電子基本技能實訓.ppt

電子基本技能實訓 煙臺南山學院電工電子實訓中心電子教研室 電子元器件任何一個電子電路 都是由電子元器件組合而成 了解常用元器件的性能 型號規(guī)格 組成分類及識別方法 用簡單測試的方法判斷元器件的好壞 是選擇 使用電子元器件的基礎 是組裝 調試電子電路必須具備的技術技能 下面我們首先分別介紹電阻器 電容器 電感器 繼電器 晶體管 光電器件 集成電路等元器件的基本知識 1 電阻器電阻器在電路中起限流 分流 降壓 分壓 負載 匹配等作用 1 1電阻器的分類電阻器按其結構可分為三類 即固定電阻器 可變電阻器 電位器 和敏感電阻器 按組成材料的不同 又可分為炭膜電阻器 金屬膜電阻器 線繞電阻器 熱敏電阻器 壓敏電阻器等 常用電阻器的外形圖如圖1 1 圖1 1 常用電阻器的外形圖 1 2電阻器的參數(shù)及標注方法電阻器的參數(shù)很多 通?？紤]的有標稱阻值 額定功率和允許偏差等 標稱阻值和允許誤差電阻器的標稱阻值是指電阻器上標出的名義阻值 而實際阻值與標稱阻值之間允許的最大偏差范圍叫做阻值允許偏差 一般用標稱阻值與實際阻值之差除以標稱阻值所得的百分數(shù)表示 又稱阻值誤差 普通電阻器阻值誤差分三個等級 允許誤差小于 5 的稱 級 允許誤差小于 的稱 級 允許誤差小于 的稱 級 表示電阻器的阻值和誤差的方法有兩種 一是直標法 二是色標法 直標法是將電阻的阻值直接用數(shù)字標注在電阻上 色標法是用不同顏色的色環(huán)來表示電阻器的阻值和誤差 其規(guī)定如表1 1 a 和 b 表1 1 a 普通型電阻器色標法 表1 1 b 精密型電阻器色標法 圖 表示出了色標法的具體標注方法 圖 電阻器的阻值和誤差的色標法 用色標法表示電阻時 根據(jù)阻值的精密情況又分為兩種 一是普通型電阻 電阻體上有四條色環(huán) 前兩條表示數(shù)字 第三條表示倍乘 第四條表示誤差 二是精密型電阻 電阻體上有五條色環(huán) 前三條表示數(shù)字 第四條表示倍乘 第五條表示誤差 通用電阻器的標稱阻值系列如表1 2所示 任何電阻器的標稱阻值都應為表1 2所列數(shù)值乘以10n 其中n為整數(shù) 表1 2標稱阻值 2 電阻器的額定功率電阻器的額定功率指電阻器在直流或交流電路中 長期連續(xù)工作所允許消耗的最大功率 常用的額定功率有1 8W 1 4W 1 2W 1W 2W 5W 10W 25W等 電阻器的額定功率有兩種表示方法 一是2W以上的電阻 直接用阿拉伯數(shù)字標注在電阻體上 二是2W以下的炭膜或金屬膜電阻 可以根據(jù)其幾何尺寸判斷其額定功率的大小如表1 3 表1 3炭膜電阻器和金屬膜電阻器的尺寸與額定功率 1 3電阻器的簡單測試電阻器的好壞可以用儀表測試 電阻器阻值的大小也可以用有關儀器 儀表測出 測試電阻值通常有兩種方法 一是直接測試法 另一種是間接測試法 1 直接測試法就是直接用歐姆表 電橋等儀器儀表測出電阻器阻值的方法 通常測試小于1 的小電阻時可用單臂電橋 測試1 到1M 電阻時可用電橋或歐姆表 或萬用表 而測試1M 以上大電阻時應使用兆歐表 2 間接測試法就是通過測試電阻器兩端的電壓及流過電阻中的電流 再利用歐姆定律計算電阻器的阻值 此方法常用于帶電電路中電阻器阻值的測試 2 電容器兩塊導體中間隔以介質便構成電容器 電容器是一種儲能元件 在電路中用于耦合 濾波 旁路 調諧和能量轉換 也是電子線路中常用的電子元器件之一 2 1電容器的分類電容器的種類很多 按其容量是否可調可分為固定電容器 半可調電容器和可調電容器 常見電容器外形圖容器的外形圖如圖 所示 圖 常見電容器外形圖 2 2電容器的參數(shù) 1 表稱容量及允許誤差和電阻器一樣 電容器的外殼表面上標出的電容量值 稱為電容器的表稱容量 表稱容量與實際容量之間的偏差與表稱容量之比的百分數(shù)稱為電容器的允許誤差 常用電容器的允許誤差有 2 5 10 20 等幾種 2 工作電壓工作電壓也稱耐壓或額定工作電壓 表示電容器在使用時允許加在其兩端的最大電壓值 使用時 外加電壓最大值一定要小于電容器的耐壓 通常取額定工作電壓的三分之二以下 3 絕緣電阻電容器的絕緣電阻 表示了電容器的漏電性能 在數(shù)值上等于加在電容器兩端的電壓除以漏電流 絕緣電阻越大 電容器質量越好 品質優(yōu)良的電容器具有較高的絕緣電阻 一般都在M 數(shù)量級以上 電解電容器的絕緣電阻一般較低 漏電流較大 2 3電容器的標注方法電容器的容量 誤差和耐壓都標注在電容器的外殼上 其標注方法有直標法 文字符號法 數(shù)字法等 1 直標法 將容量 偏差 耐壓等直接標注在電容體上 2 文字符號法 容量的整數(shù)部分寫在容量單位符號的前面 容量的小數(shù)部分寫在容量單位符號的后面 3 數(shù)字法 在磁片電容器上 常用三位數(shù)表示表稱電容量 