《晶体管特性及应用教学课件》.ppt

*************************************晶体管在传感器电路中的应用温度传感器晶体管的PN结正向电压有明确的温度系数，约为-2mV/°C。利用这一特性，可以构建简单的温度传感器。此外，多个晶体管可以组成温度传感器IC，如LM35系列，提供线性的温度-电压转换。光敏传感器光电晶体管是一种对光敏感的特殊晶体管，当光照射到集电极-基极结时，产生的光生载流子增加集电极电流。这种器件可用于构建光检测电路、光控开关和各种光电转换系统。磁场传感器霍尔效应晶体管是一种特殊晶体管，对磁场变化敏感。当磁场穿过器件时，霍尔效应产生电压差，影响晶体管特性。这类器件用于电子罗盘、马达位置传感器和非接触式电流测量等。晶体管在电机驱动电路中的应用直流电机驱动晶体管用于控制直流电机的转速和方向。简单的直流电机驱动可以使用单个功率晶体管或达林顿晶体管；而H桥电路则使用四个晶体管，可以实现电机的正反转控制。PWM技术与晶体管开关相结合，可以精确控制电机速度。步进电机驱动步进电机驱动电路通常使用多个功率晶体管或专用驱动芯片，按特定顺序通电各相绕组，控制电机一步步转动。晶体管在此充当开关，将控制信号转换为驱动电流。现代步进电机驱动多采用MOSFET或IGBT等功率晶体管。保护与优化电机驱动电路中，晶体管需要防止过流、过热和瞬态过电压。常用保护措施包括反向二极管(处理感性负载产生的反电动势)、缓冲电路(减小开关瞬态)和热保护电路等。合理设计可提高系统效率和可靠性。晶体管的选型原则1电压、电流参数选择晶体管时首先考虑的是电压和电流额定值。集电极-发射极最大电压(VCEO)应高于电路工作电压；最大集电极电流(IC)应大于负载需求电流，通常留50%以上余量。对于开关应用，饱和电压(VCE(sat))也是重要参考值。2频率特性对于高频应用，截止频率(fT)和转换频率(fβ)是关键指标。fT表示电流增益降为1时的频率，通常应选择fT值为工作频率5-10倍的晶体管。射频电路还需考虑噪声系数、功率增益等参数。3封装类型封装类型影响散热性能、安装方式和占用空间。小功率晶体管常用TO-92、SOT-23等小型封装；功率晶体管则使用TO-220、TO-3等带散热片的封装。在选择封装时，需考虑散热要求、PCB布局和生产工艺要求。晶体管的测试方法静态参数测试使用万用表的二极管档可以检测晶体管PN结的正常与否。对于NPN型，集电极和发射极应相对于基极表现为二极管特性。测量ICBO(基极开路时的集电极漏电流)和hFE(直流电流放大系数)可评估晶体管质量。动态特性测试使用曲线追踪仪可以直观显示晶体管的输入特性、输出特性和转移特性曲线。对于高频晶体管，还需测量S参数、噪声系数等高频特性参数。这些测试通常需要专业设备如网络分析仪和噪声系数分析仪。实用测试技巧在实际工作中，常用替代测试法判断晶体管好坏。例如，将晶体管接入简单的放大电路，检测其放大功能；或构建振荡电路，检测能否产生振荡。对于功率晶体管，还需检查热稳定性和安全工作区。晶体管的常见故障及诊断开路故障晶体管内部连接断开导致开路故障。最常见的是基极开路，使晶体管无法被控制；集电极开路导致负载电路断开；发射极开路则完全失去功能。测量方法是用万用表检查各极间连接，或测试基极-发射极和基极-集电极的二极管特性。短路故障晶体管内部极间短路是另一常见故障。集电极-发射极短路使晶体管失去放大功能，产生大电流；基极-集电极或基极-发射极短路使一个PN结失效。短路故障多由过压、过流或静电放电引起，往往会导致电路其他部分连锁损坏。漏电故障漏电故障表现为晶体管反向漏电流过大。这常见于老化或受潮的晶体管。症状包括静态工作点漂移、自激振荡、噪声增大等。对于门限电路，漏电可能导致无法正确切换状态。通过测量ICBO或比较器件参数可以检测此类故障。晶体管电路的设计步骤需求分析明确电路功能要求，包括电气参数(增益、带宽、失真度等)和环境条件(温度范围、供电条件等)。根据应用场景确定电路类型，如放大器、开关、振荡器等。电路设计选择适合的电路拓扑结构，计算关键元件参数。确定晶体管工作点，设计偏置电路确保稳定工作。考虑温度补偿、负反馈等提高性能的技术。设计阶段需要充分考虑元件容差和环境变化。仿真验证使用SPICE等电路仿真软件验证设计。进行直流分析确认工作点，交流分析检查频率响应，瞬态分析模拟实际信号处理，蒙特卡洛分析评估元件容差影响。仿真可大大减少设计错误和迭代次数。原型制作与测试制作样机并进行全面测试，验证实际性能是否符合设计要求。测试内容包括静态参数、动态响应、温度特性和长期稳定性等