二极管、三极管、可控硅知识

1、1 二极管是用P型半导体和N型半导体做成的。二极管具有单向导电性， 符号是一个三角形 旁边划一竖线。三角形表示正极竖线表示负极，当 PN 结处于正向偏置时导通，反向偏置时 截止。二极管的种类很多，用途也很多。如整流二极管、光电二极管、发光二极管（手电、 交通信号、显示频等） ，变容二极管、稳压二极管、单结二极管等。 三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输 入，从集电极输出，发射极接地） ，当基极电压 UB 有一个微小的变化时，基极电流 IB 也会 随之有一小的变化， 受基极电流 IB 的控制， 集电极电流 IC 会有一个很大的变化， 基极电流 IB 越大

2、，集电极电流 IC 也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控 制集电极电流的变化。 但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多， 这就是三极管的放 大作用。IC的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数 3 （ 3 = IC/ IBA表示变化 量。）,三极管的放大倍数 3一般在几十到几百倍。 三极管在放大信号时， 首先要进入导通状态， 即要先建立合适的静态工作点， 也 叫 建立偏置，否则会放大失真。 在三极管的集电极与电源之间接一个电阻， 可将电流放大转换成电压放大： 当基 极电压UB升高时，IB变大，IC也变大，IC在集电极电阻RC的压降也越大 B:三极管基本知识大全 半

3、导体三极管也称为晶体三极管， 可以说它是电子电路中最重要的器件。 它最主 要的功能是电流放大和开关作用。 三极管顾名思义具有三个电极。 二极管是由一 个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极 （用字母 b 表示）。其他的两个电极成为集电极（用字母 c 表示）和发射极（用 字母e表示）。由于不同的组合方式，形成了一种是 NPN型的三极管，另一种是 PNP型的三极管。 三极管的种类很多， 并且不同型号各有不同的用途。 三极管大都是塑料封装或金 属封装，常见三极管的外观如图，大的很大，小的很小。三极管的电路符号有两 种：有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三

4、极管，而箭头朝内的是 PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。 电子制作中常用的三极管有9 0 X X系列， 包括低频小功率硅管 9013（ NPN、 9012 （PNP，低噪声管9014 （NPN，高频小功率管9018 （ NPN等。它们的型 号一般都标在塑壳上，而样子都一样，都是TO-92标准封装。在老式的电子产品 中还能见到3DG6（低频小功率硅管）、3AX31 （低频小功率锗管） 等，它们的 型号也都印在金属的外壳上。 我国生产的晶体管有一套命名规则， 电子爱好者最 好还是了解一下： 第一部分的3表示为三极管。 第二部分表示器件的材料和结构，A: PNP型锗 材料B : NPN型锗

5、材料C: PNP型硅材料D: NPN型硅材料 第三部分表示功 能，U:光电管K:开关管X :低频小功率管G:高频小功率管D :低频大功率 管A :高频大功率管。另外，3DJ型为场效应管，BT打头的表示半导体特殊元件。 三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号 当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了2 三极管有一个重要参数就是电流放大系数 B。当三极管的基极上加一个微小的 电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流 B倍的电流，即集电极电流。集 电极电流随基极电流的变化而变化， 并且基极电流很小的变化可以引起集电极电 流很大的变化，这就是三

6、极管的放大作用。 三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。 半导体三极管除了构成放大器和作开关元件使用外， 还能够做成一些可独立使用 的两端或三端器件 1. 扩流。 把一只小功率可控硅和一只大功率三极管组合， 就可得到一只大功率可控硅， 其 最大输出电流由大功率三极管的特性决定， 见附图 1 。图 2 为电容容量扩大电 路。利用三极管的电流放大作用， 将电容容量扩大若干倍。 这种等效电容和一般 电容器一样， 可浮置工作， 适用于在长延时电路中作定时电容。 用稳压二极管构 成的稳压电路虽具有简单、 元件少、制作经济方便的优点， 但由于稳压二极管稳 定电流一般只有数十毫安， 因而决定

7、了它只能用在负载电流不太大的场合。 图 3 可使原稳压二极管的稳定电流及动态电阻范围得到较大的扩展， 稳定性能可得到 较大的改善。 2. 代换。 图 4 中的两只三极管串联可直接代换调光台灯中的双向触发二极管； 图 5 中的 三极管可代用 8V 左右的稳压管。图 6 中的三极管可代用 30V 左右的稳压管。 上述应用时，三极管的基极均不使用。 3. 模拟。 用三极管够成的电路还可以模拟其它元器件。 大功率可变电阻价贵难觅， 用图 7 电路可作模拟品，调节 510 电阻的阻值，即可调节三极管 C 、 E 两极之间的 阻抗，此阻抗变化即可代替可变电阻使用。图 8 为用三极管模拟的稳压管。其 稳压原