此方法以pF為單位 三位數(shù)字中 前兩位表示標稱值的有效數(shù)字 第三位表示有效數(shù)字后面零的個數(shù) 電容器的誤差標注方法有三種 一是將允許偏差直接標注在電容體上 二是用字母表示 G表示 2 J表示 5 K表示 20 N表示 30 P表示 100 10 S表示 50 20 Z表示 80 20 2 4電容器的命名方法電容器的命名方法如表1 4所示表1 4電容器型號組成部分的符號意義 2 5電容器的簡單測試電容器的常見故障是擊穿短路 斷路 漏電 容量變小 變質失效及破損 對電容器內部質量的好壞 可以用儀器檢查 常用的儀器有萬用表 數(shù)字電容表 電橋等 一 用萬用表簡測電容器 1 固定電容器漏電阻的判別 用萬用表表筆接觸電容器的兩極 表頭指針應向順時針方向跳動一下 5000pF以下電容不明顯 然后逐漸逆時針恢復退至R 處 如果不能復原 穩(wěn)定后的讀數(shù)表示電容器漏電阻 其值一般為幾百至幾千K 阻值越大表示電容器的絕緣電阻越大 絕緣性越好 2 電容器容量的判別5000pF以上的電容器 可用萬用表粗略判別其容量大小 用表筆接觸電容器兩極時 表頭指針應先一跳 再逐漸復原 將兩表筆對調 表頭指針又是一跳 且跳得更高 而又逐漸復原 電容器容量越大 指針跳動越大 復原的速度越慢 根據(jù)指針跳動的大小可粗略判斷電容器容量的大小 同時 所用萬用表電阻檔越高 指針跳動的距離也越大 若萬用表指針不動 說明電容器內部斷路或失效 對于5000pF以下的小容量的電容器 用萬用表的最高電阻檔已看不出充 放電現(xiàn)象 應采用專門的儀器進行測試 3 電解電容器極性的判別 根據(jù)電解電容器正接時漏電小 反接時漏電大的特性可判別其極性 測試時 先用萬用表測一下電解電容器漏電阻值 再將兩表筆對調 測一下對調后的阻值 兩次測試中漏電阻大的一次 黑表筆接的是正極 紅表筆接的是負極二 用電容表測電容要測出電容器準確的容量 可以用電容表測試 測試時 先根據(jù)所測電容器容量的大小 選擇合適的量限 再將電容器的兩腳分別接電容表兩極 直接讀出電容器容量即可 3 電感器電感器又叫電感線圈 是一種能夠存儲磁場能量的電氣元件 在電路中有通直流 阻交流 通低頻阻高頻的作用 電感器有固定電感器和可變電感器 帶磁芯電感器和不帶磁芯電感器 低頻電感器和高頻電感器等 3 1電感器的基本參數(shù) 1 電感量及其誤差電感量表示電感線圈電感數(shù)值的大小 電感線圈表面所標的電感量為電感線圈電感量的標稱值 線圈的實際電感量與標稱值之間的偏差與標稱值之比的百分數(shù)稱為電感線圈的誤差 2 品質因數(shù)線圈中存儲能量與消耗能量的比值稱為品質因數(shù) 用Q表示 通常定義為線圈的感抗 L和直流等效電阻R之比 即Q L R 3 額定電流電感線圈的額定電流指線圈長期工作所能承受的最大電流 其值與材料和加工工藝有關 4 分布電容線圈的匝間 線圈與底座之間均存在分布電容 它影響著線圈的有效電感量及其穩(wěn)定性 并使線圈的損耗增大 質量降低 一般總希望分布電容盡可能小 3 2電感器的簡單測試使用萬用表可以對電感器的好壞進行簡單測試 其方法是用萬用表的歐姆檔測試電感線圈的直流電阻值 若所測得電阻與估計數(shù)值偏差不大 則說明電感器是好的 若測得電阻值為 則說明電感線圈內部斷路 若測得直流電阻值遠小于估計值 則說明被測線圈內部匝間擊穿短路 不能使用 若想測出電感線圈的準確電感量 則必須使用萬用電橋 高頻Q表或數(shù)字式電感電容表 4接插件及開關接插件和開關是通過一定的機械動作完成電氣連接和斷開的元件 常串接在電路中 實現(xiàn)信號和電能的傳輸4 1常用接插件接插件又稱連接器 在電子設備中 提供簡便的插拔式電氣連接 為了便于組裝 更換 維修 在分立元器件或集成電路與印制電路板之間 在設備的主機和各部件之間 多采用接插件進行電氣連接 接插件按工作頻率可分為低頻接插件和高頻接插件 低頻接插件通常是指頻率在100MHz以下的接插件 高頻接插件是指頻率在100MHz以上 的接插件 高頻接插件一般用同軸結構與同軸線相連接 所以也常稱為同軸連接器 按其外型結構可分為圓形接插件 矩形接插件 印刷板接插件 帶狀扁平排線接插件等 1 圓形接插件圓形接插件也稱航空插頭插座 它有一個標準的螺旋鎖緊 機構 接觸點數(shù)目從兩個到上百個 其插拔力較大 連接方便 抗震性好 容易實現(xiàn)防水密封及電磁屏蔽等特殊要求 適用于大電流連接 額定電流可從一安到數(shù)百安 用于不需要經(jīng)常插拔的電路板或整機設備間的電氣連接 2 矩形接插件矩形排列能充分利用空間 被廣泛用于機內互連 帶有外殼或鎖緊裝置時 可用于機外電纜和面板之間的連接 3 印刷板接插件為了便于印制板電路的更換 維修 印制電路板之間或印制電路板與其它部件之間的互連經(jīng)常采用此接插件 