課題1——二極管、三極管

1、電子技術應用基礎課題一課題一 電子元器件的識別和拆裝電子元器件的識別和拆裝任課教師：任課教師： 課題一 電子元器件的識別和拆裝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、輕觸開關、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、保險絲、光耦、濾波器、接插件、電機、天線等。o 本節(jié)課只針對最常用的各種元件進行講解，拋磚引玉，各位同學在日常中應注意積累相關知識。半導體的基本知識o 自然界中的物質，按其導電能力可分為三大類： 導體、半導體和絕緣體。 o 半導體的特點： 熱敏性 光敏性 摻雜性 半導體的基本知識o 本征半導體： 完全純凈的、結構完整的半導體材

2、料稱為本征半導體。 半導體的基本知識o 本征激發(fā)： 溫度越高，半導體材料中產(chǎn)生的自由電子便越多。束縛電子脫離共價鍵成為自由電子后，在原來的位置留有一個空位，稱此空位為空穴。本征半導體中，自由電子和空穴成對出現(xiàn)，數(shù)目相同。 半導體的基本知識o 空穴運動： 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填補這個空穴，而在這個束縛電子的位置又出現(xiàn)一個新的空位，另一個束縛電子（如圖中位置3）又會填補這個新的空位，這樣就形成束縛電子填補空穴的運動。為了區(qū)別自由電子的運動，稱此束縛電子填補空穴的運動為空穴運動。 半導體的基本知識o 空穴運動： 半導體的基本知識o 結論：o

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

4、（或鍺）原子組成共價鍵時，因為多一個價電子不受共價鍵的束縛，很容易成為自由電子，于是半導體中自由電子的數(shù)目大量增加。自由電子參與導電移動后，在原來的位置留下一個不能移動的正離子，半導體仍然呈現(xiàn)電中性，但與此同時沒有相應的空穴產(chǎn)生。如圖。半導體的基本知識o N型半導體：半導體的基本知識o P型半導體： 在硅（或鍺）半導體晶體中，摻入微量的三價元素，如硼（B）、銦（In）等，則構成P型半導體。o 三價的元素只有三個價電子，在與相鄰的硅（或鍺）原子組成共價鍵時，由于缺少一個價電子，在晶體中便產(chǎn)生一個空位，鄰近的束縛電子如果獲取足夠的能量，有可能填補這個空位，使原子成為一個不能移動的負離子，半導體仍然

5、呈現(xiàn)電中性，但與此同時沒有相應的自由電子產(chǎn)生，如圖。半導體的基本知識o P型半導體： P型半導體中，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型半導體主要靠空穴導電。 半導體的基本知識o PN結的形成： 多數(shù)載流子因濃度上的差異而形成的運動稱為擴散運動，如圖。 半導體的基本知識o PN結的形成： 由于空穴和自由電子均是帶電的粒子，所以擴散的結果使P區(qū)和N區(qū)原來的電中性被破壞，在交界面的兩側形成一個不能移動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，如圖。 半導體的基本知識o PN結的形成： 在空間電荷區(qū)，多數(shù)載流子已經(jīng)擴散到對方并復合掉了，或者說消耗盡了，

6、因此又稱空間電荷區(qū)為耗盡層。如圖。 半導體的基本知識o PN結的形成：o 空間電荷區(qū)出現(xiàn)后，因為正負電荷的作用，將產(chǎn)生一個從N區(qū)指向P區(qū)的內電場。內電場的方向，會對多數(shù)載流子的擴散運動起阻礙作用。同時，內電場則可推動少數(shù)載流子（P區(qū)的自由電子和N區(qū)的空穴）越過空間電荷區(qū)，進入對方。少數(shù)載流子在內電場作用下有規(guī)則的運動稱為漂移運動。漂移運動和擴散運動的方向相反。無外加電場時，通過PN結的擴散電流等于漂移電流，PN結中無電流流過，PN結的寬度保持一定而處于穩(wěn)定狀態(tài)。半導體的基本知識o PN結單向導電性：o 如果在PN結兩端加上不同極性的電壓，PN結會呈現(xiàn)出不同的導電性能。o PN結外加正向電壓o

