電工電子實(shí)踐二極管11級課件

電工電子實(shí)踐二極管半導(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)。摻雜性：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）。光敏性：當(dāng)受到光照時，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)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)

電子與空穴的移動

PN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,此時稱PN結(jié)為正向偏置(簡稱正偏)。

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(簡稱反偏),如圖所示。導(dǎo)體二極管

1．結(jié)構(gòu)符號二極管的結(jié)構(gòu)外形及在電路中的文字符號如圖所示,在圖(b)所示電路符號中,箭頭指向?yàn)檎驅(qū)娏鞣较?。類型?）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型硅陽極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線(

b)面接觸型類型

(3）按用途分:有整流、穩(wěn)壓、開關(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）按功率分:有大功率、中功率及小功率等二極管。半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流

IOM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2.反向工作峰值電壓URWM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UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。3.反向峰值電流IRM指二極管加最高反向工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，IRM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，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。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)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管,穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓，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,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如圖所示。IZmaxUIUZIZ穩(wěn)壓二極管特性曲線IZmin正向同二極管穩(wěn)定電流穩(wěn)定電壓使用時要加限流電阻1.符號

_+型號：2CWXX、2DWXX特點(diǎn)：反向擊穿特性曲線相當(dāng)陡且反向擊穿可逆，一旦去掉反向電壓，穩(wěn)壓管又恢復(fù)正常。但反向擊穿電壓不能超過允許范圍，否則將發(fā)生熱擊穿而損壞。

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)光二極管工作在正偏狀態(tài)。電路符號如圖所示。發(fā)光二極管電路符號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

3．光電二極管

光電二極管工作在反偏狀態(tài),它的管殼上有一個玻璃窗口，以便接受光照。光電二極管的檢測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,反向電阻顯著變化,正向電阻不變。V4.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負(fù)載的電流和加在負(fù)載兩端的電壓只有半個周期的正弦波,故稱半波整流。

p2p3p4pwt22Uu2wt22UuO00單相半波整流電路及波形圖5．變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)電容可變原理制成的半導(dǎo)體器件,它仍工作在反向偏置狀態(tài)。變?nèi)荻O管在無繩電話機(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)低頻信號調(diào)制到高頻信號上，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管的內(nèi)部結(jié)電容容量隨調(diào)制電壓的變化而變化。V二極管的測量及使用注意事項(xiàng)

二極管使用時，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：(1)使用二極管時,正、負(fù)極不可接反。通過二極管的電流,承受的反向電壓及環(huán)境溫度等都不應(yīng)超過手冊中所規(guī)定的極限值。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,應(yīng)用同類型或高一級的代替。(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。

電工電子實(shí)踐三極管三極管的外形結(jié)構(gòu)常見三極管的外形結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體三極管也稱為晶體三極管，可以說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關(guān)作用。三極管顧名思義具有三個電極。二極管是由一個PN結(jié)構(gòu)成的，而三極管由兩個PN結(jié)構(gòu)成，共用的一個電極成為三極管的基極（用字母b表示）。其他的兩個電極成為集電極（用字母c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。晶體三極管基本結(jié)構(gòu)NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極符號：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管三極管的主要參數(shù)

三極管的參數(shù)是用來表征其性能和適用范圍的,也是評價三極管質(zhì)量以及選擇三極管的依據(jù)。常用的主要參數(shù)有:1）電流放大系數(shù)2）反向飽和電流ICBO

3）穿透電流ICEO基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：集電區(qū)：面積最大電流分配和放大原理1.三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏PNP發(fā)射結(jié)正偏VB<VE集電結(jié)反偏VC<VB從電位的角度看：

NPN

發(fā)射結(jié)正偏VB>VE集電結(jié)反偏VC>VB

2.各電極電流關(guān)系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05結(jié)論:1）三電極電流關(guān)系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）IC

IB

把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。

實(shí)質(zhì):用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)

