第1章-半导体器件

第1章半导体器件

本章首先介绍二极管的结构及单向导电性、二极管的主要参数、特殊二极管的应用，然后介绍三极管的结构及电流放大作用、三极管的特性和主要参数，最后介绍场效应管的分类、特性以及晶闸管的结构和导电特性。

知识目标熟识二极管器件的外形和电路符号。掌握二极管的单向导电性和主要参数，了解伏安特性。了解稳压二极管的功能及使用常识。了解特殊二极管及应用。了解三极管的结构，掌握三极管符号、电流分配关系及放大作用。了解三极管的输入/输出特性、主要参数，掌握三极管的3种工作状态。了解场效应管的分类、主要参数和工作特点。了解晶闸管的结构、导电特性及主要参数。技能目标会使用万用表检测二极管的好坏和判别极性。会测量三极管的引脚及检测质量好坏。会查阅半导体器件手册，能按要求选用二极管、三极管。学会使用信号发生器、万用表和示波器。

科学技术的发展使我们的生活越来越丰富多彩，也越来越方便。

图1.1所示的生活情景体现了计算机、手机、MP3等电子产品的广泛使用。

而这些产品都离不开电子元器件，下面我们一起来学习讨论构成这些产品的基本半导体器件—二极管、三极管等。图1.1生活情景1.1二极管

人们根据物质导电性能，通常将其分为导体、绝缘体和半导体3大类。

导电性能良好的物质称为导体，如金、银、铜、铝等。几乎不导电的物质称为绝缘体，如陶瓷、橡胶、塑料等。

导电性能介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等。

图1.2所示为用于制造半导体器件的硅单晶材料。图1.2硅单晶材料

纯净半导体也叫做本征半导体，这种半导体只含有一种原子，且原子按一定规律整齐排列。

在常温下，半导体的导电能力很弱；在环境温度升高或有光照时，其导电能力随之增强。知识拓展——杂质半导体和半导体的奇妙特性1．在硅或锗这些本征半导体中，掺入微量的杂质元素后所得的半导体称为杂质半导体，它有N型半导体和P型半导体两种类型。

在硅本征半导体中，掺入微量的五价元素（磷或砷），就形成N型半导体。N型半导体中的自由电子数量多，空穴数量少，参与导电的主要是带负电的自由电子，如图1.3（a）所示。

在硅本征半导体中，掺入微量的三价的元素（铟或硼），就形成P型半导体。P型半导体中的空穴数量多，自由电子数量少，参与导电的主要是带正电的空穴，如图1.3（b）所示。

（a）N型半导体

（b）P型半导体

图1.3杂质型半导体 2．半导体之所以得到广泛的应用，主要在于它具有以下特性。（1）热敏性。（2）掺杂性。（3）光敏性。

应用半导体的掺杂技术可在一块硅片上形成P型半导体和N型半导体，在二者的交界面上会形成一个具有特殊导电性能的薄层，这个薄层被称为PN结，如图1.4所示，二极管的核心正是PN结。图1.4PN结1.1.1二极管的结构及符号 1．二极管的结构

图1.5所示为用于家用电器、稳压电源等电子产品中的各种不同外形的二极管。图1.5二极管的外形

二极管是由一个PN结构成的，从P区引出的电极为二极管正极，从N区引出的电极为二极管负极，然后用管壳将其封装起来。

二极管通常用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳，外壳上印有标记以便区分正负电极。2．二极管的图形符号

在电路图中并不需要画出二极管的结构，而是用统一规定的图形符号和文字符号来表示。

二极管的图形符号如图1.6所示，箭头的一边代表正极，另一边代表负极，而箭头所指方向是正向电流的方向。二极管的文字符号通常用VD表示。图1.6二极管的图形符号3．二极管分类①按材料分，有锗材料二极管和硅材料二极管两大类。②按结构分，有点接触型和面接触型结构。③按功能分，有整流管、变容管、开关管、雪崩管、光敏二极管等。1.1.2二极管的单向导电性

我们熟悉的电阻器是没有导电极性的，电流流过电阻器没有方向的限制，而图1.7所示二极管又是如何导电的呢？下面我们来学习二极管的导电特性。图1.7二极管导电特性示意图

