課題1——二極管、三極管

1、電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)課題一課題一 電子元器件的識(shí)別和拆裝電子元器件的識(shí)別和拆裝任課教師：任課教師： 課題一 電子元器件的識(shí)別和拆裝o 電子電路中常用的器件包括：電阻、電容、二極管、三極管、可控硅、輕觸開(kāi)關(guān)、液晶、發(fā)光二極管、蜂鳴器、各種傳感器、芯片、繼電器、變壓器、壓敏電阻、保險(xiǎn)絲、光耦、濾波器、接插件、電機(jī)、天線等。o 本節(jié)課只針對(duì)最常用的各種元件進(jìn)行講解，拋磚引玉，各位同學(xué)在日常中應(yīng)注意積累相關(guān)知識(shí)。半導(dǎo)體的基本知識(shí)o 自然界中的物質(zhì)，按其導(dǎo)電能力可分為三大類： 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。 o 半導(dǎo)體的特點(diǎn)： 熱敏性 光敏性 摻雜性 半導(dǎo)體的基本知識(shí)o 本征半導(dǎo)體： 完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體材

2、料稱為本征半導(dǎo)體。 半導(dǎo)體的基本知識(shí)o 本征激發(fā)： 溫度越高，半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生的自由電子便越多。束縛電子脫離共價(jià)鍵成為自由電子后，在原來(lái)的位置留有一個(gè)空位，稱此空位為空穴。本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴成對(duì)出現(xiàn)，數(shù)目相同。 半導(dǎo)體的基本知識(shí)o 空穴運(yùn)動(dòng)： 空穴（如圖中位置1）出現(xiàn)以后，鄰近的束縛電子（如圖中位置2）可能獲取足夠的能量來(lái)填補(bǔ)這個(gè)空穴，而在這個(gè)束縛電子的位置又出現(xiàn)一個(gè)新的空位，另一個(gè)束縛電子（如圖中位置3）又會(huì)填補(bǔ)這個(gè)新的空位，這樣就形成束縛電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)。為了區(qū)別自由電子的運(yùn)動(dòng)，稱此束縛電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)為空穴運(yùn)動(dòng)。 半導(dǎo)體的基本知識(shí)o 空穴運(yùn)動(dòng)： 半導(dǎo)體的基本知識(shí)o 結(jié)論：o

3、 半導(dǎo)體中存在兩種載流子，一種是帶負(fù)電的自由電子，另一種是帶正電的空穴，它們都可以運(yùn)載電荷形成電流。 o 本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴相伴產(chǎn)生，數(shù)目相同。o 一定溫度下，本征半導(dǎo)體中電子空穴對(duì)的產(chǎn)生與復(fù)合相對(duì)平衡，電子空穴對(duì)的數(shù)目相對(duì)穩(wěn)定。o 溫度升高，激發(fā)的電子空穴對(duì)數(shù)目增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力增強(qiáng)。o 空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體導(dǎo)電區(qū)別導(dǎo)體導(dǎo)電的一個(gè)主要特征。 半導(dǎo)體的基本知識(shí)o N型半導(dǎo)體： 在硅（或鍺）半導(dǎo)體晶體中，摻入微量的五價(jià)元素，如磷（P）、砷（As）等，則構(gòu)成N型半導(dǎo)體。o 五價(jià)的元素具有五個(gè)價(jià)電子，它們進(jìn)入由硅（或鍺）組成的半導(dǎo)體晶體中，五價(jià)的原子取代四價(jià)的硅（或鍺）原子，在與相鄰的硅

4、（或鍺）原子組成共價(jià)鍵時(shí)，因?yàn)槎嘁粋€(gè)價(jià)電子不受共價(jià)鍵的束縛，很容易成為自由電子，于是半導(dǎo)體中自由電子的數(shù)目大量增加。自由電子參與導(dǎo)電移動(dòng)后，在原來(lái)的位置留下一個(gè)不能移動(dòng)的正離子，半導(dǎo)體仍然呈現(xiàn)電中性，但與此同時(shí)沒(méi)有相應(yīng)的空穴產(chǎn)生。如圖。半導(dǎo)體的基本知識(shí)o N型半導(dǎo)體：半導(dǎo)體的基本知識(shí)o P型半導(dǎo)體： 在硅（或鍺）半導(dǎo)體晶體中，摻入微量的三價(jià)元素，如硼（B）、銦（In）等，則構(gòu)成P型半導(dǎo)體。o 三價(jià)的元素只有三個(gè)價(jià)電子，在與相鄰的硅（或鍺）原子組成共價(jià)鍵時(shí)，由于缺少一個(gè)價(jià)電子，在晶體中便產(chǎn)生一個(gè)空位，鄰近的束縛電子如果獲取足夠的能量，有可能填補(bǔ)這個(gè)空位，使原子成為一個(gè)不能移動(dòng)的負(fù)離子，半導(dǎo)體仍然

