晶体三极管简称三极管,是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。三极管由两个相距很近的PN结组成。半导体晶片上制造三个掺杂区,形成两个PN结,将三个区分别引出三个电极(三个电极分别称为基极b、集电极c和发射极e),用管壳封装,就得到了一个三极管。各种三极管实物如图1-77所示。
1.三极管的结构。
根据两个PN结的组合方式不同,三极管可分为NPN型和PNP型。取一小块半导体,如果将半导体的中间制成很薄的P型区,两边制成N型区,即构成NPN型三极管;同理,如果将半导体的中间制成很薄的N型区,两边制成P型区,即构成PNP型三极管。三极管在电路中常用字母“Q”“V”或“VT”加数字表示,三极管的结构及电路符号如图1-78所示。
2.三极管的工作原理。
极管的主要功能是电流放大作用和开关作用。下面以一个NPN型三极管为例介绍三极管的工作原理。
(1)三极管的放大作用：就是利用基极电流控制集电极电流。三极管的电流很像一个水龙头,水龙头拧开(基极路径)越大,水龙头(集电极/发射极路径)流出的水就越多,如图1-79所示。三极管可以被视为一个电流的控制阀,集电极和发射极是电流的通路,而基极就是控制这个电流的阀门，只不过这个阀门不是靠旋转来改变通路的大小,而是靠本身流过的电流来控制的。图1-80所示为一个NPN型三极管工作原理。PNP型三极管的工作原理相同,但电流流动方向相反。
当基极电压UBE有一个微小的变化时,基极电流IB也会随之有一个小的变化,受基极电流IB控制的集电极电流Ic会有一个很大的变化,基极电流IB越大,集电极电流Ic也越大,反之,基极电流越小,集电极电流也越小,即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多,这就是三极管的放大作用。三极管是一种电流放大器件,但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用,通过电阻转变为电压放大作用。
(2)三极管的开关作用：三极管有三种工作状态,即截止、放大、饱和。当三极管在基极电流控制下,截止与饱和两种状态交替变换,就如同一个开关的断开与闭合,这就是三极管的开关作用。
根据三极管连接的外部电路条件,当NPN型三极管连接成如图1-81所示电路时,基极b与发射极e电位差小于0.7V,这种情况称为基极加了反向偏压。在这种状态下,三极管不导通,没有电流流动,称为三极管的截止状态。如果把ce间视为一个开关的两端,截止状态相当于开关断开。
当NPN型三极管的基极b与发射极e电位差大于0.7V,基极加了正向偏压,三极管导通,进入放大状态,在放大状态,三极管ce之间的电流是随着基极b的电流增大而增大的。但是,当三极管的基极电流增加到一定值时,再增大正向偏压,加大基极电流,ce之间的电流会维持在一个最大值而不再增大了,这种状态称为三极管的饱和状态。在饱和状态,三极管ce之间电位差很小,几乎为零,相当于一个开关的两端闭合。
3.三极管在汽车电路中的运用。
三极管在汽车电子电路中通常有两种运用,一种是利用三极管的放大功能,对微弱的传感器信号进行放大后,传给ECU;另一种是利用三极管的截止与饱和两个状态互相变换,作为一个电子开关,控制其他电子元件,如喷油器、继电器、指示灯等。图1-82所示为蓄电池液位报警电路,报警电路的传感器为装在蓄电池盖子上的铅棒。
当蓄电池液位处于正常液位时,如图1-82(a)所示,铅棒浸在蓄电池液中,铅棒(相当于正极)与蓄电池的负极之间存在电位差,三极管VT1的基极流过电流,VT1处于饱和导通状态,VT1的ce之间电位几乎相等,A点电位几乎为零,三极管VT2截止,报警灯(发光二极管)不亮。
