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1、电子元器器件系列列知识-三极极管晶体三极极管的结结构和类类型晶体三三极管，是是半导体体基本元元器件之之一，具具有电流流放大作作用，是是电子电电路的核核心元件件。三极极管是在在一块半半导体基基片上制制作两个个相距很很近的PPN结，两两个PNN结把正正块半导导体分成成三部分分，中间间部分是是基区，两两侧部分分是发射射区和集集电区，排排列方式式有PNNP和NNPN两两种，如如图从三三个区引引出相应应的电极极，分别别为基极极b发射射极e和和集电极极c。发射射区和基基区之间间的PNN结叫发发射结，集集电区和和基区之之间的PPN结叫叫集电极极。基区区很薄，而而发射区区较厚，杂杂质浓度度大，PPNP型型三极
2、管管发射区区发射射的是是空穴，其其移动方方向与电电流方向向一致，故故发射极极箭头向向里；NNPN型型三极管管发射区区发射射的是是自由电电子，其其移动方方向与电电流方向向相反，故故发射极极箭头向向外。发发射极箭箭头向外外。发射射极箭头头指向也也是PNN结在正正向电压压下的导导通方向向。硅晶晶体三极极管和锗锗晶体三三极管都都有PNNP型和和NPNN型两种种类型。三极管的封装形式和管脚识别常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类，引脚的排列方式具有一定的规律，如图对于小功率金属封装三极管，按图示底视图位置放置，使三个引脚构成等腰三角形的顶点上，从左向右依次为e b c；对于中小功率塑料三极管按
3、图使其平面朝向自己，三个引脚朝下放置，则从左到右依次为e b c。目前，国内各种类型的晶体三极管有许多种，管脚的排列不尽相同，在使用中不确定管脚排列的三极管，必须进行测量确定各管脚正确的位置，或查找晶体管使用手册，明确三极管的特性及相应的技术参数和资料。晶体三极管的电流放大作用晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将Ic/Ib的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。晶体三极管的三种工作状态截止状
4、态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数Ic/Ib，这时三极管处放大状态。饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流
5、放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。 根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判别三极管的工作状态，因此，电子维修人员在维修过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，从而判别三极管的工作情况和工作状态。使用多用电表检测三极管三极管基极的判别：根据三极管的结构示意图，我们知道三极管的基极是三极管中两个PN结的公共极，因此，在判别三极管的基极时，只要找出两个PN结的公共极，即为三极管的基极。具体方法是将多用电表调至电阻挡的R1k挡，先用红表笔放在三极管的一只脚上，用黑表笔去碰三极管的另两只脚，如果两次全通，则红
6、表笔所放的脚就是三极管的基极。如果一次没找到，则红表笔换到三极管的另一个脚，再测两次；如还没找到，则红表笔再换一下，再测两次。如果还没找到，则改用黑表笔放在三极管的一个脚上，用红表笔去测两次看是否全通，若一次没成功再换。这样最多没量12次，总可以找到基极。三极管类型的判别： 三极管只有两种类型，即型和型。判别时只要知道基极是型材料还型材料即可。当用多用电表R1k挡时，黑表笔代表电源正极，如果黑表笔接基极时导通，则说明三极管的基极为型材料，三极管即为型。如果红表笔接基极导通，则说明三极管基极为型材料，三极管即为型。电子三极极管在弗莱明明为改进进无线电电检波器器而发明明二极管管的同时时，美国国物理
7、学学博士弗弗雷斯特特也在潜潜心研究究检波器器。正当当他的研研究步步步深入时时，传来来了英国国的弗莱莱明发明明成功真真空二极极管的消消息，使使他大受受震动。是是改弦易易辙还是是继续下下去呢？他想到到弗莱明明的二极极管可用用于整流流和检波波，但还还不能放放大电信信号。于于是，德德弗雷斯斯特又 经过两两年的研研制，终终于改进进了弗莱莱明的二二极管，作作出了新新的发明明。在二二极管的的阴极和和阳极中中间插入入第三个个具有控控制电子子运动功功能的电电极（棚棚极）。棚棚极上电电压的微微弱信号号变化，可可以调制制从阴极极流向阳阳极的电电流，因因此可以以得到与与输入信信号变化化相同，但但强度大大大增加加的电流
