电工电子实践二极管级

电工电子实践二极管级第一页，共九十页，2022年，8月28日

自然界中的各种物质,按导电能力分为:导体、绝缘体、半导体。晶体管又称半导体管，半导体导电能力介于导体和绝缘体之间。目前，制造晶体管的半导体材料多数是锗（Ge）、硅（Si）和镓（Ga）。通常将晶体管分为：晶体二极管、晶体三极管、场效应管和晶闸管（可控硅）。第二页，共九十页，2022年，8月28日PN结的形成半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层——PN结。第三页，共九十页，2022年，8月28日第四页，共九十页，2022年，8月28日第五页，共九十页，2022年，8月28日

当PN结两端加上不同极性的直流电压时，其导电性能将产生很大差异——正向导通时，呈现的电阻较小；反向截止时呈现的电阻较大。PN结的单向导电性

可将PN结视为一个理想开关，即导通时视为“短路”，截止时视为“开路”。第六页，共九十页，2022年，8月28日一、晶体二极管

用一定的工艺方法把P型和N型半导体紧密地结合在一起，由P区和N区各引出一个电极，用金属、塑料或玻璃管壳封装后，即构成一个晶体二极管。第七页，共九十页，2022年，8月28日按材料分：锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管；按用途分：整流二极管、稳压二极管、变容二极管、光电二极管、发光二极管、检波二极管、开关二极管、高压硅管等；晶体二极管的分类按封装形式分：塑封及金属封装等二极管；按功率分：大功率、中功率及小功率等。按制作工艺分：点接触型、面接触型、平面型二极管。第八页，共九十页，2022年，8月28日第九页，共九十页，2022年，8月28日第十页，共九十页，2022年，8月28日二极管的伏—安特性：第十一页，共九十页，2022年，8月28日二极管伏—安特性：第十二页，共九十页，2022年，8月28日二极管伏—安特性：第十三页，共九十页，2022年，8月28日二极管伏—安特性：第十四页，共九十页，2022年，8月28日二极管伏—安特性：第十五页，共九十页，2022年，8月28日二极管伏安特性曲线第十六页，共九十页，2022年，8月28日半导体二极管的主要参数1.

最大整流电流最大整流电流是指长期工作时，允许通过的最大正向电流值。使用时不能超过此值，否则二极管会发热而烧毁。2.

最高反向工作电压是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.

反向峰值电流指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。第十七页，共九十页，2022年，8月28日二极管的应用----限幅器0uEui<Eui³Eiu=第十八页，共九十页，2022年，8月28日整流：把交流电变成直流电的过程。整流原理：二极管的单向导电特性。二极管单相整流电路：把单相交流电变成直流电的电路。半波整流桥式整流倍压整流单相整流电路种类常用二极管介绍整流二极管：主要用于整流电路，把交流电变换成脉动的直流电。第十九页，共九十页，2022年，8月28日单相半波整流电路V：整流二极管，把交流电变成脉动直流电；T：电源变压器，把v1变成整流电路所需的电压值v2。利用二极管单向导电性可把交流电v2变成脉动直流电vL。由于电路仅利用v2的半个波形，故称为半波整流电路。由波形可见，v2一周期内，负载只用单方向的半个波形，这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电。第二十页，共九十页，2022年，8月28日单相桥式整流电路V1~V4为整流二极管，电路为桥式结构简化画法～～－＋～～－＋第二十一页，共九十页，2022年，8月28日

(2)v2负半周时，如图(b)所示，A点电位低于B点电位，则V2、V4导通(V1、V3截止)，i2自上而下流过负载RL。桥式整流电路工作过程工作原理

(1)v2正半周时，如图(a)所示，A点电位高于B点电位，则V1、V3导通(V2、V4截止)，i1

自上而下流过负载RL；第二十二页，共九十页，2022年，8月28日由波形图可见，v2一周期内，两组整流二极管轮流导通产生的单方向电流

i1

和i2叠加形成了iL。于是负载得到全波脉动直流电压vL。第二十三页，共九十页，2022年，8月28日半桥和全桥整流堆

整流元件组合件称为整流堆，常见的有：(1)半桥：2CQ型，如图(a)所示；(2)全桥：QL型，如图(b)所示。第二十四页，共九十页，2022年，8月28日稳压二极管：主要用于整流电路，把交流电变换成脉动的直流电。具有稳定电压的特点，实质上是一个二极管。二极管反向击穿时，当反向电压增大到一定值时，反向电流突然上升，此后当反向电压有极微小变化时，反向电流就会有很大的增加。二极管处于击穿状态，如果把击穿电流限制在一定的范围内，管子就可以长时间在反向击穿状态下稳定工作。第二十五页，共九十页，2022年，8月28日

