2022年三级管.doc

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任务二 半导体三极管及其应用
半导体三极管又叫晶体三极管，由于它在工作时半导体中电子和空穴两种载
流子都起作用， 因而属于双极型器件，也叫做BJT （Bipolar Junction Transistor，
双极结型晶体管）， 它是放大电路重要元件。

照明电灯开关在我们生活中司空见惯，一般用是机械开关，如图1—21a 所
示，随着电子技术发展，声控、光控和遥控电灯开关也相继浮现，极大地以便了
人们生活，如图1 —21b 所示为遥控电灯开关，在这些新型电灯开关电路中有
就使用了三极管驱动电路，其电原理图如图1—22所示，电路板实物图如图1—23所
示。

a）墙壁电灯开关 b ）遥控电灯开关
图1 —21 电灯开关
1．掌握三极管符号和工作特点，理解三极管重要参数。
2．熟悉三极管辨认措施。
3．熟悉三极管分类，理解它实际应用。

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图1 —22 三极管驱动电路

图1 —23 三极管驱动电路板
什么是三极管？它有哪些工作特点？在三极管驱动电路中起什么作用？本任务
目旳就是结识三极管，熟悉三极管检测措施，理解三极管驱动电路中它所起到
作用。

一、三极管构造和图形符号及其分类
三极管是一种三层构造、内部具有两个PN 结器件，它中间层称为基区，基区
两边分别称为发射区和集电区，三极管发射区和集电区是同类型半导体，因此三极管
有两种半导体类型，如图1—24 所示，三极管基区半导体类型与发射区和集电区不同，
因此在基区与发射区，基区和集电区之间分别形成两个PN 结，发射区与基区之间PN
结称为发射结，而集电区与基区之间PN 结称为集电结，三个区引出电极分别称为基

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极B（b）、发射极E（e ）和集电极C （c）。
NPN型： 结 构 符 号 PNP 型： 结 构 符 号
N
N
P
集电区
基区
发射区
B
E
C
集电结
发射结
集电极
发射极
基极
V V
P
P
N
集电区
基区
发射区
B
E
C
集电结
发射结
集电极
发射极
基极
C
C
B B
E
E
a) b)

图1 —24 三极管构造和图形符号
三极管符号中发射极箭头体现发射结加正向电压时电流方向，三极管文
字符号为V。.
按照所用半导体材料不同，分为硅管和锗管。按照工作频率不同，
分为高频管（工作频率不低于3MHz）和低频管（工作频率不不小于3MHz），
按照功率不同，分为小功率管（耗散功率不不小于1W）和大功率管（耗散
功率不低于1W）。按照用途不同分为，分为一般放大三极管和开关三极管。

低频三极管 高频三极管 小功率三极管

大功率三极管 开关三极管
图1 —25 三极管外形图
二、三极管电流分派关系
三极管发射极电流=集电极电流+基极电流之和

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即 I
E =I
C +I
B 。
由于基极电流很小，因此集电极电流与发射极电流近似相等，即 I
C ≈I
E 。
三、三极管电流放大作用
三极管集电极直流电流I
C 与相应基极直流电流 I
B 之间比值几乎是固定不变
，称为共发射极直流电流放大系数，用β 体现。
B
C
I
I
β =
三极管集电极电流变化量△I
C 与相应基极电流变化量△I
B 比值也几乎是固
定不变，称为共发射极交流电流放大系数，用β体现，
B
C
I
I
β
△
△
= 。在一般状况
下，同一只三极管β 比β略小，实际应用中并不严格区别。
例如β=50，那么
B B C
50 I I β I △ △ △ = = ，阐明集电极电流变化量将是基极电
流50倍。
定义：当I
B 有一微小变化时，就能引起I
C 较大变化，这种现象称为三极管
电流放大作用。
β值大小表白了三极管电流放大能力强弱。必要强调是，这
种放大能力实质上是I
B 对I
C 控制能力，由于无论 I
B 还是I
C 都来自电
源，三极管自身是不能放大电流。

