晶體三極體基礎知識
hyj87073
教學內容
本課學習內容包括：晶體三極體的結構、分類、效能指標、檢測以及在電路中的作用。
教學目標
目的及要求
1、了解晶體三極體的結構、分類、效能指標，培養職工的實際使用選擇晶體三極體的能力。
2、了解晶體三極體在電路中的作用，培養職工的識圖能力。
過程與方法
1、 通過課前蒐集晶體三極體相關的內容，自己組織有關的資訊，講述晶體三極體的結構、分類、效能指標。
2、 通過講解和實際操作，培養職工使用萬用表檢測晶體三極體的方法以及通過標註簡單判斷晶體三極體的主要作用。
3、 通過思考晶體三極體作用，使職工了解晶體三極體的開關、放大、等效可變電阻的典型電路。
教學重、難點及解決措施
重點晶體三極體的作用。
難點檢測晶體三極體。
教學解決措施
對於晶體三極體作用這一重點，通過設計一系列學習任務，由職工進行討論、交流、實際電路分析等手段來突破。為解決教學難點，通過利用現有晶體三極體、實際判斷並檢測等方面加深檢測晶體三極體的印象。
教學準備
教師準備
1、提前預習並查詢有關資料。
2、查詢與本節課內容有關的文字、**等資料。
3、撰寫教學教案。
教學方法
理論講解與實際操作相互結合教學
教學課時
4個課時
教學提綱
一、晶體三極體的結構：
半導體三極體是乙個有三條引腳的半導體器件，它的內部則由兩個pn 結構成，有兩種形式，如圖15-1 所示。其中圖(a) 所示三極體稱為pnp型半導體三極體，圖 (b) 所示三極體稱為npn 型半導體三極體。半導體三極體從兩個pn 結中引出三個電極，即發射極、基極及集電極，分別以e 、b 、c 表示。
如果在兩個pn 結上加上不同極性的電壓，它們便會有不同的工作狀態。
二、晶體三極體的分類：
晶體三極體的種類很多，按半導體材料和導電極性來分有矽材料的npn 管、pnp 管和鍺材料的npn管和pnp管;按半導體三極體耗散功率來分，有小功率三極體、中功率三極體和大功率三極體等;按半導體三極體的功能及用途可分為放大管、開關管、復合管(達林頓管)和高反壓管等;若按半導體三極體的工作頻率來分，則有低頻管、高頻管及超高頻管等，具體分類如圖：
三、晶體三極體的主要效能指標：
1、共發射極電流放大係數β：
在共發射極電路中，在一定的集電極電壓uce下，集電極電流變化量△ic與基極電流變化量△ib，的比值稱為電流放大係數β，即：
由於β反映了變化量之比，在放大電路中變化量實際上是交流訊號，因此把β值稱為共發射極交流電流放大係數hfe 。β值的標誌方法有兩種，即色標法和字母法。色標法使用得較早，通常將顏色塗在三極體的頂部，用不同的顏色來表示管子β值的大小。
國產小功率管色標顏色與β值的對應關係如表：
2、共基極電流放大係數α：
在共基極電路中，在一定的集電極與基極電壓ucb下，集電極電流的變化量△ic與發射極電流變化量△ie的比值稱為電流放大係數α ，即：
3、晶體三極體的頻率特性引數：
晶體三極體用於交流放大時，電流放大係數與頻率有關。當三極體工作頻率較低時，hfe值變化不大，但三極體用於高頻電路時，電流放大係數將會隨著工作頻率的公升高而不斷減小，這時就需要考慮頻率特性引數了。頻率特性引數主要有以下幾個。
( 1 )共基極截止頻率fa：
共基極截止頻率又叫α 截止頻率。在共基極電路中，電流放大係數α 值在工作頻率較低時基本上為一常數。當工作頻率f>fa以後，電流放大係數α 隨頻率的公升高而下降，當α值下降到αo(共基極放大器最低頻率時的電流放大係數)的時所對應的頻率便是fa 。
(2) 共發射極截止頻率fβ：
共發射極截止頻率又稱β截止頻率。它與fa的定義相似，在共發射極電路裡，電流放大係數β值在降低到βo的時所對應的頻率便是fβ。fβ和fa有下列關係:
在實際工作中，工作頻率f 等於fa或fβ時，並不等於半導體三極體就截止不工作了，它仍有相當的工作能力。其規律是f=fa或f=fβ時， α=0.707αo或β= 0.
