第4章半导体分立器件课件

1、第4章 半导体分立器件4.1 半导体分立器件的命名方法4.2 半导体二极管4.3 半导体三极管4.4 场效应晶体管4.5 晶闸管4.1 半导体分立器件的命名方法4.1.1 国产半导体分立器件的命名法根据根据国家标准半导体器件型号命名方法（GB 249-74），半导体器件型号由五部分组成，其每一部分的含义见表4-1。4.1.2 国际电子联合会半导体器件命名法国际电子联合会半导体器件型号命名方法如表4-2所示。4.1.3 美国半导体器件型号命名法美国晶体管或其它半导体器件的型号命名法较混乱。这里介绍的是美国晶体管标准型号命名法，即美国电子工业协会（EIA）规定的晶体管分立器件型号的命名法。如表4-

2、3所示。下一页返回4.1 半导体分立器件的命名方法4.1.4 日本半导体器件型号命名法日本半导体分立器件（包括晶体管）或其它国家按日本专利生产的这类器件，都是按日本工业标准（JIS）规定的命名法（JIS-C-702）命名的。日本半导体分立器件的型号，由五至七部分组成。通常只用到前五部分。前五部分符号及意义如表4-4所示。第六、七部分的符号及意义通常是各公司自行规定的。 上一页返回4.2 半导体二极管二极管在电路中一般用VD表示，常见二极管的图形符号如图4-1所示。4.2.1 半导体二极管的分类二极管品种很多，大小各异，仅从外观上看，较常见的有玻璃壳二极管、塑封二极管、金属壳二极管、大功率螺栓状

3、金属壳二极管、微型二极管和片状二极管，如图4-2所示。按其制造材料的不同，可分为锗管和硅管两大类，每一类又分为N型和P型。 下一页返回4.2 半导体二极管按其制造工艺不同，可分为点接触型二极管和面接触型二极管。 按功能与用途不同，可包括检波二极管、整流二极管、开关二极管，稳压二极管、敏感二极管（磁敏二极管、温度效应二极管、压敏二极管等）、变容二极管、发光二极管、光电二极管和激光二极管等。4.2.2 半导体二极管的主要特性参数表征二极管性能的参数较多，且不同类型二极管的主要参数种类也不一样。一般常用的检波、整流二极管具有以下4个参数：上一页下一页返回4.2 半导体二极管1最大整流电流IF最大整流

4、电流IF，也称二极管的额定正向工作电流，指的是二极管长期连续正常工作时允许通过的最大正向平均电流值。使用时，流过二极管的平均电流不能超过这个数值，否则二极管就会发热而烧毁。2最高反向工作电压URM 最高反向工作电压URM是指反向加在二极管两端而不致引起PN结击穿的最大电压。使用中应选用URM大于实际工作电压2倍以上的二极管，如果实际工作电压的峰值超过URM，二极管将被击穿。上一页下一页返回4.2 半导体二极管3反向饱和漏电流IRM IRM指在二极管两端加入反向电压时，流过二极管的电流。由于载流子的漂移作用，二极管截止时仍有反向电流流过PN结，该电流受温度及反向电压的影响。IRM越小，二极管的单

5、向导电性能越好。 4最高工作频率fM fM是指保证二极管单向导电作用的最高工作频率。由于PN结的结电容的存在，使二极管所能应用的工作频率有一个上限。若信号频率超过此值，管子的单向导电性将变坏。上一页下一页返回4.2 半导体二极管4.2.3 几种常用半导体二极管1整流二极管整流二极管是利用PN结的单向导电特性，把交流电变成脉动直流电。整流二极管多数采用平面接触型，硅材料制成金属封装或塑料封装的二极管，其特点是允许通过的电流比较大，反向击穿电压比较高，但PN结的结电容比较大，一般应用于频率不高的电路中。2检波二极管检波(也称解调)二极管是利用PN结单向导电性，将高频或中频无线电信号中的低频信号或音

6、频信号取出来，广泛应用在半导体收音机、收录机、电视机及通信等设备的小信号电路中。检波二极管多采用点接触结构，多采用玻璃或陶瓷外壳封装，以保证良好的高频特性。 上一页下一页返回4.2 半导体二极管3开关二极管开关二极管就是为在电路中实现“开”或“关”二设计制造的一类二极管。开关二极管具有单向导电的特性，在正向偏置下导通，且导通电阻很小，约几十至几百欧；在反向偏置下截止，且截止电阻很大，硅管在10兆欧以上，锗管也有几十至几百千欧。利用这一特性，开关二极管在电路中对电流起到“接通”或“关断”的开关作用。开关二极管多以玻璃或陶瓷外壳封装，具有开关速度快、体积小、寿命长、可靠性高等特点，广泛应用在自动控

