三極管的基本結(jié)構(gòu)

1

硅管與鍺管的區(qū)分方法

①看型號(hào)： 9011/9013/9014/9016/9018/8050是硅管NPN型

9012/9015/8550是鍺管PNP型

②讓該管工作在 放大狀態(tài) ，測(cè)Ube電壓（基極與發(fā)射極的電壓），如果 電壓Ube=0.2~0.3V （歐姆檔指針偏轉(zhuǎn)了4/5）則是鍺管，如果 Ube=0.6~0.7V （歐姆檔指針偏轉(zhuǎn)了1/2--3/5）則是硅管。

2

TTL與CMOS的區(qū)分方法

三極管從結(jié)構(gòu)上分為 雙極型晶體管 （BJT、電流控制）與 場(chǎng)效應(yīng)型三極管 （FET，電壓控制器件）。

不加特殊說(shuō)明，電路里通常指 前者 （電流控制）。而后者如MOS管（電壓控制），可類比NPN理解，它也有三個(gè)級(jí)：源極S（發(fā)射極）、漏極D（集電極）、柵極G（基級(jí)）。

區(qū)別TTL和CMOS：

由晶體管構(gòu)成的集成電路為TTL：電源電壓5V，多余的輸入端可懸空；

由MOS管構(gòu)成的集成電路為CMOS：電源電壓3V~8V，多余的輸入端不可懸空。

三極管的截止、放大與飽和

1

NPN型類比理解

我們先以NPN硅管為例，為了便于理解，可以類比下面的水管：

水源 （Vcc）從上面（集電極）奔流而來(lái)（Ic），中間有一個(gè) 水閥 （基級(jí)），靠 小水流 （Ib）掀動(dòng)閥門使水流流到下面（發(fā)射極）的水管（Ie）。

①截止?fàn)顟B(tài)

從電流角度： Ib太小 （Ib≈0） ，頂不動(dòng)閥門，閥門的關(guān)閉導(dǎo)致水被困在上面的水管中不能流動(dòng) **（Ic=0；Ie=0）** 。

從電壓角度： φb太小導(dǎo)致Ube達(dá)不到發(fā)射結(jié)開(kāi)啟電壓 （Ube＜0.5V） ； φc=Vcc （上面連接水源，當(dāng)然有水）； **φe=φ地=0** （下面沒(méi)水）。因此 **Uce=φc-φb=Vcc** 。

注：此時(shí)集電極反偏，發(fā)射極反偏。（可以這樣理解， φp＞φn就是正偏，否則反偏 ）

②放大狀態(tài)

從電流角度： Ib增大 ，頂開(kāi)閥門，水會(huì)從上面Ic通過(guò)打開(kāi)的閥門流下，和小電流Ib匯入到下管（發(fā)射極）， Ie=Ic+Ib。 這樣就實(shí)現(xiàn)小電流（Ib）控制大電流（Ic）的功能，故名“放大”，放大倍數(shù)為 β ，即Ic=β Ib。所以：Ie＞Ic＞Ib。

從電壓角度： φb升高→Ube增大（從0.6V到0.7V），因此 φc＞φb＞φe 。此時(shí) Uce≈1/2Vcc 。

注：此時(shí)集電極反偏，發(fā)射極正偏。

③飽和狀態(tài)

從電流角度： Ib繼續(xù)增大 ，閥門開(kāi)到最大，由于管徑的限制，水流趨向于恒定，即Ic會(huì)繼續(xù)增大到 Vcc/Rc （串聯(lián)在集電極的電阻）之后恒定不變。此時(shí)，Ic不會(huì)再受Ib的控制，Ib的增大已無(wú)法影響Ic。

從電壓角度： φb升高到使Ube=0.7V時(shí)，三極管相當(dāng)于導(dǎo)線，使得 Uce=0 。此時(shí)，可理解為開(kāi)關(guān)的閉合。因此φb＞φe，φb＞φc。