5、呈現(xiàn)電中性，但與此同時(shí)沒(méi)有相應(yīng)的自由電子產(chǎn)生，如圖。半導(dǎo)體的基本知識(shí)o P型半導(dǎo)體： P型半導(dǎo)體中，空穴為多數(shù)載流子（多子），自由電子為少數(shù)載流子（少子）。P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電。 半導(dǎo)體的基本知識(shí)o PN結(jié)的形成： 多數(shù)載流子因濃度上的差異而形成的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，如圖。 半導(dǎo)體的基本知識(shí)o PN結(jié)的形成： 由于空穴和自由電子均是帶電的粒子，所以擴(kuò)散的結(jié)果使P區(qū)和N區(qū)原來(lái)的電中性被破壞，在交界面的兩側(cè)形成一個(gè)不能移動(dòng)的帶異性電荷的離子層，稱此離子層為空間電荷區(qū)，這就是所謂的PN結(jié)，如圖。 半導(dǎo)體的基本知識(shí)o PN結(jié)的形成： 在空間電荷區(qū)，多數(shù)載流子已經(jīng)擴(kuò)散到對(duì)方并復(fù)合掉了，或者說(shuō)消耗盡了，

6、因此又稱空間電荷區(qū)為耗盡層。如圖。 半導(dǎo)體的基本知識(shí)o PN結(jié)的形成：o 空間電荷區(qū)出現(xiàn)后，因?yàn)檎?fù)電荷的作用，將產(chǎn)生一個(gè)從N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)的方向，會(huì)對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。同時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)則可推動(dòng)少數(shù)載流子（P區(qū)的自由電子和N區(qū)的空穴）越過(guò)空間電荷區(qū)，進(jìn)入對(duì)方。少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反。無(wú)外加電場(chǎng)時(shí)，通過(guò)PN結(jié)的擴(kuò)散電流等于漂移電流，PN結(jié)中無(wú)電流流過(guò)，PN結(jié)的寬度保持一定而處于穩(wěn)定狀態(tài)。半導(dǎo)體的基本知識(shí)o PN結(jié)單向?qū)щ娦裕簅 如果在PN結(jié)兩端加上不同極性的電壓，PN結(jié)會(huì)呈現(xiàn)出不同的導(dǎo)電性能。o PN結(jié)外加正向電壓o

7、PN結(jié)P端接高電位，N端接低電位，稱PN結(jié)外加正向電壓，又稱PN結(jié)正向偏置，簡(jiǎn)稱為正偏，如圖。o PN結(jié)外加反向電壓o PN結(jié)P端接低電位，N端接高電位，稱PN結(jié)外加反向電壓，又稱PN結(jié)反向偏置，簡(jiǎn)稱為反偏，如圖。半導(dǎo)體的基本知識(shí)o PN結(jié)外加正向電壓半導(dǎo)體的基本知識(shí)o PN結(jié)外加反向電壓五、二極管符號(hào)o 由P端引出的電極是正極，由N端引出的電極是負(fù)極，箭頭的方向表示正向電流的方向，VD是二極管的文字符號(hào)。 五、二極管外形 五、二極管類型o 材料：鍺二極管（Ge管） 硅二極管（Si管）o 管芯結(jié)構(gòu)：點(diǎn)接觸型二極管 面接觸型二極管 平面型二極管o 用途：檢波二極管 整流二極管 穩(wěn)壓二極管 開(kāi)關(guān)二

8、極管 五、二極管類型 五、二極管類型o 整流二極管：利用二極管的單向?qū)щ娦裕梢园逊较蚪惶孀兓慕涣麟娮儞Q成單一方向的脈動(dòng)直流電。o 開(kāi)關(guān)元件：二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一直接通的開(kāi)關(guān)；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)，如同一只斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。利用二極管的開(kāi)關(guān)特性，可以組成各種邏輯電路。o 限幅元件：二極管正向?qū)ê?，它的正向壓降基本保持不變，利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號(hào)幅度限制在一定范圍內(nèi)。 五、二極管類型o 繼流二極管：在開(kāi)關(guān)電源的電感中和繼電器感性負(fù)載中起繼流作用。o 檢波二極管：在收音機(jī)中起檢波作用。o 變?nèi)荻O管：使用于電視機(jī)的高頻頭中

9、。o 發(fā)光二極管：發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱LED，采用砷化鎵和磷化鎵等材料制成。當(dāng)發(fā)光二極管PN結(jié)加上正向電壓時(shí)，PN結(jié)勢(shì)壘降低，載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng)，致使P區(qū)的空穴注入到N區(qū)，N區(qū)的電子注入到P區(qū)，這樣相互注入的空穴與電子相遇后會(huì)產(chǎn)生復(fù)合，復(fù)合時(shí)產(chǎn)生的能量大部分以光的形式出現(xiàn)，因此而發(fā)光。 五、二極管工作原理o 晶體二極管為一個(gè)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的PN結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于PN結(jié)兩遍載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。五、二極管工作原理o 當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使

10、載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。o 當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0 o 當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，PN結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。 五、二極管工作原理o 正向特性： 在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會(huì)導(dǎo)通，這種連接方式，稱為正向偏置。o 【當(dāng)在二極管兩端加很小的正向電壓時(shí)，二極管仍然不能導(dǎo)通，流過(guò)二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值（門檻電壓，死區(qū)電

