二極管三極管

培訓教材（三）二極管幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導體器件之一，其應用也非常廣泛。二極管的工作原理晶體二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于p-n結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流10。當外加的反向電壓高到一定程度時，p-n結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程，產生大量電子空穴對，產生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。二極管的類型二極管種類有很多，按照所用的半導體材料，可分為錯二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關二極管等。按照管芯結構，又可分為點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點接觸型二極管是用一根很細的金屬絲壓在光潔的半導體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地燒結在一起，形成一個“PN結”。由于是點接觸，只允許通過較小的電流（不超過幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如收音機的檢波等。面接觸型二極管的“PN結”面積較大，允許通過較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠，多用于開關、脈沖及高頻電路中。二極管的導電特性二極管最重要的特性就是單方向導電性。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負極流出。下面通過簡單的實驗說明二極管的正向特性和反向特性。1、正向特性在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負極接在低電位端，二極管就會導通，這種連接方式，稱為正向偏置。必須說明，當加在二極管兩端的正向電壓很小時，二極管仍然不能導通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，錯管約為0.2V，硅管約為0.6V）以后，二極管才能直正導通。導通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（錯管約為0.3V，硅管約為0.7V），稱為二極管的“正向壓降”。2、反向特性在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負極接在高電位端，此時二極管中幾乎沒有電流流過，此時二極管處于截止狀態(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時，仍然會有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單方向導電特性，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。二極管的主要參數(shù)用來表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術指標，稱為二極管的參數(shù)。不同類型的二極管有不同的特性參數(shù)。對初學者而言，必須了解以下幾個主要參數(shù)：1、 額定正向工作電流是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值。因為電流通過管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度（硅管為140左右，錯管為90左右）時，就會使管芯過熱而損壞。所以，二極管使用中不要超過二極管額定正向工作電流值。例如，常用的IN4001-4007型錯二極管的額定正向工作電流為1A。2、 最高反向工作電壓加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時，會將管子擊穿，失去單向導電能力。為了保證使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。例如，IN4001二極管反向耐壓為50V，IN4007反向耐壓為1000V。3、 反向電流反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向導電性能越好。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關系，大約溫度每升高10，反向電流增大一倍。例如2AP1型錯二極管，在25時反向電流若為250uA，溫度升高到35，反向電流將上升到500uA，依此類推，在75時，它的反向電流已達8mA，不僅失去了單方向導電特性，還會使管子過熱而損壞。