7、制电路中。上一页下一页返回4.2 半导体二极管4稳压二极管稳压二极管，是利用PN结反向击穿后，其端电压在一定范围内基本保持不变的特性而制成的。稳压二极管是一种齐纳二极管，在电路中专门用来稳定电压的。稳压二极管一般采用硅材料制成，其封装形式有塑料封装、金属封装和玻璃封装。目前应用较多的为塑料封装稳压二极管。稳压二极管的主要参数是稳定电压UZ和最大工作电流IZM。上一页下一页返回4.2 半导体二极管（1）稳定电压UZ稳定电压是指稳压二极管在起稳压作用的范围内，其两端的反向电压值。 （2）最大工作电流IZMIZM是指稳压二极管长期正常工作时，所允许通过的最大反向电流值。 5变容二极管变容二极管是利用

8、PN结的空间电荷层具有电容特性的原理制成的二极管。其特点是结电容随加在管子上的反向电压大小而变化，反向电压越大，结电容越小；反向电压越小，结电容越大。变容二极管的应用范围很广。在无线电广播和电视设备中，通常利用变容二极管代替调谐回路和自动频率微调电路中的可变电容。上一页下一页返回4.2 半导体二极管6单结晶体管单结晶体管，也称双基极二极管，是由一个PN结和两个内电阻构成的三端半导体元件。其外形与三极管相似，有3只管脚，其中一个是发射极E，另外两个是基极：第基极B1和第二基极B2。单结晶体管的外形、结构、等效电路如图4-3所示。单结晶体管广泛用于振荡、定时、双稳电路及晶闸管触发电路，具有电路简单

9、、热稳定性好等优点。单结晶体管的典型应用是组成张弛振荡器。上一页下一页返回4.2 半导体二极管7双向二极管双向二极管等效于基极开路、集电极和发射极对称的NPN型晶体管。其正、反向伏安特性完全对称。双向二极管的结构、符号、伏安特性如图4-4所示。4.2.4 半导体二极管的检测方法1从外观上检查识别二极管极性常用二极管的外壳上均印有型号和标记。标记箭头所指的方向为阴极。有的二极管只有一个色点，有色点的一端为阴极。有的二极管管壳是透明玻璃管，则可看到连接触丝的一端为正极。上一页下一页返回4.2 半导体二极管2用万用表检测二极管的单向导电性用万用表欧姆档测量二极管的正、反向电阻，如果测得的反向电阻（约

10、几百千欧以上）和正向电阻（约几千欧以下）之比值在100以上，表明二极管性能良好。如果测得的反、正向电阻之比为几十、甚至几倍，表明二极管单向导电性不佳，不宜使用。如果正、反向电阻均为无限大，表明二极管断路。如果正、反电阻均为零，表明二极管短路。测试时需注意：检测小功率二极管时应将万用表置于R100或R1k档，检测中、大功率二极管时，方可将量程置于R1或R10档。上一页下一页返回4.2 半导体二极管3用万用表检测判断二极管极性当二极管外壳标志不清楚且又不是透明封装时，可以用万用表来判断其极性。将万用表置R100或R1K挡(不要用R1或R10k挡，由于R1挡的电流太大，容易烧毁管子，而R10K挡电压

11、太高，可能击穿管子)，且将万用表的两只表笔分别接触二极管的两个电极，若测出的电阻约为几十、几百欧或几千欧，则黑表笔所接触的电极为二极管的正极，红表笔所接触的电极是二极管的负极。若测出来的电阻约为几十千欧至几百千欧，则黑表笔所接触的电极为二极管的负极，红表笔所接触的电极为二极管的正极。上一页下一页返回4.2 半导体二极管4.2.5 半导体二极管的正确选用1类型选择按照用途选择二极管的类型。如用作检波可以选择点接触式锗二极管；如用作整流可以选择面接触型普通二极管或整流二极管；如用作光电转换可以选用光电二极管；如在开关电路中应使用开关二极管；如用作稳压选择稳压管等。 上一页下一页返回4.2 半导体二