注：此時(shí)集電極正偏，發(fā)射極反偏。

2

PNP型類比理解

再以PNP為例，為了便于理解，可以類比下面的水管：

與NPN不同 ，PNP型三極管是從發(fā)射極e流入，從基級(jí)b和集電極c流出。

①截止?fàn)顟B(tài)

從電流角度： 閥門Ib太小（ Ib≈0 ）打不開(kāi)閥門，從而造成水被堵在發(fā)射極下不來(lái)（ **Ie=0，Ic=0** ）

從電壓角度： φb太大 接近Vcc ，導(dǎo)致Ueb達(dá)不到發(fā)射結(jié)開(kāi)啟電壓（ Ueb=φe-φb＜0.5V ）； φe=Vcc （上面連接水源，當(dāng)然有水）； **φc=φ地=0** （下面沒(méi)水）。因此 **Uec=φe-φc=Vcc** 。

注：此時(shí)集電極反偏，發(fā)射極反偏。

②放大狀態(tài)

從電流角度： Ib增大 ，頂開(kāi)閥門，水會(huì)從上面Ie通過(guò)打開(kāi)的閥門流下，分流為小電流Ib和集電極電流Ic，即 Ie=Ib+Ic 。這樣就實(shí)現(xiàn)基級(jí)（Ib）控制集電極（Ic）的功能，故名“放大”，放大倍數(shù)為β，即 Ic=β Ib。所以： Ie＞Ic＞Ib 。

從電壓角度： φb降低→ Ueb升高 （從0.6V到0.7V），因此 φe＞φb＞φc 。此時(shí) Uce≈1/3Vcc~2/3Vcc 。

注：此時(shí)集電極反偏，發(fā)射極正偏。

③飽和狀態(tài)

從電流角度： Ib繼續(xù)增大 ，閥門開(kāi)到最大，由于管徑的限制，水流趨向于恒定，即Ic會(huì)繼續(xù)增大到 Vcc/Rc （串聯(lián)在集電極的電阻）之后恒定不變。此時(shí)，Ic不會(huì)再受Ib的控制，Ib的增大已無(wú)法影響Ic。

從電壓角度： φb降低到使Ueb達(dá)到0.7V時(shí)，三極管相當(dāng)于導(dǎo)線，使得 Uec=0 。此時(shí)，可理解為開(kāi)關(guān)的閉合。因此φb＜φe，φb＜φc。

注：此時(shí)集電極正偏，發(fā)射極反偏。

3

歸納總結(jié)

結(jié)合上述可得：

4

例題分析

例1： 在電路中測(cè)得硅材料三極管的三個(gè)電極的電位如下圖所示，處于飽和狀態(tài)的有：

分析： 對(duì)于NPN的飽和狀態(tài)，有φb＞φe，φb＞φ c，Ube=0.7V ，故選D；

對(duì)于PNP的飽和狀態(tài)，有 φb＜φe，φb＜φc，Ueb=0.7V ，故選B。

例2： 下列各三極管的管型、電流方向及大小均正確的是：

分析： NPN為 2入1出 （集電極、基級(jí)入，發(fā)射極出），排除A；

PNP為 1入2出 （發(fā)射極入，集電極、基級(jí)出），排除D；

又三極管的管腳排布依次為 ebc （倒過(guò)來(lái)cbe），中間永遠(yuǎn)是基級(jí)b；

對(duì)于NPN來(lái)說(shuō)，C項(xiàng)中間腳是基級(jí)b，應(yīng)該是入的，排除C；

故選B。

例3： 如圖所示是小明在電子控制技術(shù)實(shí)踐課上搭建的電路，經(jīng)測(cè)量V1的Ube=0.7V，Uce=3V。下列關(guān)于V1工作狀態(tài)的判斷中，正確的是（ ）

A.飽和狀態(tài)

B.放大狀態(tài)

C.截止?fàn)顟B(tài)

D.條件不足，無(wú)法判斷

思路一： Ube=0.7V，Uce=3V，由于NPN型發(fā)射極e接地，即 **φe=0** ，故而φb=0.7V，φc=3V。由**φc＞φb＞φe**可知其為放大狀態(tài)。