又如，2CP10型硅二極管，25時反向電流僅為5uA，溫度升高到75時，反向電流也不過160uA。故硅二極管比錯二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。測試二極管的好壞在業(yè)余條件下可以使用萬用表測試二極管性能的好壞。測試前先把萬用表的轉換開關撥到歐姆檔的RX1K檔位（注意不要使用RX1檔，以免電流過大燒壞二極管），再將紅、黑兩根表筆短路，進行歐姆調零。1、 正向特性測試把萬用表的黑表筆（表內正極）搭觸二極管的正極，，紅表筆（表內負極）搭觸二極管的負極。若表針不擺到0值而是停在標度盤的中間，這時的阻值就是二極管的正向電阻，一般正向電阻越小越好。若正向電阻為0值，說明管芯短路損壞，若正向電阻接近無窮大值，說明管芯斷路。短路和斷路的管子都不能使用。2、 反向特性測試把萬且表的紅表筆搭觸二極管的正極，黑表筆搭觸二極管的負極，若表針指在無窮大值或接近無窮大值，管子就是合格的。二極管的應用1、 整流二極管利用二極管單向導電性，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動直流電。2、 開關元件二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導通狀態(tài)，相當于一只接通的開關；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止狀態(tài)，如同一只斷開的開關。利用二極管的開關特性，可以組成各種邏輯電路。3、 限幅元件二極管正向導通后，它的正向壓降基本保持不變（硅管為0.7V，錯管為0.3V）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號幅度限制在一定范圍內。4、 繼流二極管在開關電源的電感中和繼電器等感性負載中起繼流作用。5、 檢波二極管在收音機中起檢波作用。6、 變容二極管使用于電視機的高頻頭中。三極管一、三極管的組成：由兩個PN結構成，一個集電結，一個發(fā)射結。三個電極分別為集電極（用字母C或c表示）、基極（用字母B或b表示）、發(fā)射極（用字母E或e表示）。二、三極管的表示方法：三極管在電路中常用字母"V”、“VT”、“Q、“BG”表示。其圖形表示方法如下：（NPN） （PNP）其中“B”表示三極管的基極，“C”表示三極管的集電極，“E”表示三極管的發(fā)射極。三、三極管的作用和分類：三極管在電路中主要起信號放大和開關控制作用。三極管按材料可分為硅材料三極管和錯材料三極管，按極性可分為NPN三極管和PNP三極管，綜合起來，分為硅NPN三極管、硅PNP三極管、錯NPN三極管、錯PNP三極管。四、三極管的主要參數(shù)：三極管的主要參數(shù)有電流放大系數(shù)、耗散功率、頻率特性、集電極最大電流、最大反向電壓、最大反向電流等。1、 電流放大系數(shù)主要是用來表示三極管的放大能力。根據(jù)其工作狀態(tài)不同又分為直流電流放大系數(shù)和交流電流放大系數(shù)。直流電流放大系數(shù)也稱之為靜態(tài)電流放大系數(shù)或直流放大倍數(shù)，用hFE或P表示，指靜態(tài)無變化信號輸入時，集電極電流Ic與基極電流Ib的比值。交流電流放大系數(shù)也稱之為動態(tài)電流放大系數(shù)或交流放大倍數(shù)，用hfe或P表示，指交流狀態(tài)下，集電極電流變化量^Ic與基極電流變化量^Ib的比值。62、 耗散功率是指集電極最大允許耗散功率PCM，指三極管參數(shù)變化不超過規(guī)定允許值時的最大集電極耗散功率。通常將耗散功率小于1W的三極管稱為小功率管，在1W到5W之間，同時包括1W第4頁共8頁稱為中功率管，耗散功率大于等于5W稱為大功率管。3、 頻率特性參數(shù)包括特征頻率fT和最高振蕩頻率fM。將fT小于等于3MHz稱為低頻管，大于等于30MHz稱為高頻管，在3MHz至30MHz之間的稱為中頻管。4、 集電極最大電流ICM，在集電極電流IC超過集電極最大電流ICM時，將影響電路的正常工作，甚至損壞。5、 最大反向電壓.，指三極管在工作時所允許施加的最高工作電壓，包括集電極一發(fā)射極反向擊穿電壓、集電極一基極反向擊穿電壓、基極一發(fā)射極反向擊穿電壓。6、 反向電流包括集電極一基極反向電流、集電極一發(fā)射極反向電流。五、三極管的工作條件：三個電極的作用：發(fā)射極用來發(fā)射電子；基極用來控制發(fā)射電子的數(shù)量；集電極用來收集電子。三極管各電極之間的電流關系：IE=IB+IC三極管的基本工作條件是發(fā)射結正偏，集電結反偏。其中發(fā)射結正向偏置電壓約等于PN結電壓，硅管0.6V—。^▼，錯管0.2V—0.3V。