当蓄电池液位低于规定要求时,如图1-82(b)所示,铅棒未能浸入蓄电池液中,铅棒与蓄电池的负极之间没有电位差,三极管VT1的基极没有电流,VT1处于截止状态,A点电位上升,三极管VT2的基极b有电流流入,三极管VT2饱和导通,报警灯亮,提醒驾驶员蓄电池液量不足。
4.三极管的检测。
判定的方法主要有目测和万用表检测两种方法,实际工作中经常采用目测法,在目测法不能作出准确判断时,再利用万用表进行检测。
(1)目测法。
①管型的判别：一般情况下,管型是NPN还是PNP应该从管壳上标注的型号来判别。三极管型号的第二位(字母)A、C表示PNP管,B、D表示NPN管。例如,3AX、3CG、3AD、3CA等均表示PNP型三极管,3BX、3DG、3DD、3DA等均表示NPN型三极管此外,国际流行的9011-9018系列三极管,除9012、9015为PNP管外,其余标号均为NPN管。
②管脚极性的判别：常用的小功率三极管有金属圆壳封装和塑料封装(半圆柱形)等,管脚排列如图1-83(a)所示。大功率三极管的外形有金属壳封装[扁柱形,管脚排列如图1-83(b)所示]以及塑料封装(扁平、管脚直列)等形式。
对于小功率管,图1-83(a)中列出了管脚排列方式,为便于记忆,总结如下：
总结：金属圆壳封装:“头向下,腿向上,大开口朝自己,左发右集电”。
塑料半圆柱封装:“头向下,平面向自己,左起cbe”。
对于大功率管,金属壳扁柱形封装按照图1-83(b)中列出的管脚排列方式判别即可。塑料扁平封装、管脚直列封装,没有统一形式,要通过万用表检测判别。
贴片三极管有三个电极的,也有四个电极的。一般三个电极的贴片三极管从顶端往下看有两边,上边只有一脚的为集电极,下边的两脚分别是基极和发射极,如图1-83(c)所示。在四个电极的贴片三极管中,如图1-83(d)所示,比较大的一个引脚是三极管的集电极,另有两个引脚相通是发射极,余下的一个是基极。
(2)用万用表进行检测：利用数字式万用表二极管挡或hFE挡可以判别三极管类型和e、b、c三个极,还可以测量管子的共发射极电流放大系数hFE。
找出基极:将数字式万用表置于二极管挡,红表笔固定任接某个引脚,用黑表笔依次接触另外两个引脚,如果两次显示值均小于V或都显示溢出符号“OL”或“1”,则红表笔所接的引脚就是基极(图1-84);如果在两次测试中,一次显示值小于1V,另一次显示溢出符号“OL”或“1”(视不同的数字式万用表而定),则表明红表笔接的引脚不是基极,应更换其他引脚重新测量,直到找出基极为止。
找出集电极和发射极:基极确定后,用红表笔接基极,黑表笔依次接触另外两个引脚,如果显示屏上的数值都显示为0.6-0.8V,则所测三极管属于硅NPN型中、小功率管,其中,显示数值较大的一次,黑表笔所接引脚为发射极;如果显示屏上的数值都显示为0.4-0.6V,则所测三极管属于硅NPN型大功率管,其中,显示数值大的一次,黑表笔所接的引脚为发射极。
用红表笔接基极,黑表笔先后接触另外两个引脚,若两次都显示溢出符号“OL”或“1”,调换表笔测量,即黑表笔接基极,红表笔接触另外两个引脚,显示数值都大于0.4V,则表明所测三极管属于硅PNP型,此时数值大的那次,红表笔所接的引脚为发射极。
数字式万用表在测量过程中,若显示屏上的显示数值都小于0.4V,则所测三极管属于锗管。
测三极管的放大倍数:hFE是三极管的直流电流放大系数,有的数字式万用表具有hFE挡,用数字式万用表的hFE挡,可进行测量，如图1-85所示,将三极管的三个管脚插入测试插孔内,当能测试出放大倍数时,插孔边标注的e、b、c即是插孔内三极管管脚的名称。
