二极管三极管

培训教材（三）二极管几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。二极管的工作原理晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n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p-n结两边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。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载流子的扩散电流增加引起了正向电流。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10。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n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。二极管的类型二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为错二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。二极管的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。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。1、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。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，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（这一数值称为“门槛电压”，错管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（错管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。2、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。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，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。二极管的主要参数用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数：1、 额定正向工作电流是指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（硅管为140左右，错管为90左右）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。例如，常用的IN4001-4007型错二极管的额定正向工作电流为1A。2、 最高反向工作电压加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。3、 反向电流反向电流是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，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。例如2AP1型错二极管，在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为5uA，温度升高到75时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比错二极管在高温下具有较好的稳定性。测试二极管的好坏在业余条件下可以使用万用表测试二极管性能的好坏。测试前先把万用表的转换开关拨到欧姆档的RX1K档位（注意不要使用RX1档，以免电流过大烧坏二极管），再将红、黑两根表笔短路，进行欧姆调零。1、 正向特性测试把万用表的黑表笔（表内正极）搭触二极管的正极，，红表笔（表内负极）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。短路和断路的管子都不能使用。2、 反向特性测试把万且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，管子就是合格的。二极管的应用1、 整流二极管利用二极管单向导电性，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。2、 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，相当于一只接通的开关；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。3、 限幅元件二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，错管为0.3V）。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。4、 继流二极管在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。5、 检波二极管在收音机中起检波作用。6、 变容二极管使用于电视机的高频头中。三极管一、三极管的组成：由两个PN结构成，一个集电结，一个发射结。三个电极分别为集电极（用字母C或c表示）、基极（用字母B或b表示）、发射极（用字母E或e表示）。二、三极管的表示方法：三极管在电路中常用字母"V”、“VT”、“Q、“BG”表示。其图形表示方法如下：（NPN） （PNP）其中“B”表示三极管的基极，“C”表示三极管的集电极，“E”表示三极管的发射极。三、三极管的作用和分类：三极管在电路中主要起信号放大和开关控制作用。三极管按材料可分为硅材料三极管和错材料三极管，按极性可分为NPN三极管和PNP三极管，综合起来，分为硅NPN三极管、硅PNP三极管、错NPN三极管、错PNP三极管。四、三极管的主要参数：三极管的主要参数有电流放大系数、耗散功率、频率特性、集电极最大电流、最大反向电压、最大反向电流等。