按图1.8所示连接电路，观察指示灯的变化情况。（建议采用仿真演示）（a）加正向电压导通

（b）加反向电压截止

图1.8二极管导电性实验知识探究（1）加正向电压导通

在二极管的两端加电压是为给二极管以偏置。如果将电源高电位与二极管的正极相连，电源低电位与二极管的负极相连，称为正向偏置，简称正偏，如图1.8（a）所示。此时，二极管内部呈现较小的电阻，有较大的电流通过，二极管的这种状态为正向导通状态。实验表明在电源给二极管外加正向电压的情况下，二极管的电阻很小容易导电，此时灯亮，即二极管正向导通。（2）加反向电压截止

如果将电源低电位与二极管的正极相连，电源高电位与二极管的负极相连，称为给二极管外加反向偏置，简称反偏，如图1.8（b）所示。此时，二极管内部呈现较大的电阻，几乎没有电流通过，二极管的这种状态称为反向截止状态。实验表明在电源给二极管外加反向电压的情况下，二极管的电阻很大，与绝缘体相似几乎不导电，此时灯不亮，即二极管反向截止。归纳

二极管具有外加正向电压导通，外加反向电压截止的导电特性，即单向导电性。1.1.3二极管的伏安特性、主要参数1．二极管的伏安特性

加在二极管两端的电压与通过二极管的电流之间的关系称为伏安特性，由此得到的曲线即为伏安特性曲线，该曲线可通过实验的方法得到，也可利用晶体管图示仪十分方便地观测出。知识探究（1）正向特性（见图1.9中OAB段）。①当二极管两端所加的正向电压由零开始增大时，在正向电压比较小的范围内，正向电流很小，二极管呈现很大的电阻，如图中OA段，通常把这个范围称为死区，相应的电压叫做死区电压。硅二极管的死区电压约为0.5V，锗二极管的死区电压为0.1～0.2V。图1.9二极管的伏安特性曲线②外加正向电压超过死区电压以后，二极管呈现很小的电阻，正向电流ID迅速增加，这时二极管处于正向导通状态，如图中AB段为导通区，此时二极管两端电压降变化不大，该电压值称为正向压降（或管压降）。常温下硅二极管的正向压降为0.6～0.7V，锗二极管的正向压降为0.2～0.3V。（2）反向特性（见图1.9中OCD段）。①当给二极管加反向电压时，所形成的反向电流是很小的，而且在很大范围内基本不随反向电压的变化而变化，即保持恒定，如曲线OC段，称其为反向截止区，此处的IR称为反向饱和电流。②当反向电压大到一定数值（UBR）时，反向电流会急剧增大，如图中CD段，这种现象称为反向击穿，相应的电压叫做反向击穿电压。正常使用二极管时（稳压二极管除外），是不允许出现这种现象的，因为击穿后电流过大将会损坏二极管。2．二极管的主要参数

二极管有很多的参数，这些参数可以用来表示二极管的工作性能，以整流二极管为例，最主要的参数有以下两个。（1）最大整流电流（IFM）。IFM是指二极管长期工作时，允许通过二极管的最大正向平均电流，通常称做额定工作电流。不同型号的二极管其IFM差异很大，如果电路中实际工作电流超过了IFM，那么二极管发热过多就可能烧坏PN结，使二极管永久损坏。

（2）最高反向工作电压（URM）。二极管在使用时允许加上的URM通常称做额定工作电压。为了确保二极管安全工作，半导体器件手册中规定最高反向工作电压为反向击穿电压的1/2～1/3。3．二极管的开关特性

二极管在应用时，为简化分析，常将其理想化，即二极管导通时，两端压降很小，可视为短路，相当于开关闭合；二极管反向截止时，反向电流很小，相当于开关断开。具有这种理想特性的二极管称为理想二极管，它在电路中的作用类似于一个开关，因此在开关电路中有广泛的应用。4．二极管应用

二极管因具有单向导电性，所以成为整流电路（详见第5章）的主要元器件，而整流电路是组成直流稳压电源的一部分。此外，二极管还有其他应用，如钳位、限幅等。

在电子设备中较常用的二极管如下。①普通二极管：如2AP等系列，主要用于高频检波。②整流二极管：如2CZ、2DZ等系列，主要用于整流电路。③开关二极管：如2AK、2CK等系列，用于开关电路。④稳压二极管：如2CW、2DW等系列，用于各种稳压电路。5．二极管的简易测量

