任务一 电子元器件的测试 情境五 三极管的测试 主讲： ××× 九江职业技术学院

1. 任务一 电子元器件的测试 情境五 三极管的测试 主讲：××× 九江职业技术学院

2. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 • 三极管的外部结构与类型 三极管是在一块半导体基片上根据不同的掺杂方式制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，两个PN结把这块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有NPN和PNP两种。从三个区引出相应的电极，分别为基极b、发射极e和集电极c，如图所示。

3. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 • 三极管的分类 晶体三极管的种类很多，分类方法也有多种。下面按用途、频率、功率、材料等进行分类。 a.按材料和极性分有硅材料的NPN与PNP三极管.锗材料的NPN与PNP三极管。 b.按用途分有高、中频放大管、低频放大管、低噪声放大管、光电管、开关管、高反压管、达林顿管、带阻尼的三极管等。 c.按功率分有小功率三极管、中功率三极管、大功率三极管。 d.按工作频率分有低频三极管、高频三极管和超高频三极管。 e.按制作工艺分有平面型三极管、合金型三极管、扩散型三极管。 f.按外形封装的不同可分为金属封装三极管、玻璃封装三极管、陶瓷封装三极管、塑料封装三极管等

4. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 • 三极管的伏安特性 由于三极管有三个电极，要用两组特性曲线才能全面反映其性能。三极管的特性曲线是描述三极管各个电极之间电压与电流关系的曲线，它们是三极管内部载流子运动规律在管子外部的表现。三极管的特性曲线反映了管子的技术性能，是分析放大电路技术指标的重要依据。 三极管共发射极放大电路的特性曲线有输入特性曲线和输出特性曲线，下面以NPN型三极管为例，来讨论三极管共射电路的特性曲线。

5. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 a.输入特性曲线 输入特性曲线是描述三极管在管压降UCE保持不变的前提下，基极电流iB和发射结压降uBE之间的函数关系，即 iB=f(uBE)|UCE=常数 三极管的输入特性曲线如图所示。 可见NPN型三极管共射极输入持性曲线 的特点是：

6. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 ①在输入特性曲线上也有一个开启电压，在开启电压内，uBE虽己大于零，但iB几乎仍为零，只有当uBE的值大于开启电压后，iB的值与二极管一样随uBE的增加按指数规律增大。硅晶体管的开启电压约为0.5V，发射结导通电压Von约为0.6～0.7V；锗晶体管的开启电压约为0.2V，发射结导通电压约为0.2～0.3V。 ②三条曲线分别为UCE=0V，UCE=0.5V和UCE=1V的情况。当UCE=0V时，相当于集电极和发射极短路，当UCE=1V，集电结已处在反向偏置，管子工作在放大区，当UCE>1V以后，输入特性几乎与UCE=1V时的特性曲线重合。因晶体管工作在放大状态时，集电结要反偏，UCE必须大于l伏，所以，只要给出UCE=1V时的输入特性就可以了。

7. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 b.输出特性曲线 输出特性曲线是描述三极管在输入电流iB保持不变的前提下，集电极电流iC和管压降uCE之间的函数关系，即 ic=f(UCE)|IB=常数 三极管的输出特性曲线如图5.1.4所示。 可见，当IB改变时，iC和uCE的关系是一 组平行的曲线族，并有截止区、放大区、 饱和区以及击穿区四个工作区。但三极 管在实际应用中是不允许工作在击穿区的。

8. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 ①截止区 IB=0持性曲线以下的区域称为截止区。此时晶体管的集电结处于反偏，发射结电压且也是处于反偏的状态，uBE＜uon且uCE>uBE。由于iB＝0，在反向饱和电流可忽略的前提下，iC=βiB也等于0，晶体管无电流的放大作用。处在截止状态下的三极管，发射极和集电结都是反偏，在电路中犹如一个断开的开关。 实际的情况是：处在截止状态下的三极管集电极有很小的电流ICE0，该电流称为三极管的穿透电流，它是在基极开路时测得的集电极-发射极间的电流，不受iB的控制，但受温度的影响。

9. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 ②饱和区 在三极管放大电路中，集电极接有电阻RC，如果电源电压VCC一定，当集电极电流iC增大时，uCE=VCC-iCRC将下降，对于硅管，当uCE 降低到小于0.7V时，集电结也进入正向偏置的状态，uBE>uon且uCE<uBE，集电极吸引电子的能力将下降，此时iB再增大，iC几乎就不再增大了，三极管失去了电流放大作用，处于这种状态下工作的三极管称为饱和。 三极管截止和饱和的状态与开关断、通的特性很相似，数字电路中的各种开关电路就是利用三极管的这种特性来制作的。

10. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 ③放大区 三极管输出特性曲线饱和区和截止区之间的部分就是放大区。工作在放大区的三极管才具有电流的放大作用。此时三极管的发射结处在正偏，集电结处在反偏，uBE>uon且uCE≥uBE。由放大区的特性曲线可见，特性曲线非常平坦，当iB等量变化时，iC几乎也按一定比例等距离平行变化。由于iC只受iB控制，几乎与uCE的大小无关，说明处在放大状态下的三极管相当于一个输出电流受IB控制的受控电流源。 上述讨论的是NPN型三极管的特性曲线，PNP型三极管特性曲线是一组与NPN型三极管特性曲线关于原点对称的图像。 ④击穿区 当三极管uCE增大到某一值时，iC将急剧增加，特性曲线迅速上翘，这时三极管发生击穿。工作时应避免管子击穿。

11. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 ③放大区 三极管输出特性曲线饱和区和截止区之间的部分就是放大区。工作在放大区的三极管才具有电流的放大作用。此时三极管的发射结处在正偏，集电结处在反偏，uBE>uon且uCE≥uBE。由放大区的特性曲线可见，特性曲线非常平坦，当iB等量变化时，iC几乎也按一定比例等距离平行变化。由于iC只受iB控制，几乎与uCE的大小无关，说明处在放大状态下的三极管相当于一个输出电流受IB控制的受控电流源。 上述讨论的是NPN型三极管的特性曲线，PNP型三极管特性曲线是一组与NPN型三极管特性曲线关于原点对称的图像。

12. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 • 三极管的主要参数及温度对特性的影响 三极管的参数用来表征管子性能优劣和适用范围，它是合理选用三极管的依据。 a.电流放大系数（Current amplification factor） 电流放大系数是表征三极管放大能力的参数。电路工作状态有两种：电路无交流信号输入而工作在直流状态时，称为静态；电路有交流信号输入而工作在交流状态时，称为动态。

13. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 ①共射电流放大系数 前者反映静态时集电极电流与基极电流之比值；而后者反映动态时的电流放大作用。一般与β数值相近，在实际应用中=β，本课程统一用β表示。 前者反映静态时集电极电流与基极电流之比值；而后者反映动态时的电流放大作用。一般与β数值相近，在实际应用中=β，本课程统一用β表示。 ②β与温度的关系 温度升高，β值增大。每升高1℃，β值增加0.5%～1%，反映在输出特性曲线上就是各条曲线的间距增大。

14. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 b.极间反向电流 极间反向电流是由少数载流子形成的，其大小表征了管子的温度特性。 ①ICBO指发射极开路时，集电极和基极之间的反向饱和电流。ICBO很小，温度升高，ICBO增加。一般硅管热稳定性比锗管好。 ②ICEO是指基极开路时，集电极和发射极之间的反向饱和电流，又称为穿透电流。ICEO=(1+β) ICBO。 c.极限参数 它是表征三极管能安全工作的参数。 ①集电极最大允许电流ICM(Maximum allowable collector current) 是指当β下降到正常β值的2/3时所对应的IC值。当IC超过这个值时，放大性能下降或损坏管子。

15. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 ②反向击穿电压（Reverse breakdown voltage） U(BR)CBO——发射极开路时，集电极－基极之间允许施加的最高反向电压，超过此值，集电结发生反向击穿。 U(BR)EBO——集电极开路时，发射极－基极之间允许施加的最高反向电压。 U(BR)CEO——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。为可靠工作，使用时VCC取U(BR)CEO的1/2或2/3。在输出特性曲线中，iB＝0的曲线开始急剧上翘所对应的电压即为U(BR)CEO ，其值比U(BR)CBO小。T↑，U(BR)↓。

16. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 ③集电极最大允许耗散功率PCM(Maximum allowable power dissipation) PCM的大小主要决定于允许的集电结结温。一般硅管约为150℃，锗管约为70℃。显然，PCM的大小与管子的散热条件及环境温度有关。且PCM= iCuCE，由此可画出三极管的安全工作区。

17. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 • 三极管的测试方法 三极管的种类很多，从频率上分高频、中频和低频三种，从功率上分大、中和小三种，从使用材料分锗和硅两种，从极性上分NPN型和PNP型两种。但是从测试角度来看，方法大抵相同。

18. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 （1）使用万用表判别三极管的极性 将万用表置于电阻R×1k或R×100档，用黑色表笔接三极管的某一管脚（假设作为基极），再用红表笔分别接另外两个管脚。若表针指示的两次阻值均很大（很小），交换表笔后测试结果两次阻值均很小（很大），则说明假设正确，第一次测试中黑色表笔接的就是该三极管的基极b。若交换表笔后阻值是一大一小，相差很大，则说明第一次测试中黑色表笔接的不是基极b，应更换另一管脚重新测试，直到某管脚相对其它两管脚阻值均很大（很小），交换表笔测试，该管脚相对其它两管脚阻值均很小（很大），则该管脚就是基极b。将黑色表笔接b，红色表笔分别接另外两个管脚，若两次阻值均很大，则说明该管是PNP型，反之若两次阻值均很小，则说明被测管为NPN型。

19. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 判定基极b后就可以进一步判断集电极和发射极。仍然用万用表R×1k或R×100档，将两表笔分别接非基极的另外两电极，如果是PNP型管，则用一个100kΩ电阻接于基极与红色表笔之间，可测得一电阻值，然后将两表笔交换，同样在基极与红色表笔之间接100kΩ电阻，又测得一次电阻值，两次测试中阻值小的一次红色表笔所对应的是PNP管的集电极c，黑色表笔所对应的是发射极e。如果NPN型管，100kΩ电阻就要接在基极与黑色表笔之间，同样，电阻小的那一次黑色表笔所对应的管脚是NPN型管的集电极c，红色表笔所对应的是发射极e。在测试中也可以用潮湿的手指代替100kΩ电阻捏住集电极与基极。注意测试时不要让集电极和基极碰在一起，以免损坏晶体管。

20. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 （2）判断三极管的材料 因为硅管的正向压降一般为0.6～0.8V，而锗管的正向压降是0.2～0.4V左右，所以只要按图所示测量基极（b）与发射极（e）之间的压降Ube的数值就可以了，图中被测管为PNP管。 观察电压表数值，若Ube的数值为0.5～0.9V即为硅管；若Ube的的数值为0.2～0.4V即为锗管。图所示为两种材料的晶体管的输入特性曲线，从图中就能看出锗管和硅管的正向特性是有较大的差异的。 若对NPN管进行测试，只要把Eb和电压表的极性反接一下，同样观测压降Ube的数值来判别是锗材料还是硅材料。

21. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 （3）三极管直流参数的测试 现以NPN型小功率管为例来介绍其直流参数的测试，测试PNP型管只要将偏置电源和直流电表的极性对换，便可以用同样的方法进行测试。 a.反向截止电流的测试 测试电路中所使用的参数指示的电流表的内阻应足够小，使得所通过的反向截止电流在电流表上所产生的最大压降小于测量偏压的5％，测试用的可调偏压电源内阻应足够小，当负载从空载变到满载时，电源电压的变化应不大于1％。

22. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 集电极-基极反向截止电流ICBO、集电极-发射极反向截止电流ICEO、发射极-基极反向截止电流IEBO的测试原理图如图所示；ICBO、IEBO、ICEO的测试方法均相同，按照原理图连接电路，调节稳压电源VCC，使VCC电压分别为VCB、VCE、VEB的规定值，然后从电流表上读得ICBO、IEBO、ICEO的数值。

23. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 b.反向击穿电压的测试 在测试电路中，指示参数用的直流电压表的内阻应足够大，使通过的分流电流小于指示电流表最小量程满刻度值的1％。电流表的内阻应足够小。集电极-基极反向击穿电压BVCBO、集电极-发射极反向击穿电压BVCEO、发射极-基极反向击穿电压BVEBO的测试原理图如图5.1.6所示；其测试方法均相同，调节集电极恒流源，使ICB、ICE、IEB达到规定值，接入被测三极管后，从电压表上读得BVCBO、BVEBO、BVCEO的数值。

24. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 （4）使用晶体管图示仪测试三极管特性曲线 这里我们选用YB4811型晶体管图示仪来测试NPN型9011半导体管的特性曲线为例，讲述具体测试方法： ①将被测三极管插入测试台插座，三极管的管脚要插正确。 ②“集电极电源信号”： “峰值电压范围”选“0～10V”； “极性”选“＋”； “功耗限制电阻”位于“250”； “峰值电压”位于0，测试时，再逐渐加大至所需值。

25. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 ③“阶梯信号”： “极性”选“＋”； “阶梯作用”选“重复”； “阶梯电流”选“20μA” “级∕族”用来设置一族曲线的条数，即阶梯电流的级数，一般可根据显示的稳定情况，选4～10级，级数较大会造成显示闪动，观察不方便，这里我们选10级。 ④“Y轴系统” “mA∕度”置于“集电极电流”，“毫安—伏∕度”为1，表示Y轴的测试对象是“集电极电流”，量程是每度（1方格）代表1mA。在测试时，如果显示的波形超出屏幕范围，应增大该值。

26. 情境五 三极管的测试 情景5.1 普通三极管的测试 ⑤“X轴系统” “伏∕度”置于“集电极电压”，1V/度。表示测试的对象是集电极电压，量程是每度1伏。在测试时，应根据显示情况调节。例如测量“饱和压降”UCES时，应旋至0.1V ，而测试“击穿电压”BVCE0时，应置于10V或20V ，这样才能测试准确。

27. 情境五 三极管的测试 情景5.2 场效应管的测试 • 场效应管的分类 根据结构的不同，场效应管分为结型场效应管（Junction field effect transistor，简称JFET）和绝缘栅型场效应管（Insulated gate field effect transistor，简称IGFET）两大类。绝缘栅型场效应管有增强型和耗尽型两种。结型和绝缘栅场效应管又有N沟道和P沟道两种。

28. 情境五 三极管的测试 情景5.2 场效应管的测试 • 增强型绝缘栅场效应管的结构及其工作原理 增强型绝缘栅场效应管的结构示意图和电路符号如图5.2.1所示。其中图（a）为N沟道结构示意图。它以一块掺杂浓度较低的P型硅片作为衬底，利用扩散工艺在P型衬底上面的左右两侧制成两个高掺杂的N区，并用金属铝在两个N区引出电极，分别作为源极（Source）s和漏极（Drain）d；然后在P型硅片表面覆盖一层很薄的二氧化硅（SiO2）绝 缘层，在漏源极之间的绝缘层上再喷一层金属铝作为栅极（Gate）g；另外在衬底引出衬底引线（Substrate）B（它通常在管内与源极s相连接）。可见这种管子的源极、漏极是绝缘的，故称绝缘栅场效应管。

29. 情境五 三极管的测试 情景5.2 场效应管的测试 • 增强型绝缘栅场效应管的结构及其工作原理 现以N沟道增强型MOS管为例讨论其工作原理。工作时，栅源电压 UGS和漏源电压 UDS均为正向电压。 ①当UGS=0时，工作原理示意图如图所示。漏极与源极之间无导电沟道形成，既使UDS〉0，也无漏极电流，iD＝0。

30. 情境五 三极管的测试 情景5.2 场效应管的测试 • 增强型绝缘栅场效应管的结构及其工作原理 ②UGS＞UGS（th），UGS＞0，iD受UDS控制，若在栅源之间加上图5.2.2（b）所示可变电源VGG，UGS＞0，将电子吸引到栅极SiO2下面，当UGS足够大，吸引的电子增多，使两个N+处连通，于是漏、源极间形成导电沟道，这时若UDS＞0，就会有漏极电流iD产生。我们把开始形成导电沟道时的栅源电压称为开启电压（Threshold voltage），用UGS（th）表示。一般情况下，UGS（th）约为几伏。在UGS≥UGS（th）、UDS＞0的情况下，iD受UGS控制，iD大小随UGS而变化。

31. 情境五 三极管的测试 情景5.2 场效应管的测试 • 耗尽型绝缘栅场效应管的结构及其工作原理 a.结构和符号 N沟道耗尽型MOS管的结构示意图和电路符号如图所示。它的结构和增强型基本相同，主要区别是：这类管子在制造时，已经在二氧化硅绝缘层中掺入了大量的正离子， 所以，在正离子产生的电场作 用下，漏、源极间已形成了N 型导电沟道(反型层)，