707βo;當f=fa或f=fβ時， α= 0.5αo或β= 0.5βo。
但在電路設計中選用三極體時，若電路的工作頻率較高，應盡量選用fa 或fβ值大的三極體。
(3)特徵頻率ft：
當工作頻率超過截止頻率fβ以後，β值開始下降，當β值下降為1時，所對應的頻率叫做特徵頻率ft。當工作頻率f =ft時，半導體三極體就完全失去了電流放大功能。由於f·β=常數，有時稱ft為增益頻寬乘積。
(4) 最高振盪頻率fm：
最高振盪頻率的定義為:當半導體三極體的功率增益等於1時的頻率稱為半導體三極體的最高振盪頻率fm。當工作頻率大於fm時，三極體不能得到功率放大;當工作頻率低於fm時，三極體可獲得功率放大。
可見fm 是半導體三極體的乙個重要引數。在一般情況下，要使三極體工作穩定，又有一定的功放作用，三極體的實際工作頻率應為(1/3 - 1/4)fm 。
4、管極間的反向電流 :
半導體三極體極間的反向電流指的是集電極一基極間反向電流icbo 和集電極一發射極間反向電流iceo。iceo使用得較多，它是指三極體基極開路時，集電極c和發射極e之間的反向電流，又稱為穿透電流或反向擊穿電流。小功率錯三極體的iceo 較大，通常在500μa 以下，矽三極體的iceo都很小，通常在1μa 以下，同乙個三極體的iceo比icbo大得多，且隨溫度的公升高而急劇增加，因此這個引數是衡量三極體穩定性好壞的重要引數之一。
5、三極體的極限引數
各種電子元器件都有乙個使用極限值要求，對於晶體三極體來講，它的主要極限引數有以下幾個。
(1)集電極最大允許電流icm：
半導體三極體允許通過的最大電流即為icm 。當集電極電流ic增大到一定程度時，β值便會明顯下降，這時三極體不至於燒壞，但已不宜使用。因此，規定β值下降到額定值的2/3 時所對應的集電極電流為集電極最大電流icm。
(2) 集電極最大允許耗散功率pcm：
集電極耗散功率實際上是集電極電流ic和集電極電壓uce的乘積。在使用三極體時，實際功耗不允許超過pcm還應留有較大的餘量。耗散功率會引起三極體發熱，使結溫公升高。
如果集電極的耗散功率過大，將會使集電結的溫度超過允許值而被燒壞。為了提高pcm的數值，大功率三極體都要求加裝散熱片，此時手冊中給出的大功率三極體的pcm是指帶有散熱片時的數值。
(3)集電極一發射極反向擊穿電壓bvceo ( vceo )：
bvceo是指三極體基極開路時，加在集電極c 和發射極e 之間的最大允許電壓。使用時，若｜vce｜ > bvceo。則會導致三極體擊穿而損壞。
(4) 集電極一基極反向擊穿電壓bvcbo ( vcbo )：
bvcbo是指三極體發射極開路時，集電結的反向最大電壓。使用時，集電極與基極間的反向電壓不允許超過此值的規定。
(5) 發射極基極反向擊穿電壓bvceo( vceo)：
bvebo是指三極體集電極開路時，發射結的反向最大電壓。使用時，發射結承受的反向電壓不應超過此值的規定.