四、三极管伏安特性曲线

1. 输入特性
U
CE
³ 1V
I
B
( mA)
U
BE
(V)
20
40
60
80
0.4 0.8
工作压降：硅管
U
BE
» 0.6~0.7V，锗管
U
BE
» 0.2~0.3V 。
U
CE
=0V
U
CE
=0.5V
死区电压，硅
管约0.5V ，锗
管约0.1V 。
三极管输入特性研究基
极电流I
B 与发射结电压 U BE之间
关系
当UCE>2V 后，U CE数值
变化对输入特性曲线影响不大。
但是环境温度变化时，三极管
输入特性曲线会发生变化。

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图1 —26 三极管输入特性曲线

图1 —27 三极管输出特性曲线

表1—3 三极管三个工作区和特点
截止区 放大区 饱和区
条件 发射结反偏或零偏 发射结正偏且集电结
反偏
发射结和集电结都正
偏
特点 I
B
=0、I
C ≈0 △I
C =β△I
B
i
C 不再受i
B 控制

三极管饱和时UCE值称为饱和压降，记作UCES ，小功率硅管UCES
约为0.3V ，锗管UCES 约为0.1V 。
五、三极管重要参数和型号命名措施
2. 输出特性
I
C
( mA )
1
2
3
4
1
2
3
4
U
CE
(V) 3 6 9 12 U
CE
(V) 3 6 9 12
I
B
=0
20m A
40mA
60mA
80mA
100 m A
I
B
=0
20m A
40mA
60mA
80mA
100 m A
此区域满足
I
C
=b I
B，称为
线性区（放
区）。
当U
CE不不不小于一定
数值时，I
C 只与I
B
有关：I
C
=b I
B。
I
C
( mA )
1
2
3
4
1
2
3
4
U
CE
(V) 3 6 9 12 U
CE
(V) 3 6 9 12
I
B
=0
20mA
40mA
60mA
80mA
100 mA
I
B
=0
20mA
40mA
60mA
80mA
100 mA
此区域中U
CE
< U
BE
,集
电结正偏，集电极电
流不再受基极电流
控制，U
CE
» 0.3V ，称
为饱和区。
I
C
( mA )
1
2
3
4
1
2
3
4
U
CE
(V) 3 6 9 12 U
CE
(V) 3 6 9 12
I
B
=0
20m A
40 mA
60 mA
80mA
100 mA
I
B
=0
20m A
40 mA
60 mA
80mA
100 mA
此区域中： I
B
=0,
U
BE
< 死区电压，
称为截止区。
三极管输出特性曲线研究集电极电流 I
C
与电压 U CE之间关系，是在基极电流 I
B 一定
状况下测试出来。由三极管输出特性曲
线可以看出，三极管工作时有三个也许工作
区域。

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1．共射电流放大系数
①共射直流电流放大系数β （有时用h
FE体现）。
②共射交流电流放大系数β（有时用h
fe 体现）。
同一三极管在相似工作条件下β ≈β 。
2．极限参数
（1）集电极最大容许电流I
CM 集电极电流过大时，三极管β值要减少，
一般规定β值下降到起正常值2/3 时集电极电流为集电极最大容许电流。
（2）集电极—发射极反向击穿电压U(BR)CEO
基极开路时，加在集电极和发
射极之间最大容许电压。u CE不不不小于此值后，i
C 急剧增大，也许导致集电结热击穿。
在使用三极管时，其集电极电源电压应低于此值。
（3）集电极最大容许耗散功率PCM
集电极电流 I
C 流过集电结时会消耗功
率而产生热量，使三极管温度升高。根据三极管最高温度和散热条件来规定最大
容许耗散功率PCM，规定 PCM≥I
C UCE
。
例如低频小功率三极管 3CX200B，其β 在55～400 之间，ICM=300mA ，
U(BR)CEO=18V，PCM=300mW 。
3．国产三极管型号命名措施
国标对半导体三极管命名如下：