7、PN結P端接高電位，N端接低電位，稱PN結外加正向電壓，又稱PN結正向偏置，簡稱為正偏，如圖。o PN結外加反向電壓o PN結P端接低電位，N端接高電位，稱PN結外加反向電壓，又稱PN結反向偏置，簡稱為反偏，如圖。半導體的基本知識o PN結外加正向電壓半導體的基本知識o PN結外加反向電壓五、二極管符號o 由P端引出的電極是正極，由N端引出的電極是負極，箭頭的方向表示正向電流的方向，VD是二極管的文字符號。 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 管芯結構：點接觸型二極管 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 開關二

8、極管 五、二極管類型 五、二極管類型o 整流二極管：利用二極管的單向導電性，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動直流電。o 開關元件：二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導通狀態(tài)，相當于一直接通的開關；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止狀態(tài)，如同一只斷開的開關。利用二極管的開關特性，可以組成各種邏輯電路。o 限幅元件：二極管正向導通后，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，可以把信號幅度限制在一定范圍內。 五、二極管類型o 繼流二極管：在開關電源的電感中和繼電器感性負載中起繼流作用。o 檢波二極管：在收音機中起檢波作用。o 變容二極管：使用于電視機的高頻頭中

9、。o 發(fā)光二極管：發(fā)光二極管簡稱LED，采用砷化鎵和磷化鎵等材料制成。當發(fā)光二極管PN結加上正向電壓時，PN結勢壘降低，載流子的擴散運動大于漂移運動，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產(chǎn)生復合，復合時產(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 晶體二極管為一個由P型半導體和N型半導體形成的PN結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于PN結兩遍載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場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 當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使

10、載流子的擴散電流增加引起了正向電流。o 當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流I0 o 當外加的反向電壓高到一定程度時，PN結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，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，負極接在低電位端，二極管就會導通，這種連接方式，稱為正向偏置。o 【當在二極管兩端加很小的正向電壓時，二極管仍然不能導通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到某一數(shù)值（門檻電壓，死區(qū)電

11、壓），鍺管約0.2V，硅管約0.6V。此時，二極管才能真正導通。】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，負極接在高電位端，此時二極管中幾乎沒有電流流過，此時二極管處于截止狀態(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。o 【當二極管處于反向偏置時，仍然會有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單項導電特性，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿?！课?、二極管導電特性o導電特性： 二極管最重要的特性就是單方向導電性。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負極流出。五、二極管測試o 測試前先把萬用表調到歐姆檔的R*1K檔

12、位，再將紅黑表筆短路，進行歐姆調零。o【注意不要使用R*1檔，以免電流過大燒壞二極管】o 正向特性測試： 把萬用表的黑表筆（表內正極）搭觸二極管的負極。若表針不擺到0值，而是停在標度盤的中間，這時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，說明管芯短路損壞，若正向電阻接近無窮大值，說明管芯斷路。斷路和短路的管子都不能使用。五、二極管測試o 測試前先把萬用表調到歐姆檔的R*1K檔位，再將紅黑表筆短路，進行歐姆調零。o【注意不要使用R*1檔，以免電流過大燒壞二極管】o 反向特性測試： 把萬用表的紅表筆搭觸二極管的正極，黑表筆搭觸二極管的負極，若表針指在無窮大值或接近無窮大值

13、，管子就是合格的。五、二極管測試五、二極管主要參數(shù)o 額定正向工作電流（IF） 二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值。因為電流通過管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度（硅管約140，鍺管約90）時，就會使管芯過熱而損壞。所以，二極管使用中不要超過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?、二極管主要參數(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，會將管子擊穿，失去單項導電能力。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，流過二極管的反向電流，反向電流越小，管子的單向單方向導電性越好。o 【反向電流與溫度有著密切的關系，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，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，它的反向電流已達到8mA，不僅失去了單向導電性，還會使管子過熱而損壞?！课濉⑷龢O管o 半導體三極管也稱為晶體三極管，可以說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關作用。o 三極管顧名思義具有三個電極。二極管是由一個PN

15、結構成的，而三極管由兩個PN結構成，共用的一個電極成為三極管的基極（b表示）。其他的兩個電極成為集電極（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。它們的型號一般都標在塑殼上，而樣子都一樣，都是to-92標準封裝。在老式的電子產(chǎn)品中還能見到3DG6（低頻小功率硅管）、3AX31（低頻小功率鍺管）等，它們的型號也都印在金屬的外殼上。我國生產(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構。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：開關管；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型為場效應管，BT開頭的表示半導體特殊元件】五、三極管內部結構五、三極管