按其結構形式分為簧片式和針孔式 簧片式插座的基體用高強度酚醛塑料壓制而成 孔內有彈性金屬片 這種結構比較簡單 使用方便 針孔式可分為單排 雙排兩種 插座可以裝焊在印制板上 引線數(shù)目可從兩根到一百根不等 常用在小型儀器中印制電路板的對外連接 4 帶狀扁平排線接插件帶狀扁平排線接插件是由幾十根以聚氯乙烯為絕緣層的導線并排粘合在一起的 它占用空間小 輕巧柔韌 布線方便 不易混淆 帶狀電纜的插頭是電纜兩端的連接器 它與電纜的連接不用焊接 而是靠壓力使連接端上的刀口刺破電纜的絕緣層實現(xiàn)電氣連接 其工藝簡單可靠 電纜的插座部分直接焊接在印制電路板上 帶狀扁平排線接插件常用于低電壓 小電流的場合 適用于微弱信號的連接 多用于計算機及外部設備 5 其它連接件 1 接線柱 常用于儀器面板的輸入 輸出接點 種類很多 2 接線端子 常用于大型設備的內部接線 4 2開關開關是電子設備中用來接通 斷開和轉換電路的機電元件 開關種類繁多 分類方式也各不相同 按驅動方式的不同 可分為手動和檢測兩大類 按應用場合不同 可分為電源開關 控制開關 轉換開關和行程開關等 按機械動作的方式不同 可分為旋轉式開關 按動式開關 撥動式開關等 下面介紹幾種電子設備中常用的機械式開關 1 按鈕開關按鈕開關分為大 小型 形狀有圓柱型 正方形和長方形 其結構主要有簧片式 組合式 帶指示燈和不帶指示燈等幾種 此類開關常用于控制電子設備中的交流接觸器 2 鈕子開關鈕子開關有大 中 小和超小型多種 觸點有單刀 雙刀和三刀等 接通狀態(tài)有單擲和雙擲 體積小 操作方便 是電子設備中常用的開關 工作電流從0 5A到5A不等 3 船型開關船型開關也稱波形開關 其結構與鈕子開關相同 只是把鈕柄換成船型 船型開關常用作電子設備的電源開關 其觸點分為單刀單擲和雙刀雙擲等幾種 有些開關還帶有指示燈 4 波段開關波段開關有旋轉式 撥動式和按鍵式三種 每種形式的波段開關又可分為若干種規(guī)格的刀和位 在開關結構中 可直接移位或間接移位的導體稱為刀 固定的導體稱為位 波段開關有多少個刀 就可以同時接通多少個點 有多少個位 就可以轉換多少個電路 5 鍵盤開關鍵盤開關多用于遙控器 計算器中數(shù)字信號的快速通斷 鍵盤有數(shù)碼鍵 字母鍵 符號鍵和功能鍵或是它們的組合 其接觸形式有簧片式 導電橡膠式和電容式多種 6 撥動開關撥動開關是水平滑動換位式開關 采用切入式咬合接觸 常用于計算機 收錄機等電子產品中 7 撥碼開關撥碼開關常用的有單刀十位 二刀二位和8421碼撥碼開關三種 常用于有數(shù)字預置功能的電路中 8 薄膜按鍵開關薄膜按鍵開關簡稱薄膜開關 和傳統(tǒng)的機械開關相比 具有結構簡單 外型美觀 密閉性好 保新性強 性能穩(wěn)定 壽命長等優(yōu)點 目前被廣泛用于各種微電腦控制的電子設備中 薄膜開關按基材不同可分為軟性和硬性兩種 按面板類型不同 可分為平面型和凹凸型 按操作感受又可分為觸覺有感型和無感型 4 3開關及接插件的選用選用開關和接插件時應注意以下幾個方面的問題 1 首先應根據(jù)使用條件和功能來選擇合適類型的開關及接插件 2 開關 接插件的額定電壓 電流要留有一定的余量 為了接觸可靠 開關的觸點和接插件的線數(shù)要留有一定的余量 以便并聯(lián)使用或備用 4 盡量選用帶定位的接插件 以免插錯而造成故障 5 觸點的接線和焊接可靠 為防止斷線和短路 焊接處應加套管保護 5小型繼電器繼電器是一種當輸入量 電 磁 聲 光 熱 達到一定值時 輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動控制器件 是自動控制電路中常用的一種元件 它可以用較小電流來控制較大的電流 在電路中起著自動操作 自動調節(jié) 安全保護等作用 繼電器種類繁多 通常將繼電器分為電磁式繼電器 溫度繼電器 時間繼電器和固體繼電器等 此處只介紹用的較多的電磁式繼電器和固體繼電器 5 1電磁式繼電器電磁式繼電器是在輸入電路內電流的作用下 由機械部件的相對運動產生預定響應的一種繼電器 它包括直流電磁繼電器 交流電磁繼電器 磁保持繼電器 極化繼電器 舌簧繼電器 節(jié)能功率繼電器等 一 結構及工作原理電磁式繼電器是各種繼電器的基礎 主要由鐵芯 線圈 動觸點 常開靜觸點 常閉靜觸點 銜鐵 返回彈簧等部分組成 如圖1 5所示 當線圈通電后 鐵芯被磁化而產生足夠的電磁吸力 吸動磁鐵 使動接點與常閉靜接點5斷開 而與常閉靜接點4閉合 這叫繼電器 動作 或 吸合 當線圈斷電后 電磁力消失 銜鐵返回 動接點也恢復到原先的位置 這叫繼電器 釋放 或 復位 二 電磁式繼電器主要參數(shù) 1 額定工作電壓指繼電器正常工作時線圈需要的電壓 可以是交流 也可以是直流 隨型號的不同而不同 2 吸合電壓及吸合電流繼電器能夠吸合動作的最小電壓或電流值 