电子设计第一部分(2)

3.半导体二极管.二极管的结构(b)(a)Pn(c)负极引线正极引线金属触丝Pn结管壳PN结铝合金小球金锑合金负极引线正极引线N型硅(d)第一部分（2）元件的识别与测量.二极管导电特性及其参数二极管最重要的特性就是单向导电性，即正向导通，反向截止。也就是说电流只能从二极管的正极流入，负极流出。正向特性在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“阈值电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。E-R＋UDID＋二极管伏安特性曲线死区电压反向正向U/VI/mA击穿电压二极管的正向导通及特性曲线反向电压在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。E-R＋UDID＋二极管伏安特性曲线反向正向击穿电压死区电压U/VI/mA.半导体二极管的种类与特性二极管的分类按结构材料分按制作工艺分按功能用途锗二极管硅二极管NPNP面接触点接触光敏二极管激光二极管开关二极管阻尼二极管稳压二极管检波二极管发光二极管变容二极管整流二极管压敏二极管温敏二极管整流二极管：是常用的半导体整流元件，主要在电子设备中作整流用。交流－直流。U1D3D2D1_+D4U2TCRL检波二极管：叠加在高频载波中的低频信号检出来的器件。是从被调制波中取出信号成分。UoT输入电路变频中频放大检波低放功放稳压二极管：稳压二极管的稳压原理是：当P-N结外加反向电压增加到一定数值时，会出现反向电流突然剧增的现象，称为P-N结的反向击穿，此时对应于电流开始剧增的电压称为击穿电压。因此，利用二极管的这种击穿特性，可制造出稳压二极管。其特点是：击穿后，其两端的电压基本保持不变。当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。Iz＋－反向正向击穿电压死区电压U/VI/mA△VzVzDzIzRL+-变容二极管变容二极管是根据普通二极管内部“PN结”的结电容量随外加反向电压而改变这一原理专门设计出来的一种特殊二极管。当P-N结在交变电压作用下，空间电荷区电荷量改变，形成电容效应，具有电容的性质，可以用电容等效。这个等效电容称为P-N结电容，因此利用电容效应就制成了变容二极管。变容二极管用在高频调制电路上，实现低频信号调制到高频信号。在工作状态，使变容二极管的内部结电容容量随调制电压的变化而变化（a）（b）CiRiCVOC-V特性曲线发光二极管（LED）发光二极管由Ⅲ—Ⅳ化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（砷磷化镓）等半导体材料制成，它具有普通二极管P-N结的特性，即正向导通，反向截止和击穿特性。此外，施加一定电压，具有发光特性。因此发光二极管可组成数码管、符号管及点阵式显示屏等。发光二极管分两大类，按发光颜色分，可分为红、橙、黄、绿、蓝光等，另外，还有的发光二极管中包含两种或三种颜色的芯片；按发光面积分，可分为圆形、方形、矩形、面发光形和侧向发光形等。发光二极管的测量通常采用模拟万用表的方法来判定其好坏。它的正向导通电压1.2V～2.5V，允许通过的电流为2mA～20mA，电流越大，发光越强。发光二极管的工作电流是一个很重要的参数，工作时如果电流太小，亮度不够，太大则易使管子寿命缩短，长久会烧坏。因此，在使用时，应控制好发光二极管的工作电流，使发光既不太亮也不太暗为宜。abdcefghabcdefghabcdefgh数码管红外发光二极管红外发光二极管是一种特殊的发光二极管，由于在制作过程中，其内部材料不同于普通发光二极管，它发出的光是波长在0.76～1.5μm之间的红外光线，而不是可见光。目前管压降1.4V，工作电流一般小于20mA。为适应不同工作电压，在回路中常串有限流电阻。在使用过程中是成对使用的，即一个发射管，一个接收管。其外型与普通发光二极管相同，只是颜色不同，红外发光二极管通常有黑色、透明色和深蓝色三种。测量时根据正、反向电阻来判别其好坏。万用表置R×1K档，若测得的正向阻值在30K左右，反向阻值500K以上，则是好的，若反向阻值在几十千欧，说明管子质量差，若正向电阻无穷大或零，则管子是坏的。反向电阻越大，漏电流越小，质量越好。红外线发射与接收有两种方式，其一是直射式，另一种式反射式。直射式是指发射管与接收管相对安装在发射与受控装置的两端，中间相距一定距离；反射式是指发射管与接收管并列在一起，平时接收管始终无光照，只在发射管发出的发出的红外光遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外线才工作。光敏二极管也叫光电二极管。既有普通二极管的一般特性，又具有其特殊性。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子－空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加，也就是说PN结受光照后产生光电流。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。光敏二极管广泛应用于控制报警器、测试仪、自动开关、继电器等多种装置或执行机构，因此在自动化技术中起着重要作用。.半导体二极管的判别与测量二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。用模拟万用表测量二极管黑红R0E用数字万用表测量二极管数字万用表一般都有二极管测试挡，值得注意的是，其测试原理与模拟万用表测试的方法完全不同。数字万用表测量二极管的原理，实际上是测量二极管的直流电压降。