第二位：A 锗PNP 管、B 锗NPN管、
C 硅PNP 管、D 硅NPN管
第三位：X 低频小功率管、D 低频大功率管、
G 高频小功率管、A 高频大功率管、K 开关管

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一、实训目
1．学会三极管直观辨认措施。
2．掌握用万用表对三极管进行极性鉴别措施。
3．通过三极管驱动电路测量，理解三极管工作特点。
二、实训器材
表1—4 三极管驱动电路实训器材明细表
电路名称 三极管驱动电路（图1—2—2）
序号 名称 规格 数量
1 5V和12V 直流稳压电源 — 2 台
2 无线电工具 — 1 套
3 三极管 V1 9013 1 只
4 二极管 V2 IN4001 1 只
5 电阻器 R1 1kΩ 1 只
6 继电器 J HK4101F-DC12V- SHG 1 只
7 白炽灯泡 HL 40W 2 块
8 实验板 — 1 块
三、训练内容
1．三极管直观辨认
（1）辨认三极管外壳上符号意义。
（2）根据三极管型号规格，辨认其材料、类型和用途。
将三极管直观辨认内容填入表1-5 中：
表1-5 三极管直观辨认
序号 型号规格 类型 材料 符号
1
2
3
4

25
5
2．三极管检测
（1）拟定基极和管型
如图1—28 所示，万用表置于R ×100 或者R ×1k挡，黑表笔接三极管任一
管脚，用红表笔分别接触别旳两个管脚，如果测得阻值均较小（或均较大）， 则
黑表笔所接管脚为基极。两次测得阻值均较小是NPN型管，两次测得阻值均较
大是PNP 型管。如果两次测得阻值相差很大，则应调换黑表笔所接管脚再测，
直到找出基极为止。

图1 —28 拟定三极管基极和管型
（2）拟定集电极和发射极 在拟定基极后，如果是NPN型管，可以将红、
黑表笔分别接在两个未知电极上，表针应指向无穷大处，再用手把基极和黑表笔所
接管脚一起捏紧（注意两极不能相碰，即相称于接入一种电阻），如图图1—29 所
示，记下此时万用表测得阻值。然后对调表笔，用同样措施再测得一种阻值。比
较两次成果，读数较小一次黑表笔所接管脚为集电极，红表笔所接为发射极。
若两次测量表针均不动，则表白三极管已经失去了放大能力。

图1 —29 拟定三极管集电极和发射极
PNP 管测量措施相似，但在测量时，应当用手同步捏紧基极和红表笔所接管

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脚。按上述环节测两次阻值，则读数较小一次红表笔所接管脚为集电极，黑表笔
所接管脚为发射极。
3．三极管在驱动电路中应用
三极管驱动电路电原理图如图 1 —2 —2 所示，继电器驱动电流一般需要
20-40mA 或更大，线圈电阻100-200 欧姆，因而要加驱动电路。晶体管V1可视为
控制开关，电阻R1重要起限流作用，减少晶体管V1功耗，阻值为1 kΩ，二极管
V2为续流二极管，能反向续流，克制浪涌。V1集电极接继电器线圈，继电器
常开触点与白炽灯泡HL串联后接电网220V电压。
当晶体管V1基极被输入高电平时，晶体管饱和导通，集电极变为低电平，因
此继电器线圈通电，常开触点吸合。当晶体管V1基极被输入低电平时，晶体管截
止，继电器线圈断电，常开触点断开。
检查电路功能与否正常，过程见表1—6，其检修流程见图1—30。
表1—6 三极管驱动电路测量
环节 图例
准备三极管驱动电路板、稳压电
源（+5V 和+12V），三极管驱动电路
板接通 220V交流电网电压。

将电路板+12V电源端、接地端
分别与+12V 直流稳压电源输出
端、接地端相连，且启动+12V 直流
稳压电源，观测白炽灯泡 HL状态
与否为灭。

220V电压接线
+12V电源端
接地端

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再将电路输入端 ui 、接地端分
别与+5V 直流稳压电源输出端、接
地端相连。同步启动+12V 和+5V 直
流稳压电源，观测白炽灯泡 HL状
态与否为亮。