32. 情境五 三极管的测试 情景5.2 场效应管的测试 • 耗尽型绝缘栅场效应管的结构及其工作原理 b.工作原理 当UGS＝0时，只要加上正向电压UDS，就有iD产生。当UGS由零向正值增大时，则加强了绝缘层中的电场，将吸引更多的电子至衬底表面，使沟道加宽，iD增大。反之，UGS由零向负值增大时，则削弱了绝缘层中的电场，使沟道变窄，iD减小。当UGS负向增加到某一数值时，导电沟道消失，iD≈0，管子截止，此时所对应的栅源电压称为夹断电压（Pinch off voltage），用UGS(off)表示。

33. 情境五 三极管的测试 情景5.2 场效应管的测试 • 耗尽结型场效应管简介 a.结型场效应管也分为N沟道和P沟道两种，结构示意图与电路符号如图所示。 b.结型场效应管中存在原始沟道，故属于耗尽型。

34. 情境五 三极管的测试 情景5.2 场效应管的测试 • 耗尽结型场效应管简介 a.结型场效应管也分为N沟道和P沟道两种，结构示意图与电路符号如图所示。 b.结型场效应管中存在原始沟道，故属于耗尽型。

35. 情境五 三极管的测试 情景5.2 场效应管的测试 • 耗尽结型场效应管简介 c.N沟道结型场效应管正常工作时，栅源之间加反向电压，即uGS＜0，使两个PN结反偏；漏源之间加正向电压，即UDS＞0，形成漏极电流iD。 d.N沟道结型场效应管工作在各个区域的条件：当满足UGS>UGS(off)(夹断电压)，UDS<UGS－UGS(off)时工作在可变电阻区；当满足UGS≥UGS(off)且UDS≥UGS－UGS(off)时工作在恒流区；当满足UGS<UGS(off)时工作在夹断区。

36. 情境五 三极管的测试 情景5.2 场效应管的测试 • 场效应管的测试方法 （1）用万用表测试场效应管 a.判别场效应管的电极 本方法仅适于结型场效应管，不适用MOS场效应管。 将万用表置于R×1k档，用黑色表笔接触假定为栅极G的管脚，然后用红色表笔分别接触另两个管脚。若阻值均比较小（约5～10Ω），再将红、黑表笔交换测试一次。如阻值均大（∞），说明都是反向电阻（PN结反向），属N沟道管，且黑表笔接触的管脚为栅极G，并说明原先的假定是正确的。若两次测试的阻值均很小，说明是正向电阻，属于P沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极G。若不出现上述情况时，可以调换正、负表笔按上述方法进行测试，直至判断出栅极G为止。

37. 情境五 三极管的测试 情景5.2 场效应管的测试 • 场效应管的测试方法 一般结型场效应管的源极与漏极，其制造工艺是对称的。所以，当栅极G确定以后，对于源极S、漏极D不一定要判别，因为这两个极可以互换使用，因此没有必要去判别。源极与漏极之间的电阻约为几千欧。 注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，测量时只要有少量的电荷，就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管子损坏。

38. 情境五 三极管的测试 情景5.2 场效应管的测试 • 场效应管的测试方法 b.估测场效应管的放大能力 将万用表拨到R×100档，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，相当于给场效应管加上1.5V的电源电压。这时表针指示出的是D-S极间电阻值。然后用手指捏栅极G，将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。由于管子的放大作用，UDS和ID都将发生变化，也相当于D-S极间电阻发生变化，可观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极时表针摆动很小，说明管子的放大能力较弱；若表针不动，说明管子已经损坏。

39. 情境五 三极管的测试 情景5.2 场效应管的测试 • 场效应管的测试方法 由于人体感应的50Hz交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同，因此用手捏栅极时表针可能向右摆动，也可能向左摆动。少数的管子RDS减小，使表针向右摆动，多数管子的RDS增大，表针向左摆动。无论表针的摆动方向如何，只要能有明显地摆动，就说明管子具有放大能力。

40. 情境五 三极管的测试 情景5.2 场效应管的测试 • 场效应管的测试方法 本方法也适用于测MOS管。为了保护MOS场效应管，必须用手握住螺钉旋具绝缘柄，用金属杆去碰栅极，以防止人体感应电荷直接加到栅极上，将管子损坏。 MOS管每次测量完毕，G-S结电容上会充有少量电荷，建立起电压UGS，再接着测时表针可能不动，此时将G-S极间短路一下即可。 目前常用的结型场效应管和MOS型绝缘栅场效应管的管脚顺序如上图所示。

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