当数字万用表的红、黑表笔分别与二极管的正、负极相接时，二极管正向导通，万用表上显示其正向导通电压，尽管正向导通的电流变化很大，但正向电压却变化不大，硅管约为0.4～0.7V，锗管为0.15～0.3V。若数字万用表的黑、红表笔分别与二极管的正、负极相接时，二极管反向偏置，表上显示一固定电压，约2.8V。数字万用表二极管测试挡4.半导体三极管半导体三极管，是电子电路的核心元件。其主要特性是放大作用，即以输入信号控制输出信号为基础，其实质是进行功率转换，以获得功率增益。它的种类和型号众多，从制造材料可分为两种，即硅三极管和锗三极管；从导电极性可分为NPN型和PNP型；从功率大小可分为小功率、中功率和大功率；一般小功率管的额定功耗在1W以下，而大功率管的额定功耗可达几十瓦以上。从工作频率分类，有低频管和高频管和超高频；一般低频管用以处理频率在3MHz以下的电路中，高频管的工作频率可以达到几百MHz。从封装形式可分为塑料封装（简称塑封）和金属封装。三极管是在一块半导体基片上由两个靠得很近且相互影响的PN结结构成。按PN结的不同组合方式，分为NPN型三极管和PNP型三极管。无论是NPN型还是PNP型的三极管，其内部结构都有三个区，中间部分是基区，两侧分别是发射区和集电区，从这三个区引出的相应电极，被称为发射极E、基极B和集电极C。发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电结。BEC（a）NPN型三极管发射结集电结B基极E发射极C集电极N集电区P基区N发射区（b）PNP型三极管BEC发射结集电结B基极E发射极C集电极P集电区N基区P发射区半导体三极管的结构与符号用模拟万用表判别法如图所示为NPN型和PNP型三极管的等效电路，利用PN结的单向导电性及前面判断二极管极性的方法，可以很容易判别三极管的各个电极和导电类型。在应用三极管时，三极管的管脚排列，是使用过程中所面临的主要问题。它的排列顺序通常有ebc、bce、cbe和ecb等多种形式。学会用万用表测试、判断，对熟悉三极管的性能大有帮助。判别三极管的电极基极的判别：ecbNPNNPNPNPePNPcb将黑表笔接假设的集电极，红表笔接假设的发射极，在假设集电极（黑表笔）与基极之间接一个100KΩ左右的电阻，观察万用表指示的电阻值，此时万用表指示电阻值应很小。然后交换红、黑表笔，仍在黑表笔与基极之间接一个100KΩ左右的电阻，观察万用表指示的电阻值，此时万用表指示电阻值应很大,因此，当其中万用表指示电阻值较小时，则说明流过三极管的电流大，即三极管处于导通放大状态,此时黑表笔所接为集电极，红表笔所接为发射极。上述假设是正确的。发射极和集电极的判别BEC100K将万用表电阻挡量程置×10KΩ挡，两只表笔任意接至发射极和集电极，如果此时表针偏向低阻值，则对NPN型三极管，黑表笔所接的是发射极，红表笔所接的是集电极；而对PNP型三极管，红表笔接的是发射极，黑表笔接的是集电极。将两只表笔互换测量，对NPN型三极管，表针均无偏转，而对PNP型三极管，则表针指示电阻较小。找出三极管的基极后，将万用表量程置hFE挡（三极管放大系数测量挡），把NPN或PNP三极管插入万用表上测量三极管的相应插座，即基极插在“B”插孔，另两脚分别插在“E”和“C”插孔上，当晶体管的E、B、C和万用表上的“E”、“B”、“C”插座相对应时，万用表指针会偏转很大。同时，还可以测出晶体三极管的放大倍数。否则，指针偏转较小。判定集电极c和发射极e测试方法如图所示。现以测NPN型三极管为例加以说明。将万用表置于R×1k挡。先使被测三极管的基极悬空，万用表的红、黑表笔分别任接其余两管脚，此时指针应指在无穷大位置。然后用手指同时捏住基极与右边的管脚，如果万用表指针向右偏转较明显，则表明右边一脚即为集电极c，左边的管脚为发射极e。如果万用表指针基本不摆动，可改用手指同时捏住基极与左边的管脚，若指针向右偏转较明显，则证明左边管脚为集电极c，右边的管脚为发射极e。用数字万用表判别法用数字万用表测量三极管的电极，通常是找基极并判断三极管的好坏。由于三极管是由两个P－N结构成，其中基极是公共电极，将万用表量程置测量二极管挡，对于NPN型三极管，当黑表笔接基极，红表笔分别接于另外两极时，P－N结正向导通，此时万用表显示0.7V，反之万用表无变化，仍然显示“1”状态。此方法可判别三极管的基极和极性。对于PNP型三极管，当红表笔接基极，红表笔分别接于另外两极时，万用表显示0.3V，反之万用表无变化，仍然显示“1”状态。找出基极后，根据三极管的类型，将万用表量程置NPN挡或PNP挡，把三极管插入万用表上测量三极管的相应插座，如果插入正确，则万用表显示很大的数字，该数字代表三极管的放大倍数，反之显示数字很小。5.可控硅的判别与测量可控硅（SCR）又称晶闸管。是一种大功率开关型半导体可控整流器件，可在高压、大电流条件下工作，具有耐压高、容量大、体积小等优点，在自动控制、机电领域、工业电器及家电等方面具有广泛的应用。(一)、可控硅的结构特性可控硅分为单向可控硅和双向可控硅，都具有三个电极。单向可控硅结构⑴单向可控硅的结构及特性晶体管是由NPN型和PNP型三层半导体构成的，而单向可控硅是由PNPN四层半导体构成，它的中间形成三个PN结：J1、J2、J3。内部结构示意图如图(a)所示，等效电路如图(b)所示。单向可控硅内部结构示意图及等效电路(a)阳极A阴极K控制极GJ1J3J2P2N2P1N1(b)AKGAGK(c)由最外层的P1、N2分别引出两个电极，分别称为阳极（A）和阴极（K），由中间的P1引出控制极（G）。如果控制极不加电压，由阳极到阴极之间加正电压时，有一个反向的PN结J2阻挡；而反向加压时，有两个反向的PN结J2和J3阻挡，因此两个方向均不导通，相当于一个开关在断开状态。如果当阳极到阴极之间加正向电压的同时，在控制极与阴极之间加一个正向触发电压，单向可控硅就变为导通状态，相