2024-7-12，星期五，17:48，天气：雨，心情：晴。今天没有什么特殊的事情发生，继续学习啦，加油加油！！！😝
今日完成了模电自选教材第三章（BJT）的学习，下周准备开始第四章的学习。主要学习内容为：开关型双极型晶体管+晶体管的分类和封装+晶体管的故障检测（常见故障分类+DMM二极管挡位检测+DMM欧姆表档位检测）。
一、双极结型三极管BJT（续）
1. 开关型双极型晶体管（BJT）
之前的学习讨论了BJT作为线性放大器的应用，其另一个主要应用是在数字电路中作为开关。下图中晶体管处于截止状态，因为发射极没有正向偏置，在这种情况下，集电极和发射极之间理想情况下为开路，可以用一个断开的开关表示：
下面一张图是当晶体管处于饱和状态时，此时发射结正向偏置，并且基极电流大到足以是集电极电流达到其饱和值（VCC / RC），在该状态下，集电极与发射极之间理想情况下可视为短路，等效为闭合的开关（实际上，当处于饱和状态时，晶体管上会有一个几十分之一大小的压降）：
（1）截止状态：如上所述，当晶体管处于截止状态时，发射结反偏，忽略微小泄露电流，则电路中电流为0，CE两端电压等于VCC，即VCE(cutoff) = VCC。
（2）饱和状态：当发射结正向偏置且有足够大的基极电流来产生最大集电极电流时，晶体管处于饱和状态，因为VCE在饱和状态下非常小，所以整个电源电压都作用在集电极电阻上，集电极电流近似为IC(sat) ≈ VCC / RC，能够产生饱和的最小基极电流为IB(min) ≈ IC(sat) / βDC，此外，IB应远大于IB(min)，这样才能使晶体管较好地保持在饱和状态，且满足不同的β值。
（3）但晶体管开关电路的改善：上面所述的单晶体管开关电路可以通过控制门限电压控制其工作状态在截止和饱和之间进行切换，但是，这个门限电压并不以一个绝对的点，因为晶体管能够在截止和饱和之间进行工作，而这种状态恰恰不是我们在开关电路中希望出现的，对此，加入第二各晶体管可以显著地改善开关动作，提供一个更陡地门限电压。
下图是一个典型的使用两个晶体管级联组成开关电路的示意图：
如上图所示，当VIN很小时，因为电路不能提供足够大的基极电流，所以Q1截止，但是此时Q2处于饱和状态（因为通过红色箭头，VCC可以通过R2共给Q2足够大的基极电流），LED会发光。随着Q1基极电压增大，Q1开始导通，当Q1接近饱和时，Q2的基极电压突然下降（Q1饱和后相当于导线，流过R2的大电流使其分走了VCC的更多电压，导致达到Q2的电压不足够让其导通），导致Q2迅速从饱和状态切换到截止状态，输出电压Vout降低，LED熄灭。
对于基本切换电路的另一个改进是增加迟滞。对开关电路而言，迟滞意味着有两个门限电压值，下面将结合下图进行解释：从t = 0开始，当VIN增大时，它必须跨过上门先电压才能使开关发生切换动作！所以它不会在A点或B点发生切换，因为在电压上升的过程中下门限不起作用；当信号在C点跨越上门限时，输出发生切换，在此之后有效的门限值变为下门限值，所以输出并没有在D点引起开关状态的切换，而是必须跨过E点的下门限才能返回最初的状态！周而复始，在此之后，有效门限值又切换回上门限，所以在F点并不会发生开关状态的切换：
开关电路迟滞的主要优点在于增加其抗噪能力，从上例可以看出，尽管输入噪声很强（波动剧烈），但开关状态只改变了两次（C和E点）。
下图给出了具有迟滞的晶体管电路图，随着电压的增加，输出会发生一次切换，即使电位计有噪声，当输出切换时，共发射极电阻RE使门限电压发生改变，这由于两个晶体管不同的饱和电流引起。当输出处于截止和饱和状态时，会有不同的门限值：
2. 晶体管分类及封装
（1）通用/小信号晶体管：通用/小信号晶体管通常用于低功率或中等功率放大器或开关电路中，通常是塑料外壳或金属外壳，下面三组图片给出了常见的封装形式：
（2）功率晶体管：功率晶体管用来处理大电流（通常大于1A）或大电压场合。实际通常使用金属突起或金属外壳进行封装，且金属外壳通常是集电极且通常连接到散热器进行散热：
