测试三极管

【任务目标】

（1）了解三极管的工作状态；

（2）熟悉三极管工作状态的判断方法；

（3）了解三极管的工作参数；

（4）理解三极管的电流放电作用；

（5）熟悉大功率三极管的特点及选用原则。

三极管的核心是两个互相连接的PN结，其性能与只有一个PN结的二极管相比有着本质的区别——三极管具有电流放大作用。下面介绍三极管的外观及图形符号、基本特性、主要参数和判断三极管电极与好坏的方法。

1.三极管外观及图形符号

1）三极管的实物

如图1－7所示为几种不同种类的三极管。虽然它们形状各异，但有一个共同特点，即都有3个电极，分别叫作发射极 （e）、基极 （b）和集电极 （c）。

图中三极管的外封装都标有三极管的型号。凡型号第一个字母为3的，是中国生产的， 3表示有三个电极；凡型号第一个字母为2的，是国外生产的，2表示有两个PN结；它们的电极分布也不尽相同。

图1－7 晶体三极管实物

2）电路中三极管的图形符号

电路中三极管的图形符号如图1－8所示，其中3根引出的短线分别表示3个电极 （e、b、c），三极管由两个PN结构成，发射极与基极之间的PN结叫发射结，集电极与基极之间的PN结叫集电结。图形符号中，箭头所指的方向即表示发射结的方向，也表示了晶体管工作时电流的方向。可以看出，PNP管的发射结方向是由发射极指向基极；NPN管的发射结方向是由基极指向发射极。PNP管工作时，电流由发射极流入晶体管，NPN管工作时，电流由发射极流出晶体管。

图1－8 三极管图形符号

2.三极管的基本特性

晶体三极管有两种导电类型 （载流子为空穴和电子），即PNP导电类型 （称为PNP管）和NPN导电类型 （称为NPN管）。下面分别研究两种导电类型三极管的基本特性。

1）测量NPN管各极电流

如图1－9所示的电路，电路中所用元器件为：小功率管 （NPN）S9013一只；半可调电阻100kΩ一只；直流电源3V、12V各一台；电阻1kΩ一只；高精度数字电流表 （表1）一台；一般精度数字电流表 （表2、表3）各一台。按如图1－9所示连接电路。

电路连接正确后，即可开始测量。首先调节可调电阻，使表1的读数为10μA，即基极电流；然后读取表2电流值，即集电极电流；再读取表3电流值，即发射极电流。将上面测得的数据，按顺序记录在表1－3中。按照同样的方法，再测量下一次数据，共测量出4组数据，全部记录于表1－3中。

图1－9 测量NPN管电流电路

表1－3 NPN管S9013的导通电流测量数据

从表中列举的数据可以总结出以下几点。

（1）集电极电流从12V电源正极流出，经1kΩ电阻流入晶体管集电极；基极电流从3V电源正极流入晶体管基极；两支电流汇合，从发射极流出，流回电源负极。

（2）3支电流的关系应为

IE＝IC＋IB

（3）从实验数据可以看出集电极电流、发射极电流都随着基极电流微小的变化而产生较大的变化。这说明基极电流对集电极电流有控制作用，可以把这种控制作用理解为电流放大，其关系用公式表示为

IC＝βIB

式中，β称为共发射极电流放大系数。

【结论】晶体三极管具有电流放大作用。

2）晶体三极管电流放大条件

通过上面的测量，可知三极管具有电流放大作用。通过对如图1－10所示电路分析，可以总结出三极管电流放大的条件。

①NPN管的偏置电压。

在晶体管放大电路中，加在晶体管上的直流电压称为偏置电压。对于二极管，当所加电压的方向与PN结的方向一致时，PN结正偏；当所加电压方向与PN结的方向相反时，PN结反偏。对于NPN管，当集电极电位UC高于基极电位UB时，集电结所加电压的方向与集电结的方向相反，集电结反偏；当基极电位UB高于发射极电位UE时，发射结所加电压的方向与发射结方向一致，发射结正偏。