8、理是：当加到 A 、 B 两端的输入电压上升时，因三极管的 B 、 E 结压 降基本不变， 故 R2 两端压降上升， 经过 R2 的电流上升， 三极管发射结正偏增 强，其导通性也增强， C 、 E 极间呈现的等效电阻减小， 压降降低， 从而使 AB 端的输入电压下降。调节 R2 即可调节此模拟稳压管的稳压值，等效为 img C：关于二、三极管的作用 PN结开成的单向导电性决定的，由PN结的特性 “反向截止且有漏电流、 有反向齐纳击穿、 雪崩 击穿”，把二个PN做到一到块儿且基区做得很薄（基电流不会大），再给BE的 PN结加上正向电压，另一 PN结加上反向电压，即一个 PN结正向导通，另一个 P

9、N结反向电击二、三极管所有功能首先是由于 是“正向导通且有导通电压”， 3 穿，形成了用BE电流控制CE电流的效果，即小电流控制大电流， 即电流放大作用，由所加PN电压的不同，三级管的放大、饱和、截止三种状态 有了。 二、三极管、电容、电感都是“非线性”器件，有用三极管的线性区模仿线性器 件使用，进行近似计算。 综上所述，二极管的主要应用当然是整流、稳压了 三级管主要是 （放大区）电流放大-电压放大-功率放大-差分放大-运算放大 - 滤波、比较、积分、微分、波形等非线性应用，利用饱和与截止可形成稳态电 中表示数字电路中的 0、 1 从而应用到数字电路中 D:三极管开关作用的原理、做开关时的特性

10、 三极管开关作用的原理是什么？三极管做开关时的特性是什么？ 三极管在饱和导通（发射结和集电结都是正偏置）时，其CE极间电压很小，比PN 结的导通电压还要低（硅管在0.5V以下），CE极间相当“短路”，即呈“开”的 状态。 三极管在截止状态（发射结、集电结都是反偏置）时，其CE极间的电流极小 （硅管基本上量不到 ），相当于“断开 （即关）”的状态。 三极管开关电路的特点是开关速度极快， 远远比机械开关快；没有机械接点， 不产生电火花； 开关的控制灵敏， 对控制信号的要求低； 导通时开关的电压降比 机械开关大， 关断时开关的漏电流比机械开关大； 不宜直接用于高电压、 强电流 的控制 晶闸管 又叫可

11、控硅。 自从 20 世纪 50 年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单 向晶闸管、 双向晶闸管、 光控晶闸管、 逆导晶闸管、 可关断晶闸管、 快速晶闸管， 等等。 最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管 整流电路属于不可控整流电路。 如果把二极管换成晶闸管， 就可以构成可控整流电路。 现在我画一个最简单的单 相半波可控整流电路图4（a）。在正弦交流电压U2的正半周期间，如果 VS 的控制极没有输入触发脉冲 Ug， VS 仍然不能导通，只有在 U2 处于正半周，在 控制极外加触发脉冲 Ug 时，晶闸管被触发导通。现在，画出它的波形图，可以 看到，只有在触发脉冲Ug到来时，负载

12、RL上才有电压UL输出。Ug到来得早， 晶闸管导通的时间就早； Ug 到来得晚，晶闸管导通的时间就晚。通过改变控制 极上触发脉冲Ug到来的时间，就可以调节负载上输出电压的平均值 UL。在电 工技术中，常把交流电的半个周期定为180,称为电角度。这样，在U2的每个 正半周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角 a;在每个 正半周内晶闸管导通的电角度叫导通角 B。很明显，a和B都是用来表示晶闸管 在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。 通过改变控制角a或导通角9, 改变负载上脉冲直流电压的平均值 UL，实现了可控整流。4 可控硅最主要的用途之一就是稳压稳流。 可控硅在自动控制

13、控制，机电领域，工业电气及家电等方面都有广泛的应用。 可 控硅是一种有源开关元件，平时它保持在非道通状态，直到由一个较少的控制信 号对其触发或称点火”使其道通，一旦被点火就算撤离触发信号它也保持道通状 态，要使其截止可在其阳极与阴极间加上反向电压或将流过可控硅 二极管的电流 减少到某一个值以下。 高压可控硅概述 高压可控硅是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件。 具有体 积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。该器件被 广泛应用于各种电子设备和电子产品中， 例如开关电源、复合开关、自动化电气 设备、路灯控制电路、直流电源、 机电控制电路以及三象交流输入的高压电路

14、 变频电路，还有变频电路，调光、调温、调速电路，电扇、洗衣机、饮水机、 微 波炉、空调等家用电器的控制电路，多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无 触点开关等。 高压可控硅工作原理 高压可控硅是P1N1P2N泗层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看 作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图 1所示 当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极 G输入 一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2= 3 2ib2。因为 BG2的集电极直接与 BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放

15、大，于是 BG1的集电极电流ic1= 3 lib仁3 1 3 2ib2。这个电流又流回到 BG2的基极，表成正反馈，使 ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。 由于BG1和BG2所构成的正反馈作用， 所以一旦可控硅导通后， 即使控制极G的电流消 失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这 种可控硅是不可关断的。5 由于可控硅只有导通和关断两种工作状态， 所以它具有开关特性， 这种特性需要一定的 条件才能转化，此条件见表 1 状慕 条件 说 从关到壽通 X 阳极电位高于是阴极电位 入 控制极有足够的正向电压和电流 绞椅导