1、 电流放大系数主要是用来表示三极管的放大能力。根据其工作状态不同又分为直流电流放大系数和交流电流放大系数。直流电流放大系数也称之为静态电流放大系数或直流放大倍数，用hFE或P表示，指静态无变化信号输入时，集电极电流Ic与基极电流Ib的比值。交流电流放大系数也称之为动态电流放大系数或交流放大倍数，用hfe或P表示，指交流状态下，集电极电流变化量^Ic与基极电流变化量^Ib的比值。62、 耗散功率是指集电极最大允许耗散功率PCM，指三极管参数变化不超过规定允许值时的最大集电极耗散功率。通常将耗散功率小于1W的三极管称为小功率管，在1W到5W之间，同时包括1W第4页共8页称为中功率管，耗散功率大于等于5W称为大功率管。3、 频率特性参数包括特征频率fT和最高振荡频率fM。将fT小于等于3MHz称为低频管，大于等于30MHz称为高频管，在3MHz至30MHz之间的称为中频管。4、 集电极最大电流ICM，在集电极电流IC超过集电极最大电流ICM时，将影响电路的正常工作，甚至损坏。5、 最大反向电压.，指三极管在工作时所允许施加的最高工作电压，包括集电极一发射极反向击穿电压、集电极一基极反向击穿电压、基极一发射极反向击穿电压。6、 反向电流包括集电极一基极反向电流、集电极一发射极反向电流。五、三极管的工作条件：三个电极的作用：发射极用来发射电子；基极用来控制发射电子的数量；集电极用来收集电子。三极管各电极之间的电流关系：IE=IB+IC三极管的基本工作条件是发射结正偏，集电结反偏。其中发射结正向偏置电压约等于PN结电压，硅管0.6V—。^▼，错管0.2V—0.3V。六、三极管的命名方法：国产三极管的命名方法第一部分：名称第二部分：极性和材料第三部分：类别第四部分：序号第五部分：规格数字含义字母含义字母含义用数字表示同一类型产品的序号用字母表示同一类型的不同档次等3三极管A错材料G高频小功率管PNP型X低频小功率管B错材料A高频大功率管NPN型D低频大功率管C硅材料T闸流管PNP型K开关管D硅材料V微波管NPN型B雪崩管E化合物材料J阶跃恢复管U光敏管J结型场效应管七、用万用表判断三极管的极性：用机械万用表的RX100或RX1K档，或者数字万用表的二极管电阻测试档，用两个表笔测量三极管的任意两个引脚间的正反向电阻。在测量中发现，当黑表笔（或红表笔）分别接触另外两个引脚，万用表上显示均为低阻值，此时，所测三极管与黑表笔（或红表笔）连接的引脚便为基极B，另外两个引脚为集电极C和发射极E，若此时基极接的是红表笔，则该三极管为PNP管，否则位NPN管。测出基极后，再比较基极与另外两个引脚之间的正向电阻，通常正向电阻值较大的引脚为发射极E，较小的为集电极C。说明：数字万用表和机械万用表在电阻档中的表笔极性正好相反，数字万用表红表笔相当于机械万用表的黑表笔。日本半导体器件的命名方法第一部分：器件类型或有效电极数第二部分：极性和材料第三部分：类别第四部分：序号第五部分：规格数字含义字母含义字母含义用两位以上的整数表示在日本电子工业协会注册登记顺序号用字母表示对原来型号的改进0光敏二极管、晶体管或其组合管S表示已在日本电子工业协会注册登记的半导体分立器件APNP型高频管BPNP型低频管CNPN型高频管1二极管DNPN型低频管FP门极晶闸管2三极管GN门极晶闸管3具有四个电极或具有三个PN结的晶体管HN基极单结晶体管JP沟道场效应晶体管KN沟道场效应晶体管M双向晶闸管八、三极管好坏的判断：三极管好坏的判断可通过测量其PN结得正、反向电阻值来确定，同时还可判断三极管所使用的材料。一般错管PN结（B、E极之间，B、C极之间）的正向电阻为200—500Q，反向电阻大于100kQ；硅管PN结的正向电阻为3—15kQ，反向电阻大于500kQ。若测的三极管某个PN结的正、反向电阻值均为0或者无穷大，则可判断该三极管已击穿短路或开路损坏。集成电路集成电路（集成电路用字母IC表示，即IntegratedCircuit的缩写）是在同一块半导体材料上，利用各种不同的加工方法，同时制作出许多极少的电阻，电容及晶体管等电路元器件，并将它们联接起来，使其具有特定的电路功能，集成电路与普通电路的最大区别在于一块集成电路上的各个元件不可分离，从设计，制造，检测到使用均作为一个整体来处理，而普通电路的各分立元件是单独制造的，再一个个连接于是电路之中的！人们根据集成电路内所含元器件的多少来划分其“规模”的大小，通常，内含元器件数小于100的集成电路称为小规模的集成电路（SSIC），把内含元件100-1000个的集成电路称为中规模集成电路（MSIC），所内含元器件数为1000-10000的集成电路称为大规模集成电路（LSIC），把内含元器件数为10000-100000个的集成电路称为超大集成电路（VLSIC）。1、集成电路的封装与管脚的识别1）小外型封装小外型封装又称为SOP封装，其引脚数目在28以下，引脚分布在两边。判别管脚的方法是：IC的一角有一个黑点标记的，按逆时针方向数，诺IC没有标记点，将IC上的文字方向放正，从左下角开始逆时针方向数！2） 四方扁平封装四方扁平封装适用于高频和引脚较多的模块，简称QEP封装，四方都有引脚，其引脚数目一般为20以上，如许多中频模块，数据处理器，音频模块，微处理器，电源模块都采用这种封装！判别管脚的方法是：IC的一角有一个黑点标记的，按逆时针方向数，诺IC没有标记点，将IC上的文字方向放正，从左下角开始逆时针方向数！3） 栅格阵引脚封装栅格阵引脚封装又称BGA封装，是一个多层的芯片载体封装，这类封装的引脚集成在集成电路的“肚皮”下面，引线是以阵列式排列的，所以引脚的数目要远远超过引脚分布在封装外围的封装。利用阵列式封装，可以省去电路板多达70%的位置！BGA封装充分利用封装的整个底部来与电路板互联，而且利用不是引脚，而是焊锡球，因此两袖清风缩短了互联的距离。BGAIC的管脚由于在集成电路的肚皮下，其管脚不能像小外型封装的四方扁平封装集成电路那样进行定义，其定义方法是：行用英文字母表示，列则用数字表示，用行与列的组合来表示管脚，如：A1，B2等！2、集成电路的检测对于集成电路的质量检测，应了解它在电路中的作用，各管脚的电气参数以及和其它元件和互相关系等，有的放矢地用频谱仪，示波器或万能表来测试！1） 逻辑分析法所谓的逻辑分析法是指，如果怀疑一集成电路有问题，可以先测量该集成电路的输入信号是否正常，再测量其输出信号是否正常，如果有输入而无输出，一般即可断定该集成电路损坏！2） 直流电阻比较法直流电阻比较法是把要检测的集成电路各管脚的直流阻值与正常集成电睡的直流电阻值相比较