②晶体管电流放大条件。

图1－10 三极管电流放大的条件

在如图1－10所示电路中UC大于UB，集电结反偏；UB大于UE，发射结正偏，电路处于电流放大状态，所以三极管在电流放大状态的条件是，集电结反偏即UBC＜0、发射结正偏即UBE＞0。当检测电路中NPN管是否处于电流放大状态时，可按UC＞UB＞UE这一条件来判断。

PNP管电流放大条件与NPN管相同，为集电结反偏即UBC＜0、发射结正偏即UBE＞0。

3）三极管的伏安特性

三极管的伏安特性能全面反映各极电位与电流之间的关系，是三极管内部性能在外部的体现，可用曲线来表达。

①三极管的输入特性。

在三极管输入回路中，如果输入电压UBE有微小的变化，就会引起输入电流IB发生较大的变化。这反映了UBE与IB的关系，这种关系就是三极管的输入特性。

如图1－11所示是测量三极管输入特性的电路，电路中集电极回路串联一毫安表，基极回路串联一微安表，电压表分别测量UBE和UCE。按图连接电路，按表1－4中的要求测量，即可得到三极管3DG4的输入特性数据。

图1－11 测量三极管特性的电路

调节EC，使UCE＝2V，调节EB使UBE与表1－4各数据对应，读出基极电流，填入表中。

表1－4 当UCE＝2V时，3DG4的输入特性数据测量

以表1－4中UBE与IB对应数据为坐标点，将坐标系中的各个对应点连成一条曲线，此曲线就是3DG4在UCE＝2V时的输入特性曲线，如图1－12所示。

图1－12 三极管输入特性曲线

输入特性曲线表明，当UCE超过一定的数值（如1V）后，只要UBE保持不变，当UCE增加时，IB不会有明显变化。因此在一般的《晶体管应用手册》中，只画出UCE＝2V的那一条输入特性曲线。从曲线中可以看出，随着输入电压的增加，在UCE达到0.7V后，其变化很小，但IB却直线上升。

②三极管的输出特性。

三极管的输出特性是指在IB一定的条件下，UCE与IC的关系。表示这种关系的曲线称为三极管输出特性曲线，能反映三极管完整的输出特性。

以如图1－11所示电路为例，测量三极管的输出特性。

（1）调节EB，使基极电流IB＝50μA，调节EC，分别取10组UCE与IC的对应值。将所取的各组的UCE与IC值填入表1－5中，并在坐标纸上用描点法画出三极管的一条输出曲线，如图1－13所示。

表1－5 三极管输出特性曲线的测量数据（IB＝50μA）

图1－13 三极管的一条输出特性曲线

再用上述方法取不同的IB值（如IB1＝10μA、IB2＝20μA、IB3＝30μA、…、IB6＝60μA），重复上述测量，即可得到一簇输出特性曲线，如图1－14所示。

图1－14 三极管输出特性曲线

当UCE从0开始增大时，IC随UCE的增大而迅速增加；当UCE＞UBE以后，输出特性曲线基本与UCE轴平行，IC不再随UCE的增大而增大，基本为一个恒定数值。这是因为当UCE＞UBE以后，集电结已经反偏，三极管进入放大状态，三极管各极电流分配关系已经确定，IC只受IB控制。在IB保持不变的情况下，输出特性曲线基本与UCE轴平行。

4）三极管的3个工作区

（1）截止区，IB≤0的区域称为截止区，如图1－13中阴影部分所示。

（2）饱和区，如图1－13中A点左边所示区域称为饱和区。在饱和区，UCE＜UBE，三极管的两个PN结都正偏，UCE升高，IC随之升高，而当IB变化时，IC基本不变，所以在饱和区，三极管失去了电流放大作用。

