應用電子學實驗講義（I）
實驗六之1
實驗六 簡易雙極電晶體模型及電路
零件
電晶體 2N3904 一枚；
電阻 4.7M、1M、470k、100k、47k、4.7k、3.3k、1k、270Ω 各一枚；
精密電阻 1k 一枚。
目的
了解雙極電晶體（bipolar junction transistor， BJT）之簡易模型，並測試射極隨耦 器（emitter follower）之特性。
相關知識
1. 雙極電晶體之簡易模型；
2. 電晶體之電流增盔（β）；
3. 射極隨耦器。
預習問題
1. 何謂NPN電晶體？何謂PNP電晶體？如何判定電晶體是何種型？
2. 參考補充資料（一）及電子元件資料，查出2N3904的接腳，並簡單敘述一下，
如何用電表辨別電晶體的三隻接腳及判定電晶體是否是好的？
3. 在程序2中，要利用實驗五中程序＜3＞動態二極體特性曲線測試方法量測BE接 面的特性，請複習實驗五，並畫出動態特性曲線的電路配置圖。
4. 用Pspice模擬程序4的電路，看會得到甚麼結果？
程序
＜1＞
認識雙極電晶體
雙極電晶體是一個三隻腳的元件，基本上是由兩個很接近且極性相反的pn接面串接 構成，它的三隻腳分別接到電晶體的射極（emitter，簡寫E）、基極（base，B）與 集極（collector，C）。基極的摻雜（doping）和其它兩極不同，由此可將BJT分為 npn及pnp（三個字母分別表示E、B、C三極的摻雜種類）兩類。在這個實驗裡我們 所要測試的是一個npn電晶體。
1. 如何辨識電晶體的三隻腳？如何判定手邊的電晶體是死是活？
要辨識電晶體的三隻接腳，方法有二：（1）查data book，你會發現2N3904的 接腳如下圖：
應用電子學實驗講義（I）
實驗六之2
（2）假如你對上面的答案沒信心，可以自己用數位電表測，同時你也可以知道電 晶體的死活。在說明怎麼測前，讓我們先看一下BJT的結構：它有點像兩個方向相 反的二極體連在一起但又不十分像（希望你做完這個實驗後，能夠知道他們有何不 同），如下頁圖：
我們可以利用上面這個不太像的模型來測電晶體的極性及好壞。
用DMM的二極體（ ）檔（即ohm檔中之2k檔），此檔會輸出1mA的電流給 待測元件，電表顯示的剛好是待測元件兩端的電壓差（此數值也剛好是電阻以kΩ 為單位之讀值，你知道為什麼嗎？）。用此檔測每對電晶體的腳（共有幾種可 能？），當正極（紅色）接到B極而負極（黑色）接到C或E極時（for npn transistor only！），電表會顯示1mA通過一二極體的電壓降，約0.6~0.7V。其它接法均不導 通。
如何分辨E和C極呢？由於E和C極的構造並不對稱，由上法所量得的電壓降並 不相同，BC接面的電壓降比BE的電壓降小一點點（只要你的電表有三位有效數字 即可看出）。
記錄下你測得不同接面的電壓降？你能分辨出E和C極嗎？和前面查data book 所得相同嗎？
＜2＞
BE和BC接面二極體
這裡我們要看看BE和BC各兩極間，是不是真的如同上面所說的，是兩個二極體。
1. 先將C極浮接（即float，什麼都不接），利用實驗五中程序＜3＞動態二極體特性 曲線測試方法量測BE接面的特性，畫出你所得的特性曲線？調整訊號產生器的DC offset，看能不能找出反向崩潰電壓。
2. 將E極浮接，對BC二極重複上面步驟。BE和BC兩個接面，那一個崩潰電壓較 小？
2N3904
"TO-92" PACKAGE
EBC NPN-BJT
基極 (BASE)
集極
(COLLECTOR)
射極 (EMITTER)
注意！
並非全等
應用電子學實驗講義（I）
實驗六之3
＜3＞
簡易電晶體模型及電流增益
當我們利用電晶體來做放大器時，電晶體三極的偏壓通常是調在所謂的“操作模式”
（active mode），也就是BE接面為順向偏壓但BC接面為逆向偏壓。這時我們可以 用一個簡單的模型來描述npn電晶體的行為（如右
圖）：
（a）VBE≅0.7V，VCE≥0.2V；
（b）IC=βIB。
β即為所謂的共射極電流增益（common emitter current gain），有時寫做hfe。
下面我們要直接測量電晶體在不同IC（集極電 流）時的電流增益（β）。
電路圖如下：IC=VC/1k
R用不同的值（4.7M、1M、470k、100k及47k）代替，記錄所對應之IC、VBE和VCE
值。IB可由(5-VBE)/(R+4.7k)得到。由IB和IC求出對應的β（≡IC/IB）。
＜4＞
射極耦隨器（ emitter follower）
右圖為一十分簡單之射極隨耦器電路：
由上面所提到的電晶體簡單模型，我們可以 得到當電晶體在操作區時， Vout≈Vin-0.7。
1. Vin用一個1kHz、DC offset為0、振幅1V的 弦 波 輸 入 ，Vout的 波 形 如 何 ？ 很 差 勁 是 不 是？記錄下來。
2. 慢慢將DC offset增加，觀察Vout的變化。記 錄下當DC offset=1V時之Vout。
3. 將DC offset調回0V，再將振幅慢慢加大，
當大於6V時，低於0V之輸出波形會變得很奇怪，畫下來。你可以用示波器的X-Y 模式觀察Vin（X）和Vout（Y），這樣比較容易找出奇怪的原因。
4. 假如VEE不接地而改接在-15V之直流電源，重複步驟3，Vout是不是好很多？
I
C=βI
BI
B+ +- -
0.7 V
≧0.2V
Emitter Follower
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實驗六之4
問題與討論
1. 由程序＜3＞之結果，畫出β、VCE和VBE對IC圖，我們提出來的簡易模型好不好？
β是不是和IC有關？
2. 比較並解釋程序＜4＞步驟1和2中所得之Vout。 3. （BONUS！)解釋程序＜4＞之3的結果。
4. 解釋程序＜4＞之4的結果。
5. 有一個黑盒子，有三隻腳接出來。黑盒子中可能 是一對背對背連接的二極體或是一個電晶體，如右 圖。現在只給你兩個三用電表，你能否決定黑盒子 裡是什麼？怎麼做？
END OF EXP. 6
或 1
2
3