启动+12V直流稳压电源，同步关
闭+5V 直流稳压电源，观测白炽灯泡
HL状态又与否为灭。

为什么开关+5V 直流稳压电源能控制白炽灯泡HL亮和灭？

图1 —30 三极管驱动电路检修流程图
四、实训报告规定
1．画出三极管驱动电路图，分析电路工作原理。
电路输入端
接地端

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2．完毕测试记录，分析为什么通过变化u i 能控制白炽灯状态，其中三极
管在电路中起到什么作用？
五、评分原则
姓名： 学号： 合计得分：
内容 规定 配分 评分原则 扣分 得分

三 极
管
直 观
识 别
对旳辨认极性、材料、
类型，画出符号
40
1、名称每漏写或者写
错，扣3 分
2、极性、材料、类型
每漏写或者写错，扣3
分。
3、不会辨认，每件扣
10分。
4、不会画电路符号，
每件扣 2 分。

三 极
管
检 测
对旳使用万用表鉴别
引脚极性及质量好坏。
40
1 、万用表使用不正
确，每步扣 3 分。
2 、不会鉴别引脚极
性，每件扣 5 分。
3 、 不会鉴别质量好
坏，每件扣 5 分。

三 极
管 驱
动 电
路
测 量
熟悉操作环节、检查电
路功能。
20
一共四步，错误一步
扣5 分。

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场效应管
一、场效应管概念、作用和分类
1 ．概念
场效应晶体管（Field Effect Transistor 缩写(FET) ）简称场效应管，由多
数载流子参与导电，也称为单极型晶体管，它有三个电极，分别为栅极、漏极
和源极，它特点是栅极内阻极高，采用二氧化硅材料可以达到几百兆欧，
并且噪声小、功耗低、动态范畴大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作
区域宽、热稳定性好，属于电压控制型器件。

图1 —31 场效应管外形
2 ．场效应管作用
（1 ）可应用于放大 由于场效应管放大器输入阻抗很高，因而耦合电容可
以容量较小，不必使用电解电容器；（ 2 ）可以用作电子开关。 （3 ）场效应
管有很高输入阻抗，非常适合伙阻抗变换，常用于多级放大器输入级作阻
抗变换。场效应管可以用作可变电阻，也可以以便地用作恒流源。
3 ．场效应管分类
场效应管分结型、绝缘栅型(MOS)两大类
按沟道材料：结型和绝缘栅型各分N 沟道和P 沟道两种。
按导电方式：耗尽型与增强型，结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效
应管既有耗尽型，也有增强型。

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二、结型场效应管
1 ．结型场效应管构造（以N 沟道为例）：
在N 型硅棒两端引出漏极D 和源极S 两个电极，又在硅棒两侧各做一种
P 区，形成两个PN 结。在P 区引出电极并连接起来，称为栅极
G ，这样就构成了N 沟道场效应管。

---p+
+p
d 漏极
源极s
栅极g
N

图1 —32 场效应管符号和构造
由于PN 结中载流子已经耗尽，故PN 结基本上是不导电，形成了所
谓耗尽区，当漏源电压UDS一定期，如果栅极电压越负，PN 结交界面所形成
耗尽区就越厚，则漏、源极之间导电沟道越窄，漏极电流i
D 就愈小；反之，
如果栅极电压没有那么负，则沟道变宽，i
D 变大，因此用栅极电压UGS可以控
制漏极电流i
D 变化，就是说，场效应管是电压控制元件。
2 ．结型场效应管工作原理
（1 ）栅源电压对沟道控制作用
在栅源间加负电压U GS
，令UDS =0
①当U GS=0时，为平衡PN 结，导电沟道最宽。
②当│U GS│↑时，PN 结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。
③当│U GS│↑到一定值时 ，沟道会完全合拢。
定义：
夹断电压UP ——使导电沟道完全合拢（消失）所需要栅源电压U GS。