稳压管利用了PN结反向击穿时其电压不随电流的变化而变化的特点，来达到稳压目的。稳压二极管是反向接入稳压电路的。为了避免稳压管因过流而损坏，必须加限流电阻。第二十六页，共九十页，2022年，8月28日发光二极管：发光二极管是一种将电能转化成光能的半导体器件。当给发光二极管加上正向电压，有一定的电流流过时就会发光。发光的颜色分为：红光、绿光、蓝光、三色变色发光。另外还有眼睛看不见的红外光。第二十七页，共九十页，2022年，8月28日光敏二极管光电二极管

工作在反偏状态,它的壳上有一个玻璃窗口，以便接受光照。第二十八页，共九十页，2022年，8月28日变容二极管：快恢复二极管：15A/80V工作在反向偏置状态。变容二极管在无绳电话机中主要用在手机或座机的高频调制电路。第二十九页，共九十页，2022年，8月28日瞬态电压抑制二极管（过电压保护）：高压硅堆：第三十页，共九十页，2022年，8月28日性能测量：(1)使用二极管时,正、负极不可接反。(2)更换二极管时,应用同类型或高一级的代替。(3)二极管的引线弯曲处距离外壳端面应不小于2mm,以免造成引线折断或外壳破裂。(4)由于发光二极管的正向导通电压一般在1.5V以上，故检测时必须用万用表的R10k挡，正向电阻小于50k，反相电阻大于200k时发光二极管为正常。使用注意事项：第三十一页，共九十页，2022年，8月28日万用表检测二极管第三十二页，共九十页，2022年，8月28日

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。二、晶体三极管第三十三页，共九十页，2022年，8月28日也称为晶体三极管，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。三极管具有三个电极。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b表示）。其他的两个电极成为集电极（用c表示）和发射极（用e表示）。由于不同的组合方式，形成了NPN型和PNP型三极管。半导体三极管第三十四页，共九十页，2022年，8月28日晶体三极管基本结构NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极符号：NPN型三极管PNP型三极管BECIBIEICBECIBIEIC第三十五页，共九十页，2022年，8月28日

无论是NPN型管还是PNP型管,它们内部均含有三个区:发射区、基区、集电区。从三个区各引出一个金属电极分别称为发射极（e）、基极（b）和集电极（c）;同时在三个区的两个交界处形成两个PN结,发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,集电区与基区之间形成的PN结称为集电结。第三十六页，共九十页，2022年，8月28日基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极结构特点：集电区：面积最大第三十七页，共九十页，2022年，8月28日

三极管的参数是用来表征其性能和适用范围的,也是评价三极管质量以及选择三极管的依据。常用的主要参数有:1）电流放大系数

2）反向饱和电流ICBO

3）穿透电流ICEO三极管的分类(1)按其结构类型分为NPN管和PNP管;(2)按其制作材料分为硅管和锗管;(3)按工作频率分为高频管和低频管;

三极管的主要参数第三十八页，共九十页，2022年，8月28日电流分配和放大原理1.三极管放大的外部条件BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏发射结正偏VB<VE集电结反偏VC<VB发射结正偏VB>VE集电结反偏VC>VB

PNPNPN从电位的角度看：第三十九页，共九十页，2022年，8月28日2.各电极电流关系及电流放大作用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结论:1）三电极电流关系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）IC

IB实质:基极电流的小的变化可以控制集电极电流的大的变化，这就是三极管的电流放大特性。第四十页，共九十页，2022年，8月28日IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O饱和区截止区放大区三极管的输出特性曲线放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：IC=IB,且

∆IC=

∆

IB饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCEUBE0.3V截止区：

UBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO

0

第四十一页，共九十页，2022年，8月28日第四十二页，共九十页，2022年，8月28日

要准确地了解一只三极管类型、性能与参数,可用专门的测量仪器进行测试,但一般粗略判别三极管的类型和管脚,可直接通过三极管的型号简单判断,也可利用万用表测量方法判断。下面具体介绍其型号的意义。