用万用表来检查二极管的质量或判别正、负极。1.1.4稳压二极管1．稳压二极管的结构

稳压二极管是一种用特殊工艺制造的面接触硅材料二极管，由于它具有稳定电压的功能，所以把这种类型的二极管称为稳压管，在稳压设备和一些电子电路中经常用到。

小型稳压管与二极管外型相似，其图形符号和实物图如图1.11所示。图1.11稳压管的图形符号与实物图2．稳压二极管的作用及其伏安特性知识探究

由稳压二极管伏安特性曲线可知，其正向特性与普通二极管相同，反向特性曲线在击穿区域比普通二极管更陡直。当反向电压增加到一定数值时（如增加到图1.12中所示的电压值UZ），反向电流急剧上升。

此后，反向电压只要稍有增加（如增加了ΔUZ），反向电流就会增加很快（如图中的ΔIZ），这种现象就是电击穿，电压UZ称为击穿电压。图1.12稳压管伏安特性曲线

通过稳压二极管的反向电流在很大范围内变化（IZmin～IZmax），而稳压二极管两端电压变化则很小，仅为图中的ΔUZ。据此，我们可以认为，稳压二极管两端的电压基本保持不变。可见，稳压二极管能稳定电压正是利用其反向击穿后电流剧变，而两端电压几乎不变的特性来实现的。归纳

稳压二极管工作在特性曲线的反向击穿区。这表明稳压二极管在击穿状态下，流过稳压二极管的电流在较大范围内变化（ΔIZ）时，而稳压二极管两端电压（ΔUZ）几乎不变，这就是稳压二极管的稳压作用。3．稳压二极管的主要参数（1）稳定电压（UZ）。该参数是指稳压二极管正常工作时其两端具有的电压值。每个稳压二极管只有一个稳定电压，但即使同一型号的稳压管，由于制造上的原因，难以使稳定电压为同一数值，而是有一定的分散性，在使用时要注意。（2）稳定电流（IZ）。该参数是指稳压二极管正常工作时稳定电流的参考值。（3）最大稳定电流（IZM）。该参数是指稳压二极管允许长期通过的最大工作电流。（4）额定功耗。该参数是由稳压二极管允许温升决定的。1.1.5其他特殊二极管1．发光二极管

发光二极管（LED）是将电信号变成光信号的一种半导体器件，工作在正向偏置状态，它具有功耗低、体积小、工作可靠等特点。

图1.13（a）所示为发光二极管的图形符号，图1.13（b）所示为实物图。

图1.13发光二极管LED在日常生活中无处不在，广泛应用在家用电器、照明、显示屏等领域，如图1.14所示。

LED能够发光，有红色、绿色、黄色等。它是由磷化镓、砷化镓半导体材料制成的，通过正向电流时，电子与空穴直接复合放出能量而发光，发光颜色主要取决于所用材料。材料不同，其正向压降也有较大差别（为1.5～3V）。与普通二极管一样，LED也具有单向导电性，即只有极性接对了才能发光。（a）洗衣机LED数码显示

（b）LED夜景照明

（c）室外显示屏

图1.14LED的典型应用

判别LED的好坏可用万用表的R

10k挡，当正向电阻小于50k

，反向电阻大于200k

为正常；如果正向、反向电阻均为无穷大，表明此管已坏。2．光电二极管

光电二极管又称为光敏二极管，其PN结工作在反向偏置状态。目前使用最多的是硅（Si）光电二极管。以下简介PN结型光电二极管，其图形符号如图1.15（a）所示，图1.15（b）所示为其实物图。图1.15光电二极管PN结型光电二极管同普通二极管一样，也是PN结构造，只是结面积较大，工作时加反向电压，在光照下产生光电流，光电流随光照强度的增加而上升。

管壳上有光窗，从而使入射光容易注入PN结的耗尽区中进行光电转换，结面积大增加了有效光面积，提高了光电转换效率。

在有光照时，光敏二极管在一定的反偏电压范围内（UR≥5V），其反向电流将随光照强度的增加而线性增加，这时的反向电流又叫做光电流。

在无光照射时，光敏二极管的伏安特性和普通二极管一样，此时的反向饱和电流叫做暗电流，一般在几微安到几百微安之间，其值随反向偏压的增大和环境温度的升高而增大。在检测弱光电信号时，必须考虑用暗电流小的管子。3．变容二极管

