電工電子實(shí)踐二極管級(jí)資料PPT課件

1、半導(dǎo)體的特性 自然界中的各種物質(zhì)，按導(dǎo)電能力劃分為:導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體。半導(dǎo)體導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。( (可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻) )。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電 能力明顯改變( (可做成各種不同用途的半導(dǎo) 體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化 ( (可做 成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極 管、光敏三極管等) )。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)第1頁(yè)/共55頁(yè)444444444原空穴處現(xiàn)空穴處價(jià)電子填補(bǔ)軌跡 電子與空穴的移動(dòng) 第2頁(yè)/共55頁(yè)自由電子空穴AUI 兩種載流子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 第3頁(yè)/共5

2、5頁(yè)P(yáng)N結(jié)的單向?qū)щ娞匦訬型半導(dǎo)體 ；P型半導(dǎo)體 ；PN 結(jié)的形成；在PN結(jié)兩端外加電壓,稱為給PN結(jié)以偏置電壓。 1) PN結(jié)正向偏置：給PN結(jié)加正向偏置電壓,即P區(qū)接電源正極,N區(qū)接電源負(fù)極,此時(shí)稱PN結(jié)為正向偏置(簡(jiǎn)稱正偏) ?？昭?多數(shù))電子(多數(shù))變薄PN內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)mAIRU第4頁(yè)/共55頁(yè) 2) PN結(jié)反向偏置 給PN結(jié)加反向偏置電壓,即N區(qū)接電源正極,P區(qū)接電源負(fù)極,稱PN結(jié)反向偏置(簡(jiǎn)稱反偏),如圖所示?？昭?少數(shù))電子(少數(shù))變厚PN內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)AIRRU第5頁(yè)/共55頁(yè)導(dǎo)體二極管 1結(jié)構(gòu)符號(hào) 二極管的結(jié)構(gòu)外形及在電路中的文字符號(hào)如圖所示,在圖(b)所示電路符號(hào)中,箭頭指向

3、為正向?qū)娏鞣较颉N(陽(yáng)極)外殼陰極引線陽(yáng)極引線(陽(yáng)極)(陰極)(陰極)(a)(b)V第6頁(yè)/共55頁(yè)第7頁(yè)/共55頁(yè)第8頁(yè)/共55頁(yè)類型（1）按材料分:有硅二極管,鍺二極管和砷化鎵二極管等。（2）按結(jié)構(gòu)分:根據(jù)PN結(jié)面積大小,有點(diǎn)接觸型、面接觸型、平面型二極管。陰極引線陽(yáng)極引線二氧化硅保護(hù)層P型硅N型硅( c ) 平面型金屬觸絲陽(yáng)極引線N型鍺片陰極引線外殼( a ) 點(diǎn)接觸型鋁合金小球N型硅陽(yáng)極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線( b ) 面接觸型第9頁(yè)/共55頁(yè)類型 (3）按用途分:有整流、穩(wěn)壓、開(kāi)關(guān)、發(fā)光、光電、變?nèi)?、阻尼等二極管。 (4）按封裝形式分:有塑封及金屬封等二極管。 (5）按

4、功率分:有大功率、中功率及小功率等二極管。第10頁(yè)/共55頁(yè)0.20.40.60.8O5101530 U(BR)CCDDIRAABB硅鍺iV / mAuV / V(A)5二極管伏安特性曲線第11頁(yè)/共55頁(yè)半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)1. 最大整流電流最大整流電流 IOM二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。平均電流。是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱而燒壞。二極管擊穿

5、后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱而燒壞。指二極管加最高反向工作電壓時(shí)的反向電流。反指二極管加最高反向工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?，向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?，IRM受溫度的受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。第12頁(yè)/共55頁(yè)特殊二極管 前面主要討論了普通二極管,另外還有一些特殊用途的二極管,如穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光電二極管和變?nèi)荻O管等,現(xiàn)介紹如下。 1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管,穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型