1．三极管型号命名方法三极管的型号一般由五大部分组成,如3AX31A、3DG12B、3CG14G等。下面以3DG110B为例说明各部分的命名含义。三极管的判别及手册的查阅方法第四十三页，共九十页，2022年，8月28日(1)第一部分由数字组成，表示电极数。“3”代表三极管。(2)第二部分由字母组成，表示三极管的材料与类型。如A表示PNP型锗管，B表示NPN型锗管，C表示PNP型硅管，D表示NPN型硅管。(3)第三部分由字母组成，表示管子的类型，即表明管子的功能。(4)第四部分由数字组成,表示三极管的序号。(5)第五部分由字母组成,表示三极管的规格号。第四十四页，共九十页，2022年，8月28日中国半导体型号和命名法：3DG201C3产品类型：高频小功率2材料极性：NPN硅管1电极数目：三极管5规格号：4器件序号：一位二位三位四位2｜二极管3｜三极管A：N型锗管A：高频中功率器件序号B：P型锗管G：高频小功率C：N型硅管D：低频大功率D：P型硅管X：低频小功率A：PNP型锗管T：场效应管B：NPN型锗管P：普通管C：PNP型硅管W：稳压管D：NPN型硅管U：光电器件E：化合物材料Z：整流器第四十五页，共九十页，2022年，8月28日日本半导体型号和命名法：2SC945A3产品类型：高频小功率2材料极性：NPN硅管1电极数目：三极管5改进号：4器件序号：一位二位三位四位五位1：二极管2：三极管N：具有n+1个有效电极的器件S：已在日本电子工业协会（JEIA）注册标志A：PNP高频管B：PNP低频管C：NPN高频管D：NPN低频管G：N沟道场效应管J：P沟道场效应管K：双向可控硅JEIA注册号A,B,C,D…等表示产品的改进型第四十六页，共九十页，2022年，8月28日欧洲半导体型号和命名法：BU208A3器件登记号：2器件类型：大功率开关管1器件材料：硅管4允许误差：一位二位三位四位A：锗材料B：硅材料C：砷化镓D：锑化铟R：复合A：检波二极管开关二极管B：变容二极管C：低频小功率三极管D：低频大功率三极管F：高频小功率L：高频大功率三极管H：磁敏二极管K：霍尔元件P：光敏器件Q：发光器件R：小可控硅S：小开关管T：大可控硅U：大开关管Y：整流二极管Z：稳压二极管登记号A,B,C,D…等表示产品的分档号第四十七页，共九十页，2022年，8月28日美国半导体型号和命名法：J2N3251A3EIA注册：已注册2PN结数目：三极管1器件类别：非军品5分档号：4注册号：一位二位三位四位五位JAN：军用品J：非军用品1：二极管2：三极管N：具有n+1个有效电极的器件N：已在美国电子工业协会（EIA）注册登记EIA注册号A,B,C,D…等表示产品的分档号第四十八页，共九十页，2022年，8月28日三极管的判别一、三颠倒，找基极

选用万用表欧姆挡的R×100或R×1k挡位。①任取两个电极1、2，表笔颠倒测量1、2之间的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；②再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。第四十九页，共九十页，2022年，8月28日三极管的判别二、PN结，定管型

根据b极与c、e极之间PN结方向确定管子的类型。黑表笔——基极，红表笔——另外任一c或e极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被测管即为PNP型。

第五十页，共九十页，2022年，8月28日引脚判别和测试:第五十一页，共九十页，2022年，8月28日三极管的判别三、顺箭头，偏转大

哪个是集电极c，哪个是发射极e呢?

用测穿透电流ICEO的方法确定c极和e极。NPN型三极管：测量Rce和Rec，仔细观察，有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔→c极→b极→e极→红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致(“顺箭头”)，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。BECIBIEIC第五十二页，共九十页，2022年，8月28日三极管的判别PNP型的三极管，道理也类似于NPN型，其电流流向一定是：黑表笔→e极→b极→c极→红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极e，红表笔所接的一定是集电极c。BECIBIEIC第五十三页，共九十页，2022年，8月28日方法2：集电极和发射极判别以NPN型管为例，确定基极后，假定其余的两个管脚为分别为以c极和e极，将黑表笔——假设的c极，红表笔——假设的e级，用手指把假设的c极和已测出的b极捏起来(但不要相碰)，记下此时的表针读数。再将假设的c极和e极互换，即把原来假设的为c极的管脚假设为e极，重复上述步骤。比较两次测得的电阻大小，测得电阻小的那一次假设是正确的。因为ce间的电阻小说明通过万用表的电流大，偏置正常。

