电子元器件识别与检测课程晶体管PPT课件

半导体材料和导体、绝缘体相比具有两个显著特点：一是电阻率的大小受杂质含量的影响极大，二是电阻率受外界条件的影响很大。 第1页/共60页 在纯净的半导体中掺入镓等三价元素后变成了P P型半导体，在纯净的半导体中掺入砷等五价元素后变成了N N型半导体。在P P型半导体和N N型半导体相结合的地方，就会形成一个特殊的薄层，这个特殊的薄层叫 “PNPN结”，二极管是由一个PNPN结组成的。 第2页/共60页 单向导电性是二极管的基本特性，即用万用表测量二极管的两端，测量两次，一次阻值在几千欧左右，另一次测量万用表的指针几乎不动，说明阻值特别大。利用这两个特性，可以把交流电变成直流电，起整流的作用，还可以把载有低频信号的高频信号电流，变成低频信号电流，起检波作用。第3页/共60页 晶体二极管的种类很多，按材料分为锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管等；按结构分为点接触二极管和面接触二极管；按用途分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管和开关二极管、阻尼二极管、发光二极管和光敏二极管等；按工作原理分有隧道二极管、变容二极管、雪崩二极管、双基极二极管等。一般二极管 发光二极管 变容二极管 稳压二极管 隧道二极管 双向二极管第4页/共60页 整流二极管多用硅半导体材料制成，有金属封装和塑料封装两种。整流二极管是利用PN结的单向导电性，把交流电变成脉动直流电。常用的整流二极管的实物图见图1.6。第5页/共60页 检波的作用是把调制在高频电磁波的低频信号检出来。检波二极管要求结电容小，反向电流小，所以检波二极管常采用点触式二极管。常用的检波二极管的实物图见图1.7。第6页/共60页 光电二极管又叫光敏二极管，它是利用PN结在施加反向电压时，在光线照射下反向电阻由大到小的原理进行工作的。无光照射时，二极管的反向电流很小；有光照射时，二极管的反向电流很大。光电二极管不是对所有的可见光及不可见光都有相同的反应，它是有特定的光谱范围的，2DU是利用半导体硅材料制成的光电二极管，2AU是利用半导体锗材料制成的光电二极管。其实物图见图1.8所示。 第7页/共60页 稳压二极管是一种齐纳二极管，它是利用二极管反向击穿时，其两端电压固定在某一数值，而基本上不随电流大小变化的特性来进行工作的。稳压二极管的正向特性与普通二极管相似，当反向电压小于击穿电压时，反向电流很小；当反向电压临近击穿电压时反向电流急剧增大，发生电击穿。第8页/共60页这时电流在很大范围内改变时管子两端的电压基本保持不变，起到稳定电压的作用。必须注意的是，稳压二极管在电路上应用时一定要串联限流电阻，不能让二极管击穿后电流无限增大，否则二极管将立即被烧毁。常用的二极管实物图见图1.8。第9页/共60页 变容二极管是利用PN结的空间电荷层具有电容特性的原理制成的特殊二极管。它的特点是结电容随加到管子上的反向电压大小而变化。在一定范围内，反向偏压越小，结电容越大；反之，反向电容偏压越大，结电容越小。人们利用变容二极管的这种特性取代可变电容器的功能。第10页/共60页变容二极管多采用硅或砷化镓材料制成，采用陶瓷或环氧树脂封装。变容二极管在电视机、收音机和录像机中多用于调谐电路和自动频率微调电路中。其实物见图1.10。第11页/共60页 发光二极管（LED）是一种新颖的半导体发光器件。在家用电器设备中常用来做指示作用。例如，有的收录机中常用一组或两组发光二极管作为音量指示，当音量开大时，输出功率加大，发光二极管的数目增多，输出功率小时，发光二极管的数目就少。 第12页/共60页 根据制造的材料和工艺不同，发光颜色有红色、绿色、黄色等。有的发光二极管还能根据所加电压的不同发出不同颜色的光，叫变色发光二极管。其实物图见图1.11。第13页/共60页晶体二极管的主要参数有： 它是指二极管长期正常工作时，能通过的最大正向电流值。因为晶体二极管工作时，有电流通过时则会发热，电流过大时就会发热过度而烧毁，所以二极管应用时要特别注意工作电流不能超过其最大整流电流。第14页/共60页 是在给定的反向偏压下，通过二极管的直流。