8、流。这就就是德弗弗雷斯特特发明的的三极管管的“放放大”作作用。 19112年，德德弗雷斯斯特又成成功地做做了几个个三极管管的连接接实验，得得到了比比单个三三极管大大得多的的放大能能力。很很快，德德弗雷斯斯特研制制出第一一个电子子放大器器用于电电话中继继器，放放大微弱弱的电话话信号，他他是在电电话中使使用电子子产品的的第一人人。此外外，三极极管还可可振荡产产生电磁磁波，也也就是说说，所以以，国外外许多人人都将三三极管的的发明看看作是电电子工业业真正的的诞生。MOS场效应管即金属-氧化物-半导体型场效应管，英文缩写为MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Ef
9、fect-Transistor），属于绝缘栅型。其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻（最高可达1015）。它也分N沟道管和P沟道管，符号如图1所示。通常是将衬底（基板）与源极S接在一起。根据导电方式的不同，MOSFET又分增强型、耗尽型。所谓增强型是指：当VGS=0时管子是呈截止状态，加上正确的VGS后，多数载流子被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。耗尽型则是指，当VGS=0时即形成沟道，加上正确的VGS时，能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。 以N沟道为例，它是在P型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区N
10、+和漏扩散区N+，再分别引出源极S和漏极D。源极与衬底在内部连通，二者总保持等电位。图1（a）符号中的前头方向是从外向电，表示从P型材料（衬底）指身N型沟道。当漏接电源正极，源极接电源负极并使VGS=0时，沟道电流（即漏极电流）ID=0。随着VGS逐渐升高，受栅极正电压的吸引，在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子，形成从漏极到源极的N型沟道，当VGS大于管子的开启电压VTN（一般约为+2V）时，N沟道管开始导通，形成漏极电流ID。 国产N沟道MOSFET的典型产品有3DO1、3DO2、3DO4（以上均为单栅管），4DO1（双栅管）。它们的管脚排列（底视图）见图2。 MOS场效应管比较“娇
11、气”。这是由于它的输入电阻很高，而栅-源极间电容又非常小，极易受外界电磁场或静电的感应而带电，而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压（U=Q/C），将管子损坏。因此了厂时各管脚都绞合在一起，或装在金属箔内，使G极与S极呈等电位，防止积累静电荷。管子不用时，全部引线也应短接。在测量时应格外小心，并采取相应的防静电感措施。下面介绍绍检测方方法。 1准准备工作作 测量量之前，先先把人体体对地短短路后，才才能摸触触MOSSFETT的管脚脚。最好好在手腕腕上接一一条导线线与大地地连通，使使人体与与大地保保持等电电位。再再把管脚脚分开，然然后拆掉掉导线。 2判定电极 将万用表拨于R100档，首先确定栅
12、极。若某脚与其它脚的电阻都是无穷大，证明此脚就是栅极G。交换表笔重测量，S-D之间的电阻值应为几百欧至几千欧，其中阻值较小的那一次，黑表笔接的为D极，红表笔接的是S极。日本生产的3SK系列产品，S极与管壳接通，据此很容易确定S极。 3检查放大能力（跨导） 将G极悬空，黑表笔接D极，红表笔接S极，然后用手指触摸G极，表针应有较大的偏转。双栅MOS场效应管有两个栅极G1、G2。为区分之，可用手分别触摸G1、G2极，其中表针向左侧偏转幅度较大的为G2极。 目前有的MOSFET管在G-S极间增加了保护二极管，平时就不需要把各管脚短路了。VMOS场效应管VMOS场效应管（VMOSFET）简称VMOS管或