第五十四页，共九十页，2022年，8月28日黑笔红笔NPN型第五十五页，共九十页，2022年，8月28日第五十六页，共九十页，2022年，8月28日

通过上述方法的判断,如果发现电路中的三极管已损坏,更换时一般应遵循下列原则:

（1）更换时,尽量更换相同型号的三极管。

（2）无相同型号更换时,新换三极管的极限参数应等于或大于原三极管的极限参数,如参数ICM、PCM、U（BR）CEO等。（3）性能好的三极管可代替性能差的三极管。如穿透电流ICEO小的三极管可代换ICEO大的,电流放大系数β高的可代替β低的。（4）在集电极耗散功率允许的情况下,可用高频管代替低频管，如3DG型可代替3DX型。（5）开关三极管可代替普通三极管,如3DK型代替3DG型,3AK型代替3AG型管。三极管的代换方法第五十七页，共九十页，2022年，8月28日特殊三极管

1．光电三极管：光电三极管也称光敏三极管，其等效电路和电路符号如图所示。

光电三极管的等效电路与电路符号第五十八页，共九十页，2022年，8月28日2、达林顿管将两只或多只普通三极管复合封装在一起，等效为一只高性能的三极管。达林顿管主要用于大功率开关电路、电动机调速控制电路、逆变电源电路等，用于驱动大功率负载。达林顿电路有四种接法，NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP，PNP+NPN，极性只认前面的三极管；放大倍数是两个三极管放大倍数的乘积。第五十九页，共九十页，2022年，8月28日第六十页，共九十页，2022年，8月28日简称场效应管,也是由半导体材料制成的。一般的晶体管:由两种极性的载流子，即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电，因此称为双极型晶体管；属于电流控制器件，通过控制基极电流达到控制集电极电流。FET:由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管。它属于电压控制型器件，其输出电流决定于输入信号电压的大小，管子的电流受控于栅极—源极之间的电压。三场效应三极管FieldEffectTransistor

(FET)第六十一页，共九十页，2022年，8月28日场效应管的三个电极分别称为：

漏极（D）、源极（S）、栅极（G）第六十二页，共九十页，2022年，8月28日双极型三极管和场效应型的比较

双极型三极管

场效应三极管结构NPN型结型耗尽型N沟道P沟道 PNP型绝缘栅增强型N沟道P沟道绝缘栅耗尽型N沟道P沟道

C与E一般不可倒置使用

D与S有的型号可倒置使用载流子多子扩散少子漂移多子漂移输入量电流输入电压输入控制电流控制电流源CCCS(β)电压控制电流源VCCS(gm)场效应三极管具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。

第六十三页，共九十页，2022年，8月28日

绝缘栅型场效应管，它是由金属、氧化物、半导体组成，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）。

结型场效应管（JFET）绝缘栅型场效应管（JGFET）P沟道型N沟道型耗尽型增强型P沟道型N沟道型P沟道型N沟道型场效应管场效应管的分类第六十四页，共九十页，2022年，8月28日结型场效应管的管脚识别和性能测试：

场效应管的栅极G—晶体管b极，源极S—e极，漏极D—c极判定栅极G:将万用表拨至R×1k档,用万用表的黑笔任意接一电极,红笔依次去接触其余的两个极,测其电阻。若两次测得的电阻值近似相等,则黑笔所接触的为栅极,另外两电极为漏极和源极。若两次测出的电阻都很大,则为N沟道;若两次测得的阻值都很小,则为P沟道。第六十五页，共九十页，2022年，8月28日结型场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，不必加以区分。源极与漏极间的电阻约为几千欧。

性能测试：将两只表笔分别接漏极D和源极S，然后用手碰触栅极G，此时表针偏转较大，说明管子是好的。如果表针不动，则表明管子坏了或性能不好。第六十六页，共九十页，2022年，8月28日