（3）射频晶体管：射频晶体管用于频率非常高的工作情况中，通常用在通信系统和其他高频应用中。为优化某些高频参数，它们的形状和引脚都经过特殊设计：
3. 三极管故障检测：
（1）偏置晶体管的故障检测：如下图是一个简单的晶体管偏置电路，VBB=3V，VCC=9V，取βDC = 200，则可求出该电路在正常工作下的各项参数：VB = VE =0.7V，IB = (VBB - VBE) / RB = 41.1μA，IC = βDCIB = 8.2mA，VC = VCC-ICRC = 4.4V。
对于上述电路，可能存在一些典型的故障类型，包括偏置电阻开路、连接开路、电阻性连接、连接短路以及晶体管本身内部开路或短路，下面将对基本的故障类型及其现象做一个简单说明：
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故障一：基极电阻开路，由于悬空点缘故在基极上读到μV和几mV的电压，晶体管处于截止状态，集电极电压VC = 9V。
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故障二：集电极电阻开路，由于悬空点缘故在集电极上读到μV和几mV的电压，由于发射结上的正向压降，在基极上有0.5~0.7V的电压。
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故障三：基极内部开路，晶体管处于截止状态，因此在基极端有3V电压（VBB），集电极有9V电压（VC）。
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故障四：集电极内部开路，由于发射结上的正向电压，基极端有0.5~0.7V的电压，由于集电极开路，所以集电极电压VC = 9V。
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故障五：发射极内部开路，基极端电压为3V，因为没有集电极电流，所以集电极视为开路，集电极电压VC = 9V，发射极电压为0V。
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故障六：接地端开路，基极电压为3V，因为无集电极电流（晶体管未导通），所以集电极电压VC = 9V，由于发射结上的正向电压降，发射极电压为2.5V或更大值（当使用电压表测量时，电压表的内阻为电流提供了通路）。
（2）利用DMM（万用表）的进二极管档位测试晶体管：当使用DMM检测二极管时，可以将晶体管内部等效于下图的样子（集电极和发射极分别为两个二极管）：
当正向偏置时，两个二极管均导通；当反向偏置时，两个二极管均截止。
以npn型晶体管为例，当晶体管没有缺陷时，如下图，万用表的COM端（负极）接发射极（第一幅图红色箭头），VΩ（正极）接基极（第一幅图紫色箭头）时，万用表的得到0.5~0.9V读数，此时晶体管正向偏置；当万用表的COM端（负极）接基极（第二幅图红色箭头），VΩ（正极）接发射极（第二幅图紫色箭头）时，万用表显示OL（表明此时阻值很大），此时晶体管负向偏置。对pnp型晶体管检测时只需要反向接线即可。
当晶体管有缺陷时分为两种情况：一是当晶体管内部开路时，无论正向偏置或反向偏置，都会得到一个OL；二是当晶体管内部短路时，无论正向偏置或是反向偏置DMM的读书都是0V（或都是一个很小的电压，而不是正偏0.7V，反偏OL）。
（3）使用DMM的欧姆档测试晶体管：当DMM没有提供二极管测试功能时，可以用欧姆档对晶体管进行测试：对于一个好的二极管来说，正向偏置时欧姆表的读数时几百~几千Ω，而反向偏置时会因为电阻过大超出欧姆表的量程而显示OL。这里解释一下，虽然不能通过准确读数来判断晶体管的好坏，但是可以相对判断，因为超量程的电阻（OL）要远比几百~几千Ω的电阻大，所以可以认为正向电阻相对于反向电阻来说是非常小的。
