项目4 识别与检测二三极管.docx

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项目4识别与检测二三极管

项目四识别与检测二、三极管

知识目标

1.理解三极管放大电路的工作原理。

2.掌握二极管、三极管的类型和特性。

3.掌握使用万用表检测二极管、三极管极性和质量的方法。

技能目标

1.能用面包板搭接三极管放大电路。

2.能识别二极管、三极管以及会使用万用表检测二极管和三极管质量。

3.能用万用表测量三极管放大电路的工作状态，理解电路是如何工作的。

4.能排除三极管放大电路常故障。

项目描述

放大器能放大信号，那是三极管的功劳！

如图4.1所示是三极管放大电路原理图，本项目通过面包板搭接该电路，再通过万用表检测三极管以及三极管在放大电路中工作状态，理解电路工作原理。

图4.1是典型的固定偏置放大电路。

RP、Rb是三极管基极偏置电阻,调节RP可改变基极偏置电流；Rc为集电极负载电阻，作用是将三极管的电流放大转换为电压放大。

LED1、LED2为电路导通程度指示二极管；VT是具有电流放大作用的三极管。

二极管VD用于控制电流流向及降低三极管工作电压。

电路工作原理：

调节RP，三极管基极电流发生变化，三极管会有三种工作状态。

当满足三极管的发射结正偏、集电结反偏时，三极管就处于放大状态，此时集电极电流IC受基极电流IB控制，成β倍变化；从发光二极管来看，LED1的亮度微小变化，LED2的亮度就会有较大变化，故三极管是电流控制型器件。

图4.1三极管放大电路原理图

任务1识别、检测三极管放大电路的元器件

任务描述

如图4.1所示，三极管放大电路使用了电池、电阻、发光二极管和微调电位器、三极管、二极管，本项目主要识别、检测三极管和二极管。

实践操作

器材准备：

本项目所需准备器材如表4.1所示。

表4.1三极管放大电路所需器材

元器件

10KΩ1/4W电阻1只，200Ω1/4W电阻1只，500KΩ微调电位器1只，红色Φ5发光二极管2只，1N4148二-极管1只，S9014的三极管，9V叠层电池1节。

其他材料

有鳄鱼夹的电池扣1套，SYB-120型面包板1块

仪表

MF47万用表1台，DT9205数字万用表1台

工具

一字小起子1把

1.认识与检测二极管

第一步：

☞认识二极管。

本项目使用的二极管型号为1N4148，是开关二极管，点接触型。

它的实物外形与内部结构示意图、电路符号如图4.2所示。

可从外形标记上来判断二极管的正、负极，有黑色环一方为负极，另一方就为二极管的正极。

由图4.2（b）可知二极管内有一个PN结，P区为正极，N区为负极，电流只能从P区流入，N区流出，故具有单向导电性。

二极管一般用VD或D表示，电路符号中的箭头反向表示了电流流向。

负极

正极

（a）二极管外形（b）二极管结构示意图（c）二极管电路符号及极性

图4.2二极管外形、结构与电路符号

第二步：

☞检测二极管。

如图4.3所示，指针万用表转换开关置于R×1K档，两表笔分别接二极管1N4148的两个引脚，交换两表笔测得两次阻值，可观察到有一次阻值约为7KΩ（正向电阻），另一次阻值较大（接近为无穷大）。

由此可判定该二极管正常可用；为硅材料；阻值小的一次黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的是二极管的负极。

（a）测量二极管正向电阻为7KΩ（b）测量二极管反向电阻为∞

图4.3指针万用表测量二极管1N4148的质量

2.认识与检测三极管

第一步：

☞认识三极管。

本项目使用的三极管型号为S9014，是高频小功率管。

它的实物外形与内部结构示意图、电路符号如图4.4所示。

三极管S9014的封装形式为SOT-23，切面字符正对自己，引脚向下其三个引脚排列分别为发射极e、基极b、集电极c；由图4.4（b）可知三极管内部有两个PN结，三个区（集电区、基区、发射区），三个电极（集电极c、基极b、发射极e）；图4.4（c）是NPN型三极管，发射极上的箭头表示了三极管的类型和发射极的电流流向（从发射极流出），一般用V或VT表示三极管。