一般吸合電壓為額定工作電壓的75 左右 因此為了保證可靠吸合 必須給線圈加上額定電壓 或略高于額定工作電壓 但一般不能超過額定工作電壓的1 5倍 否則 容易燒毀線圈 3 直流電阻指線圈的直流電阻值 4 釋放電壓或電流值指繼電器由吸合狀態(tài)到釋放狀態(tài)所需最大電壓或電流值 其值一般為吸合值的1 10至1 2 5 觸點負荷指繼電器觸點允許的電壓電流值 三 電磁式繼電器的選用選擇繼電器必須根據(jù)實際電路選擇參數(shù)合適的繼電器 主要考慮以下幾個方面的問題 1 線圈工作電壓是直流還是交流 電壓大小是否適合電路工作電壓 2 線圈工作時所需功率與實際需要切換的觸發(fā)驅動控制電路所輸出的功率是否相當 3 受控觸點數(shù)量必須與受控電路需要相符 觸點允許最大電流必須大于受控電路工作電流的1 5 2倍 4 繼電器吸合時 若受控電路是閉合的 則把常開觸點與動觸點接入電路 若受控電路是斷開的 把常閉觸點與動觸點接入電路 若用于電路轉換 則要全部接入電路 此外 繼電器的體積大小 安裝方式 尺寸 吸合釋放時間 使用環(huán)境 絕緣強度 接點數(shù) 接點形式 接點壽命 次數(shù) 接點是控制交流還是直流等 設計時都需要考慮 四 電磁式繼電器質量判斷 1 首先測量繼電器線圈阻值 在幾十歐到幾千歐 也是判斷線圈引腳的重要依據(jù) 2 觀察觸點有沒有發(fā)黑等接觸不良現(xiàn)象 也可以用萬用表來測量 線圈在未加電壓時 動觸點與常閉觸點引腳電阻應為零歐 加電吸合后 阻值應變?yōu)闊o窮大 且測量動觸點與常開觸點電阻為零歐 斷電后變?yōu)闊o窮大 電磁式繼電器是各種繼電器中應用最普遍的一種 它的特點是接點接觸電阻很小 小于1歐 缺點是動作時間長 ms以上 接點壽命短 一般在10萬次以下 體積較大 可使用固態(tài)繼電器 5 2固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器是指由固態(tài)電子元件組成的無觸點開關 簡稱SSR solidstateRelay 和電磁式繼電器相比 具有體積小 開關速度快 無觸點 壽命長 耐振 無噪聲 安裝位置無限制 具有良好的防潮 防腐蝕 防爆 防臭氧污染等性能 性能極佳 應用領域越來越廣泛 圖1 6給出了幾種國內外常見固態(tài)繼電器的外形封裝圖 圖1 6常見固態(tài)繼電器外形封裝圖 固態(tài)繼電器工作分為交流和直流兩種 交流固態(tài)繼電器又分為過零型和非過零型兩種 目前應用最廣泛的是過零型 直流固態(tài)繼電器根據(jù)輸出分為兩端型和三端型兩種 兩端型應用較多 一 固態(tài)繼電器的結構和工作原理圖1 7是一種交流過零型固態(tài)繼電器原理圖 它由光電耦合輸入 觸發(fā)電路 過零控制電路 吸收電路和用雙向可控硅為開關的輸出電路五部分組成 圖1 8所示為兩端輸出型直流固態(tài)繼電器的電路原理圖 和交流SSR相比 無過零控制電路 也無吸收電路 固態(tài)繼電器的符號如圖1 9所示 二 固態(tài)繼電器的特點固態(tài)繼電器成功地實現(xiàn)了弱信號 Vsr 對強電 輸出端負載電壓 的控制 功率極低 所需的工作電平與TTL HTL CMOS等常用集成電路兼容 可以實現(xiàn)直接聯(lián)接 這使固態(tài)繼電器在數(shù)控和自控設備等方面得到廣泛應用 固態(tài)繼電器與電磁式繼電器相比 它沒有任何可動的機械部件 工作中也沒有任何機械動作 固態(tài)繼電器由電路的工作狀態(tài)變換實現(xiàn) 通 和 斷 的開關功能 沒有電接觸點 所以它有一系列電磁式繼電器不具備的優(yōu)點 即工作高可靠 長壽命 有資料表明SSR的開關次數(shù)可達108 109次 比一般電磁式繼電器的105高幾千倍 無動作噪聲 耐振耐機械沖擊 安裝位置無限制 很容易用絕緣防水材料灌封做成全密封形式 而且具有良好的防潮防霉防腐性能 在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳 交流型固態(tài)繼電器由于采用過零觸發(fā)技術 因而可以安全地用于計算機輸出接口上 不必為在接口上采用電磁式繼電器而產生的一系列對計算機的干擾而煩惱 此外 固態(tài)繼電器還有能承受在數(shù)值上可達額定電流十倍左右的浪涌電流的特點 三 固態(tài)繼電器的主要參數(shù)及選用功率固態(tài)繼電器的特性參數(shù)包括輸入和輸出參數(shù) 表1 5列出了國產固態(tài)繼電器的輸入 輸出參數(shù)范圍 供選用時參考 表中過零電壓是對過零型固態(tài)繼電器而言的 根據(jù)輸入電壓參數(shù)值大小 可確定工作電壓大小 如采用TTL或CMOS等邏輯電平控制時 