（3）放大区，由各条输出曲线的平直部分组成的区域，称为放大区。在放大区，三极管处于发射结正偏、集电结反偏的放大状态，IC与UCE基本无关，即当UCE变化时，IC基本不变。IC只受控于IB，当IB发生微小变化时，IC就有β倍的变化与之对应，即ΔIC＝ΔβIB。这充分体现了三极管的电流放大作用。

3.三极管的主要参数

1）放大参数

共射极直流电流放大系数β（β≈β，β为共射极交流放大倍数，这里不做区分）。

β≈IC/IB

2）集电极－基极反向击穿电压U（BR）CBO

当发射极开路时，集电结所能承受的最高反向电压。

3）集电极－发射极反向击穿电压U（BR）CEO

当基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反向电压。

4）集电极最大电流ICM

当三极管的β下降到最大值的0.5倍时所对应的集电极电流。

5）集电极允许最大耗散功率PCM

集电极允许最大耗散功率PCM是根据三极管允许的最高温度，定出集电极允许的最大耗散功率。集电极功率损耗PC是指集电极－发射极电压UCE与集电极电流IC的乘积，即PC＝UCEIC。使用中UCEIC＜PCM。

4.用万用表判别晶体三极管的电极

取一只三极管，三极管的正面朝向操作者，即与操作者面对面。因电极分布未知，所以先规定从左边起按顺序排列分别为1、2、3脚。万用表置欧姆挡“×1kΩ”量程，下列图中指针发生偏转，即为PN结导通。

（1）首先判别基极，并确定三极管的导电类型，按如图1－15所示测量。

图1－15 判断PN结 （1）

检测结果为1、2脚之间有一个PN结。再接如图1－16所示测量。

图1－16 判断PN结 （2）

检测结果为2、3脚之间有一个PN结。再按如图1－17所示测量。

图1－17 判断PN结 （3）

检测结果为1、3脚之间没有PN结。

对于上面3组测量，有两次阻值较小。在这两次阻值较小的测量过程中，如果是黑表笔没有移动，只是红表笔换了位置，则表明该晶体管为NPN导电类型，黑表笔所接的引脚是基极；如果是红表笔没有移动，只是黑表笔换了位置，则表明该晶体管为PNP导电类型，且红表笔所接的引脚是基极。

（2）判别集电极 （此时已经确认了基极和三极管的导电类型）。假定未知的两脚中任一脚为集电极，对于NPN导电类型的晶体管，按如图1－18所示连接。

图1－18 判别集电极 （1）

记下表针摆动到达的位置。再假定另一脚为集电极，按如图1－19所示进行连接，记下表针摆动到达的位置。在两次测量中，指针摆动幅度较大的一次的假定是正确的。如图1－19所示，晶体管3脚为集电极。

图1－19 判断集电极 （2）

对于PNP导电类型的晶体管，只需红、黑表笔对换，重复上面的测量即可。

5.判断三极管好坏的方法

1）三极管常见故障特点

（1）PN结击穿，一般是由于加在三极管上的电压过高所至；

（2）PN结熔断，一般是由于通过三极管的电流过大所致；

（3）变质故障，此种故障原因比较复杂，故障严重的可以通过万用表检测出来，故障较轻的一般不易检测。解决方法为替换元器件。

2）检测三极管的常用方法

可利用万用表的欧姆挡，依据PN结的单向导电性进行检测。

（1）对于硅管来说，PN结的正向电阻为5kΩ左右，反向电阻为无穷大。

（2）对于锗管来说，PN结的正向电阻为1kΩ左右，反向电阻为几百千欧以上。

（3）对于经检测认为是正常的，但经过对电路的分析仍怀疑有问题的三极管，这时可用替换元器件的方法进行检测。

（4）对电路中所用的参数要求较高的三极管，要用专业的晶体管测试仪或晶体管特性图示器测量。

如表1－6所示为常用晶体三极管参数。

表1－6 常用晶体三极管参数