16、通 K阳极电位高于阴极电位 2阳极电流大于维持电流 从异通强关断 h阳极电位低于阴极电位 2.阳极电流小于维持电流 任 高压可控硅的基本伏安特性见图 2 图2可控硅基本伏安特性 反向特性 当控制极开路，阳极加上反向电压时 （见图3），J2结正偏，但J1、J2结反偏。此时只 能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到 J1结的雪崩击穿电压后，接差J3结也击 穿，电流迅速增加，图 3的特性开始弯曲，如特性 OR段所示，弯曲处的电压 URO叫“反向 转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向 JI J2 J3 正向特性 6 当控制极开路，阳极上加上正向电压时 （见图4） , J1、J3结正偏，但J2

17、结反偏，这与 普通PN结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，图 3 的特性发生了弯曲，如特性 0A段所示，弯曲处的是 UBO叫：正向转折电压 二| A y y +* |pj| nl p2 nvM 图4阳极加正向电压 由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后，J2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的 电子和空穴，电子时入 N1区，空穴时入 P2区。进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入 N1区的空穴复合，同样，进入 P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合，雪 崩击穿，进入N1区的电子与进入 P2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在 N1区就有电 子积累，

18、在P2区就有空穴积累，结果使 P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正 偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图 3的虚线AB段。 这时J1、J2、J3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态 -通态，此时，它的 特性与普通的PN结正向特性相似，见图 2中的BC段 2、触发导通 _ c VGTV K A O! + 1 1# L# iy | nl | p2 JI J2 J3 图5阳极和控制极均加正向电压 图1、可控硅结构示意图和符号图 高压可控硅技术指标 芯片一致性好，参数稳定 封装车间达到国际无尘标准 电流-维持（lh） : 50mA 7 电压-断路：1600V 电

19、流-栅极触发电流（lgt）（ 最大）：25mA 电流- 非重复电涌：50、60Hz （ltsm）450A, 520A 电流-导通状态（It） : 45A 电压-栅极触发器（Vgt）（最大）：1.3V 封装/外壳：TO-247-3（直引线）非绝缘型 电流 /IT（RMS） : 45（A） 电压 /VDRM （1650V） 触发电流/IGT : 25mA 触发电压/VGT： VD=12V;IT=0.1A; 0.6 1.5V VD=VDRM（max）;IT=0.1A;Tj=125 C 0.25 0.4V 工作温度：125C（储存温度：-40+150C ） 门极散耗功率：0.5W 咼压可控硅用途 一般

20、家用电器中的调光灯、 调速风扇、空调机、电视机、电冰箱、洗衣机、照相机、 组合音响、声光电路、定时控制器、玩具装置、无线电遥控、摄像机及工业控制等都大量使 用了可控硅器件，具体用途如下： 可控整流: 普通晶闸管最基本的用途就是可控整流。 大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电 路。如果把二极管换成晶闸管，就可以构成可控整流电路、逆变、电机调速、电机励磁、无 8 触点开关及自动控制等方面。在电工技术中，常把交流电的半个周期定为 180,称为电角 度。这样，在U2的每个正半周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制 角a ；在每个正半周内晶闸管导通的电角度叫导通角 0。很明显，a和0

21、都是用来表示晶闸 管在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。 通过改变控制角a或导通角0,改变负 载上脉冲直流电压的平均值 UL实现了可控整流。 无触点开关： 可控硅的功用不仅是整流，它还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路， 实现将直 流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电，等等。 高压可控硅调试方法 1、若R1用100KQ , V1不能饱和，可用两只 9012管复合代替 V1; 2、调整R2阻值，以使SCR能被可靠触发导通。 据说老鼠对电磁场较为敏感，这是一般的高压电网灭鼠效果较差的原因。 本文介绍的电子灭鼠器， 平时电网上无高压， 它不会引起老鼠的警觉， 但

22、只要鼠体一触 及电网，电网便立即通上高压，瞬间将其击毙，其灭鼠效果较好。 B是一只隔离、升压式 变压器。由于电网利用大地作为一个电极，为防止杀鼠时市电触 电保安器误动作，用变压器将电路与市电隔离。 次级6V左右的低压经VD1整流、C1滤波后得到7V左右的直流电压作控制用。 高压交流电由VD2整流后得到的脉动电压作触杀电源。 单向可控硅SCR用于高压的开/关控制，SCF阴极直接接在电网上。 静态时，三极管V1因基极电路悬浮而截止， SCR亦截止，电网对地间只有很低的直流 电压，因而产生的电场很弱，不会使老鼠引起警觉。 当有老鼠碰到电网时， V1立即导通，将 SCR触发，脉动高压电立即加在电网上，将老 鼠击毙。 9 与此同时，V2也饱和导通，继电器 J通