最好采用有足夠帶載能力的低電平驅動 并盡可能使 0 電平低于0 8V 如在噪聲很強的環(huán)境下工作 不能選用通 斷電壓值相差小的產品 必需選用通 斷電壓值相差大的產品 這樣不會因噪聲干擾而造成控制失靈 輸出參數(shù)的項目較多 現(xiàn)對主要幾個參數(shù)說明如下 1 額定輸入電壓指一定條件下能承受的穩(wěn)態(tài)阻性負載的最大允許電壓有效值 如果受控負載是非穩(wěn)態(tài)或非阻性的 需考慮所選產品是否能承受工作狀態(tài)或條件變化時所產生的最大合成電壓 例如負載為感性時 所選額定輸出電壓必須大于兩倍電源電壓值 而且所選產品的阻斷 擊穿 電壓應高于負載電源電壓峰值的兩倍 2 額定輸出電流和浪涌電流額定輸出電流是指在給定條件下所能承受的電流最大的有效值 一般生產廠家都提供熱降額曲線 如周圍溫度上升 應按曲線作降額使用 浪涌電流指在給定條件下不會造成永久性損壞所允許的最大非重復性峰值電流 交流繼電器的浪涌電流為額定電流的5 10倍 直流產品為額定電流的1 5 5倍 選用時 如負載為穩(wěn)態(tài)阻性 固態(tài)繼電器可全額或降額10 使用 對于電加熱器 接觸器等 初始接通瞬間出現(xiàn)的浪涌電流可達3倍的穩(wěn)態(tài)電流 可降額20 30 使用 白熾燈類負載 應按降額50 使用 且加上適當保護電路 對變壓器負載 所選產品的額定電流必須高于負載工作電流的兩倍 對于負載為感應電機 所選固態(tài)繼電器的額定電流值應為電機運轉電流的2 4倍 其浪涌電流值應為額定電流的10倍 固態(tài)繼電器對溫度的敏感性很強 工作溫度超過標稱值后 必須降熱或外加散熱器 6半導體分離器件半導體分離器件包括二極管 三極管 場效應管等器件 這里重點介紹它們的分類方法 型號命名 測試方法及使用注意事項 6 1常用半導體分離器件的分類一 半導體二極管二極管是利用半導體PN結的單向導電性制成的器件 在電路中主要用作整流 檢波 穩(wěn)壓等 二極管的規(guī)格品種很多 按所用半導體材料的不同 可分為鍺二極管 硅二極管和砷化鎵二極管 按結構工藝不同 可分為點接觸型和面接觸型二極管 按工作原理分有隧道二極管 變容二極管 雪崩二極管等 按用途分有整流二極管 檢波二極管 穩(wěn)壓二極管 恒流二極管 開關二極管等 二極管的參數(shù)主要有最大整流電流 正向導通壓降 反向擊穿電壓 結電容 最高工作頻率等 二 半導體三極管半導體三極管由兩個PN結構成 有PNP和NPN型兩種結構 三極管的規(guī)格品種繁多 按照工作頻率 開關速度 噪聲電平 功率容量及其它性能可分為高頻大功率管 高頻低噪聲管 低頻大功率管 低頻小功率管 高速開關管 功率開關管等 根據(jù)制造工藝的不同可分為合金晶體管 擴散晶體管 臺面晶體管 平面晶體管等 按照制造材料分 有鍺管和硅管 常用三極管的封裝形式如圖1 10所示三 場效應晶體管場效應管是利用外加電場使半導體中形成一個導電溝道并控制其大小 絕緣刪型 或改變原來導電溝道大小 結型 來控制電導率的原理制成的 場效應管的柵極輸入電阻很高 一般可達上百兆甚至幾千兆 因此 柵極上加電壓時基本上不分取電流 另外 場效應管還有噪聲低 動態(tài)范圍大等優(yōu)點 場效應管可以分為結型和絕緣刪型兩種 圖 10常見三極管外形圖 6 2半導體器件的命名方法一 我國半導體器件的命名方法根據(jù)中華人民共和國國家標準 半導體器件命名方法 GB249 74 器件型號由五部分組成 各部分的意義如表1 所示 但場效應管 特殊半導體器件 PIN管 復合管和激光器件只用后三部分表示 示例 1 鍺材料PNP型低頻大功率三極管 示例 2 硅材料NPN型高頻小功率三極管 二 國際電子聯(lián)合會半導體器件命名法西德 法國 意大利 荷蘭和比利時等歐洲共同體市場的國家以及匈牙利 羅馬尼亞 波蘭等東歐國家 大都采用國際電子聯(lián)合會規(guī)定的命名方法 這種方法的組成部分及符號意義如表1 所示 表格參考教材 在表中所列四個基本部分后面 有時還加后綴 以區(qū)別特性或進一步分類 1 穩(wěn)壓二極管型號的后綴的第一部分是一個字母 表示穩(wěn)定電壓值的允許誤差范圍 其字母的意義如下 符號ABCDE允許誤差 1 2 5 10 15其后綴第二部分是數(shù)字 表示標稱穩(wěn)定電壓的整數(shù)數(shù)值 后綴第三部分是字母V 是小數(shù)點的代號 后綴第四部分是數(shù)字 表示標稱穩(wěn)定電壓的小數(shù)數(shù)值 2 整流二極管的后綴是數(shù)字 表示最大反向峰值耐壓值和最大反向開斷電壓 國際電子聯(lián)合會半導體器件型號命名方法示例 6 3二極管和三極管的判別和選用一 半導體二極管極性的判別和選用 1 半導體二極管極性的判別一般情況下 二極管有色環(huán)的一端為負極 