6、半導(dǎo)體硅二極管。穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓，穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,當(dāng)工作電流IZ在Izmax和 Izmin之間時(shí),其兩端電壓近似為常數(shù)。 1）穩(wěn)壓二極管的工作特性曲線和符號(hào)如圖所示。 第13頁(yè)/共55頁(yè)IZmaxUIUZIZ穩(wěn)壓二極管特性曲線穩(wěn)壓二極管特性曲線IZmin正向同正向同二極管二極管穩(wěn)定穩(wěn)定電流電流穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓1. 符號(hào) _+型號(hào)：2CWXX、2DWXX特點(diǎn)：特點(diǎn)：反向擊穿特性曲反向擊穿特性曲線相當(dāng)陡且反向擊穿可線相當(dāng)陡且反向擊穿可逆，一旦去掉反向電壓，逆，一旦去掉反向電壓，

7、穩(wěn)壓管又恢復(fù)正常。但穩(wěn)壓管又恢復(fù)正常。但反向擊穿電壓不能超過(guò)反向擊穿電壓不能超過(guò)允許范圍，否則將發(fā)生允許范圍，否則將發(fā)生熱擊穿而損壞。熱擊穿而損壞。第14頁(yè)/共55頁(yè) 2）穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù) (1)穩(wěn)定電壓UZ。 穩(wěn)定電壓UZ即反向擊穿電壓。 (2)穩(wěn)定電流IZ。 穩(wěn)定電流IZ是指穩(wěn)壓管工作至穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)流過(guò)的電流。當(dāng)穩(wěn)壓管穩(wěn)定電流小于最小穩(wěn)定電流IZmin時(shí),沒(méi)有穩(wěn)定作用;大于最大穩(wěn)定電流IZmax時(shí),管子因過(guò)流而損壞。第15頁(yè)/共55頁(yè) 2發(fā)光二極管 發(fā)光二極管與普通二極管一樣,也是由PN結(jié)構(gòu)成的,同樣具有單向?qū)щ娦?但在正向?qū)〞r(shí)能發(fā)光,所以它是一種把電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件。發(fā)光二極

8、管工作在正偏狀態(tài)。電路符號(hào)如圖所示。 發(fā)光二極管電路符號(hào) V1）普通發(fā)光二極管 2）紅外線發(fā)光二極管3）激光二極管 第16頁(yè)/共55頁(yè)3光電二極管 光電二極管工作在反偏狀態(tài),它的管殼上有一個(gè)玻璃窗口，以便接受光照。 光電二極管的檢測(cè)方法和普通二極管的一樣,通常正向電阻為幾千歐,反向電阻為無(wú)窮大。否則光電二極管質(zhì)量變差或損壞。當(dāng)受到光線照射時(shí),反向電阻顯著變化,正向電阻不變。V第17頁(yè)/共55頁(yè)4.整流二極管 1）單相半波整流電路電路的組成及工作原理 由于流過(guò)負(fù)載的電流和加在負(fù)載兩端的電壓只有半個(gè)周期的正弦波,故稱半波整流。 u1u2RLuOABiViOT(a)Vp2p3p4pw t22Uu2w

9、 t22UuO00單相半波整流電路及波形圖第18頁(yè)/共55頁(yè)2）單相橋式整流電路橋式整流電路由變壓器和四個(gè)二極管組成,如圖所示。由圖(a)可見(jiàn),四個(gè)二極管接成了橋式,在四個(gè)頂點(diǎn)中,相同極性接在一起的一對(duì)頂點(diǎn)接向直流負(fù)載RL,不同極性接在一起的一對(duì)頂點(diǎn)接向交流電源。 RLu1u2TABV4V3V2V1(a)22U22U22U0w tw t0w t02p3pp4pu2u0w t0uV1 , uV3橋式整流電路組成及輸出波形圖 第19頁(yè)/共55頁(yè)5變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 變?nèi)荻O管是利用變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)電容可變?cè)碇瞥傻陌雽?dǎo)結(jié)電容可變?cè)碇瞥傻陌雽?dǎo)體器件體器件,它仍工作在反向偏置狀態(tài)。它仍工作在

