课题1——二极管、三极管

1、电子技术应用基础课题一课题一 电子元器件的识别和拆装电子元器件的识别和拆装任课教师：任课教师： 课题一 电子元器件的识别和拆装o 电子电路中常用的器件包括：电阻、电容、二极管、三极管、可控硅、轻触开关、液晶、发光二极管、蜂鸣器、各种传感器、芯片、继电器、变压器、压敏电阻、保险丝、光耦、滤波器、接插件、电机、天线等。o 本节课只针对最常用的各种元件进行讲解，抛砖引玉，各位同学在日常中应注意积累相关知识。半导体的基本知识o 自然界中的物质，按其导电能力可分为三大类： 导体、半导体和绝缘体。 o 半导体的特点： 热敏性 光敏性 掺杂性 半导体的基本知识o 本征半导体： 完全纯净的、结构完整的半导体材

2、料称为本征半导体。 半导体的基本知识o 本征激发： 温度越高，半导体材料中产生的自由电子便越多。束缚电子脱离共价键成为自由电子后，在原来的位置留有一个空位，称此空位为空穴。本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，数目相同。 半导体的基本知识o 空穴运动： 空穴（如图中位置1）出现以后，邻近的束缚电子（如图中位置2）可能获取足够的能量来填补这个空穴，而在这个束缚电子的位置又出现一个新的空位，另一个束缚电子（如图中位置3）又会填补这个新的空位，这样就形成束缚电子填补空穴的运动。为了区别自由电子的运动，称此束缚电子填补空穴的运动为空穴运动。 半导体的基本知识o 空穴运动： 半导体的基本知识o 结论：o

3、 半导体中存在两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴，它们都可以运载电荷形成电流。 o 本征半导体中，自由电子和空穴相伴产生，数目相同。o 一定温度下，本征半导体中电子空穴对的产生与复合相对平衡，电子空穴对的数目相对稳定。o 温度升高，激发的电子空穴对数目增加，半导体的导电能力增强。o 空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。 半导体的基本知识o N型半导体： 在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的五价元素，如磷（P）、砷（As）等，则构成N型半导体。o 五价的元素具有五个价电子，它们进入由硅（或锗）组成的半导体晶体中，五价的原子取代四价的硅（或锗）原子，在与相邻的硅

4、（或锗）原子组成共价键时，因为多一个价电子不受共价键的束缚，很容易成为自由电子，于是半导体中自由电子的数目大量增加。自由电子参与导电移动后，在原来的位置留下一个不能移动的正离子，半导体仍然呈现电中性，但与此同时没有相应的空穴产生。如图。半导体的基本知识o N型半导体：半导体的基本知识o P型半导体： 在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的三价元素，如硼（B）、铟（In）等，则构成P型半导体。o 三价的元素只有三个价电子，在与相邻的硅（或锗）原子组成共价键时，由于缺少一个价电子，在晶体中便产生一个空位，邻近的束缚电子如果获取足够的能量，有可能填补这个空位，使原子成为一个不能移动的负离子，半导体仍然

5、呈现电中性，但与此同时没有相应的自由电子产生，如图。半导体的基本知识o P型半导体： P型半导体中，空穴为多数载流子（多子），自由电子为少数载流子（少子）。P型半导体主要靠空穴导电。 半导体的基本知识o PN结的形成： 多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动，如图。 半导体的基本知识o PN结的形成： 由于空穴和自由电子均是带电的粒子，所以扩散的结果使P区和N区原来的电中性被破坏，在交界面的两侧形成一个不能移动的带异性电荷的离子层，称此离子层为空间电荷区，这就是所谓的PN结，如图。 半导体的基本知识o PN结的形成： 在空间电荷区，多数载流子已经扩散到对方并复合掉了，或者说消耗尽了，

6、因此又称空间电荷区为耗尽层。如图。 半导体的基本知识o PN结的形成：o 空间电荷区出现后，因为正负电荷的作用，将产生一个从N区指向P区的内电场。内电场的方向，会对多数载流子的扩散运动起阻碍作用。同时，内电场则可推动少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴）越过空间电荷区，进入对方。少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。漂移运动和扩散运动的方向相反。无外加电场时，通过PN结的扩散电流等于漂移电流，PN结中无电流流过，PN结的宽度保持一定而处于稳定状态。半导体的基本知识o PN结单向导电性：o 如果在PN结两端加上不同极性的电压，PN结会呈现出不同的导电性能。o PN结外加正向电压o