变容二极管用半导体材料硅或锗制成，利用PN结结电容随反向电压的增加而减小的原理工作。

变容二极管通常替代可变电容器，应用在电调谐器、锁相环频率合成器中。1.2三极管

三极管是具有电流放大作用的半导体器件，三极管组成的放大电路在实际电子设备中得到广泛应用，如收音机、电视机、扩音机、测量仪器、自动控制装置等。

图1.18所示为三极管放大作用的应用示意图。本节重点学习三极管的放大作用。图1.18三极管作用示意图1.2.1三极管的结构及符号1．三极管的结构

图1.19所示为常见三极管实物图及其外形。

三极管常采用塑料、金属或玻璃封装。图1.19常见三极管的实物图和外形

三极管是由两个PN结构成的，两个PN结将整个半导体基片分为3个区—发射区、基区和集电区。由3个区各引出一个电极，分别为基极b、发射极e和集电极c。

发射区与基区之间的PN结称为发射结，集电区与基区之间的PN结称为集电结。

三极管按结构可分为NPN型和PNP型两类，它们的结构及图形符号如图1.20所示，三极管文字符号为VT。（a）PNP型

（b）NPN型图1.20三极管结构及图形符号知识拓展——三极管内部结构的特点

三极管内部结构的特点是基区薄，掺杂浓度低；发射区掺杂的浓度比集电区、基区大得多；集电结面积比发射结的面积大，所以使用时，发射极和集电极一般不能互换。

三极管中两个PN结是通过很薄的基区联系起来的，因此，如果将两个二极管用导线串联起来是不能起到三极管的作用的。2．三极管的分类

三极管的种类很多，通常按以下方法进行分类。①按半导体材料分，可分为硅管和锗管。硅管工作稳定性优于锗管，因此当前生产和使用的多为硅管。②按内部基本结构分，可分为NPN型和PNP型两类。目前我国制造的硅管多为NPN型（也有少量PNP型），锗管多为PNP型。③按结构工艺分，可分为合金管和平面管。④按用途分，可分为普通放大管、开关管等。⑤按功率大小分，可分为小功率管、中功率管和大功率管。⑥按工作频率分，可分为超高频管、高频管和低频管。1.2.2三极管电流放大作用1．三极管的电流放大作用

在给三极管两个PN结加电压时，流过三极管各电极的电流分别用IB、IC、IE表示。

按图1.21所示连接电路，观察各极电流的大小及其关系。（建议采用仿真演示）图1.21三极管各极上的电流分配关系

实验中电流表显示三极管3个电极的电流值如表1.1所示。序

号1234IB/mA0.010.020.030.04IC/mA0.561.141.742.33IE/mA0.571.161.772.37表1.1 三极管各极电流知识探究（1）三极管电流分配关系

由表1.1中数据可见，3个电极电流在取值上满足下列关系式： IE=IB+IC（2）三极管电流放大作用

对表1.1中的数据进行分析可以得到以下几点结论。①IB变化时IC也跟着变化，IC受IB控制。例如，IB=0.02mA时，IC=1.14mA；IB=0.03mA时，IC=1.74mA。②IC与IB之间的比值几乎是一个常数，用

表示，称为共发射极直流电流放大系数。③ΔIC与ΔIB的比值几乎是一个常数，用

表示，

称为共发射极交流电流放大系数。IB的微小变化引起IC的较大变化，IC的变化量ΔIC受IB的变化量ΔIB的控制。归纳

三极管在一定的外界电压条件下所具有的IC受IB控制且二者成线性关系的特性，称为三极管的直流电流放大作用。而ΔIC受ΔIB控制且二者成线性关系的特性，称为三极管的交流电流放大作用。2．具有电流放大作用的条件

只有给三极管的发射结加正向电压、集电结加反向电压时，它才具有上述电流放大作用和电流分配关系。所以三极管具有电流放大作用的外部条件是：发射结正偏，集电结反偏，即对于NPN管的3个电极上的电位分布是UC＞UB＞UE。

对于PNP管，同样要求发射结加正向偏置，集电结加反向偏置，即3个电极上的电位分布是UC＜UB＜UE。只是应注意，因PNP管的导电极性与NPN管不同，所以PNP管接电源时极性与NPN管相反。3．三极管的连接方式（组态）

三极管的主要用途之一是构成放大器，简单地说，放大器的工作过程是从外界接收弱小信号，经放大后送给用电设备。放大器方框图如图1.22所示，其中接收外界信号的一边叫做输入端，有两个端钮（1、2）；送出信号的一边叫做输出端，该端也有两个端钮（3、4）。图1.22放大器方框图

因三极管只有3个电极，构成放大器时只能提供3个端，所以一定有一个电极要作为输入和输出的公共端。当把三极管的发射极作为公共端时，称三极管为共发射极连接方式或组态。相应的还有共基极组态、共集电极组态。