10、反向偏置狀態(tài)。變?nèi)荻O管在無(wú)繩電變?nèi)荻O管在無(wú)繩電話機(jī)中主要用在手機(jī)或座機(jī)的高頻調(diào)制電路上，實(shí)現(xiàn)低話機(jī)中主要用在手機(jī)或座機(jī)的高頻調(diào)制電路上，實(shí)現(xiàn)低頻信號(hào)調(diào)制到高頻信號(hào)上，并發(fā)射出去。在工作狀態(tài)，頻信號(hào)調(diào)制到高頻信號(hào)上，并發(fā)射出去。在工作狀態(tài)，變?nèi)荻O管調(diào)制電壓一般加到負(fù)極上，使變?nèi)荻O管的變?nèi)荻O管調(diào)制電壓一般加到負(fù)極上，使變?nèi)荻O管的內(nèi)部結(jié)電容容量隨調(diào)制電壓的變化而變化。內(nèi)部結(jié)電容容量隨調(diào)制電壓的變化而變化。V第20頁(yè)/共55頁(yè)二極管的測(cè)量及使用注意事項(xiàng) 二極管使用時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)： (1)使用二極管時(shí),正、負(fù)極不可接反。 通過(guò)二極管的電流,承受的反向電壓及環(huán)境溫度等都不應(yīng)超過(guò)手冊(cè)中所規(guī)定

11、的極限值。另外二極管和電容一樣是有耐壓值的，所以只有耐壓值高于實(shí)際電壓的二極管才能放心使用。 (2)更換二極管時(shí),應(yīng)用同類型或高一級(jí)的代替。 (3)二極管的引線彎曲處距離外殼端面應(yīng)不小于2mm,以免造成引線折斷或外殼破裂。 第21頁(yè)/共55頁(yè)二極管極性判別 正向電阻幾百 幾k ，反向電阻 幾十k 幾百k 以上為好的，否則為壞的。 用萬(wàn)用表電阻檔來(lái)判別，（一般用R*100或R*1K檔） 判斷二極管的正極和負(fù)極：通過(guò)測(cè)量二極管的正反向電阻，同時(shí)也能判斷管子的正負(fù)極。測(cè)得正向電阻時(shí)（阻值為幾百歐或幾千歐），黑表筆接的是管子正極，紅表筆接的是管子的負(fù)極。測(cè)得反向電阻時(shí)（阻值為幾十千歐或幾百千歐），紅表

12、筆接的是正極，黑表筆接的是負(fù)極。 第22頁(yè)/共55頁(yè)電工電電工電子實(shí)踐子實(shí)踐三極管三極管第23頁(yè)/共55頁(yè) 三極管的種類很多，并且不同型號(hào)各有不同的用途。三極管大都是塑料封裝或金屬封裝，常見(jiàn)三極管的外觀如圖，大的很大，小的很小。第24頁(yè)/共55頁(yè)三極管的外形結(jié)構(gòu) 小功率管塑封管硅銅塑封三極管常見(jiàn)三極管的外形結(jié)構(gòu)第25頁(yè)/共55頁(yè) 半導(dǎo)體三極管 也稱為晶體三極管，可以說(shuō)它是電子電路中最重要的器件。它最主要的功能是電流放大和開(kāi)關(guān)作用。 三極管顧名思義具有三個(gè)電極。二極管是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的，而三極管由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，共用的一個(gè)電極成為三極管的基極（用字母b表示）。其他的兩個(gè)電極成為集電極（用字母c

13、表示）和發(fā)射極（用字母e表示）。由于不同的組合方式，形成了一種是NPN型的三極管，另一種是PNP型的三極管。第26頁(yè)/共55頁(yè)晶體三極管晶體三極管基本結(jié)構(gòu)NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC第27頁(yè)/共55頁(yè) 無(wú)論是NPN型管還是PNP型管,它們內(nèi)部均含有三個(gè)區(qū):發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)。從三個(gè)區(qū)各引出一個(gè)金屬電極分別稱為發(fā)射極（e）、基極（b）和集電極（c）;同時(shí)在三個(gè)區(qū)的兩個(gè)交界處形成兩個(gè)PN結(jié),發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié),集電區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)。三極管的分類(1) 按其結(jié)構(gòu)類型分為NPN管和PNP管; (2) 按其制作材料分為硅管和鍺管; (3) 按工

14、作頻率分為高頻管和低頻管; 第28頁(yè)/共55頁(yè)第29頁(yè)/共55頁(yè)電流分配和放大原理1. 三極管放大的外部條件EEBRBRC第30頁(yè)/共55頁(yè)2. 各電極電流關(guān)系及電流放大作用1）三電極電流關(guān)系 IE = IB + IC2） IC IB ， IC IE 3） IC IB第31頁(yè)/共55頁(yè)O放大區(qū)第32頁(yè)/共55頁(yè)第33頁(yè)/共55頁(yè) 要準(zhǔn)確地了解一只三極管類型、 性能與參數(shù), 可用專門的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)試, 但一般粗略判別三極管的類型和管腳, 可直接通過(guò)三極管的型號(hào)簡(jiǎn)單判斷, 也可利用萬(wàn)用表測(cè)量方法判斷，下面具體介紹其型號(hào)的意義。 1三極管型號(hào)的意義 三 極 管 的 型 號(hào) 一 般 由 五 大 部

