电流放大系数。它表示三极管在共射极连接时，某工作点处直流电流IC与IB的比值。

（2）共发射极交流电流放大系数β。它表示三极管共射极连接且UCE恒定时，集电极电流变化量ΔIC与基极电流变化量ΔIB之比，即：二极管的β值太小时，放大作用差；β值太大时，工作性能不稳定。因此，一般选用β为30～80的二极管。

2）共基极电流放大系数

（1）共基极直流电流放大系数。它表示三极管在共基极连接时，某工作点处IC与IE的比值。

（2）共基极交流电流放大系数α。它表示三极管作共基极连接时，在UCB恒定的情况下，IC和IE的变化量之比。

2．极间反向电流

1）集—基反向饱和电流ICBO

ICBO是指发射极开路，在集电极与基极之间加上一定的反向电压时，所对应的反向电流。它是少子的漂移电流。在一定温度下，ICBO是一个常量。随着温度的升高，ICBO将增大，它是三极管工作不稳定的主要因素。在相同环境温度下，硅管的ICBO比锗管的ICBO小得多。

2）穿透电流ICEO

ICEO是指基极开路，集电极与发射极之间加一定反向电压时的集电极电流。ICEO与ICBO的关系为：该电流好像从集电极直通发射极一样，故称为穿透电流。ICEO和ICBO一样，也是衡量三极管热稳定性的重要参数。

3．频率参数

频率参数是反映三极管电流放大能力与工作频率关系的参数，表征三极管的频率适用范围。

1）共射极截止频率fβ

三极管的β值是频率的函数，中频段β=β0，几乎与频率无关，但是随着频率的增高，β值下降。当，值下降到中频段时，所对应的频率，称为共射极截止频率，用fβ表示。

2）特征频率fT

当三极管的β值下降到β=1时所对应的频率，称为特征频率。在fβ～fT的范围内，β值与f几乎成线性关系，f越高，β越小，当工作频率f＞fT时，三极管便失去了放大能力。

4．极限参数

1）最大允许集电极耗散功率PCM

PCM是指三极管集电结受热而引起晶体管参数的变化不超过所规定的允许值时，集电极耗散的最大功率。

2）最大允许集电极电流ICM

当IC很大时，β值逐渐下降。一般规定在β值下降到额定值的2/3（或1/2）时所对应的集电极电流为ICM，当IC＞ICM时，β值已减小到不实用的程度，且有烧毁三极管的可能。

3）反向击穿电压BVCEO与BVCBO

BVCEO是指基极开路时，集电极与发射极间的反向击穿电压。BVCBO是指发射极开路时，集电极与基极间的反向击穿电压。一般情况下同一个三极管的BVCEO=（0.5～0.8）BVCBO。三极管的反向工作电压应小于击穿电压的1/2～1/3，以保证三极管安全可靠地工作。三极管的三个极限参数PCM、ICM、BVCEO和前面讲的临界饱和线、截止线所包围的区域，便是三极管安全工作的线性放大区。一般作放大用的三极管，均须工作于此区。

活动实施

一、普通晶体三极管的选用

1．小功率三极管的选用

（1）明确电子电路的工作频率，一般要求晶体三极管的特征频率f大于3倍实际工作的频率。

（2）一般小功率晶体三极管的VCEO都不低于15V，所以在无电感元件的低电压中不予考虑。当负载为感性负载时（线圈等），应根据VCEO大于电源的最高电压选用。

（3）ICM一般为30～50mA，小信号电路不予考虑。

（4）当实际功耗PC大于PCM时，不仅使二极管的参数发生变化，甚至还会烧坏三极管。PCM可由下式计算：

PCM=ICUCE

2．大功率三极管（ICM＞1A,PCM＞1W）的选用

（1）VCEO选用同上。

（2）ICM根据晶体三极管所带负载而计算。

（3）PCM应留有充分的裕量，同时大功率晶体管必须有良好的散热。

二、普通晶体三极管的检测

1．三极管的管型及管脚的判别

1）判别基极和管型

三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同，可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管，测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R3100或R31k挡位。假定并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。将万用表置于电阻挡，红表笔任意接触晶体管的一个电极，黑表笔依次接触另外两个电极，分别测出它们之间的电阻值。若测出的电阻值均为几百欧的低电阻，则红表笔接触的电机为基极B，此管为PNP型管；若测出的电阻值均为几十千欧至上百千欧的大电阻，则红表笔接触的电极也为基极B，此管为NPN型管。图1—2—2为普通晶体三极管的检测。

2）判别集电极和发射极

方法一：

将万用表置于电阻挡，对于PNP型管，红表笔接基极，黑表笔分别接触另外两个引脚，测出两个电阻。阻值小的，黑表笔接的为集电极；阻值大的，黑表笔接的是发射极。对于NPN型管，黑表笔接基极，阻值小的，红表笔接的为集电极；阻值大的，红表笔接的为发射极。

方法二：

（1）对于NPN型三极管，用万用表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻RCE和REC，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔→C极→B极→E极→红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致（“顺箭头”），所以此时黑表笔所接的一定是集电极C，红表笔所接的一定是发射极E。

（2）对于PNP型的三极管，道理也类似于NPN型，其电流流向一定是：黑表笔→E极→B极→C极→红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极E，红表笔所接的一定是集电极C。