思路二： 已知Ube=0.7V，Uce=3V，從而Uce≈1/2Vcc，Ube∈[0.6V,0.7V]，可知其為放大狀態(tài)。

故選B。

例4：

分析： A、設(shè)電阻R1左端電位為φa，右端電位為φb（即V1基級(jí)電位）；因?yàn)閂1是PNP型三極管，基級(jí)應(yīng)該是“出”（即 電位從φb到φa經(jīng)過(guò)電阻R1形成電壓降 ）。因此當(dāng)R1阻值變大，導(dǎo)致自右到左的電壓降變大， 定左 ，則右端φb應(yīng)當(dāng)增大。故V1高電位更易截止，電熱器不發(fā)熱。

BC、繼電器不能正常工作，電熱器不發(fā)熱。

D、V2起保護(hù)三極管V1的作用（防止繼電器反向自感電動(dòng)勢(shì)對(duì)三極管集電極的沖擊），而與電路控制功能無(wú)關(guān)，故選D。

例5： 小明在測(cè)試電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)R4的阻值不符合電路要求，導(dǎo)致J2始終都不能吸合，合理的調(diào)整措施是 ▲ （在A..增大R4；B.減小R4中選擇合適的選項(xiàng)，將序號(hào)填入“ ▲ ”處）

分析： 此題常見(jiàn)錯(cuò)誤選A，誤認(rèn)為電流從R4左端流向右端，自左向右形成電壓降，增大R4可使R4消耗更多電勢(shì)，從而使V2基級(jí)電位降低。

事實(shí)上，由V2是PNP型三極管可知， 基級(jí)應(yīng)該是“出” ，即R4自右向左形成電壓降（此時(shí)應(yīng) 定左 ）。故為了讓R4的右端電勢(shì)（即V2基級(jí)電位）降低，應(yīng)當(dāng)減小R4的分壓，選B。

三、多用電表測(cè)三極管

首先要明確，應(yīng)該使用電表的歐姆檔測(cè)電阻，根據(jù) “紅進(jìn)黑出” 原則（“進(jìn)、出”是從****電表的角度而言），又因電源在電表內(nèi)部，得知此時(shí)黑表筆卻是高電位，紅表筆為低電位。

1

判斷好壞

基本思想： 對(duì)于NPN型，有 ①?gòu)闹虚g的P到兩邊的N（P→N）是否都是正偏；②從兩邊的N到中間的P（N→P）是否都是反偏。

若①②都滿足則是好的NPN型；

若①不滿足、②滿足則是斷路問(wèn)題；

若①滿足、②不滿足則是短路問(wèn)題。

具體操作： ①歐姆檔R×100或×1k，黑表筆（高電位）接中間基級(jí)b，紅表筆（低電位）接另外兩極，是否 阻值都很小 （指針偏轉(zhuǎn)角度大）；

②紅表筆（低電位）接中間基級(jí)b，黑表筆（高電位）接另外兩極， 是否阻值都很大 （指針偏轉(zhuǎn)角度小）。

PS：各位可以思考一下PNP型的檢驗(yàn)方法~

2

確定基級(jí)

基本思想： 由于三極管（NPN或PNP）的集電極和發(fā)射極之間必有一段是 由N到P的（即反偏） ，其本質(zhì)就是經(jīng)多次驗(yàn)證，若某次正接反接都是反偏，則剩下的就是基級(jí)。

具體操作： 歐姆檔R×100，紅黑表筆多次正反測(cè)量任意兩個(gè)管腳，若某次測(cè)得 阻值都很大 ，則剩下的那只腳為基級(jí)b。

3

確定類型

基本思想： 對(duì)于 NPN型 ，從中間的P到兩邊的N （P→N） 都是 正偏 ；否則為PNP。

具體操作： 歐姆檔R×100或×1k，黑表筆（高電位）接中間基級(jí)b，紅表筆（低電位）接另外兩極，若 阻值都很小 （指針偏轉(zhuǎn)角度大）， 即為NPN ；若阻值都很大即為PNP。