另一端為正極 根據(jù)二極管正向導通時導通電阻小 反向截止時截止電阻大的特點 可用萬用表來判別其極性 將萬用表撥到歐姆檔 一般用R 100或R 1K檔 用萬用表的表筆分別接二極管的兩個電極 測出一個電阻 然后將兩表筆對換 再測出一個阻值 則阻值小的那一次黑表筆所接一端為二極管的正極 另一端即為負極 若兩次測得阻值都很小 則說明管子內部短路 若兩次測得的阻值都很大 則說明管子內部斷路 2 半導體二極管的選用選用二極管時 既要考慮正向電壓 又要考慮反向飽和電流和最大反向電壓 選用檢波二極管時 要求工作頻率高 正向電阻小 特性曲線要好 以保證線性失真要小 在脈沖電路中 具有負阻特性的器件已得到廣泛的應用 一般半導體二極管具有正電阻特性 即當加在電阻兩端的電壓增加時 流過二極管中的電流也會增大 而負阻器件在其特性曲線的一定區(qū)域具有負阻特性 即當加到器件兩端的電壓升高時 流過器件的電流反而會減小 其電壓變化量與電流變化量之比為負值 該器件主要有單結晶體管等 二 半導體三極管的判斷和選用 1 半導體三極管管腳和質量的判斷 a 根據(jù)管腳排列和色點識別對于等腰直角三角形排列 直角頂點是基極 靠近管帽邊沿的電極為發(fā)射極 另外一個電極是集電極 有些管子的管腳排列成直線 但距離不相等 孤立的電極為集電極 中間的為基極 另一個為發(fā)射極 對半圓形塑封晶體三極管 讓球面向上 管腳朝自己 則從左到右依次是集電極 基極和發(fā)射極 b 用萬用表判別用萬用表判別管腳的基本原理是 三極管由兩個PN結構成 對于NPN型三極管 其基極是兩個PN結的公共正極 對于PNP型三極管 其基極是兩個PN結的公共負極 而根據(jù)當加在三極管的BE結電壓為正 BC結電壓為負 三極管工作在放大狀態(tài) 此時三極管的穿透電流較大 rBE較小的特點 可以測出三極管的發(fā)射極和集電極 首先應判斷管子的基極和管型 測試時 假設某一管腳為基極 將萬用表撥在R 100或R 1K檔上 用黑表筆接觸三極管某一管腳 用紅表筆分別接觸另外兩管腳 若測得的阻值相差很大 則原先假設的基極不是基極 需另外假設 若兩次測得的阻值都很大 則該極可能是基極 此時再將兩表筆對換繼續(xù)測試 若對換表筆后測得的阻值都較小 則說明該電極是基極 且此三極管為PNP型 同理 黑表筆接假設的基極 紅表筆分別接其它兩個電極時測得的阻值都很小 則該三極管的管型為NPN型 判斷出管子的基極和管型后 可進一步判斷管子的集電極和發(fā)射極 以NPN管為例 確定基極和管型后 假設其它兩只管腳中一只是集電極 另一只即假設為發(fā)射極 用手指將已知的基極和假設的集電極捏在一起 但不要相碰 將黑表筆接在假設的集電極上 紅表筆接在假設的發(fā)射極上 記下萬用表指針所指的位置 然后再作相反的假設 即原先假設為C的假設為E 原先假設為E的假設為C 重復上述過程 并記下萬用表指針所指的位置 比較兩次測試的結果 指針偏轉大的 即阻值小的 那次假設是正確的 若為PNP型管 測試時 將紅表筆接假設的集電極 黑表筆接假設的發(fā)射極 其余不變 仍然電阻小的一次假設正確 2 三極管性能的鑒別 a 穿透電流ICEO大小的判斷用萬用表R 100或R 1K檔測量三極管C E之間的電阻 電阻值應大于數(shù)兆歐 鍺管應大于數(shù)千歐 阻值越大 說明穿透電流越小 若阻值越小 則說明穿透電流大 若阻值不斷的明顯下降 則說明管子性能不穩(wěn) 若測得的阻值接近為零 則說明管子已經(jīng)擊穿 若測得的阻值太大 指針一點都不偏轉 則有可能管子內部斷線 b 電流放大系數(shù) 的近似估算用萬用表R 100或R 1K檔測量三極管C E之間的電阻 記下讀數(shù) 再用手指捏住基極和集電極 不要相碰 觀察指針擺動幅度的大小 擺動越大 說明管子的放大倍數(shù)越大 但這只是相對比較的方法 因為手捏在兩電極之間 給管子的基極提供了基極電流Ib Ib的大小和手指的潮濕程度有關 也可以接一只100K 左右的電阻來進行測試 以上是對NPN型管子的鑒別 黑表筆接集電極 紅表筆接發(fā)射極 若將兩表筆對調 就可對PNP型管子進行測試 3 半導體三極管的選用選用晶體管一要滿足設備和電路的要求 二要符合節(jié)約的原則 根據(jù)用途的不同 一般要考慮以下幾個方面的因素 頻率 集電極最大耗散功率 電流放大系數(shù) 反向擊穿電壓 穩(wěn)定性和飽和壓降等 三 場效應管的檢測和選用 結型場效應管柵極的判別及性能判定結型場效應管的源極和漏極一般可對換使用 因此一般只要判別出其柵極 即可 判別時 根據(jù) 結單向導電原理 用萬用表R 1K檔 將黑表筆接觸管子的一個電極 紅表筆分別接觸管子的另外兩個電極 若測得阻值都很小 則黑表筆所接的是柵極 且為 溝道場效應管 對于 溝道場效應管柵極的判斷方法 讀者可自己分析 