3.2 晶体三极管的种类与检测_图解家用电器维修手册-QQ阅读男频都市网

上QQ阅读APP看本书，新人免费读10天

设备和账号都新为新人

3.2　晶体三极管的种类与检测

晶体三极管为一种半导体元件，通常简称晶体管或三极管，它是电子电路中非常重要的核心元器件。

常见的晶体三极管有NPN型和PNP型两大类。如图3-4所示为晶体三极管的结构和电路符号。

图3-4　晶体三极管的结构和电路符号

晶体三极管有三个引脚，分别为基极（B）、集电极（C）和发射极（E）；其中基极（B）是控制极，基极（B）电流的大小控制着集电极（C）和发射极（E）之间电流的大小。

晶体三极管应用广泛、种类繁多。根据制作工艺和内部结构的不同，可以分为NPN型三极管和PNP型三极管（其中又可细分成平面型管、合金型管）；根据功率的不同，可以分为小功率三极管、中功率三极管和大功率三极管；根据工作频率的不同可以分为低频三极管和高频三极管；根据封装形式的不同，主要可分为金属封装型、塑料封装型、贴片式封装型等；根据功能的不同又可以分为放大三极管、开关三极管、光敏三极管、超高频三极管等。如图3-5所示为几种常见三极管的实物外形。

图3-5　常见晶体三极管的实物外形

3.2.1　晶体三极管的种类特点

晶体三极管的种类很多，在电路中所起的作用也各不相同，因此在识别晶体三极管时，应根据晶体三极管的种类、作用进行判别。

常见的几种晶体三极管及其图形符号、功能特点等见表3-16。

表3-16　常见的几种固定晶体三极管及其图形符号、功能特点

3.2.2　晶体三极管的识别方法

通常，晶体三极管都采用直标法标注命名。但具体命名规格根据国家、地区及生产厂商的不同而有所不同。

晶体三极管采用直标法的识读方法见表3-17。

表3-17　晶体三极管的识读方法

国产晶体三极管材料/极性的表示符号见表3-18。

表3-18　国产晶体三极管材料/极性的表示符号对照表

国产晶体三极管类型的表示符号见表3-19。

表3-19　国产晶体三极管类型的表示符号对照表

国产晶体三极管常见的型号如图3-6所示。

图3-6　国产晶体三极管常见的型号

日本晶体三极管有效极数/类型的表示符号见表3-20。

表3-20　日本晶体三极管有效极数/类型的表示符号对照表

日本晶体三极管材料/极性的表示符号见表3-21。

表3-21　日本晶体三极管材料/极性的表示符号对照表

美国晶体三极管的类型/符号的表示符号见表3-22。

表3-22　美国晶体三极管的类型/符号的表示符号对照表

美国晶体三极管的有效数字/意义的表示符号见表3-23。

表3-23　美国晶体三极管的有效数字/意义的表示符号对照表

3.2.3　晶体三极管的特性曲线及主要参数

（1）晶体三极管的特性曲线

晶体三极管的特性曲线是指晶体三极管各极的电压与电流之间的关系曲线，它从外部直观地表达出晶体三极管内部的物理变化规律，反映出晶体三极管的性能。晶体三极管特性曲线分为输入特性曲线和输出特性曲线。

晶体三极管特性曲线可用晶体管特性图示仪显示，也可实测得出。图3-7给出了实测电路。输入特性曲线在输入回路测量，输出特性曲线在输出回路测量。

图3-7　晶体三极管特性测试电路

①输入特性曲线　输入特性曲线是指当集-射极之间的电压UCE为某一常数时，输入回路中的基极电流IB与加在基-射极之间的电压UBE之间的关系曲线。即：

图3-8所示是实测3DG4的特性曲线。由图中左下部曲线可以看出，晶体三极管输入特性曲线与二极管正向伏安特性曲线是一样的，因为晶体三极管输入特性实际上就是发射结的正向伏安特性。不同的只是存在一个集射电压UCE，这个电压只影响IB的大小，不影响IB与UBE之间的变化关系。

图3-8　三极管（发射极接地）的特性曲线

在晶体三极管内部，UCE的主要作用是保证集电结反偏。当UCE很小，不能使集电结反偏时，三极管完全等同二极管。当UCE使集电结反偏后，集电结内电场就会很强大，能将扩散到基区的自由电子中的绝大部分拉入集电区。这样与UCE很小相比，IB增大了，仅此而已。因此，UCE并不改变特性曲线的形状，只使曲线下移一段距离。

事实上，对于硅管，当UCE≥1V时，集电结就已处于反偏状态。若再增大UCE，只要UBE不变，则IB基本不变。即UCE>1V以后的输入特性曲线基本上与UCE=1V的特性曲线重合，因此，通常将UCE=1V的输入特性曲线作为三极管的输入特性曲线。在图3-8中，UCE=12V。

与二极管伏安特性一样，三极管输入特性曲线中也存在一段死区及死区电压。硅管的死区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为0.2V。只有在UBE超过死区电压时，三极管才可以正常工作。正常情况下，NPN硅管的发射结电压UBE为0.6～0.7V，PNP锗管的UBE为0.2～0.3V。