12、极管2参数选择选用整流二极管时，主要应考虑其最大整流电流IF、最大反向工作电压URM这两个参数；选用检波二极管时，主要考虑其最高工作频率fM，最大反向饱和电流IRM等参数；选用稳压二极管是，主要考虑稳定电压UZ和最大工作电流IZM这两个参数等。3材料选择选择硅管还是锗管，可以按照以下原则决定：要求正向压降小的选锗管；要求反向电流小的选择硅管；要求反电压高，耐高压的选择硅管等。上一页返回4.3 半导体三极管半导体三极管又称晶体三极管，通常简称三极管，或称双极型晶体管，它是一种电流控制型的半导体器件，其最基本的作用就是放大，可用来对微弱信号进行放大，此外还可作无触点开关。 在电路中，半导体三极管用

13、文字符号VT来表示，其图形符号如图4-5所示。4.3.1 半导体三极管的分类1按所用半导体材料分 三极管按所用半导体材料分可分为硅三极管（硅管），锗三极管（锗管）。目前使用较多的是硅管，其稳定性较好，而锗管的反向电流较大，易受温度的影响。下一页返回4.3 半导体三极管2按封装方式分三极管按封装方式分可分为玻璃壳封装管、金属壳封装管、塑料封装管等。3按导电类型分 三极管按导电类型分可分为PNP型和NPN型。锗三极管多为PNP型，硅三极管多为NPN型。4按截止频率分 三极管按截止频率分可分为超高频管、高频管和低频管。 5按耗散功率分三极管按耗散功率分可分为大功率（PCM1W）、中功率(PCM在0.

14、51W)和小功率三极管(PCM0.5W)。上一页下一页返回4.3 半导体三极管6按用途分三极管按用途分可分为放大管、开关管等。常见三极管的外形如图4-6所示。4.3.2 三极管的引脚识别对于小功率三极管来说，有金属外壳和塑料外壳封装两种。对于金属外壳封装的，如果管壳上带有定位销，那么，将管底朝上，从定位销起，按顺时针方向，三根电极依次为E、B、C，如图4-7（a）所示。如果管壳上无定位销，三根电极在等腰三角形内，我们将有三根电极的等腰三角形置于上方，按顺时针方向，三根电极依次为E、B、C。如图4-7（b）所示。上一页下一页返回4.3 半导体三极管对于大功率三极管，外形一般分为F型和G型两种，如

15、F型管，从外形上只能看到两根电极。我们将管底朝上，两根电极置于左侧，则上为E，下为B，底座为C，如图4-8所示。G型管的三个电极一般在管壳的顶部，我们将管底朝下，三根电极置于左方，从最下电极起，顺时针方向，依次为E、B、C。4.3.3 半导体三极管的主要特性参数 表征三极管性能的参数很多，可大致分为三类，即直流参数、交流参数和极限参数。 1直流参数 （1）共发射极直流电流放大倍数它指没有交流信号输入时，集电极电流IC与基极电流IB之比，即 =IC/IB。上一页下一页返回4.3 半导体三极管（2）集电极发射极反向饱和电流ICEO它指基极开路时，集电极与发射极之间加上规定的反向电压时的集电极电流，

16、又称穿透电流。它是衡量三极管热稳定性的一个重要参数，其值越小，则三极管的热稳定性越好。（3）集电极基极反向饱和电流ICBO它指发射极开路时，集电极与基极之间加上规定的电压时的集电极电流。良好三极管的ICBO应很小。 上一页下一页返回4.3 半导体三极管2交流参数 （1）共发射极交流电流放大系数它指在共发射极电路中，集电极电流变化量IC与基极电流变化量IB之比，即IC/IB。同一个管子，在同等工作条件下，（2）共发射极截止频率f它是指电流放大系数因频率增高而下降至低频放大系数的0.707倍时的频率，即值下降了3dB时的频率。 （3）特征频率fT它是指值因频率升高而下降至1时的频率。fT的典型值为

17、1001000MHZ，实际工作频率f10kHz）。按封装形式可分为塑封式、陶瓷封装式、金属壳封装式和大功率螺栓式晶闸管等。晶闸管用文字符号VS表示，单向和双向晶闸管的图形符号和外形分别如图4-13所示和如图4-14所示。4.5.2 单向晶闸管1单向晶闸管的结构及等效电路单向晶闸管广泛地用于可控整流、交流调压、逆变器和开关电源电路中，其内部结构和等效电路如图4-15所示。上一页下一页返回4.5 晶闸管2单向晶闸管的导通与截止晶闸管的导通条件是：一是晶闸管承受正向电压(阳极电位高于阴极电位)。二是加上适当的正向控制极电压(控制极电位高于阴极电位)。这两个条件缺一不可。晶闸管一旦被触发导通，控制极即