三极管的3种组态如图1.23所示。（a）共射组态

（b）共基组态

（c）共集组态

图1.23三极管的3种组态1.2.3三极管的特性曲线及主要参数1．三极管的伏安特性曲线（以共射组态为例）

同二极管一样，我们也可以通过伏安特性曲线描述三极管各极电流与极间电压之间的关系。

只是三极管伏安特性曲线分为输入特性曲线和输出特性曲线。（1）三极管输入特性曲线。反映输入电流IB与输入电压UBE之间关系的曲线叫做输入特性曲线，它以输出电压UCE一定值作参考量。当UCE≥1V之后，输入特性曲线基本重合，如图1.24所示。

通常把三极管电流开始明显增长的发射结电压称为导通电压。在室温下，硅管的导通电压约为0.6～0.7V，锗管的导通电压约为0.2～0.3V。图1.24三极管输入特性曲线（2）三极管输出特性曲线。反映输出电流IC与输出电压UCE之间关系的曲线叫做输出特性曲线，它以输入电流IB一定值作参考量，如图1.25所示。它表明了在一组输入电流IB作用下，IC与UCE之间的变化关系。也就是说，三极管特性曲线是具有相近特性的所有曲线构成一个曲线族，通常把它分成截止区、饱和区和放大区。每个区域对应PN结的不同偏置状态，各有不同特点。①截止区：IB=0那条输出特性曲线以下的区域为截止区。在这个区域内的三极管两个PN结均处于反向偏置状态，此时因不满足放大条件所以没有电流放大作用，各电极电流几乎全为零，相当于三极管内部各极开路，即相当于开关断开，此时管压降UCE近似等于电源电压。②放大区：每条曲线的平直部分所构成的区域为放大区。在该区域三极管满足发射结正偏、集电结反偏的放大条件，具有电流放大作用。在放大区的三极管IC只受IB控制，与UCE几乎无关。

当IB一定时，IC不随UCE而变化，即IC保持恒定，所以说三极管具有恒流特性。图1.25三极管输出特性曲线③饱和区：每条曲线拐点连线左侧的区域为饱和区。在这个区域内的三极管两个PN结均处于正向偏置状态，此时三极管因不满足放大条件也没有电流放大作用，当UCE减小到UCE<UBE时，此时IC已不再受IB控制。三极管饱和时的UCE值称为饱和压降，记作UCES，小功率硅管的UCES约为0.3V，锗管约为0.1V，此时三极管的集电极、发射极间呈现低电阻，相当于开关闭合。归纳

三极管具有“放大”和“开关”两大功能。当三极管工作在放大区时，它有电流放大的作用，可应用于模拟电路中；当三极管工作在饱和与截止区时，相当于开关的闭合与断开，即有开关的特性，可应用于脉冲数字电路中。2．三极管的主要参数

三极管的性能可用参数表示。三极管的参数可作为设计电路、合理使用器件的参考。

三极管的参数很多，主要参数如下。（1）电流放大系数。①共发直流电流放大系数

。它是反映三极管直流电流放大能力强弱的参数，它的定义是式中Ｃ为常数。②共发交流电流放大系数

。它是反映三极管交流电流放大能力强弱的参数，它的定义是式中Ｃ为常数。当三极管工作频率不太高时，

和

近似相等。（2）反向饱和电流。①集—基反向饱和电流ICBO。它是指三极管发射极开路时，流过集电结的反向漏电电流。通常锗管的ICBO为微安数量级，而硅管比锗管小一至两个数量级。反向电流ICBO会随温度上升而增大，ICBO大的三极管工作稳定性较差。②集—射反向饱和电流ICEO。它是指三极管基极开路时，集电极与发射极之间加上一定的电压时集电极的电流。ICEO与ICBO的关系为ICEO=(1+

)ICBOICEO是ICBO的（1+

）倍，所以它受温度影响不可忽视。（3）极限参数。极限参数是三极管正常工作时所不能超越的数值界限。①集电极最大允许电流ICM。若三极管的IC超过此值，其

值将下降到正常值的2/3以下。

②集电极最大允许耗散功率PCM。它是三极管的最大允许功率损耗。③集—射反向击穿电压U(BR)CEO。它是基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压，下标中“B”表示击穿，“R”表示反向。若三极管的UCE超过U(BR)CEO，会引起击穿致使三极管损坏。3．三极管的简易测量

