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知识目标
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,型号和主要参数。
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,掌握三极管的电流分配和放大作用,掌握三极管的输入输出特性曲线及其三个工作区域的划分。
能力目标
。
,并掌握三极管的简易测试。
,能按要求选管。
,并由此判断工作状态。
项目五-半导体极其应用
半导体器件是现代电子技术的重要组成部分,它具有体积小、重量轻、使用寿命长、功率转换效率高等的优点,因而得到广泛应用。
半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。常用半导体材料有:硅、锗、***化镓以及大多数金属氧化物。在半导体中存在两种导电的带电物体:一种是带负电的自由电子,另一种是带正电的空穴。自由电子和空穴在外电场的作用下,都有定向移动的效应,都能运载电荷形成电流,通常称为载流子。金属导体内的载流子只有自由电子一种,而且数量很多,远远超过半导体中载流子的数量,因而金属导体的导电性能比半导体好。
半导体的导电特性有:热敏性、光敏性、掺杂性。热敏性表现为:当环境温度变化时,半导体导电能力明显发生改变(可做成温度敏感元件,如热敏电阻)。光敏性表现为:当受到光照时,导电能力明显增强;无光照时,导电能力明显减弱(可做成各种光敏元件,如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。半导体的掺杂性则表现为:在纯净的半导体中掺入某些杂质(微量元素),使其变成杂质半导体,它的导电能力会发生极大的变化(可做成各种不同用途的半导体器件,如二极管、三极管和晶闸管等)。
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活动一PN结和晶体二极管
项目五-半导体极其应用
半导体根据内部两种载流子数量的分布情况,可分为三种类型:
(1)纯净半导体(又叫本征半导体):内部的自由电子和空穴数量相等。如:硅、锗单晶体。
(2)P型半导体(又叫空穴型半导体):内部的空穴数量多于自由电子数量。如:硅、锗单晶体中加入3价的微量硼元素。
(3)N型半导体(又叫电子型半导体):内部的自由电子数量多于空穴数量。如:硅、锗单晶体中加入5价的微量磷元素。
利用特殊的工艺,将P型半导体和N型半导体进行有机的结合,会在两者的结合面形成一个薄层,这个薄层称为空间电荷区,也就是PN结。见图5-1。
图5-1PN结的形成
6、PN结的单向导电性
活动一PN结和晶体二极管
项目五-半导体极其应用
图5-3二极管的图形和符号
晶体二极管的特性用伏安特性曲线表示。普通硅二极管的伏安特性曲线如图5-4所示,反映了流过二极管的电流随着外加电压变化的规律。
当所加电压在零值附近时,二极管中流过的电流为零。
,电流开始出现并明显增大;,正向电流急剧增大,此时二极管导通。(),,~(~)。
若在普通二极管上加反偏电压,反向电流随电压增大而略微增加或不增加;但当反偏电压增大到一定值时,反向电流剧增,此时PN结被击穿,这个电压称为反向击穿电压。
图5-4普通硅二极管的伏安特性曲线
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、主要参数
(1)按材料分:
可分为:锗二极管、硅二极管两大类。
两者性能的区别:锗管正向压降小于硅管(~,~);锗管反向漏电流大于硅管(锗管约为几百毫安,硅管小于1μA);锗管PN结可承受的温度低于硅管(锗管约为100℃,硅管约为200℃)。
(2)按用途分:
可分为:普通二极管和特殊二极管两大类。普通二极管包括:整流二极管、检波二极管、开关二极管等;特殊二极管包括:稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管、阻尼二极管等。
图5-5部分二极管图形符号
(3)按结构特点分:
可分为:点接触型二极管和面接触型二极管。
(4)按外形封装分:
可分为:玻璃、金属、塑料、环氧树脂等封装形式。
活动一PN结和晶体二极管
项目五-半导体极其应用
(1)国产晶体管型号命名方法
国标GB249-1974规定,国产半导体二极管和三极管的型号由五部分组成,前三部分符号及含义见表5-1。具体方法见图5-6。
第一部分:用数字“2”表示二极管,用数字“3”表示三极管;