15、分 組 成 , 如3 A X 3 1 A 、 3 D G 1 2 B 、 3 C G 1 4 G 等 。 下 面 以3DG110B為例說(shuō)明各部分的命名含義。三極管的判別及手冊(cè)的查閱方法第34頁(yè)/共55頁(yè)(1)第一部分由數(shù)字組成，表示電極數(shù)。“3”代表三極管。(2)第二部分由字母組成，表示三極管的材料與類型。如A表示PNP型鍺管，B表示NPN型鍺管，C表示PNP型硅管，D表示NPN型硅管。(3)第三部分由字母組成，表示管子的類型，即表明管子的功能 。(4)第四部分由數(shù)字組成,表示三極管的序號(hào)。(5) 第五部分由字母組成,表示三極管的規(guī)格號(hào)。) 1 (3)2(D) 3(G)4(110)5(B第35

16、頁(yè)/共55頁(yè)三極管的判別 一、 三顛倒，找基極 測(cè)試三極管要使用萬(wàn)用電表的歐姆擋，并選擇R100或R1k擋位。指針式萬(wàn)用表紅表筆所連接的是表內(nèi)電池的負(fù)極，黑表筆則連接著表內(nèi)電池的正極。 測(cè)試的第一步是判斷哪個(gè)管腳是基極。我們?nèi)稳蓚€(gè)電極(如這兩個(gè)電極為1、2)，用萬(wàn)用電表兩支表筆顛倒測(cè)量它的正、反向電阻，觀察表針的偏轉(zhuǎn)角度；接著，再取1、3兩個(gè)電極和2、3兩個(gè)電極，分別顛倒測(cè)量它們的正、反向電阻，觀察表針的偏轉(zhuǎn)角度。在這三次顛倒測(cè)量中，必然有兩次測(cè)量結(jié)果相近：即顛倒測(cè)量中表針一次偏轉(zhuǎn)大，一次偏轉(zhuǎn)小；剩下一次必然是顛倒測(cè)量前后指針偏轉(zhuǎn)角度都很小，這一次未測(cè)的那只管腳就是我們要尋找的基極。第36頁(yè)

17、/共55頁(yè)三極管的判別 二、 PN結(jié)，定管型 找出三極管的基極后，我們就可以根據(jù)基極與另外兩個(gè)電極之間PN結(jié)的方向來(lái)確定管子的導(dǎo)電類型。將萬(wàn)用表的黑表筆接觸基極，紅表筆接觸另外兩個(gè)電極中的任一電極，若表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很大，則說(shuō)明被測(cè)三極管為NPN型管；若表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很小，則被測(cè)管即為PNP型。 第37頁(yè)/共55頁(yè)三極管的判別 三、 順箭頭，偏轉(zhuǎn)大 找出了基極b，另外兩個(gè)電極哪個(gè)是集電極c，哪個(gè)是發(fā)射極e呢? 1.可以用測(cè)穿透電流Iceo的方法確定集電極c和發(fā)射極e。 (1) 對(duì)于NPN型三極管，用萬(wàn)用電表的黑、紅表筆顛倒測(cè)量?jī)蓸O間的正、反向電阻Rce和Rec，雖然兩次測(cè)量中萬(wàn)用表指針偏轉(zhuǎn)角

18、度都很小，但仔細(xì)觀察，總會(huì)有一次偏轉(zhuǎn)角度稍大，此時(shí)電流的流向一定是：黑表筆c極b極e極紅表筆，電流流向正好與三極管符號(hào)中的箭頭方向一致(“順箭頭”)，所以此時(shí)黑表筆所接的一定是集電極c，紅表筆所接的一定是發(fā)射極e。 (2) 對(duì)于PNP型的三極管，道理也類似于NPN型，其電流流向一定是：黑表筆e極b極c極紅表筆，其電流流向也與三極管符號(hào)中的箭頭方向一致，所以此時(shí)黑表筆所接的一定是發(fā)射極e，紅表筆所接的一定是集電極c。 第38頁(yè)/共55頁(yè)判斷三極管集電極和發(fā)射極判斷集電極和發(fā)射極方法2 be，bc正向電阻幾百 幾k ，反向電阻 幾十k 幾百k 以上，ce正反向電阻都在幾十k 以上是好的，否則是壞的