理想情况下，二极管具有单向导电性，但实际上反向电压下总有一点微弱的电流，通常硅管有1微安或更小，锗管有几百微安。反向电流的大小，反映了晶体二极管的单向导电性的好坏，反向电流的数值越小越好。第15页/共60页 是二极管正常工作时所能承受的反向电压最大值，二极管反向连接时，如果把反向电压加到某一数值，管子的反向电流就会急剧增大，管子呈现击穿状态。这时的电压称为击穿电压。晶体管的反向工作电压为击穿电压的1/2，其最高反向工作电压则定为反向击穿电压的2/3。 晶体二极管的损坏，一般来说电压比电流更为敏锐，也就是说，过压更能引起管子的损坏，故应用中一定要保证不超过最大反向工作电压。 第16页/共60页4、最高工作频率f M 主要取决于PN结结电容的大小。结电容愈大，则二检管允许的最高工作频率愈低。第17页/共60页 要认识二极管首先要了解二极管的命名方法，各国对晶体二极管的命名规定不同，我国晶体管的型号一般由五个部分组成，见表1.9。例如： 2AP9“2”表示二极管 2CW“2”表示二极管 “A”表示N型，锗材料 “C”表示N型，硅材料 “P”表示普通管 “W”表示稳压管 “9”表示序号 “10”表示序号第18页/共60页 当然现在市场上有很多国外晶体二极管，如日本产的1N4148是一种开关管，1N4001、1N4002、1N4004、1N4007等是整流二极管，其最大整流电流都是1A，反向工作电压分别是50V、100V、200V、400V和1000V。 第19页/共60页第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分用数字表示器件电极的数目用汉语拼音字母表示器件的材料和极性用汉语拼音字母表示器件的类型 用数字用数字表示序号汉语拼音字母标示规格号符号意义符号意义符号意义2二极管AN型锗材料P普通管BP型锗材料W稳压管CN型硅材料Z整流管DP型硅材料K开关管第20页/共60页半导体分立器件二极管 普通二极管 符号 极性 用途：检波、整流 稳压、开关第21页/共60页 通常最简便的方法是用万用表来判别二极管的好坏。测量时，将万用表拨到R1K档，测量二极管的正、反向电阻，好的管子一般在几千欧以上，甚至无穷大。正、反向电阻相差的越大越好。如果两次测量得到的阻值一样大或一样小，说明该二极管已损坏。第22页/共60页 二极管的代用比较容易，当原电路中的二极管损坏时，最好选用同型号同档次的二极管代替。如果找不到同型号的二极管，必须查清原二极管的主要参数，对于检波二极管只要工作频率满足即可；整流二极管要满足反向工作电压和最大整流电流的要求；稳压二极管一定要注意稳压电压的数值。第23页/共60页 测量二极管时，以测得小的那一次时（正向电阻）,万用表黑笔所接的便是二极管的正极，红表笔所接的便是二极管的负极。这是因为万用表在电阻档时，万用表的黑表笔接其内部电池的正极，红表笔接其电池内部的负极。 对于发光二极管而言，一般来说，发光二极管的长脚是正极，短脚是负极，或者把二极管放在光线很亮的地方，发光二极管内部有两个电极，一般是电极较小的是二极管的正极，电极较大的是二极管的负极。第24页/共60页工作在反向击穿区工作在反向击穿区第25页/共60页第26页/共60页第27页/共60页 晶体三极管是由两个做在一起的PN结加上相应的引出电极线及封装组成。由于三极管具有放大作用，它是收音机、录音机、电视机等家用电器中很重要的器件之一，用三极管可以组成放大、振荡及各种功能的电子电路。第28页/共60页半导体分立器件 三级管 结构： 符号： 作用: 放大，控制 开关。 第29页/共60页半导体分立器件 三级管 判断三极管 的e、b、c 不同封装 9014 SOT23 9013 TO92 第30页/共60页 晶体三极管的分类很多，按结构可分为点接触型和面接触型；按生产工艺分为合金型、扩散型和平面型等。但是常用的分类是从应用角度，依工作频率分为低频三极管、高频三极管和开关三极管；依工作功率分为小功率三极管、中功率三极管和大功率三极管；按其导电类型可分为PNP型和NPN型；按其构成材料可分为锗管和硅管。第31页/共60页 这里介绍一下锗三极管和硅三极管之间的区别。