根據(jù)判斷柵極的方法 能粗略判斷管子的好壞 當刪源間 漏源間反向電阻很小時 說明管子已損壞 如果要判斷管子的放大性能 可將萬用表的紅 黑表筆分別接觸管子的源極和漏極 然后用手接觸柵極 表針應偏轉較大 說明管子的放大性能較好 若表針不動 說明管子性能差或已損壞 場效應管使用注意事項第一 MOS管輸入阻抗很高 為防止感應過壓而擊穿 保存時應將三個電極短路 焊接或拆焊時 應先將各電極短路 先焊漏 源極 后焊柵極 烙鐵應接好地線或斷開電源后再焊接 不能用萬用表測MOS管的電極 MOS管的測試要用測試儀 第二 場效應管的源 漏極是對稱的 一般可以對換使用 但如果襯底已和源極相連 則不能再互換使用 7光電器件半導體光電器件也叫光電器件 常用的有光敏電阻 光電二極管 光電三極管 發(fā)光二極管和光電耦合器等 7 1光敏電阻光敏電阻是無結半導體器件 光照強度越強 電阻越小 其光照強度與電阻之間的關系曲線如圖1 11所示 可以用萬用表直接檢測其亮阻和暗阻 其方法是 將萬用表置于R 1k 檔 置光敏電阻于距25W白熾燈50cm遠處 其照度約為100Lx 直接測量光敏電阻的亮阻 再在完全黑暗的條件下直接測量光敏電阻的暗阻 如果亮阻為數(shù)k 至數(shù)十 暗阻為數(shù)M 至幾十M 則說明光敏電阻質量良好 7 2發(fā)光二極管發(fā)光二極管包括可見光 不可見光 激光等不同類型 這里只對可見光發(fā)光二極管作一簡單介紹 發(fā)光二極管的發(fā)光顏色決定于所用材料 目前有黃 綠 紅 橙等顏色 可以制成長方形 圓形等各種形狀 圖1 12為發(fā)光二極管的符號 發(fā)光二極管也具有單向導電性 只有外加的正向電壓使得正向電流足夠大時才發(fā)光 它的開啟電壓比普通二極管 在使用發(fā)光二極管時應注意以下幾個問題 1 若用電壓源驅動 要注意選擇好限流電阻 以限制流過管子的正向電流 的大 紅色在1 6 1 8V之間 綠色的約為2V 正向電流越大 發(fā)光越強 使用時 應注意不要超過最大功耗 最大正向電流和反向擊穿電壓等參數(shù) 2 管腳引線較長的為管子正極 短的為管子的負極 3 發(fā)光二極管具有單向導電性 可以用萬用表的R 10k檔 用與測二極管相同的方法測試 但因其正向導通電壓較高 不能用低倍率當測試 4 交流驅動時 為防止反向擊穿 可并聯(lián)整流二極管 進行保護 發(fā)光二極管因其驅動電壓低 功耗小 壽命長 可靠性高等優(yōu)點廣泛用于顯示電路中 7 3光電二極管光電二極管又叫光敏二極管 是遠紅外線接收管 是一種光能與電能相互轉換的器件 符號如圖1 13所示 其管殼上有入射光窗口 可將接收到的光線強度的變化轉換成為電流的變化 在無光照時 與普通二極管一樣 具有單向導電性 當加反向工作電壓時 無光照射 反向電阻較大 反向電流較小 有光照射 反向電流增加 光電二極管在反向電壓下受到光照而產生的電流稱為光電流 光電流受入射照度的控制 照度一定時 光電二極管可等效成恒流源 照度愈大 光電流愈大 在光電流大于幾十微安時 與照度呈線性關系 如在光電二極管兩端接上電阻 則當電阻R一定時 光照越強 電流越大 R上獲得的功率越大 此時光電二極管作為微型光電池 光電二極管的檢測 可用萬用表的R 1k檔測量 光電二極管的正向電阻約為10k 左右 在無光照射時 反向電阻為 說明管子是好的 有光照射時 反向電阻隨光照強度增加而減小 阻值可減小到幾k 或1k 以下 則管子是好的 若反向電阻為 或零 則管子是壞的7 4光電三極管光電三極管依據(jù)光照的強度來控制集電極電流的大小 其功能可等效為一只光電二極管和一只三極管相連 并只引出集電極和發(fā)射極 所以它具有放大作用 其等效電路與符號如圖1 14所示 光電三極管也可用萬用表R 1k檔測試 用黑表筆接c極 紅表筆接e極 無光照 電阻為無窮大 有光照時 阻值減小到幾k 或1k 以下 若將表筆對換 無論有無光照 阻值均為無窮大 7 5光電耦合器光電耦合器是實現(xiàn)光電耦合的基本器件 它將發(fā)光元件 發(fā)光二極管 與光敏元件 光電三極管 相互絕緣的耦合在一起 其等效電路與符號如圖1 15所示 發(fā)光元件為輸入回路 它將電能轉換成光能 光敏元件為輸出回路 它將光能再轉換成電能 實現(xiàn)了兩部分電路的電氣隔離 從而可以有效地抑制干擾 在輸出回路常采用復合管形式以增大放大倍數(shù) 也可為CaS光電池 光電二極管 硅光三極管等 選用光電耦合器時主要根據(jù)用途選用合適的受光部分的類型 光電耦合器也可用萬用表檢測 輸入部分和檢測發(fā)光二極管相同 輸出部分與受光器件類型有關 對于輸出為光電二極管 三極管的 則可按光電二極管 光電三極管的檢測方法測量 圖1 15光電耦合器等效電路及符號 8晶閘管晶閘管又叫可控硅 分單向可控硅 雙向可控硅 快速可控硅 可關斷可控硅 逆導可控硅和光控可控硅等幾種 是一種大功率的半導體器件 它具有體積小 重量輕 容量大 效率高 使用維護簡單 控制靈敏等優(yōu)點 同時 它的功率放大倍數(shù)很高 可以用微小的信號功率對大功率的電源進行控制和變換 在脈沖數(shù)字電路中可作為功率開關使用 8 1單向晶閘管單向晶閘管符號結構如圖1 16 a b 所示 它的導通條件是 除在陽 陰極間加上一定大小的正向電壓外 還要在控制極 陰極間加正向觸發(fā)電壓 一旦管子觸發(fā)導通 控制極即失去控制作用 即使控制極電壓變?yōu)榱?