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图1 —33 栅源电压对沟道控制作用
（2 ）漏源电压对沟道控制作用
在漏源间加电压UDS
，令UGS
=0
由于U GS=0 ，因此导电沟道最宽。
①当UDS=0时， i
D=0。
②UDS↑→i
D
↑ →接近漏极
处耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。
③当UDS↑，使U GD= UGS
- U DS= UP 时，在靠漏极处夹断——预夹断
④UDS再↑，预夹断点下移。

图1 —34 漏源电压对沟道控制作用
预夹断前， UDS↑→i
D
↑。
预夹断后， UDS↑→i
D
几乎不变。
3 ．结型场效应管特性曲线
（1 ）输出特性曲线： i
D = f （UDS
）│U GS= 常数

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图1 —34 结型场效应管输出特性曲线
（2 ）转移特性曲线： i
D = f （U GS）│UDS = 常数
可根据输出特性曲线作出移特性曲线。
例：作UDS =10V 一条转移特性曲线：

图1 —35 结型场效应管转移特性曲线
三、绝缘栅场效应管
绝缘栅型场效应管 ( Metal Oxide Semiconductor FET) ，简称
MOSFET。它是由金属、氧化物和半导体所构成，因此又称为金属---氧化物---半导体场效应管，简称MOS场效应管。
分为：
增强型 ® N 沟道、P 沟道
耗尽型 ® N 沟道、P 沟道
1 ．N 沟道增强型MOS管

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（1 ）构造 以一块P 型薄硅片作为衬底，在它上面扩散两个高杂质N 型
区，作为源极S 和漏极D 。在硅片表覆盖一层绝缘物，然后再用金属铝引出一
个电极G （栅极）由于栅极与其她电极绝缘，因此称为绝缘栅场效应管。

图1 —36 N 沟道增强型MOS管符号和构造
（2 ）工作原理
①栅源电压U GS控制作用
当U GS=0V 时，漏源之间相称两个背靠背 二极管，在d 、s 之间加上电压也
不会形成电流，即管子截止。
当UGS＞0 V 时→纵向电场
→将接近栅极下方空穴向下排斥→耗尽层。
再增长U GS→纵向电场↑
→将P 区少子电子汇集到
P 区表面→形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流i
D。

----g
s
d
b

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图1 —37 栅源电压UGS控制作用
定义：
启动电压（ UT ）——刚刚产生沟道所需
栅源电压U GS，也记为U GS
(th) 。
N 沟道增强型MOS管基本特性：
UGS
＜ UT ，管子截止，
UGS＞U T ，管子导通。
UGS
越大，沟道越宽，在相似漏源电压UDS作用下，漏极电流i
D 越大。
（3 ）特性曲线
①输出特性曲线：i
D = f ( UDS
) ½ U
GS= 常数

图1 —38 N 沟道增强型MOS管输出特性曲线
②转移特性曲线： i
D= f ( U GS
) ½ UDS
= 常数
可根据输出特性曲线作出转移特性曲线。
例：作UDS=10V 一条转移特性曲线：

图1 —39 N 沟道增强型MOS管转移特性曲线

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2 ．N 沟道耗尽型MOSFET
在制造管子时，通过工艺使绝缘层中浮现大量正离子，故在交界面另一
侧能感应出较多负电荷，这些负电荷把高渗杂质N 区接通，形成了导电沟
道，虽然在VGS=0 时也有较大漏极电流ID。当栅极电压变化时，沟道内被
感应电荷量也变化，导电沟道宽窄也随之而变，因而漏极电流ID 随着栅
极电压变化而变化。

图1 —40 N 沟道耗尽型MOSFET 构造和符号
这种当栅压为零时有较大漏极电流称为耗散型，当栅压为零，漏极电流
也为零，而前述必要再加一定栅压之后才有漏极电流称为增强型。
特点：
当UGS =0 时，就有沟道，加入UDS，就有i
D。
当UGS＞0 时，沟道增宽，i
D 进一步增长。
当UGS＜0 时，沟道变窄，i
D 减小。
定义：
夹断电压（ U P ）——沟道刚刚消失所需栅源电压 U GS。