不管是锗管还是硅管，都有PNP型和NPN型两种导电类型，都有高频管和低频管、大功率管和小功率管。但它们在电气特性上还是有一定差距的。首先，锗管比硅管具有较低的起始工作电压，锗三极管的基极和发射极之间有0.2V0.3V的电压即可开始工作，而硅三极管的基极和发射极之间有0.6V0.7V的工作电压才能工作。其次，锗管比硅管具有较低的饱和压降，晶体管导通时，发射极和集电极之间的电压锗管比硅管更低。第三，硅管比锗管具有较小的漏电流和更平直的输出特性。第32页/共60页1、共发射极直流放大倍数HFE 共发射极直流放大倍数HFE是指在没有交流信号输入时，共发射极电路输出的集电极直流电流与基极输入的直电流之比。这是衡量晶体三极管有无放大作用的主要参数，正常三极管的HFE应为几十至几百倍。常用的三极管的外壳上标有不同颜色点，以表明不同的放大倍数。第33页/共60页放大倍数：-15-25-40-55-80-120-180-270-400-色标点：棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 黑 色点为黄色的三极管的放大倍数是4055倍之间，色点是灰色的三极管的放大倍数为180270倍之间等等。第34页/共60页 共发射极电路中，集电极电流和基极输入电流的变化量之比称为共发射极交流放大倍数。当三极管工作在放大区小信号运用时，HFE=，三极管的放大倍数一般在10200倍之间。太小，表明三极管的放大能力越差，但越大的管子的往往工作稳定性太差。第35页/共60页 三极管的放大倍数会随着工作信号频率的升高而下降，频率越高，下降越严重。特征频率就是下降到1时的频率。也就是说，当工作信号的频率升高到特征频率时，晶体三极管就失去了交流电流的放大能力。特征频率的大小反映了晶体三极管频率特性的好坏。在高频率电路中，要选用特征频率较高的管子，特征频率一般比电路工作频率至少要高3倍以上。第36页/共60页 晶体三极管的放大倍数在集电极电流过大时也会下降。下降到额定值的2/3倍或1/2时的集电极电流为集电极最大允许电流。三极管工作时的集电极电流最好不要超过集电极最大允许电流。 第37页/共60页 晶体三极管工作时，集电极电流通过集电结要耗散功率，耗散功率越大，集电结的温升就越高，根据晶体管允许的最高温度，定出集电极最大允许耗散功率。小功率管的集电极最大允许耗散功率在几十至几百毫瓦之间，大功率管却在1瓦以上。第38页/共60页 要认识三极管首先要了解晶体三极管的命名方法，各国对晶体管的命名方法的规定不同，我国晶体管的型号一般由五个部分组成，见表1.10。国外部分公司及产品代号见表1.11。例：1) 锗材料PNP型低频大功率三极管： 2) 硅材料NPN型高频小功率三极管： 3 A D 50 C 3 D G 201 B 规格号 规格号 序号 序号 低频大功率 低频大功率 PNP型、锗材料 PNP、锗材料 三极管 三极管 第39页/共60页第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分用数字表示器件电极的数目用汉语拼音字母表示器件的材料和极性用汉语拼音字母表示器件的类型 用数字表示序号汉语拼音字母标示规格号符号意义符号意义符号意义3三极管APNN型锗材料X低频小功率BNPN型锗材料G高频小功率CPNP型硅材料D低频大功率DNPN型硅材料A高频大功率E化合物材料第40页/共60页公司名称代号公司名称代号美国无线电公司(BCA)CA美国悉克尼特公司(SIC)NE美国国家半导体公司 (NSC)LM日本电气工业公司(NEC)PC美国莫托洛拉公司(MOTA)MC日本日立公司(HIT)RA美国仙童公司(PSC)A日本东芝公司(TOS)TA美国德克萨斯公司(TII)TL日本三洋公司(SANYO)LA，LB美国模拟器件公司(ANA)AD日本松下公司AN美国英特西尔公司(INL)IC日本三菱公司M第41页/共60页 在晶体三极管装入电路之前或检修家用电器时经常需要用简易的方法判别它的好坏。下面介绍测量晶体三极管的几种方法。