可控硅仍然保持導通 要使可控硅阻斷 必須使陽極電流降到足夠小 或在陽極和陰極間加反向阻斷電壓 晶閘管的電極可以用萬用表進行判斷 晶閘管是一個四層三端元件 有三個PN結 其中控制極G和陰極K之間是一個PN結 先找到這個PN結 就可確定三個電極的位置 方法是將萬用表置于R 1K 檔 將晶閘管其中一端假定為控制極 與黑表筆相接 用紅表筆分別接另外兩個腳 若有一次出現(xiàn)正向導通 則假定的控制極是對的 而導通那次紅表筆所接的腳是陰極K 無疑 另一只腳是陽極A了 如果兩次均不導通 則說明假定的控制極是錯的 可重新設定一端為控制極 這樣就可以很快判別晶閘管的三個電極 以上說明待判別晶閘管是好的 否則該晶閘管是壞的 另外 判別晶閘管好壞可采用圖1 16 c 所示電路 圖中S1為電源開關 S2為按鈕開關 SCR為待測晶閘管 H為指示燈 它不僅用來指示電路的工作狀態(tài) 而且用來限制可控硅的控制極電流Ig和陽極電流Ia 測量時將電源開關S1閉合 如果待測晶閘管SCR質量是好的 應呈現(xiàn) 關斷 狀態(tài) 因為控制極在開路時 晶閘管正向不導通 所以電源電壓幾乎全部加在陽極A和陰極K之間 此時電路不通 指示燈不亮 若指示燈亮 說明該被測管在控制極開路時 陽極已導通 該晶閘管已損壞 再按下按鈕開關S2 使陽極A與控制極G短路 原加在陽極A與陰極K之間的電壓同時也加在控制極G與陰極間 若被測晶閘管質量是好的 則立即導通觸發(fā) 陽極 或控制極G 與陰極K之間的電壓迅速降到1伏左右 同時指示燈兩端電壓迅速上升 指示燈發(fā)光 這時按鈕開關S2對晶閘管失去控制作用 因為晶閘管正向導通后 撤去控制極電流仍能維持導通 所以這時S2斷開或閉合時 指示燈均發(fā)光 要關斷晶閘管必須斷開電源開關S1 若按下按鈕開關S2時指示燈不亮 或按下S2時亮 而放開時不亮 均說明該被測晶閘管已壞 8 2雙向晶閘管雙向晶閘管是正反兩個方向都可以控制的晶閘管 不管兩個主電極 T1 T2 間的電壓如何 正向和反向控制極信號都可以使雙向晶閘管導通 雙向晶閘管的結構和符號如圖1 17 a b 所示 它是一個三端五層半導體結構器件 從管芯結構上看 可將其看作是將具有公共控制極 G 的一對反向并聯(lián)的單向晶閘管做在同一塊硅單晶片上 T1和G在芯片的正面 T2在芯片的背面 且控制極區(qū)的面積遠小于其余面積 由結構圖可見 G極和T1極很近 距T2極很遠 因此 G T1之間的正 反向電阻均小 而G T2 T2 T1之間的正反向電阻均為無窮大 通常情況下 雙向晶閘管的觸發(fā)方式有四種 觸發(fā)方式 T2為正 T1為負 G相對T1為正 觸發(fā)方式 T2為正 T1為負 G相對T1為負 觸發(fā)方式 T2為負 T1為正 G相對T1為正 觸發(fā)方式 T2為負 T1為正 G相對T1為負 四種觸發(fā)方式所需要的觸發(fā)電流是不一樣的 和 所需要的觸發(fā)電流較小 而 和 所需要的觸發(fā)電流較大 在平時使用時 一般采用 和 觸發(fā)方式 用萬用表電阻檔測試雙向晶閘管時 可先根據(jù)阻值關系判斷出T2極 方法是用一只表筆接假設的T2極 另一只表筆分別接其它兩個電極 若所測得的阻值均為無窮大 假設的電極即為T2極 判斷出T2后 可進一步判斷T1和G極 將黑表筆接T2 紅表筆接假設的T1 電阻應為無窮大 用黑表筆把T2和假設 的G短路 給G加正觸發(fā)信號 管子應導通 阻值應變小 將黑表筆與G極 假設的 脫離后 阻值若維持較小值不變 說明假設正確 若黑表筆與G極脫離后 阻值也隨之變?yōu)闊o窮大 說明假設錯誤 原先假設的T1為G G為T1 也可將紅表筆接T2 黑表筆接假設的T1 電阻也應為無窮大 用紅表筆把T2和假設的G短路 給G加負觸發(fā)信號 管子也應導通 阻值應變小 將紅表筆與G極 假設的 脫離后 阻值若維持較小值不變 說明假設正確 若紅表筆與G極脫離后 阻值也隨之變?yōu)闊o窮大 說明假設錯誤 用這種方法也可測出雙向晶閘管的好壞 用上述方法只能測出小功率雙向晶閘管的電極及好壞 對于大功率管 由于其正向導通壓降和觸發(fā)電流都相應增大 萬用表的電阻檔所提供的電壓和電流已不足以使其導通 所以不能采用萬用表測試 測試大功率雙向晶閘管的方