要準(zhǔn)確地了解一只三極管類型、性能與參數(shù),可用專門的測量儀器進(jìn)行測試,但一般粗略判別三極管的類型和管腳,可直接通過三極管的型號簡單判斷,也可利用萬用表測量方法判斷，下面具體介紹其型號的意義。1．三極管型號的意義三極管的型號一般由五大部分組成,如3AX31A、3DG12B、3CG14G等。下面以3DG110B為例說明各部分的命名含義。三極管的判別及手冊的查閱方法(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。(5)第五部分由字母組成,表示三極管的規(guī)格號。三極管的判別一、三顛倒，找基極

測試三極管要使用萬用電表的歐姆擋，并選擇R×100或R×1k擋位。指針式萬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。測試的第一步是判斷哪個管腳是基極。我們?nèi)稳蓚€電極(如這兩個電極為1、2)，用萬用電表兩支表筆顛倒測量它的正、反向電阻，觀察表針的偏轉(zhuǎn)角度；接著，再取1、3兩個電極和2、3兩個電極，分別顛倒測量它們的正、反向電阻，觀察表針的偏轉(zhuǎn)角度。在這三次顛倒測量中，必然有兩次測量結(jié)果相近：即顛倒測量中表針一次偏轉(zhuǎn)大，一次偏轉(zhuǎn)?。皇Ｏ乱淮伪厝皇穷嵉箿y量前后指針偏轉(zhuǎn)角度都很小，這一次未測的那只管腳就是我們要尋找的基極。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)基極與另外兩個電極之間PN結(jié)的方向來確定管子的導(dǎo)電類型。將萬用表的黑表筆接觸基極，紅表筆接觸另外兩個電極中的任一電極，若表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很大，則說明被測三極管為NPN型管；若表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很小，則被測管即為PNP型。

三極管的判別三、順箭頭，偏轉(zhuǎn)大找出了基極b，另外兩個電極哪個是集電極c，哪個是發(fā)射極e呢?這時我們可以用測穿透電流ICEO的方法確定集電極c和發(fā)射極e。(1)對于NPN型三極管，用萬用電表的黑、紅表筆顛倒測量兩極間的正、反向電阻Rce和Rec，雖然兩次測量中萬用表指針偏轉(zhuǎn)角度都很小，但仔細(xì)觀察，總會有一次偏轉(zhuǎn)角度稍大，此時電流的流向一定是：黑表筆→c極→b極→e極→紅表筆，電流流向正好與三極管符號中的箭頭方向一致(“順箭頭”)，所以此時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。三極管的判別(2)對于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中的箭頭方向一致，所以此時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。

通過上述方法的判斷,如果發(fā)現(xiàn)電路中的三極管已損壞,更換時一般應(yīng)遵循下列原則:（1）更換時,盡量更換相同型號的三極管。（2）無相同型號更換時,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)β高的可代替β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。三極管的代換方法特殊三極管

1．光電三極管：光電三極管也稱光敏三極管，其等效電路和電路符號如圖所示。

光電三極管的等效電路與電路符號(a)等效電路;(b)電路符號

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,其電路符號如圖所示。它的工作原理是以光信號作為媒體將輸入的電信號傳送給外加負(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關(guān)、信號隔離器、電平匹配等電路中,起信號的傳輸和隔離作用。光電耦合器電路符號(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3.場效應(yīng)管

場效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)分為結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣柵型場效應(yīng)管兩類。（一）結(jié)型場效應(yīng)管1.結(jié)型場效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)及符號如圖a所示,在一塊N型硅半導(dǎo)體兩側(cè)制作兩個P型區(qū)域,形成兩個PN結(jié),把兩個P型區(qū)相連后引出一個電極,稱為柵極,用字母G(或g)表示。結(jié)構(gòu);(b)N溝道結(jié)型場效應(yīng)管符號;(c)P溝道結(jié)型場效應(yīng)

圖3.2N溝道結(jié)型場效應(yīng)管工作原理

（二）絕緣柵型場效應(yīng)管

1.增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)型MOS管結(jié)構(gòu)及符號圖(a)N溝道結(jié)構(gòu)圖;(b)N溝道符號;(c)P溝道符號