13、功率场效应管，其全称为V型槽MOS场效应管。它是继MOSFET之后新发展起来的高效、功率开关器件。它不仅继承了MOS场效应管输入阻抗高（108W）、驱动电流小（左右0.1A左右），还具有耐压高（最高可耐压1200V）、工作电流大（1.5A100A）、输出功率高（1250W）、跨导的线性好、开关速度快等优良特性。正是由于它将电子管与功率晶体管之优点集于一身，因此在电压放大器（电压放大倍数可达数千倍）、功率放大器、开关电源和逆变器中正获得广泛应用。 众所周知，传统的MOS场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上，其工作电流基本上是沿水平方向流动。VMOS管则不同，从图1上可以看出其两
14、大结构特点:第一，金属栅极采用V型槽结构；第二，具有垂直导电性。由于漏极是从芯片的背面引出，所以ID不是沿芯片水平流动，而是自重掺杂N+区（源极S）出发，经过P沟道流入轻掺杂N-漂移区，最后垂直向下到达漏极D。电流方向如图中箭头所示，因为流通截面积增大，所以能通过大电流。由于在栅极与芯片之间有二氧化硅绝缘层，因此它仍属于绝缘栅型MOS场效应管。国内生产VMOS场效应管的主要厂家有877厂、天津半导体器件四厂、杭州电子管厂等，典型产品有VN401、VN672、VMPT2等。表1列出六种VMOS管的主要参数。其中，IRFPC50的外型如图3所示。 下面介绍检测VMOS管的方法。 1判定栅极G 将万
15、用表拨至R1k档分别测量三个管脚之间的电阻。若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无穷大，并且交换表笔后仍为无穷大，则证明此脚为G极，因为它和另外两个管脚是绝缘的。 2判定源极S、漏极D 由图1可见，在源-漏之间有一个PN结，因此根据PN结正、反向电阻存在差异，可识别S极与D极。用交换表笔法测两次电阻，其中电阻值较低（一般为几千欧至十几千欧）的一次为正向电阻，此时黑表笔的是S极，红表笔接D极。 3测量漏-源通态电阻RDS（on） 将G-S极短路，选择万用表的R1档，黑表笔接S极，红表笔接D极，阻值应为几欧至十几欧。由于测试条件不同，测出的RDS（on）值比手册中给出的典型值要高一些。例如用500型万用
16、表R1档实测一只IRFPC50型VMOS管，RDS（on）=3.2W，大于0.58W（典型值）。4检查跨导将万用表置于R1k（或R100）档，红表笔接S极，黑表笔接D极，手持螺丝刀去碰触栅极，表针应有明显偏转，偏转愈大，管子的跨导愈高。注意事项：（1）VMOS管亦分N沟道管与P沟道管，但绝大多数产品属于N沟道管。对于P沟道管，测量时应交换表笔的位置。（2）有少数VMOS管在G-S之间并有保护二极管，本检测方法中的1、2项不再适用。（3）目前市场上还有一种VMOS管功率模块，专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国IR公司生产的IRFT001型模块，内部有N沟道、P沟道管各三只，构成三相桥式结构
17、。（4）现在市售VNF系列（N沟道）产品，是美国Supertex公司生产的超高频功率场效应管，其最高工作频率fp=120MHz，IDSM=1A，PDM=30W，共源小信号低频跨导gm=2000S。适用于高速开关电路和广播、通信设备中。（5）使用VMOS管时必须加合适的散热器后。以VNF306为例，该管子加装1401404（mm）的散热器后，最大功率才能达到30W。场效应晶晶体管场场效应晶晶体管(FETT)简称称场效应应管，它它属于电电压控制制型半导导体器件件，具有有输入电电阻高（11081099）、噪噪声小、功功耗低、没没有二次次击穿现现象、安安全工作作区域宽宽等优点点，现已已成为双双极型晶晶
18、体管和和功率晶晶体管的的强大竞竞争者。场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的MOS场效应管、VMOS功率模块等。按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。场效应晶体管可分为结
19、场效应晶体管和MOS场效应晶体管。而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。见附图1。MOS场效应晶体管使用注意事项。MOS场效应晶体管在使用时应注意分类，不能随意互换。MOS场效应晶体管由于输入阻抗高（包括MOS集成电路）极易被静电击穿，使用时应注意以下规则：1.MOS器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中，切勿自行随便拿个塑料袋装。也可用细铜线把各个引脚连接在一起，或用锡纸包装2.取出的MOS器件不能在塑料板上滑动，应用金属盘来盛放待用器件。3.焊接用的电烙铁必须良好接地。4.在焊接前应把电路板的电源线与地线短接，再MOS器件焊接完成后在分开。5.MOS器件