（a）三极管外形（b）三极管结构示意图（c）三极管电路符号及各极名称

图4.4三极管外形、结构与电路符号

第二步：

☞检测三极管。

如图4.5所示。

指针万用表转换开关置于R×1K档，黑笔接三极管S9014的中间引脚，红表笔分别接三极管另外两引脚。

即Rbe和Rbc值。

图4.5检测三极管

可观察到：

指针偏转，阻值均为11KΩ左右，由此可判定该管为NPN，材料为硅管，黑笔接的是基极（b）。

再用红笔接三极管中间引脚，黑表笔分别接三极管另外两引脚，可观察到此时指针不动，阻值为无穷大，即Reb和Rcb值。

即可判定此三极管正常可用。

然后，指针万用表转换到R×10K档，两表笔接触S9014除基极以外的另两脚的阻值，交换两表笔将测得两次阻值，由阻值小的一次可判断黑表笔接的是发射极（e），红表笔接的是集电极（c）。

使用hEF档可测量三极管的直流放大系数

，只需将三极管S9014的三个引脚对应插入三极管hEF测试插孔（N列），由万用表的第7条刻度线（hEF读数标尺）直接读出

值。

3.认识与检测微调电位器

第一步：

☞认识微调电位器。

本项目使用的电位器是无柄的微调电位器，其实物外形与内部结构示意图、电路符号如图4.6所示。

电位器上标示“504”，表示其标称值采用了数码法，固定标称阻值为500KΩ。

从图4.6（b）可见，微调电位器内部结构与有柄电位器基本相似，同样有三个引脚（A、C为固定端，B为滑动端），使用一字起子旋动塑料架时，即可改变滑动端与固定端之间的阻值。

常使用的电路符号有两种都可表示RP，如图4.6（c）所示。

或

（a）外形（b）结构示意图（c）电路符号

图4.6微调电位器外形、结构与电路符号

第二步：

☞检测微调电位器。

与有柄电位器检测方法相同。

测量500KΩ的电阻万用表需转换到R×10K档来检测，检测阻值变化情况时，使用起子旋动电位器，观察阻值变化范围及是否连续增大或连续减小，不能有跳动或一直为0或一直为∞。

任务1操作评价

将你识别、检测三极管放大电路中元器件有关数据填入表4.2中。

外形示意图和表档位每空0.5分，测量结果每空1分，共25分。

（提示：

Rbe表示黑笔接b极，红笔接e极；Reb表示黑笔接e极，红笔接b极）

表4.2三极管放大电路的元器件识别检测表（MF47表）

代号

元件名称

规格/型号

外形示意图（有极性需标示）

检测

表档位

测量结果

电阻器

0.25W10KΩ

棕黑橙金

R×1K

实测阻值：

电阻器

0.25W200Ω

红黑棕金

R×10

实测阻值：

LED1

发光二极管

Φ5红色

R×10K

正向阻值：

反向阻值：

LED2

发光二极管

Φ5红色

R×10K

正向阻值：

反向阻值：

VCC

电池

10V

实测电压值：

电位器

500KΩ

R×10K

固定值：

变化情况：

二极管

1N4148

R×1K

正向阻值：

反向阻值：

三极管

9014

R×1K

Rbe=Rbc=Reb=Rcb=

R×10K

Rce=Rec=

R×10

hFE=

任务2搭接三极管放大电路

任务描述

将电阻、发光二极管、电位器、二极管、三极管按图4.1所示关系搭接在面包板上；接通电源后调节RP，使LED1的发光程度在微小范围内变化时，LED2的发光程度变化范围会很大。