2.耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)下圖為N溝道耗盡型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)圖。其結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)相似,不同的是這種管子在制造時,就在二氧化硅絕緣層中摻入了大量的正離子。耗盡型MOS管結(jié)構(gòu)及符號圖(a)N溝道結(jié)構(gòu)圖;（b）N溝道符號;（c）P溝道符號

場效應(yīng)管使用注意事項(xiàng)

（1）MOS管柵、源極之間的電阻很高,使得柵極的感應(yīng)電荷不易泄放,因極間電容很小,故會造成電壓過高使絕緣層擊穿。（2）有些場效應(yīng)晶體管將襯底引出,故有4個管腳,這種管子漏極與源極可互換使用。（3）使用場效應(yīng)管時各極必須加正確的工作電壓。（4）在使用場效應(yīng)管時,要注意漏源電壓、漏源電流及耗散功率等,不要超過規(guī)定的最大允許值。

晶閘管的外形及其符號(a)螺栓式；(b)平板式；(c)塑封式；(d)符號4.晶閘管1．外形及其符號

2)類型可控硅按其容量有大、中、小功率管之分,一般認(rèn)為電流容量大于50A為大功率管,5A以下則為小功率管,小功率可控硅觸發(fā)電壓為1V左右,觸發(fā)電流為零點(diǎn)幾到幾毫安,中功率以上的觸發(fā)電壓為幾伏到幾十伏,電流幾十到幾百毫安。按其控制特性,有單向可控硅和雙向可控硅之分。3)演示電路及操作過程

(1)演示電路電路的連接,如圖所示。晶閘管連接圖(1)陽極與陰極之間通過燈泡接電源UAA。(2)控制極與陰極之間通過電阻R及開關(guān)S接控制電源(觸發(fā)信號)UGG。2）操作過程及現(xiàn)象(1)S斷開,UGK=0,UAA為正向,燈泡不亮,稱之為正向阻斷，如圖11.3(a)所示。(2)S斷開,UGK=0,UAA為反向,燈泡不亮,如圖(b)所示。

(3)S合上,UGK為正向,UAA為反向,燈泡不亮,稱之為反向阻斷,如圖(c)所示。

晶閘管工作示意圖

(4)S合上,UGK為正向,UAA為正向,燈泡亮,稱之為觸發(fā)導(dǎo)通,如圖(d)所示。(5)在(4)基礎(chǔ)上,斷開S,燈泡仍亮,稱之為維持導(dǎo)通,如圖(e)所示。(6)在(5)基礎(chǔ)上,逐漸減小UAA,燈泡亮度變暗,直到熄滅,如圖(f)所示。(7)UGG反向,UAA正向,燈泡不亮,稱之為反向觸發(fā),如圖(g)所示。(8)UGG反向,UAA反向,燈泡仍不亮,如圖(h)所示。3）現(xiàn)象分析及結(jié)論(1)由圖(c)、(d)得出,晶閘管具有單向?qū)щ娦浴?2)由圖(a)、(b)、(d)、(g)、(h)得出,只有在控制極加上正向電壓的前提下,晶閘管的單向?qū)щ娦圆诺靡詫?shí)現(xiàn)。(3)由圖(e)得出,導(dǎo)通的晶閘管即使去掉控制極電壓,仍維持導(dǎo)通狀態(tài)。(4)由圖(f)得出,要使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷,必須把正向陽極電壓降低到一定值才能關(guān)斷。晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1．內(nèi)部結(jié)構(gòu)晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖(a)所示。由圖可知，晶閘管由PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)成,中間形成三個PN結(jié):J1,J2,J3,由最外層的P1、N2分別引出兩個電極稱為陽極a和陰極k,由中間的P2引出控制極g。

2．工作原理為了說明晶閘管的工作原理,可把四層PNPN半導(dǎo)體分成兩部分,如圖(b)所示。P1,N1,P2組成PNP型管,N2,P2,N1