思考：若測(cè)得阻值一大一小，有哪些可能？

4

例題分析

例6： 判斷D項(xiàng)是否正確：

分析： 9013是NPN型硅管，從集電極c到發(fā)射極e必定是 ①?gòu)?N （集電極c）經(jīng) P （基級(jí)b） ② P （基級(jí)b）再到 N （發(fā)射極e）的過(guò)程。圖中給定的是第①個(gè)過(guò)程—— 反偏 （電阻大），這不足以說(shuō)明三極管是好的，當(dāng)然更無(wú)法說(shuō)明它是壞的。

例7： 用R×1k擋測(cè)電子元器件，僅測(cè)一次，下列結(jié)果能證明電子元器件已損壞的是：

分析： A、發(fā)光二極管 長(zhǎng)腳為正 ，卻接到了電表的紅表筆（歐姆檔狀態(tài)下是 低電位 ），二極管反偏截止，電阻很大，即指針幾乎不偏轉(zhuǎn)，與題圖吻合，說(shuō)明它是好的；排除A。

B、黑表筆（高電位）進(jìn)入基級(jí)，紅表筆（低電位）出，由題圖知測(cè)得阻值很大， 其為反偏 。若此三極管為NPN，則可判斷其斷路；若為PNP，則紅表筆還需要檢測(cè)另一個(gè)P腳才可下結(jié)論；而圖中未告知三極管類型，無(wú)法判斷，排除B。

C、電位器（電阻）阻值不可能小到0，由題圖可知，此電阻內(nèi)部斷路，已損壞，故選C。

D、圖中未告知干簧管狀態(tài)，無(wú)法確定，排除D。

復(fù)合管在門電路中的應(yīng)用

1

處理方式：等效法

注意：復(fù)合管放大倍數(shù)β=β1×β2。

2

例題分析

例8： 當(dāng)水缸內(nèi)的熱敏電阻（正溫度系數(shù)）檢測(cè)出水溫 低于下限設(shè)定溫度時(shí)，加熱絲加熱 ；當(dāng)熱敏電阻檢測(cè)出水溫 高于上限設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱。 則虛框中應(yīng)是什么邏輯門？

分析： 假設(shè)Rt1是下限溫控電阻 ，則Rt2是上限溫控電阻。當(dāng)溫度在設(shè)定范圍內(nèi)升高時(shí)，電熱絲是加熱的，即 J1J2均閉合 ，Rt2處于短路狀態(tài)；這樣當(dāng)溫度超過(guò)上限時(shí)，Rt2無(wú)法起作用，因此假設(shè)錯(cuò)誤。

所以 Rt1應(yīng)是上限溫控電阻，Rt2是下限溫控電阻 。當(dāng)溫度在設(shè)定范圍內(nèi)升高時(shí)，電熱絲是加熱的，即J1J2均閉合，Rt2處于短路狀態(tài)（無(wú)所謂）；超過(guò)上限，上限溫控電阻 Rt1變大 ，導(dǎo)致Rt1上端電位升高，記為 1 。

把復(fù)合管看成 1個(gè)PNP三極管 ，要使電熱絲不加熱（繼電器不吸合，三極管截止），該等效三極管的基級(jí)應(yīng)當(dāng)是 高電位 1 ；

又因?yàn)镽t2一直被短路，故記Rt上端電勢(shì)為 0 。而0,1要出1的話，只能是或門、與非門。

當(dāng)溫度降到下限溫度以下時(shí)（此時(shí) J1J2均斷開(kāi) ），Rt1、Rt2上端都是0，因此此時(shí)需要電熱器加熱（繼電器吸合、三極管導(dǎo)通），對(duì)于等效PNP三極管來(lái)說(shuō)，基級(jí)必須為低電位 0才能導(dǎo)通。而0,0要出0的話，不可能是與非門。

故只能填 或門 。