输出特性曲线 转移特性曲线

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图1 —41 N 沟道耗尽型MOSFET 特性曲线

四、场效应管与晶体三极管比较
场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只容许从信号源取较
少电流状况下应选用场效应管，而在信号电压较低又容许从信号源取较多电流
条件下，应选用晶体管。
晶体三极管与场效应管工作原理完全不同，但是各极可以近似相应以便于理解
和设计：
晶体管： 基极 发射极 集电极
场效应管 ： 栅极 源极 漏极
要注意是，晶体管(NPN 型)设计发射极电位比基极电位低(约0.6V)，场效应
管源极电位比栅极电位高（约0.4V)。
场效应管是运用多数载流子导电，因此称之为单极型器件。而晶体管是即有多
数载流子，也运用少数载流子导电，被称之为双极型器件。
有些场效应管源极和漏极可以互换使用，栅压也可正可负，灵活性比晶体管
好。把诸多场效应管集成在一块硅片上，因而场效应管在大规模集成电路中得到了
广泛应用。

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一、填空题
1．晶体三极管有两个PN 结，即 结和 结；有三个电极，即 极以
及
极和 极，分别用 、 和 体现。
2．某晶体三极管UCE不变，基极电流I
B =30uA 时，I
C =1.2mA，则发射极电
流I
E =
mA，如果基极电流I
B 增大到50uA时，I
C 增长到2mA，则发射极电流 I
E =
mA，三极管电流放大系数β= 。
3．硅三极管发射结启动电压约为 V，锗三极管发射结启动电压
约为
V。晶体三极管处在正常放大状态时，硅管发射结导通电压约 V，
锗管发射结导通电压约 V。
4．当晶体三极管发射结 偏、集电结 偏时，工作在放大区；发
射结 偏、集电结 偏时，工作在饱和区；发射结 偏、集电结
偏时，工作在截止区。
二、判断题
1．晶体三极管发射极和集电极可以互换使用。( )
2．发射结正向偏置晶体三极管一定工作在放大状态。( )
3．常温下硅晶体三极管UBE约为0.7V ，且随着温度升高而减小。( )
三、选用题
1．用直流电压表测量NPN型晶体三极管中管子各极电位是UB =4.7V，UC =4.3V，
UE =4V ，则该管工作状态是( ) 。
a．截止状态 b ．饱和状态 c ．放大状态
2．满足I
C =βI
B 关系时，晶体三极管工作在( ) 。
a．截止区 b ．饱和区 c ．放大区
3．晶体三极管工作在饱和状态时，它集电极电流将( ) 。
a． 随着基极电流增长而增长
b．随着基极电流增长而减小
c．与基极电流无关，只取决于UCC和RC

4．用万用表R ×1kΩ挡测量一只正常三极管，若用红表棒接触一只管脚，黑

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表棒分别接触此外两只管脚时测得电阻均很大，则该三极管是( ) 。
a． PNP 型 b ．NPN型 c ．无法拟定
四、分析计算题
1．测得工作在放大状态某三极管，其电流由图1—42 所示，在图中标出各
管管脚，并且阐明三极管是NPN型还是PNP 型？

图1 —42
2．根据图1—43 所示各晶体三极管对地电位数据分析各管状况。（阐明是
放大、截止、饱和或者哪个结已经开路或者短路）
8V -5V 12V 3.3V 0V
2.7V -0.3V 3V 3.7V 3V
2V 0V 0V 3V 2V

图1 —43
3 ．一种处在放大状态三极管接在电路中，看不出型号和其她标记，用万用
表测出三个电极对地电位是U1
= -9.5V ，U2
= -5.9V ，U3
= -6.2V ，试分析该三极管
管脚与类型。
4．三极管驱动电路V1管发射结内部开路，那么会有什么故障现象？为什么？
5．三极管驱动电路输入电压Ui=5V ，白炽灯泡HL却不亮，写出故障检修步
骤。