19、。用手捏住b極和c極、e極中的其中一極，（即用手的人體電阻代替基極電阻Rb），黑表筆接捏住的一極，紅表筆接另一極，測(cè)出一個(gè)電阻值，然后手捏住b和另一極，黑表筆接另一極，紅表筆接剛才黑表筆接的那一極，再測(cè)出一個(gè)電阻值。兩次阻值比較，對(duì)NPN管來(lái)說(shuō)，阻值小的那一次黑表筆接的是集電極，紅表筆接的是發(fā)射極。對(duì)于PNP管來(lái)說(shuō)情況正好相反。第39頁(yè)/共55頁(yè)三極管的判別 (2) 對(duì)于PNP型的三極管，道理也類似于NPN型，其電流流向一定是：黑表筆e極b極c極紅表筆，其電流流向也與三極管符號(hào)中的箭頭方向一致，所以此時(shí)黑表筆所接的一定是發(fā)射極e，紅表筆所接的一定是集電極c。第40頁(yè)/共55頁(yè)通過(guò)上述方法的判斷

20、, 如果發(fā)現(xiàn)電路中的三極管已損壞, 更換時(shí)一般應(yīng)遵循下列原則: （1） 更換時(shí), 盡量更換相同型號(hào)的三極管。 （2）無(wú)相同型號(hào)更換時(shí), 新?lián)Q三極管的極限參數(shù)應(yīng)等于或大于原三極管的極限參數(shù), 如參數(shù)ICM、PCM、U（BR）CEO等。 （3）性能好的三極管可代替性能差的三極管。 如穿透電流ICEO小的三極管可代換ICEO大的, 電流放大系數(shù)高的可代替低的。 （4）在集電極耗散功率允許的情況下, 可用高頻管代替低頻管， 如3DG型可代替3DX型。 （5）開(kāi)關(guān)三極管可代替普通三極管, 如3DK型代替3DG型, 3AK型代替3AG型管。三極管的代換方法第41頁(yè)/共55頁(yè)特殊三極管 1光電三極管：光電三

21、極管也稱光敏三極管，其等效電路和電路符號(hào)如圖所示。 cee ecb()()ILIC(a)(b)光電三極管的等效電路與電路符號(hào) (a)等效電路;(b)電路符號(hào)第42頁(yè)/共55頁(yè) 2光電耦合器 光電耦合器是將發(fā)光二極管和光敏元件（光敏電阻、光電二極管、光電三極管、光電池等）組裝在一起而形成的二端口器件,其電路符號(hào)如圖所示。它的工作原理是以光信號(hào)作為媒體將輸入的電信號(hào)傳送給外加負(fù)載,實(shí)現(xiàn)了電光電的傳遞與轉(zhuǎn)換。光電耦合器主要用作高壓開(kāi)關(guān)、信號(hào)隔離器、電平匹配等電路中,起信號(hào)的傳輸和隔離作用。第43頁(yè)/共55頁(yè)(a)(b)(c)(d)光電耦合器電路符號(hào)(a)LED+光敏電阻； (b)LED+光電二極管(c)LED+光電三極管; (d)LED+光電池第44頁(yè)/共55頁(yè)3. 場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管兩類。 （一）結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 1. 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的 基本結(jié)構(gòu)及符號(hào) 如圖a所示, 在一塊N型硅半導(dǎo)體兩側(cè)制作兩個(gè)P型區(qū)域, 形成兩個(gè)PN結(jié), 把兩個(gè)P型區(qū)相連后引出一個(gè)電極, 稱為柵極, 用字母G(或g)表示。 第45頁(yè)/共55頁(yè)dsgd 漏極g 柵極PPN耗盡層s 源極dsg(a)(b)(c)(a) 結(jié)構(gòu); (b) N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào); (c) P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng) 第46頁(yè)/共55頁(yè)dgSUDDiDUGGPPuDSuGSNRd圖3.2