在实际的应用中，常用万用表来判断三极管引脚及类型。1.3场效应管

场效应三极管简称场效应管，它也是一种具有PN结的半导体器件。我们知道，三极管是利用输入电流控制输出电流的器件，称之为电流控制器件，而场效应管则是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流的器件，称为电压控制器件。

与三极管相比，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、耗电省、制造工艺简单等优点，便于实现集成化，目前已广泛应用于各种电子电路中。1.3.1场效应管的类型、结构及符号1．场效应管的类型

场效应管按其结构的不同分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管，其外形如图1.27所示。

而结型场效应管又分为N沟道、P沟道两类；绝缘栅型场效应管分为增强型和耗尽型两类，每类又有P沟道和N沟道两种。图1.27场效应管外形2．场效应管的结构及图形符号

以N沟道增强型绝缘栅场效应管为例做一简单介绍。

图1.28（a）所示为N沟道增强型绝缘栅场效应管结构示意图，它是用一块杂质浓度较低的P型硅片作衬底，在上面扩散两个相距很近，掺杂浓度高的N型区（图中N+区），并用金属线引出两个电极，分别称为源极S和漏极D，在硅片表面生成一层薄薄的绝缘层（SiO2），绝缘层上再制作一层铝金属膜作为栅极G。

图1.28（b）所示为图形符号，D极与S极之间是3段断续线，表示为增强型；若是连续线表示为耗尽型。B为衬底引线，一般与源极S相连，箭头向内表示为N沟道，反之为P沟道。

因为栅极与其他电极及硅片之间是绝缘的，所以称为绝缘栅型场效应管。又由于它是由金属、氧化物、半导体所组成的，简称MOS场效应管。（a）结构示意图

（b）图形符号

图1.28N沟道增强型绝缘栅场效应管1.3.2绝缘栅型场效应管的伏安特性及主要参数1．特性曲线

以N沟道增强型绝缘栅型场效应管为例，场效应管的基本特性可以用它的转移特性曲线和输出特性曲线来描述。（1）转移特性曲线。由于场效应管的输入电流IG几乎为零，所以不需要输入特性。通常，把漏极电流ID与栅源电压UGS之间的关系称为转移特性。

转移特性曲线是指在UDS为一定值时，漏极电流ID与栅源电压UGS之间的关系曲线，如图1.29（a）所示。由转移特性曲线可以清楚地看出栅源电压对漏极电流的控制作用。（2）输出特性曲线。输出特性曲线是指在UGS为一定值时，漏极电流ID与漏源电压UDS之间的关系曲线，如图1.29（b）所示，输出特性曲线是一族曲线。可将输出特性分为3个区域，I区为可变电阻区，Ⅱ区为恒流区，Ⅲ区为击穿区。图1.29绝缘栅型场效应管特性曲线2．主要参数

场效应管的技术参数从不同侧面反映了它的一些特性，是选用器件的依据。（1）开启电压UGS(th)。UGS(th)是指UDS为定值（测试条件）、增强型场效应管开始产生ID电流时的栅源电压UGS。UGS(th)是增强型场效应管的重要参数，对于N沟道场效应管，UGS(th)为正值；对于P沟道场效应管，UGS(th)为负值。（2）夹断电压UGS(off)。UGS(off)是指UDS为定值（测试条件）、耗尽型场效应管处于刚开始夹断时的栅源电压UGS，属耗尽型场效应管的参数，N沟道场效应管的UGS(off)为负值。（3）饱和漏电流IDSS。IDSS是指在UGS=0的条件下，且UDS>UGS(off)时所对应的漏极电流。（4）跨导gm。gm是指UDS为定值时，栅源输入信号UGS与由它引起的漏极电流ID之比，即gm=

它是表明栅源电压UGS对漏极电流ID控制作用大小的一个重要参数。（5）漏极击穿电压U(BR)DS。U(BR)DS是指漏源极之间允许加的最大电压，实际电压值超过该参数时会使PN结反向击穿。1.4晶闸管

晶闸管全称硅晶体闸流管，又称可控硅整流元件。它是一种大功率半导体器件，是目前半导体器件从弱电进入强电领域，制造技术最成熟、应用最广泛的器件之一。

随着大功率电子器件的迅速发展，电力电子技术这门新兴的学科也逐步形成，并将广泛应用于生产和日常生活各领域中。

晶闸管品种很多，普通类型有单向晶闸管和双向晶闸管，特种类型有快速晶闸管、可关断晶闸管等，这里介绍普通晶闸管。1.4.1单向晶闸管结构及导电特性1．结构

晶闸管是用硅材料制成的半导体器件。单向晶闸管是由P型和N型半导体交替叠合而成的P-N-P-N4层半导体元件，具有3个PN结和3个电极。

图1.30（a）所示为晶闸管的外形，有螺栓式、平板式和塑封式3种，图1.30（b）所示为晶闸管的结构，图1.30（c）所示为其图形符号，晶闸管的文字符号为VS。图1.30晶闸管的外形结构和图形符号