在“顺箭头，偏转大”的测量过程中，若由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时，就要“动嘴巴”了。具体方法是：在“顺箭头，偏转大”的两次测量中，用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住（或用舌头抵住）基电极B，仍用“顺箭头，偏转大”的判别方法即可区分开集电极C与发射极E。其中人体起到直流偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。

方法三：

将万用表置于电阻挡，任意假定一个电极为集电极C，以PNP型为例，将红表笔接C极，黑表笔接E极，再用手同时捏一下二极管的B、C极测出某一阻值。然后两表笔对调进行测量，将两次测出的阻值进行比较，阻值小的一次，红表笔所接的电极为集电极。对于NPN型黑表笔对应的是集电极。

2．判别硅管与锗管

1）电阻法

将万用表置于电阻挡，对于PNP管红表笔接基极，黑表笔接集电极或发射极（NPN型，黑表笔接基极，红表笔接集电极或发射极）。若万用表在表盘右端（即电阻值较小），则此管为锗管；若指针在表盘中间或偏右位置上（即电阻值较大），则被测二极管为硅管。

2）电压法

一般锗管发射结正向压降为0.1～0.3V，一般硅管发射结正向压降为0.6～0.7V，可用万用表电压挡在线测量压降。

3．测量极间电阻

将万用表置于R3100或R31k挡，按照红、黑表笔的六种不同接法进行测试。其中，发射结和集电结的正向电阻值比较低，其他四种接法测得的电阻值都很高，为几百千欧至无穷大。但不管是低阻还是高阻，硅材料三极管的极间电阻要比锗材料三极管的极间电阻大得多。

4．测量穿透电流ICEO

三极管的穿透电流ICEO的数值近似等于二极管的倍数β和集电结的反向电流ICBO的乘积。ICBO随着环境温度的升高而增长很快，ICBO的增加必然造成ICEO的增大。而ICEO的增大将直接影响二极管工作的稳定性，所以在使用中应尽量选用ICEO小的二极管。通过用万用表电阻直接测量三极管E—C极之间的电阻方法，可间接估计ICEO的大小，具体方法如下：万用表电阻的量程一般选用R3100或R31k挡，对于PNP管，黑表笔接E极，红表笔接C极，对于NPN型三极管，黑表笔接C极，红表笔接E极。要求测得的电阻越大越好。E—C间的阻值越大，说明二极管的ICEO越小；反之，所测阻值越小，说明被测管的ICEO越大。一般来说，中、小功率硅管、锗材料低频管，其阻值应分别在几百千欧、几十千欧及十几千欧以上，如果阻值很小或测试时万用表指针来回晃动，则表明ICEO很大，二极管的性能不稳定。如果阻值很小或测试时用手捏住管壳1min，万用表指针摆动速度快，则二极管的性能差。

5．测量穿透电流ICBO

以PNP型为例，将万用表置于R×1k挡，红表笔接集电极，黑表笔接基极，测出集电极的反向电阻值（正常是为几百欧或几千欧）。此值越大，说明集电极反向饱和电流就越小。ICBO大的晶体管，其反向漏电流大，工作不稳定。

6．测量电流放大系数β或hEF

1）中小功率晶体三极管的测量

（1）数字式万用表：以测量PNP型管为例，首先将数字万用表的量程开关拨到PNP挡，然后将晶体三极管插入孔中（注意C、B、E的对应），接着将电源开关拨到“NO”处，数字万用表显示的数值为直流放大系数。

（2）模拟式万用表：将万用表置于直流50mA挡，然后将晶体三极管接入电路中（E为1.5V,R为30kΩ）。根据万用表的指示值I即可得出β=20I。将三极管的C、B或E、C极接入相应电路，此电路还可测量晶体三极管的ICBO和ICEO值。

2）大功率晶体管的检测

将万用表置于直流100mA挡（电阻R的阻值为20Ω，功率大于5W，晶体二极管V D选用硅二极管，直流稳压电源E为12V，输出电流大于600mA），此时所测电流值为基极电流IB，且电流放大系数hEF=（IC/IB—1）（IB单位为mA,VCE为1.5～2V,IC为500mA左右）。

7．测量放大能力

以测PNP型管为例，将万用表置于R×1k挡，红表笔接集电极，黑表笔接发射极，测出电阻值。然后利用人体电阻，即用手捏住C、B两极（注意C、B间不能短路），此时万用表指示的电阻值变小，电阻变得越小，则表明被测得晶体三极管的β值越大，即放大能力越强。

8．测量大功率晶体管的饱和压降

集电极与发射极之间的饱和压降为VCES。将万用表置于直流10V电压挡（E为12V,R1为20 Ω/5W,R2为200 Ω/0.25W）,IC为600mA,IB为60mA。NPN基极与发射极之间的饱和压降为VBES。

9．判别高频管与低频管

以NPN型为例，将万用表置于R×1k挡，黑表笔接发射极，红表笔接基极，此时电阻值应在几百千欧以上。然后将万用表量程开关拨至R×10k挡，红黑表笔接法不变，重新测量一次E、B间的电阻值。若测得的电阻值与第一次测得的电阻值相差不大，则说明被测管为低频管；若电阻值相差很大，且超过量程的1/3，则说明是高频管。

活动评分标准：

收获和体会：

想一想，写一写认识三极管的收获和体会。

评议：

根据三极管的实训课题，在听取小组实训成果汇报的基础上，进行评议，填写课题实训情况评议表。