四、晶體三極體檢測常識：
通常我們要用r×1kω檔，不管是npn管還是pnp管，不管是小功率、中功率、大功率管，測其be結cb結都應呈現與二極體完全相同的單向導電性，反向電阻無窮大，其正向電阻大約在10k左右。為進一步估測管子特性的好壞，必要時還應變換電阻檔位進行多次測量，方法是：置r×10ω檔測pn結正嚮導通電阻都在大約200ω左右；置r×1ω檔測pn結正嚮導通電阻都在大約30ω左右，（以上為47型萬用表測得資料，其它型號萬用表大概略有不同，可多試測幾個好管總結一下，做到心中有數）如果讀數偏大太多，可以斷定管子的特性不好。
還可將萬用表置於r×10kω再測，耐壓再低的管子（基本上三極體的耐壓都在30v以上），其cb結反向電阻也應在∞，但其be結的反向電阻可能會有些，萬用表針會稍有偏轉（一般不會超過滿量程的1/3，根據管子的耐壓不同而不同）。同樣，在用r×10kω檔測ec間(對npn管）或ce間（對pnp管）的電阻時，萬用表針可能略有偏轉，但這不表示管子是壞的。但在用r×1kω以下檔測ce或ec間電阻時，萬用表頭指示應為無窮大，否則管子就是有問題。
應該說明一點的是，以上測量是針對矽管而言的，對鍺管不適用。不過現在鍺管也很少見了。另外，所說的「反向」是針對pn結而言，對npn管和pnp管方向實際上是不同的。
現在常見的三極體大部分是塑封的，如何準確判斷三極體的三隻引腳哪個是b、c、e？三極體的b極很容易測出來，但怎麼斷定哪個是c哪個是e？這裡推薦三種方法：
第一種方法：對於有測三極體hfe插孔的指標表，先測出b極後，將三極體隨意插到插孔中去（當然b極是可以插準確的），測一下hfe值，然後再將管子倒過來再測一遍，測得hfe值比較大的一次，各管腳插入的位置是正確的。
第二種方法：對無hfe測量插孔的表，或管子太大不方便插入插孔的，可以用這種方法：對npn管，先測出b極（管子是npn還是pnp以及其b腳都很容易測出，是吧？
），將表置於r×1kω檔，將紅錶筆接假設的e極（注意拿紅錶筆的手不要碰到表筆尖或管腳），黑錶筆接假設的c極，同時用手指捏住表筆尖及這個管腳，將管子拿起來，用你的舌尖舔一下b極，看表頭指標應有一定的偏轉，如果你各錶筆接得正確，指標偏轉會大些，如果接得不對，指標偏轉會小些，差別是很明顯的。由此就可判定管子的c、e極。對pnp管，要將黑錶筆接假設的e極（手不要碰到筆尖或管腳），紅錶筆接假設的c極，同時用手指捏住表筆尖及這個管腳，然後用舌尖舔一下b極，如果各錶筆接得正確，表頭指標會偏轉得比較大。
當然測量時錶筆要交換一下測兩次，比較讀數後才能最後判定。這個方法適用於所有外形的三極體，方便實用。根據表針的偏轉幅度，還可以估計出管子的放大能力，當然這是憑經驗的。
第三種方法：先判定管子的npn或pnp型別及其b極後，將表置於r×10kω檔，對npn管，黑錶筆接e極，紅錶筆接c極時，表針可能會有一定偏轉，對pnp管，黑錶筆接c極，紅錶筆接e極時，表針可能會有一定的偏轉，反過來都不會有偏轉。由此也可以判定三極體的c、e極。
不過對於高耐壓的管子，這個方法就不適用了。
對於常見的進口型號的大功率塑封管，其c極基本都是在中間。中、小功率管有的b極可能在中間。當然也有c極在中間的。
所以在維修更換三極體時，尤其是這些小功率三極體，不可拿來就按原樣直接安上，一定要先測一下。
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