18、失去控制作用，即使控制极电压变为0，此时晶闸管仍然保持导通。正因为如此，晶闸管的控制极控制信号只要是正向脉冲电压就可以了，称之为触发电压或触发脉冲。晶间管的关断条件是：去掉阳极正向电压；或者给阳极加反向电压；或者降低正向阳极电压，使通过晶闸管的电流降低到维持电流IH以下。上一页下一页返回4.5 晶闸管3单向晶闸管的主要特性参数表征单向晶闸管性能的参数有很多，在实际应用中，最关心的是它在阻断状态下能承受多大正向与反向电压，它在导通时能够通过多大的电流，要使它触发导通控制极需加多大的电压（电流），要使它关断时阳极电流要减小到多少等。（1）额定通态平均电流IT(AV)通态平均电流IT(AV)是指在规

19、定环境温度和标准散热及全导通条件下，晶闸管所允许通过的工频正弦半波电流的最大平均值。应选用IT(AV)大于电路实际工作电流的晶闸管。上一页下一页返回4.5 晶闸管（2）断态正向重复峰值电压UDRM断态正向重复峰值电压UDRM是指在控制极开路和晶闸管正向阻断的条件下，允许重复加在阳极与阴极间的最大正向电压，它反映了阻断条件下晶闸管能承受的最大正向电压。（3）反向击穿电压UBR反向击穿电压UBR是指晶闸管在控制极开路的情况下，加在阳极与阴极间的最大反向电压，超过此值，晶闸管就会校击穿。（4）反向重复峰值电压URRM反向重复峰值电压UDRM是指在控制极开路和额定结温的条件下，允许重复加在阳极与阴极间

20、的最大反向电压。上一页下一页返回4.5 晶闸管（5）维持电流IH维持电流IH是指在控制极开路、规定环境温度的条件下，维持晶闸管导通所需的最小阳极电流。它是由通态到断态的临界电流，要使导通中的晶闸管关断，必须使晶闸管的正向电流小于IH。（6）控制极触发电压UG和触发电流IG控制极触发电压UG和触发电流IG指在规定的环境温度下，使晶闸管导通时所必须的最小控制直流电压和直流电流值。上一页下一页返回4.5 晶闸管4单向晶闸管的检测方法（1）单向晶闸管的极性判别 螺栓形和平板形晶闸管的3个电极外部形状有很大的区别，根据它们的外形便基本上就可把它们的3个电极区分。 螺栓型的晶闸管：螺栓是阳极A，粗辫子线是

21、阴极K，细辫子线则是控制极G。 平板型的晶闸管：两个平面分别是阳极A和阴极K，细辫子线是控制极G。上一页下一页返回4.5 晶闸管塑封型晶闸管3个电极的引脚在外形上是一样的，对这种类型晶闸管可用万用表的欧姆挡来检测。将万用表置于R100或R1k挡，黑表笔接触晶闸管的某一电极，红表笔依次接触晶闸管的任意两个电极，如果有一次阻值很小，约几百欧，而另一次阻值很大，约几千欧，那么，以阻值较小的那次为准，黑表笔所接的电极就是控制极G，而红表笔所接的就是阴极K，剩下的电极便是阳极A了。在测试中，如果测得的正反向电阻值均很大时，说明黑表笔接触的不是控制极，应改测其他电极。上一页下一页返回4.5 晶闸管（2）检

22、测单向晶闸管的好坏用万用表的欧姆挡可以检测单向晶闸管的性能好坏。1）检测检查PN结的好坏由于单向晶闸管是由PNPN 4层3个PN结组成，A-G、A-K间正反向电阻都很大；G-K间的正向电阻较小，约为2k左右，而反向电阻较大，在80k左右。用万用表的最高电阻挡测试A-G和A-K的正反向电阻，若阻值很小，再换低阻挡测试，若阻值也较小，表示被测管PN结已击穿，不能使用。用万用表R10k或R100挡测试G-K间的电阻值，若测得正向电阻极大，甚至接近无穷大，表示被测管的G-K极间已被烧坏。上一页下一页返回4.5 晶闸管2）检测晶闸管的正向阻断特性可用阳极A与阴极K间的正向阻值判定。将万用表置于欧姆挡，黑