实践操作

器材准备：

表4.1所示器材

1.搭接电路

第一步：

☞分析如何布局，便于后面测试电压、电流；设计出合理的布局示意图，参考图三极管放大电路连接示意图4.7所示。

图4.7三极管放大电路连接示意图

第二步：

☞在面包板上依据图4.1的关系搭接电路。

注意二极管的正、负极，三极管的基极、集电极、发射极，还有微调电位器只用到两个引脚。

第三步：

☞检查电路连接无误后，电源正极接VD的正极，电源负极接三极管e极（发射极）。

此时你观察到什么现象？

调节RP使其阻值从最大到最小时，同时观察发光二极管LED1和LED2有什么变化？

搭接后的三极管放大电路如图4.8所示。

图4.8搭接的三极管放大电路

2.电路功能调试

三极管放大电路实现的功能是：

接上电源，LED1发光较暗，LED2发光亮度较强；调节RP使其阻值逐渐减小，可见LED1发光亮度变化小，而LED2发光亮度变化较大。

这就证明了，三极管基极电流的微小变化，将引起三极管集电极电流的较大变化（这就是三极管电流放大作用）。

电路连接后可能不能成功，需仔细对照电路图检查及分析故障，排除故障。

其常见故障及可能原因如表4.3所示。

表4.3三极管放大电路常见故障及可能原因

故障现象

可能原因

调节RP，LED2始终不发光

①LED2接反；

②VD接反；

③基极、集电极回路有未接通之处。

调节RP，LED2亮度不变

①RP接错；

②三极管三个电极短路。

调节RP，LED1始终不发光

①LED1接反；

②基回电路有未接通之处。

调节RP，LED2亮度变化不大

三极管ce极接反。

任务2操作评价

①你搭接的电路接通电源后有什么现象？

为何LED1亮度小而LED2亮度大？

10分

②调节RP时LED2的亮度在变化，是何道理？

10分

检查搭接的电路并回答以下两个问题，电路搭接成功10分，每个问题10分，共30分。

任务3检测三极管放大电路

任务描述

使用指针万用表检测三极管的各极电位，判断三极管在电路中的工作状态；在调节RP时，同时检测基极电流和集电极电流的变化情况，理解三极管的放大作用。

实践操作

器材准备：

任务2搭接成功的三极管放大电路、MF47型万用表2只、一字起子1把。

1.测量电压

第一步：

☞取下RP（或者断开电源），调节电位器RP，使用的阻值为90KΩ。

第二步：

☞连接好电路，接通9V电池。

万用表转换在直流电压挡，分别测量电池端电压，二极管VD两端电压，测量结果填入表4.4中。

第三步：

☞如图4.9所示，将黑表笔接电源负极，红表笔分别去测量三极管的b、e、c极电位，并比较三个电位关系。

再测量Rb、Rc两端电压，并由欧姆定律计算出IB、IC，将所有测量结果填入表4.4中。

使用数字万用表的电压档测量三极电位，比较一下。

表4.4RP为90KΩ时测量三极管放大电路的电压

项目

电池端电压

VD压降

放大电路测量数据

VC、VB、VE关系

计算值

URb

URc

测得电压

万用表档位

图4.9测量三极管基极电位

2.测量电流

第一步：

☞如图4.10所示，当RP使用阻值为90KΩ时，先断开Rc与LED2的连接，把置于5mA档的万用表串联于断开处，测量集电极电流，将测量结果记录表4.5中。

图4.10测量集电极回路电流

用同样的方法，断开基极回路测量基极电流，断开发射极回路测量发射极电流，将测量结果记录表4.5中。

分析三个电流的关系，并与表4.4中计算的结果比较。

用数字万用表DT9205的电流档分别测量三极电流，比较一下。

表4.5RP为90KΩ时测量三极管放大电路各极电流

IB（uA）

IC（mA）

Ie（mA）

三个电极电流的关系

第二步：

☞先同时断开基极回路和集电极回路，一只万用表档位在0.05mA档，串联在基极回路中；一只万用表档位在5mA档，串联在集电极回路中；接通电源，调节RP使基极回路电流分别为0uA、20uA、30uA、40uA、50uA时,测量出对应的集电极电流，并观察两只发光二极管发光情况，记录测量结果，填入下表4.6中。