11、壓），鍺管約0.2V，硅管約0.6V。此時(shí)，二極管才能真正導(dǎo)通。】五、二極管工作原理o 反向特性： 在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負(fù)極接在高電位端，此時(shí)二極管中幾乎沒(méi)有電流流過(guò)，此時(shí)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。o 【當(dāng)二極管處于反向偏置時(shí)，仍然會(huì)有微弱的反向電流流過(guò)二極管，稱為漏電流。當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會(huì)急劇增大，二極管將失去單項(xiàng)導(dǎo)電特性，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。】五、二極管導(dǎo)電特性o導(dǎo)電特性： 二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦?。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。五、二極管測(cè)試o 測(cè)試前先把萬(wàn)用表調(diào)到歐姆檔的R*1K檔

12、位，再將紅黑表筆短路，進(jìn)行歐姆調(diào)零。o【注意不要使用R*1檔，以免電流過(guò)大燒壞二極管】o 正向特性測(cè)試： 把萬(wàn)用表的黑表筆（表內(nèi)正極）搭觸二極管的負(fù)極。若表針不擺到0值，而是停在標(biāo)度盤的中間，這時(shí)的阻值就是二極管的正向電阻，一般正向電阻越小越好。若正向電阻為0值，說(shuō)明管芯短路損壞，若正向電阻接近無(wú)窮大值，說(shuō)明管芯斷路。斷路和短路的管子都不能使用。五、二極管測(cè)試o 測(cè)試前先把萬(wàn)用表調(diào)到歐姆檔的R*1K檔位，再將紅黑表筆短路，進(jìn)行歐姆調(diào)零。o【注意不要使用R*1檔，以免電流過(guò)大燒壞二極管】o 反向特性測(cè)試： 把萬(wàn)用表的紅表筆搭觸二極管的正極，黑表筆搭觸二極管的負(fù)極，若表針指在無(wú)窮大值或接近無(wú)窮大值

13、，管子就是合格的。五、二極管測(cè)試五、二極管主要參數(shù)o 額定正向工作電流（IF） 二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向電流值。因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò)管子時(shí)會(huì)使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過(guò)容許限度（硅管約140，鍺管約90）時(shí)，就會(huì)使管芯過(guò)熱而損壞。所以，二極管使用中不要超過(guò)二極管額定正向工作電流值。o 【例如，常用的IN4001-4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A?！课濉⒍O管主要參數(shù)o 最高反向工作電壓：（UBR） 加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時(shí)，會(huì)將管子擊穿，失去單項(xiàng)導(dǎo)電能力。為了保證使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。o 【例如，IN4001二極管反向耐壓為50V，IN4007反向耐

14、壓為1000V?！课?、二極管主要參數(shù)o 反向電流（IS） 指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過(guò)二極管的反向電流，反向電流越小，管子的單向單方向?qū)щ娦栽胶?。o 【反向電流與溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高10，反向電流增大1倍?！縪 【例如，2AP1型鍺二極管，在25時(shí)，反向電流若為250A，溫度升高到35，反向電流將上升到500A，以此類推，在75時(shí)，它的反向電流已達(dá)到8mA，不僅失去了單向?qū)щ娦?，還會(huì)使管子過(guò)熱而損壞?！课濉⑷龢O管o 半導(dǎo)體三極管也稱為晶體三極管，可以說(shuō)它是電子電路中最重要的器件。它主要的功能是電流放大和開(kāi)關(guān)作用。o 三極管顧名思義具有三個(gè)電極。二極管是由一個(gè)PN

15、結(jié)構(gòu)成的，而三極管由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，共用的一個(gè)電極成為三極管的基極（b表示）。其他的兩個(gè)電極成為集電極（c表示）和發(fā)射極（e表示）。由于不同的組合方式，形成了一種是NPN型三極管，另一種的PNP型三極管。五、三極管o 電子制作中常用的三極管有90*，包括低頻小功率硅管9013（NPN）、9012（PNP），低噪聲管9014（NPN），高頻小功率9018（NPN）等。它們的型號(hào)一般都標(biāo)在塑殼上，而樣子都一樣，都是to-92標(biāo)準(zhǔn)封裝。在老式的電子產(chǎn)品中還能見(jiàn)到3DG6（低頻小功率硅管）、3AX31（低頻小功率鍺管）等，它們的型號(hào)也都印在金屬的外殼上。我國(guó)生產(chǎn)的晶體管有一套命名規(guī)則：五、三極管命名規(guī)則o 第一部分的3表示為三極管。第二部分表示器件的材料和結(jié)構(gòu)。A：PNP型鍺材料；B：NPN型鍺材料；C：PNP型硅材料；D：NPN型硅材料。第三部分：光電管；K：開(kāi)關(guān)管；X：低頻小功率管；G：高頻小功率管；D：低頻大功率管；A：高頻大功率管。o 【3DJ型為場(chǎng)效應(yīng)管，BT開(kāi)頭的表示半導(dǎo)體特殊元件】五、三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)五、三極管