单向晶闸管的结构图中，P1引出的电极为阳极（A），N2引出的电极为阴极（K），P2引出的电极为控制极（G）。3个PN结分别为J1、J2和J3。

单向晶闸管的图形符号与二极管相似，只是在其阴极处增加一个控制极，表明其导通的条件除了和二极管一样需要正向偏置的电压外，还需另外增加一个条件，那就是要有控制信号。2．导电特性

单向晶闸管可以理解为一个受控制的二极管，由其图形符号可见，它也具有单向导电性，不同之处是除了应具有阳极与阴极之间的正向偏置电压外，还必须给控制极加一个足够大的控制电压，在这个控制电压作用下，晶闸管就会像二极管一样导通了。一旦晶闸管导通，控制电压即使取消，也不会影响其正向导通的工作状态。

晶闸管单向导电性可用图1.31所示实验电路验证。图1.31晶闸管导电性实验图知识探究

实验说明无控制信号时，指示灯均不亮，即晶闸管不导通（阻断）；当阳极、控制极均正偏时，指示灯亮，即晶闸管导通；若二者有一个反偏时指示灯不亮，即晶闸管不导通；指示灯亮后，如果撤掉控制电压，指示灯仍亮，即晶闸管仍然导通。归纳

要使晶闸管由阻断状态变为导通状态，必须在晶闸管上加正向电压的同时，在控制极上加一定大小的正向电压（这个电压称为触发电压），这样才能使晶闸管导通，一旦晶闸管导通，控制极就失去控制作用。3．主要参数

①额定通态平均电流IF。指晶闸管允许通过的工频正弦半波电流的平均值。②通态平均管压降UF。指晶闸管正向导通状态下阳极和阴极两端的平均电压降，一般为0.6～1.2V。③维持电流IH。维持晶闸管导通状态所需的最小阳极电流。④最小触发电压UG。指晶闸管正向偏置情况下，为使其导通而要求控制极所加的最小触发电压，一般为1～5V。1.4.2双向晶闸管

1．结构

双向晶闸管是一种新型的半导体三端器件，它具有相当于两个单向晶闸管反向并联工作的作用。

图1.32所示为双向晶闸管的实物图和图形符号。

符号中的T1、T2称为两个主电极，无所谓阳极和阴极之分，G仍为控制极。（a）实物图

（b）图形符号

图1.32双向晶闸管的外形和符号2．导电特性

双向晶闸管具有比较对称的正、反向伏安特性。若控制极加正极性触发信号，双向晶闸管导通，电流方向是从T2流向T1；若控制极加负极性触发信号，双向晶闸管导通，电流方向是从T1流向T2。

由此可见，双向晶闸管只用一个控制极，就可以控制它的正向导通和反向导通。归纳

双向晶闸管不管它的控制极电压极性如何，它都可能被触发导通。1.5技能训练1.5.1常用电子仪器仪表的使用学习目标认识实验室中常用的电子仪器，理解其功能、面板标识、换挡开关与显示。学会万用表的使用方法，会用万用表测量直流电流、直流电压、电阻等参数。学会示波器的使用方法，会用示波器观察波形、测量参数。学会信号发生器的使用方法，会用信号发生器为实验电路提供输入信号。做简单的测量练习，了解仪器的操作要领与注意事项。情景模拟

日常生活中常用的家用电器，如彩色电视机、电饭煲、收音机等在使用过程中出现故障时，需要使用相应的仪器仪表进行检测维修，如图1.33所示。

检测维修家用电器要用到最基本的仪器仪表—万用表、示波器、信号发生器，这些仪器仪表如何使用，将是本小节要解决的问题。图1.33小电器检修示意图基础知识1．实验箱的使用