表4.6测量三极管放大电路各极电流

IB（uA）

0uA（断开Rb）

20uA

30uA

40uA

50uA

IC（mA）

计算IC/IB

三极管工作状态

LED1亮度变化情况

LED2亮度变化情况

3.分析电路

分析1：

从表4.4和表4.5中可知三极管处于放大状态时，三极管的三个电极间有什么关系？

三极电流之间有什么关系？

在三极管处在放大状态时：

（1）对NPN三极管，VC>VB>VE且UBE≈0.7V。

（2）三极管各极电流分配关系满足：

IB＋IC＝IE，且基极电流很小。

（3）三极管具有电流放大作用，即IC＝

分析2：

由表4.6可知三极管的交流放大系数

为多少？

通过表4.6的数据计算出∆IC/∆IB的值，与万用表测量的

比较，可发现

=∆IC/∆IB与

=IC/IB的值约相等。

分析3：

通过表4.6的操作数据可知三极管有三种工作状态，即截止、放大、饱和，它们各有什么特点？

①截止区。

当IB=0时，IC≈0，此时三极管处于截止状态，相当于三极管内部开路，就如同开关断开，两个发光二极管均熄灭。

②放大区。

LED2会随着LED1的亮度变化而变化，可见IC受IB的控制，IC＝

IB，三极管具有电流放大作用。

③饱和区。

当IB增大到一定时，IC不再受IB的控制。

三极管进入饱和区，三极管的集电极与发射极之间压降很小，近似短路，相当于开关闭合。

可见，三极管工作在放大状态具有“放大”功能，应用于模拟电路中；工作在截止和饱和状态时，具有“开关”特性，应用于脉冲数字电路中。

任务3操作评价

通过操作，将你检测电路的数据填入表4.4、表4.5和表4.6中，表4.4每空0.5分，表4.5每空1.5分，表4.6每空1分。

总共30分

项目实训评价

搭接与检测三极管放大电路操作综合能力评价如表4.7所示。

表4.7项目成绩评价表

评定内容

配分

评定标准

小组评分

教师评分

任务1

表4.2中，错1空扣1分。

完成时间

任务2

1.电路搭接不成功扣10分；

2.回答问题基本正确扣5-10分。

完成时间

任务3

1.表4.4中，错1空扣0.5分。

2.表4.5中，错1空扣1.5分。

3.表4.6中，错1空扣1分。

完成时间

安全文明操作

1.工作台不整洁，扣1-2分；

2.违反安全文明操作规程，扣1-5分。

表现、态度

好，得10分；较好7分；一般4分，差0分

总得分

☞知识链接1二极管

二极管又称晶体二极管,是一种非线性元件。

二极管显著的特性就是具有单向导电性。

电路中用于整流、开关、隔离、检波、变容、稳压、阻尼、发光、光电转换等。

1．二极管结构、类型和外形

二极管由1个PN结构成，其结构图和电路符号如图4.11所示,常用字母D或VD表示二极管。

它有两个电极，正极和负极。

（a）结构（b）电路符号

图4.11二极管的结构、电路符号

对普通二极管，加上正向电压（P区电位高于N区电位）时，当正向电压大于死区电压（硅管约0.5伏，锗管约0.2伏），二极管导通。

正常导通情况下管压降也很小（硅管约0.7伏，锗管约0.3伏）；给二极管加反向电压（N区电位高于P区电位）时，随着反向电压的增大，二极管仅有很小的反向电流，二极管反向几乎不导电。

这就是二极管的单向导电性。

二极管的种类很多，从制造材料上分为锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管；从用途上分为有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、发光二极管、各种敏感二极管和特殊用途的二极管，如变容二极管、微波二极管等；从结构上分为点接触型二极管、面接触型二极管等。

按封装形式可分为塑封管、金封管和玻璃封装等。

各种二极管外形与特点如表4.8所示。

表4.8几种二极管外形及特点

普通二极管

发光二极管

稳压二极管

变容二极管

光敏二极管

贴片二极管

外

形

图

符

号

与左边的符号相同

用途

正向工作。

整流、开关、检波等

正向通电发光

反向应用于稳压

反向应用调谐电路

反向工作，实现光控

整流、开关、发光、稳压等

特点

整流二极管

检波二极管

开关二极管等

有发红色、绿色、黄色、红外、激光等发光二极管

各种稳压电压值的金封、塑封和玻璃封装稳压管

端电压变化其电容量变化，实现调谐。

将光信号变化转换为电信号变化。

各种二极管都有贴片式

还有特殊二极管，如全桥、半桥、整流堆、快恢复高频整流二极管、红外接收二极管、双向二极管等等，它们的外形如图4.12所示。

（a）快恢复二极管（b）红外接收二极管（c）双向二极管（d）整流桥堆

图4.12几种特殊二极管外形

2.二极管的型号命名

二极管的型号很多，型号命名方法各国家也不尽相同，一般由5部分组成。

表4.9所示是中国对部分二极管的型号命名方法。

表4.9中国对部分二极管的命名方法

组成

国家

一

二

三

四

五

序号意义

字母意义

国产

2：

二极管

N型，锗材料

P型，锗材料

N型，硅材料

P型，硅材料

普通管V:

微波管W:

稳压管C:

参量管Z:

整流管L:

整流堆S:

隧道管N:

阻尼管U:

光电器件T:

场效应器件B:

雪崩管J:

阶跃恢复管

登记序号

对原型号的改进

举例说明：

2CP16表示N型硅材料普通二极管。

3.二极管的主要参数

（1）最大整流电流IFM

　　是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。

电流过大会使管芯过热而损坏。

常用的IN4001－4007型二极管的额定正向工作电流为1A。

（2）最高反向工作电压VRM

　　二极管两端的反向电压过高时，管子会击穿，失去单向导电能力。

为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。

例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。

　（3）反向电流IR

　　反向电流是指二极管在反向电压作用下，流过二极管的电流。

反向电流越小，管子的单向导电性能越好。

反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10℃，反向电流增大一倍。

硅二极管比锗二极管热稳定性更好。

4.晶体二极管的测试（指针表检测方法）

（1）万用表检测普通二极管

1）判二极管正、负极和质量好坏

如图4.13所示，万用表在电阻挡（一般选用R×100或R×1K挡），两表笔分别接触二极管的两管脚，测出一个阻值，交换表笔再测一次，又测出一个阻值。

正常的二极管，应一次阻值很大，一次阻值小。

阻值小的一次，与黑表笔相接的电极为二极管的正极，与红表笔相接的电极为二极管的负极。

如果两次都测得的电阻很小，说明二极管内部短路；若两次都测得电阻值很大，则说明管子内部断路。

若两次测得阻值相差不大，说明管子性能很差。

均不能使用。

通常小功率锗二极管的正向电阻值为几百欧，硅管的正向电阻在几千欧左右。

由万用表检测的正向电阻的大小，可初步判断二极管的材料；也可让二极管正常工作测量其导通压降来判断，锗二极管管压降为0.3V左右，硅二极管管压降为0.7V左右。

普通硅二极管的反向漏电流性能，可用万用表R×10K档检测，一般为无穷大。

（a）正向电阻小（b）反向电阻大

图4.13测二极管正反向电阻

（2）稳压二极管的检测

一般用万用表的R×1K档检测稳压二极管的正、反向电阻与普通二极管一样。

估计稳压值可用R×10K档（内部电压10.5V）来检测，对于稳压值10.5V的以下稳压管，检测其反向电阻时可见指针偏转，与普通二极管不同，偏转角度越大（阻值越小），说明稳压值约低；而对于稳压值11V以上的稳压管，指针一般不动。

（3）敏感二极管的检测

以光敏二极管为例，万用表调至电阻挡（R×1K），检测正向电阻不随光照强弱变化，约为十几千欧。

而反向电阻则随光照变化，无光照阻值很大（几百千欧），当随光照增强时，反向电阻逐渐减小。

贴片二极管的检测方法，与插件式二极管检测方法相同。

☞知识链接2三极管

半导体三极管又称“晶体三极管”或“三极管”，它是电子线路中的核心元件，具有“放大”和“开关”功能。

在模拟电路中利用它的“放大”功能，构成各种放大器，各种波形产生、变化和信号处理电路；在数字电路中利用它的“开关”功能构成逻辑电路、时序电路。

1．三极管结构、类型和外形

晶体三极管由2个PN结构成，其结构图和电路符号如图4.14所示。

常用字母V或VT表示。

它具有三个电极，分别称为发射极（emitter,e）、基极（base,b）和集电极（collector,c）。

（a）NPN型晶体管（b）PNP型晶体管

图4.14晶体三极管结构和电路符号

三极管从材料上可分为硅材料和锗材料。

从结构上又可分为PNP型和NPN型两种类型。

从工作频率上可分高频管、低频管和开关管；按功率大小可分大功率管、小功率管；按封装形式可分塑封管、金封管和片状三极管结构。

三极管的外型大小各有不同，常见外形如表4.10所示。

表4.10晶体三极管外形及特点

塑封小功率管

金封小功率管

塑封大功率管

金封大功率管

片状三极管

各种小功率高、低频管

塑封造价低。

大功率需加合适的散热片。

功率大，需加合适的散热片。

引脚短（或无）贴片安装，特性好。

2.三极管型号的命名

三极管的型号很多，其型号命名方法各国家也不尽相同，一般由5部分组成。

表4.11所示是中国、日本、韩国对部分三极管的型号命名方法。

表4.11中国、日本、韩国对部分三极管的命名方法

组成

国家

一

二

三

四

五

序号意义

字母意义

国产

3：

三极管

PNP型锗材料

NPN型锗材料

PNP型硅材料

NPN型硅材料

低频小功率管（fhfb<3MHzPC<1W）

高频小功率管（fhfb≥3MHzPC<1W）

低频大功率管

高频小大功率管

登记序号

对原型号的改进

日本

2：

三极管

S（日本）

PNP高频　B:

PNP低频C:

NPN高频　D:

NPN低频

登记序号

对原型号的改进

韩国

9011

9012

9013

9014

9015

9016

9018

NPN

PNP

NPN

PNP

NPN

高频小功率

低频中功率

高频小功率

超高频小功率

举例说明：

中国:

3AX55C表示PNP型低频小功率锗管。

日本：

2SA1015表示PNP型高频小功率硅管。

韩国：

9014表示NPN型高频小功率硅管。

3.晶体三极管的

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