使用注意事项：

（1）结型场效应管和普通晶体三极管的使用注意事项相近。但栅源间电压不能接反，否则会烧坏管子。（2）对于绝缘栅型场效应管，其输入阻抗很高，为防止感应过压而击穿，保存时应将三个电极短路。使用时禁止用万用表测试小功率MOS管。（3）场效应管的漏、源极可以互换使用。但对于衬底已和源极接好线的，则不能再换。第六十七页，共九十页，2022年，8月28日四晶闸管第六十八页，共九十页，2022年，8月28日

可控硅又称“晶体闸流管”，也是一种半导体器件。它将P型半导体和N型半导体交替叠合成四层，形成三个PN结，再引出三个电极，这就是可控硅的内部结构。根据工作特性不同，可控硅分为单向可控硅、双向可控硅、可关断可控硅等几种。第六十九页，共九十页，2022年，8月28日

为了说明晶闸管的工作原理,可把四层PNPN半导体分成两部分,如图(b)所示。P1,N1,P2组成PNP型管,N2,P2,N1组成NPN型管,这样,可控硅就好像是由一对互补复合的三极管构成的,其等效电路如图(c)所示。第七十页，共九十页，2022年，8月28日晶闸管连接图

演示电路及操作过程

S断开,UGK=0,UAA为正向,灯泡不亮,称之为正向阻断S断开,UGK=0,UAA为反向,灯泡不亮。只有在控制极加上正向电压的前提下,晶闸管的单向导电性才得以实现。第七十一页，共九十页，2022年，8月28日S合上,UGK为正向,UAA为反向,灯泡不亮,称之为反向阻断S合上,UGK为正向,UAA为正向,灯泡亮,称之为触发导通晶闸管具有单向导电性第七十二页，共九十页，2022年，8月28日逐渐减小UAA,灯泡亮度变暗,直到熄灭断开S,灯泡仍亮,称之为维持导通导通的晶闸管即使去掉控制极电压,仍维持导通状态。要使导通的晶闸管关断,必须把正向阳极电压降低到一定值才能关断。第七十三页，共九十页，2022年，8月28日UGG反向,UAA正向,灯泡不亮,称之为反向触发UGG反向,UAA反向,灯泡仍不亮只有在控制极加上正向电压的前提下,晶闸管的单向导电性才得以实现。第七十四页，共九十页，2022年，8月28日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。

可控硅一旦导通，控制电压就失去作用，要使导通后的晶闸管重新关断，应设法减小阳极电流，使其小于晶闸管的导通维持电流。可控硅导通和关断条件

第七十五页，共九十页，2022年，8月28日单向可控硅：一般用于直流电路，在阴阳两极间加电压，如果控制极不加电，则不导通；控制极加上合适的控制电压，则阴阳两极呈控制导通状态。第七十六页，共九十页，2022年，8月28日单向可控硅测试：晶闸管G、K之间是一个PN结，相当于一个二极管，G为正极、K为负极。万用表选用电阻R×1档，用红黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑笔接的为控制极G，红笔接的为阴极K，另一空脚为阳极A。将黑表笔接阳极A，红表笔接阴极K。此时万用表指针应不动。用短接线瞬间短接阳极A和控制极G，此时万用表指针应向右偏转，阻值读数为10欧姆左右。如阳极A接黑表笔，阴极K接红表笔时，万用表指针发生偏转，说明该单向可控硅已击穿损坏。

第七十七页，共九十页，2022年，8月28日双向可控硅：实质上是两个反向并联的单向可控硅。一般用于交流电路，在阴阳两极间加电压，如果控制极不加电，则不导通；控制极加上合适的控制电压，则阴阳两极呈控制导通状态。GT1T2第七十八页，共九十页，2022年，8月28日用万用表电阻R×1档，用红黑两表笔分别测任意两引脚正反向电阻，结果其中两组读数为无穷大。若一组为数十欧姆时，该组红黑表笔所接的两引脚为第一阳极T1和控制极G，另一空脚即为第二阳极T2。确定A、G极后，再仔细测量T1、G极间正反向电阻，读数相对较小的那次测量的黑表笔所接的引脚为第一阳极T1，红表笔所接引脚为控制极G。双向可控硅测试第七十九页，共九十页，2022年，8月28日晶闸管的型号

国产晶闸管的型号有两种表示方法,即KP系列和3CT系列。额定通态平均电流的系列为1、5、10、20、30、50、100、200、300、400、500、600、900、1000(A)等14种规格。