下面以ELB型电子实验箱为例，介绍它的使用方法。

实验箱如图1.34所示，其中图（a）为实验箱外形，图（b）为实验箱内部结构。打开实验箱，其内部有稳压电源、信号发生器及连接电路使用的面包接线板。（a）外形

（b）内部结构

图1.34实验箱

实验箱内部左上方部分为信号发生器，调节其幅度旋钮、频率旋钮，从红、黑两个插孔即可引出实验中需要的正弦波交流输出信号。

实验箱内部左下方部分为直流稳压电源，从红、黑两个插孔即可引出实验中需要的+12V直流稳压电源。

实验箱内部右边中部为连接电路使用的面包板。2．万用表的使用

随着电子技术的发展，数字式万用表得到了广泛应用。但是在许多电路及仪器的检测中，还离不开指针式万用表。特别是在实验中，仍要经常使用指针式万用表。下面以常用的MF—47型指针式万用表为例，介绍其使用方法。MF—47型指针式万用表实物图如图1.35所示。图1.35指针式万用表MF—47型指针式万用表面板结构有表盘、转换开关、表头指针、机械调零旋钮、零欧姆调零旋钮和表笔插孔。（1）调零。（2）直流电流的测量方法。①选量程。将转换开关调至所需电流挡，如待测电流约为5mA以下，则可调至直流电流5mA挡。②连接法。将万用表串联于电路中，红表笔接电流流入端，黑表笔接电流流出端，如图1.36所示。图1.36表串联于电路中③读数据。依据第2条刻度线中的第2组数据来读取。因为量程转换开关选择在5mA挡，意味着此时满刻度为5mA，即以10当1，以50当5来读数，读取的每个数据除以10即可，如图1.37所示，此时所测电流为1mA。图1.37读数（3）直流电压的测量方法。①选量程。将转换开关调至所需电压挡，如待测电压约为5V以下，则可调至直流电压5V挡。②连接法。将表并联于电路中，红表笔接元件一端，黑表笔接元件的另一端，如图1.38所示。图1.38用万用表测电压③读数据。依据第2条刻度线中的第3组数据来读取。因为选择10V挡，意味着此时满刻度为10V，所以这种情况下可直接读取。如图1.39所示，此时所测电压为3V。图1.39读数（4）欧姆挡的使用方法。①调零。将转换开关调至所需电阻挡，将红、黑表笔两端短接，看指针是否指零欧姆处，若不是，应调整零欧姆调零选钮，使指针指在零欧姆处，如图1.40所示。图1.40调欧姆零3．示波器的使用

下面以日立V—212型双踪示波器为例，介绍示波器的使用方法。（1）示波器。示波器实物图如图1.42所示，其面板如图1.43所示。图1.42日立V—212型示波器实物图1—电源指示灯2—电源开关3—聚焦调节旋钮4—跟踪控制5—辉度调节旋钮6—标准方脉冲信号输出7—地端

8—左通道输入端插座9—右通道输入端插座10—左通道Y轴放大器输入耦合方式11—右通道Y轴放大器输入耦合方式

12—左通道幅值刻度选择旋钮13—右通道幅度刻度选择旋钮14—左通道幅值扩展5倍键15—右通道幅值扩展5倍键

16—左通道坐标上下位移调节旋钮17—右通道坐标上下位移调节旋钮18—方式选择开关19—触发方式选择开关

20，21—直流校准控制22—扫描时间选择旋钮23—扫描微调控制24—坐标水平位移调节钮

25—触发源选择钮26—内部触发选择控制27—触发电子同步控制钮28—触发电平控制旋钮

图1.43日立V—212型示波器面板（2）使用方法（以单踪为例）。①打开电源开关。②分别调节16、24旋钮，将基线调整在中心位置。③分别调节5辉度调节旋钮、3聚焦调节旋钮使基线清晰。④调节12左通道幅值刻度选择旋钮到0.5V/div挡，如图1.44所示。图1.44幅值旋钮

⑤调节22扫描时间选择旋钮到0.5ms/div挡，如图1.45所示。⑥将探头接到8输入端，另一端接到6校准方波信号输出端。完成此接线，调节28触发电平控制旋钮，此时应出现示波器本身的校准方波波形，如图1.46所示，仔细观察此波形。⑦测方波幅度。当12旋钮为1V时，可看到方波峰—峰值为1个格（竖直方向数），则方波峰—峰值UPP=1V，如图1.47所示。

图1.45扫描时间旋钮图1.46示波器校准方波⑧测方波频率。当22旋钮为0.5ms/div时，可以看到每个方波的周期占2个空格（水平方向数），则方波周期T=1ms，其频率f=1kHz，如图1.47所示。图1.47读数4．信号发生器的使用

下面以实验箱中的信号发生器为例，介绍它的使用方法。（