②输出特性曲线　输出特性曲线是指当基极电流IB为常数时，输出电路中集电极电流IC与集-射极间的电压UCE之间的关系曲线，即：

因为IC与IB密切相关，IB不同，特性曲线也不同，所以三极管输出特性曲线是一组曲线。

如图3-9所示，根据三极管不同的工作状态，输出特性曲线分为三个工作区。

图3-9　晶体管的工作区

a.截止区　IB=0曲线以下的区域称为截止区。IB=0时IC=ICEO，这个电流称为穿透电流。其值极小，通常忽略不计。故认为此时IC=0，三极管无电流输出，说明三极管已截止。对于NPN硅管，当UBE<0.5V，即在死区电压以下时，三极管就已开始截止。为了可靠截止，常使UCE<0。这样，发射结和集电结都处在反偏状态。此时的UCE近似等于集电极电源电压UCC，这意味着集电极与发射极之间开路，相当于C与E之间为断开状态。

b.放大区　在晶体管的输出特性曲线中，接近水平的部分是放大区，如图3-9所示。放大区内，三极管的工作特点是：发射结正偏，集电结反偏；IC=βIB，集电极电流与基极电流成比例。因此，放大区又称为线性区。

一般放大电路中使用偏置电阻为晶体管基极提供偏置电压，就是为了给晶体管提供适当的电压，保证其处于放大状态。

c.饱和区　特性曲线上升和弯曲部分的区域称为饱和区。当UCE=UBE时，即UCB=0时，集电结电压为零。这样集电区收集扩散到基区的自由电子的能力大大减弱，IB对IC的控制作用不复存在，三极管的放大作用消失，三极管的这种工作状态称为临界饱和，如图3-10所示。

图3-10　三极管饱和状态

若UCE<UBE，则发射结和集电结都处在正偏状态，这时的三极管为过饱和状态。

在过饱和状态下，因为UBE本身小于1V，而UCE比UBE更小，于是可以认为UCE近似为零。这样集电极与发射极短路，如图3-11所示。

图3-11　三极管过饱和状态

对于三极管的输出特性曲线，以下三点应特别注意。

●三极管工作在放大区时，若改变IB大小，IC大小会随之改变，对应的曲线组平坦部分上下移动。因此，改变IC的唯一途径就是改变IB，而这正是IB对IC的控制作用。

●三极管具有恒流特性。由图3-9可知，对应于不同值的IB的每一条输出特性曲线都经过原点。即UCE等于零时，IC也等于零。增大UCE，开始时IC迅速上升。当UCE达到某个数值后，若再增大UCE，IC不会明显增加，这就是曲线平坦部分。这时IC基本上恒定，不因UCE变化而变化。这就是三极管的恒流特性。

●三极管电流放大作用能力的大小，反映在输出特性曲线平坦部分间隔的大小上。间隔大，即ΔIC大，因而放大能力（即β）也大。

（2）晶体三极管的工作极性及电流放大作用

三极管分为NPN型和PNP型两大类，它们的工作极性完全不同。三极管三个电极的电流方向是确定的，不同极性的三极管电流的方向也不相同，使用时三极管的极性不要弄错，以免烧坏三极管。

NPN型管工作时，集电极C和基极B接正电源，电流由集电极C和基极B流向发射极E，其图形符号中箭头向外即表示了电流方向，如图3-12（a）所示。

图3-12　NPN和PNP类型三极管的电源性

PNP型管工作时，集电极C和基极B接负电源，电流由发射极E流向集电极C和基极B，其图形符号中箭头向里表示了电流方向，如图3-12（b）所示。

由于NPN管和PNP管的半导体材料（掺杂）类型不同，因此它们外加电压的极性和各电极电流的方向对应相反。

下面我们以NPN型三极管为例，分析其发射极接地时晶体管的内外部电流方向。如图3-13所示。

图3-13　发射极接地时晶体管的内外部电流方向

①发射区向基区发射电子　由于发射结加正向电压，所以发射结的空间电荷区变窄。掺杂浓度高并不断从电源得到补充的发射区的自由电子顺利通过发射结进入基区，形成发射极电流IE，同时基区也有孔穴扩散到发射区形成孔穴电流。

②电子在基区的扩散与复合　自由电子由发射区到达基区后，在发射结边缘聚集并形成浓度梯度，然后继续向集电结方向扩散并大部分到达集电结边缘，但也有一小部分在基区复合。由于基区接电源正极，电源将电子“拉走”，相当于不断向基区提供空穴，形成基极电流IB，复合持续进行。显然，基极电流的大小对到达集电区的电子数量（即集电极电流IC）具有控制作用。

③集电区收集电子　由于集电结加反向电压，集电结空间电荷区变宽。这就有利于将到达集电结边缘的电子“拉入”集电区，形成集电极电流IC。与此同时，集电结还流过集电区和基区的少数载流子漂移电流即反向饱和电流ICBO，其值极小，通常忽略不计。但是它受温度影响很大，影响三极管的工作性能。

根据以上分析，得出以下关于三极管各极电流分配的两个结论。

a.发射极电流等于基极电流与集电极电流之和，即：

IE=IB+IC

b.集电极电流与基极电流近似成比例，即：