第42页/共60页第43页/共60页常用三极管的外形和电路符号 第44页/共60页1 1、外观判别三极管的极性、外观判别三极管的极性第45页/共60页其它封装三极管的引脚判断其它封装三极管的引脚判断 第46页/共60页 第47页/共60页 三极管的三个管脚的作用是不同的，工作时不能相互代替。用万用表判断的方法是：将万用表置于电阻R1K档，用万用表的黑表笔接晶体管的某一管脚（假设它是基极），用红表笔分别接另外的两个电极。如果表针指示的两个阻值都很小，那么黑表笔所接的那一个脚便是NPN型管的基极；如果表针指示的两个阻值都很大，那么黑表笔所接的那一个脚便是PNP型管的基极。如果表针指示的阻值一个很大，一个很小，那么黑表笔所接的管脚肯定不是三极管的基极，要换另一个管脚再检测。第48页/共60页 利用硅管PN结与锗管PN结正、反向电阻的差异，可以判断不知型号的三极管是硅管还是锗管。用万用表的R1K档，测发射极与基极间和集电极与基极间的正向电阻，硅管大约在310K之间，锗管大约在5001K之间，上述极间的反向电阻，硅管一般大于500K，锗管一般大于1000K左右。第49页/共60页 将万用表的功能选择开关调到HFE处，一般还需调零，把三极管的三个电极正确的放到万用表的面板上的四个小孔中PNP（P）或NPN（N）的e、b、c处，这时万用表的指针会向右偏转，在表头内部的刻盘上有HFE的指示数，即是测量三极管的直流放大倍数。第50页/共60页 在家用电器修理中，经常会遇到三级管的损坏，需用同型号、同品种的三极管代换，或用相同（相近）性能的三极管进行代用。代用的原则和方法如下：（1）极限参数高的三极管可以代换较低的三极管。例如集电极最大允许耗散功率大的三极管可以代换小的三极管。 （2）性能好的三极管可以代换性能差的三极管。例如参数值高的三极管可以代换值低的三极管，但值不宜过高，否则三极管工作不稳定。 第51页/共60页 （3）高频、开关三极管可以代换普通低频三极管。当其它参数满足要求时，高频管可以代替低频管。 （4）锗管和硅管可以相互代换。两种材料的管子相互代换时，首先要导电类型相同（PNP型代换PNP型，NPN型代换NPN型），其次，要注意管子的参数是否相似，第三更换管子后由于偏置不同，需重新调整偏流电阻。第52页/共60页第53页/共60页 场效应管是利用电场效应来控制电流变化的放大元件。它与晶体管相比，具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好等优点，因而得到迅速发展与应用。场效应管与三极管同为放大器件，但工作原理不同：三极管是电流控制器件，在一定条件下，集电极电流受基极电流控制，而场效应管是电压控制器件，电子电流受栅极电压控制。 场效应管的类型可分两类：一类是结型场效应管，一类是绝缘栅型场效应管，也叫金属氧化物半导体绝缘栅型场效应管，简称MOS管。场效应管根据其沟道所采用的半导体材料，另分为P型和N型沟道两种。沟道，就是电流通道。实物如图1.18所示。 第54页/共60页 N型沟道结型场效应管的基体是一块N型硅材料，为N沟道。从基体引出两个电极分别叫源极（S）和漏极（D）。在基体两边各附一小片P型材料，其引出的电极叫栅极（G）。这样，在沟道和栅极之间形成了两个PN结，当栅极开路时，沟道就相当于一个电阻，不同型号的管子其阻值不相同，一般大约数百欧到千欧不等。 绝缘栅场效应管的特点是输入电阻高，便于做成集成电路。在一块N型硅片上有两个相距很近浓度很高的P扩散区，分别为源极和漏极，在源区与漏区之间的硅片上，有一层绝缘二氧化硅，绝缘层上覆盖着金属铝，这就是栅极。栅极和其它电极之间是绝缘的，所以称为绝缘栅场效应管。由于源、栅之间有一层氧化层，这种管子基本上没有栅极电流，因此输入阻抗非常高。第55页/共60页元器件的发展方向 阻容元件的发展方向封装代号：L-W 例 1608（公制） L=1.6mm（60mil) W=0.8mm（30mil） （0603）英制埋入PCB中2012 （0805）1608（0603)1005（0402） 0603（0201） 0402 两种称呼公/英第56页/共60页 半导体分离器件的发展方向第57页/共60页 IC元件的发展方向第58页/共60页 本讲结束！第59页/共60页60感谢您的观看！第60页/共60页