7、PN结P端接高电位，N端接低电位，称PN结外加正向电压，又称PN结正向偏置，简称为正偏，如图。o PN结外加反向电压o PN结P端接低电位，N端接高电位，称PN结外加反向电压，又称PN结反向偏置，简称为反偏，如图。半导体的基本知识o PN结外加正向电压半导体的基本知识o PN结外加反向电压五、二极管符号o 由P端引出的电极是正极，由N端引出的电极是负极，箭头的方向表示正向电流的方向，VD是二极管的文字符号。 五、二极管外形 五、二极管类型o 材料：锗二极管（Ge管） 硅二极管（Si管）o 管芯结构：点接触型二极管 面接触型二极管 平面型二极管o 用途：检波二极管 整流二极管 稳压二极管 开关二

8、极管 五、二极管类型 五、二极管类型o 整流二极管：利用二极管的单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。o 开关元件：二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一直接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。o 限幅元件：二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变，利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。 五、二极管类型o 继流二极管：在开关电源的电感中和继电器感性负载中起继流作用。o 检波二极管：在收音机中起检波作用。o 变容二极管：使用于电视机的高频头中

9、。o 发光二极管：发光二极管简称LED，采用砷化镓和磷化镓等材料制成。当发光二极管PN结加上正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现，因此而发光。 五、二极管工作原理o 晶体二极管为一个由P型半导体和N型半导体形成的PN结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于PN结两遍载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。五、二极管工作原理o 当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使

10、载流子的扩散电流增加引起了正向电流。o 当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0 o 当外加的反向电压高到一定程度时，PN结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。 五、二极管工作原理o 正向特性： 在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。o 【当在二极管两端加很小的正向电压时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（门槛电压，死区电

11、压），锗管约0.2V，硅管约0.6V。此时，二极管才能真正导通。】五、二极管工作原理o 反向特性： 在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。o 【当二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单项导电特性，这种状态称为二极管的击穿。】五、二极管导电特性o导电特性： 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。五、二极管测试o 测试前先把万用表调到欧姆档的R*1K档

12、位，再将红黑表笔短路，进行欧姆调零。o【注意不要使用R*1档，以免电流过大烧坏二极管】o 正向特性测试： 把万用表的黑表笔（表内正极）搭触二极管的负极。若表针不摆到0值，而是停在标度盘的中间，这时的阻值就是二极管的正向电阻，一般正向电阻越小越好。若正向电阻为0值，说明管芯短路损坏，若正向电阻接近无穷大值，说明管芯断路。断路和短路的管子都不能使用。五、二极管测试o 测试前先把万用表调到欧姆档的R*1K档位，再将红黑表笔短路，进行欧姆调零。o【注意不要使用R*1档，以免电流过大烧坏二极管】o 反向特性测试： 把万用表的红表笔搭触二极管的正极，黑表笔搭触二极管的负极，若表针指在无穷大值或接近无穷大值

13、，管子就是合格的。五、二极管测试五、二极管主要参数o 额定正向工作电流（IF） 二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管约140，锗管约90）时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。o 【例如，常用的IN4001-4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。】五、二极管主要参数o 最高反向工作电压：（UBR） 加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单项导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。o 【例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐

14、压为1000V。】五、二极管主要参数o 反向电流（IS） 指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流，反向电流越小，管子的单向单方向导电性越好。o 【反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大1倍。】o 【例如，2AP1型锗二极管，在25时，反向电流若为250A，温度升高到35，反向电流将上升到500A，以此类推，在75时，它的反向电流已达到8mA，不仅失去了单向导电性，还会使管子过热而损坏。】五、三极管o 半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。它主要的功能是电流放大和开关作用。o 三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN

15、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（b表示）。其他的两个电极成为集电极（c表示）和发射极（e表示）。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型三极管，另一种的PNP型三极管。五、三极管o 电子制作中常用的三极管有90*，包括低频小功率硅管9013（NPN）、9012（PNP），低噪声管9014（NPN），高频小功率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：五、三极管命名规则o 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型锗材料；C：PNP型硅材料；D：NPN型硅材料。第三部分：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。o 【3DJ型为场效应管，BT开头的表示半导体特殊元件】五、三极管内部结构五、三极管