23、表笔接阳极，红表笔接阴极，测得阻值越大，表明正向漏电流越小，管子的正向阻断特性越好。3）检测晶闸管的反向阻断特性可用阳极A与阴极K间的反向阻值判定。将万用表置于欧姆挡，红表笔接阳极，黑表笔接阴极，测得阻值愈大，表明反向漏电流越小，管子的反向阻断特性越好。上一页下一页返回4.5 晶闸管5单向晶闸管的正确选用根据电路对晶闸管的要求进行合理的选择晶闸管。晶闸管实际工作承受的正常峰值电压应低于正、反向重复峰值电压UDRM和URRM，并留有23倍的额定电压的余量，还应有可靠的过电压保护措施。晶闸管实际工作通过的最大平均电流应低于额定通态平均电流IT(AV)，并应根据电流波形的变化进行相应换算，还应有1.

24、52倍的余量及过电流保护措施。晶闸管控制极实际触发电压和电流应大于晶闸管参数控制极触发电压UG和触发电流IG，以保证晶闸管可靠地被触发，但也不能超过允许的极限值。上一页下一页返回4.5 晶闸管4.5.3 双向晶闸管1双向晶闸管的结构和等效电路双向晶闸管是一个三端五层半导体结构器件，有3个电极，分别称为第一主电极T1、第二主电极T2、控制极G，其内部结构和等效电路如图4-16所示。从结构上看，可将双向晶闸管看作是把具有公共控制极G的一对反向并联的单向晶闸管做在同一块硅单晶片上，T1极和G极在硅片的正面，T2极在芯片的背面，且控制极区的面积远小于其余面积。G极和T1极很近，距T2极很远，因此，G极

25、与T1极之间的正、反向电阻均小，而G极与T2极、T2极与T1极之间的正反向电阻均为无穷大。不管两个主电极T1，、T2间的电压如何，正向和反向控制极信号都可以使双向晶闸管导通。上一页下一页返回4.5 晶闸管2双向晶闸管的触发方式双向晶闸管可以双向导通，即控制极上加正或负的触发脉冲，均能触发双向晶闸管正、反两个方向导通。通常，双向晶闸管有+、-、+、-四种触发方式。（1）+触发方式T2极为正，T1极为负，G极相对于T1极为正，正触发，触发电流为正，晶闸管导通方向为T2极T1极，此时T2为阳极，T1为阴极。如图4-17所示。上一页下一页返回4.5 晶闸管（2）-触发方式T2极为正，T1极为负，G极相

26、对于T1极为负，负触发，触发电流为负，导通方向为T2极T1极，此时T2为阳极，T1为阴极。如图4-18所示。（3）+触发方式T2极为负，T1极为正，G极相对于T1极为正，正触发，触发电流为正，晶闸管导通方向为T1极T2极，此时T1为阳极，T2为阴极。如图4-19所示。（4）-触发方式T2极为负，T1极为正，G极相对于T1极为负，负触发，触发电流为负，导通方向为T1极T2极，此时T1为阳极，T2为阴极。如图4-20所示。上一页下一页返回4.5 晶闸管3双向晶闸管的检测方法（1）检测双向晶闸管的极性G极与Tl极靠近，距T2极较远，G极与T1极之间的正、反向电阻均小，而G极与T2极、T2极与T1极之

27、间的正反向电阻均为无穷大。因此，可用万用表的R1k挡检测G极、T1极、T2极中任意两个电极间的正、反向电阻，其中若测得两个电极间的正、反向电阻都呈现低阻(约为100)，则这两个电极为G极、T1极，另一个是T2极。用一只表笔接假设的T2极，另一只表笔分别接其他两个电极，若所测得的阻值均为无穷大，假设的电极即为T2极。上一页下一页返回4.5 晶闸管判断出T2极以后，可以进一步判断T1极和G极。将黑表笔接T2极，红表笔接假设的T1极，电阻应为无穷大。接着用黑表笔把T2极和假设的G极连接在在一起，给G极加正触发信号，管子应导通，阻值应变小。将黑表笔与G极(假设的)脱离后，阻值若维持较小值不变，说明假设正确；若黑表笔与G极脱离后，阻值也随之变为无穷大，说明假设错误，原先假设的T1极为G极，G极为T1极。上一页下一页返回4.5 晶闸管（2）检测双向晶闸管的好坏将万用表置欧姆挡，如果测得T2-T1、T2-G之间的正反向电阻值接近无