六、三極管的命名方法：國產三極管的命名方法第一部分：名稱第二部分：極性和材料第三部分：類別第四部分：序號第五部分：規(guī)格數(shù)字含義字母含義字母含義用數(shù)字表示同一類型產品的序號用字母表示同一類型的不同檔次等3三極管A錯材料G高頻小功率管PNP型X低頻小功率管B錯材料A高頻大功率管NPN型D低頻大功率管C硅材料T閘流管PNP型K開關管D硅材料V微波管NPN型B雪崩管E化合物材料J階躍恢復管U光敏管J結型場效應管七、用萬用表判斷三極管的極性：用機械萬用表的RX100或RX1K檔，或者數(shù)字萬用表的二極管電阻測試檔，用兩個表筆測量三極管的任意兩個引腳間的正反向電阻。在測量中發(fā)現(xiàn)，當黑表筆（或紅表筆）分別接觸另外兩個引腳，萬用表上顯示均為低阻值，此時，所測三極管與黑表筆（或紅表筆）連接的引腳便為基極B，另外兩個引腳為集電極C和發(fā)射極E，若此時基極接的是紅表筆，則該三極管為PNP管，否則位NPN管。測出基極后，再比較基極與另外兩個引腳之間的正向電阻，通常正向電阻值較大的引腳為發(fā)射極E，較小的為集電極C。說明：數(shù)字萬用表和機械萬用表在電阻檔中的表筆極性正好相反，數(shù)字萬用表紅表筆相當于機械萬用表的黑表筆。日本半導體器件的命名方法第一部分：器件類型或有效電極數(shù)第二部分：極性和材料第三部分：類別第四部分：序號第五部分：規(guī)格數(shù)字含義字母含義字母含義用兩位以上的整數(shù)表示在日本電子工業(yè)協(xié)會注冊登記順序號用字母表示對原來型號的改進0光敏二極管、晶體管或其組合管S表示已在日本電子工業(yè)協(xié)會注冊登記的半導體分立器件APNP型高頻管BPNP型低頻管CNPN型高頻管1二極管DNPN型低頻管FP門極晶閘管2三極管GN門極晶閘管3具有四個電極或具有三個PN結的晶體管HN基極單結晶體管JP溝道場效應晶體管KN溝道場效應晶體管M雙向晶閘管八、三極管好壞的判斷：三極管好壞的判斷可通過測量其PN結得正、反向電阻值來確定，同時還可判斷三極管所使用的材料。一般錯管PN結（B、E極之間，B、C極之間）的正向電阻為200—500Q，反向電阻大于100kQ；硅管PN結的正向電阻為3—15kQ，反向電阻大于500kQ。若測的三極管某個PN結的正、反向電阻值均為0或者無窮大，則可判斷該三極管已擊穿短路或開路損壞。集成電路集成電路（集成電路用字母IC表示，即IntegratedCircuit的縮寫）是在同一塊半導體材料上，利用各種不同的加工方法，同時制作出許多極少的電阻，電容及晶體管等電路元器件，并將它們聯(lián)接起來，使其具有特定的電路功能，集成電路與普通電路的最大區(qū)別在于一塊集成電路上的各個元件不可分離，從設計，制造，檢測到使用均作為一個整體來處理，而普通電路的各分立元件是單獨制造的，再一個個連接于是電路之中的！人們根據(jù)集成電路內所含元器件的多少來劃分其“規(guī)?！钡拇笮?，通常，內含元器件數(shù)小于100的集成電路稱為小規(guī)模的集成電路（SSIC），把內含元件100-1000個的集成電路稱為中規(guī)模集成電路（MSIC），所內含元器件數(shù)為1000-10000的集成電路稱為大規(guī)模集成電路（LSIC），把內含元器件數(shù)為10000-100000個的集成電路稱為超大集成電路（VLSIC）。1、集成電路的封裝與管腳的識別1）小外型封裝小外型封裝又稱為SOP封裝，其引腳數(shù)目在28以下，引腳分布在兩邊。判別管腳的方法是：IC的一角有一個黑點標記的，按逆時針方向數(shù)，諾IC沒有標記點，將IC上的文字方向放正，從左下角開始逆時針方向數(shù)！2） 四方扁平封裝四方扁平封裝適用于高頻和引腳較多的模塊，簡稱QEP封裝，四方都有引腳，其引腳數(shù)目一般為20以上，如許多中頻模塊，數(shù)據(jù)處理器，音頻模塊，微處理器，電源模塊都采用這種封裝！判別管腳的方法是：IC的一角有一個黑點標記的，按逆時針方向數(shù)，諾IC沒有標記點，將IC上的文字方向放正，從左下角開始逆時針方向數(shù)！3） 柵格陣引腳封裝柵格陣引腳封裝又稱BGA封裝，是一個多層的芯片載體封裝，這類封裝的引腳集成在集成電路的“肚皮”下面，引線是以陣列式排列的，所以引腳的數(shù)目要遠遠超過引腳分布在封裝外圍的封裝。利用陣列式封裝，可以省去電路板多達70%的位置！BGA封裝充分利用封裝的整個底部來與電路板互聯(lián)，而且利用不是引腳，而是焊錫球，因此兩袖清風縮短了互聯(lián)的距離。BGAIC的管腳由于在集成電路的肚皮下，其管腳不能像小外型封裝的四方扁平封裝集成電路那樣進行定義，其定義方法是：行用英文字母表示，列則用數(shù)字表示，用行與列的組合來表示管腳，如：A1，B2等！2、集成電路的檢測對于集成電路的質量檢測，應了解它在電路中的作用，各管腳的電氣參數(shù)以及和其它元件和互相關系等，有的放矢地用頻譜儀，示波器或萬能表來測試！1） 邏輯分析法所謂的邏輯分析法是指，如果懷疑一集成電路有問題，可以先測量該集成電路的輸入信號是否正常，再測量其輸出信號是否正常，如果有輸入而無輸出，一般即可斷定該集成電路損壞！2） 直流電阻比較法直流電阻比較法是把要檢測的集成電路各管腳的直流阻值與正常集成電睡的直流電阻值相比較