第二部分:用字母表示器件的材料和极性;
第三部分:用汉语拼音字母表示器件的类别;
第四部分:用数字表示器件序号;
第五部分:用汉语拼音字母表示规格号。
例一:2AP9表示N型锗材料普通二极管;
例二:2CK84表示N型硅材料开关二极管。
图5-6国产半导体分立元件型号命名方法
活动一PN结和晶体二极管
项目五-半导体极其应用
表5-1国产半导体分立元件的型号命名方法
描述二极管性能的技术参数较多,普通二极管的参数主要有以下几项。
①最大整流电流:二极管长期工作时允许通过的最大正向电流值。
②最高反向电压:二极管在工作中能承受的最大反向电压值,也称耐压。一般仅为反向击电压的1/3~1/2。
③最高工作频率:二极管保持良好工作特性(单向导电性)的最高工作频率。
活动一PN结和晶体二极管
第一部分
第二部分
第三部分
数字表示电极数
字母表示材料和极性
用汉语拼音字母表示器件类别
2:二极管
A:N型锗材料
B:P型锗材料
C:N型硅材料
D:P型硅材料
P:普通管
V:微波管
W:稳压管
C:参量管
Z:整流管
L:整流堆
S:隧道管
N:阻尼管
U:光电器件
K:开关管
X:低频小功率
(fa<3MHz,Pc<1W)
G:高频小功率管
(fa≥3MHz,Pc<1W)
D:低频大功率管
(fa<3MHz,Pc≥1W)
A:高频大功率管
(fa≥3MHz,Pc≥1W)
T:半导体闸流管
(可控整流器)
Y:体效应器件
B:雪崩管
J:阶跃恢复管
CS:场效应器件
BT:半导体特殊器件
FH:复合管
PIN:PIN管
JG:激光器件
3:三极管
A:PNP型锗材料
B:NPN型锗材料
C:PNP型硅材料
D:NPN型硅材料
E:化合物材料
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(2)二极管的检测判断
根据二极管正向电阻小、反向电阻大的特点,可以利用万用表检测其单向导电性,判断其极性及质量好坏。
①指针式万用表检测判断
A、检测
将指针式万用表欧姆档选在R×100或R×1K档位,测量二极管的正、反向电阻。若使用R×1档或R×1K档,会因电流过大或电压过高而损坏管子。
用万用表的红、黑表棒接触二极管的两端,如万用表指示为几百欧姆或几千欧姆以下的小阻值,则接黑表棒的一端为二极管的正极;反之若万用表指示为几百千欧的大阻值,则接红表棒的一端为二极管的正极。见图5-10
图5-10二极管引脚极性的判别
B、判断
如正、反向电阻均为无穷大,则表明二极管已开路损坏;若正、反向电阻均为零,则表明二极管已短路损坏。
②数字式万用表检测判断
由于数字式万用表二极管档检测二极管是显示二极管的正向压降值,因此检测更加方便。
活动一PN结和晶体二极管
项目五-半导体极其应用
半导体三极管又称晶体三极管,或称双极型晶体管,通常简称晶体管,它是一种控制电流的半导体器件,可用来对微弱信号进行放大和作无触点开关。它具有结构牢固、寿命长、体积小、耗电省等优点,在各个领域得到广泛应用。
晶体三极管由两个做在一起的PN结加上相应的电极引出线再封装而成,其结构如图5-12所示。三极管的两个PN结分别称为发射结和集电结;三极管的三个区分别叫发射区、基区、集电区;三个区各引出一个电极叫发射极(e极)、基极(b极)、集电极(c极)。
按内部半导体极性的不同,三极管可组成PNP型管和NPN型管,它们在符号上的区别仅仅是发射极箭头的方向不同,箭头方向代表了三极管集电极电流的正方向。见图5-11。
a)PNP型管b)NPN型管
图5-11晶体三极管结构及图形符号
活动二晶体三极管
项目五-半导体极其应用
外部条件就是要给三极管加上合适的工作电压:发射结加正向偏置电压,集电结加反向电压。如果发射结和集电结同时处于正偏,则晶体三极管处于饱和状态;若同时反偏则截止。外部条件如图5-13所示。
从电位的角度看:NPN型管发射结正偏VB>VE,集电结反偏VC>VB;PNP型管发射结正偏VB<VE,集电结反偏VC<VB。
图5-14三极管放大状态电源的接法
图5-14展示了三极管放大工作状态电源的接法:左图中V1为NPN型管、右图中V2为PNP型管,Gc为集电极电源,Gb为基极电源(偏置电源),Rb为基极偏置电阻,Rc为集电极电阻。
晶体三极管作为一种电流控制器件,主要特点是具有电流放大作用,放大时只要改变基极电流Ib就可以控制输出电流Ic。晶体三极管各级电流分配关系如图5-15所示。Ie=Ic+Ib;Ic≈β×Ib。式中β为电流放大倍数。
图5-15三极管电流分配及参考方向
活动二晶体三极管