20、各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极。拆机时顺序相反。6.电路板在装机之前，要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子，再把电路板接上去。7.MOS场效应晶体管的栅极在允许条件下，最好接入保护二极管。在检修电路时应注意查证原有的保护二极管是否损坏。场效应管的测试：下面以常用的3DJ型N沟道结型场效应管为例解释其测试方法：3DJ型结型场效应管可看作一只NPN型的晶体三极管，栅极G对应基极b，漏极D对应集电极c，源极S对应发射极e。所以只要像测量晶体三极管那样测PN结的正、反向电阻既可。把万用表拨在R*100挡用黑表笔接场效应管其中一个电极，红表笔分别接另外两极，当出现两次低电阻时，黑表笔接的就是场效
21、应管的栅极。红表笔接的就是漏极或源极。对结型场效应管而言，漏极和源极可以互换。对于有4个管脚的结型场效应管，另外一极是屏蔽极（使用中接地）。目前常用的结型场效应管和MOS型绝缘栅场效应管的管脚顺序如图2所示。场效应晶体管的好坏的判断。先用MF10型万用表R*100K挡（内置有15V电池），把负表笔（黑）接栅极（G），正表笔（红）接源极（S）。给栅、源极之间充电，此时万用表指针有轻微偏转。再该用万用表R*1挡，将负表笔接漏极（D），正表笔接源极（S），万用表指示值若为几欧姆，则说明场效应管是好的。硅管、锗锗管的判判别 硅管管和锗管管在特性性上有很很大不同同，使用用时应加加以区别别。我们们知道，硅
22、硅管和锗锗管的PPN结正正向电阻阻是不一一样的，即即硅管的的正向电电阻大，锗锗管的小小。利用用这一特特性就可可以用万万用表来来判别一一只晶体体管是硅硅管还是是锗管。 判别方方法如下下：将万用用表拨到到R*1100挡挡或R*1K挡挡。测量量二极管管时，万万用表的的正端接接二极管管的负极极，负端端接二极极管的正正极；测测量NPPN型的的三极管管时，万万用表的的负端接接基极，正正端接集集电极或或发射极极；测量量PNPP型的三三极管时时，万用用表的正正端接基基极，负负端接集集电极或或发射极极。 按上上述方法法接好后后，如果果万用表表的表针针指示在在表盘的的右端或或靠近满满刻度的的位置上上（即阻阻值较小
23、小），那那么所测测的管子子是锗管管；如果果万用表表的表针针在表盘盘的中间间或偏右右一点的的位置上上（即阻阻值较大大），那那么所测测的管子子是硅管管。 测测判三极极管的口口诀 三三极管的的管型及及管脚的的判别是是电子技技术初学学者的一一项基本本功，为为了帮助助读者迅迅速掌握握测判方方法，笔笔者总结结出四句句口诀：“三颠颠倒，找找基极；PN结结，定管管型；顺顺箭头，偏偏转大；测不准准，动嘴嘴巴。”下下面让我我们逐句句进行解解释吧。一、 三颠倒，找基极大家知道，三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同，可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管，图1是它们的电路符号和等
24、效电路。测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R100或R1k挡位。图2绘出了万用电表欧姆挡的等效电路。由图可见，红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。这时，我们任取两个电极(如这两个电极为1、2)，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量
25、前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极(参看图1、图2不难理解它的道理)。二、 PN结，定管型找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型(图1)。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被测管即为PNP型。三、 顺箭头，偏转大找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c，哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。(1) 对于NPN型三极管，穿透电流的测量电路如图3所示。根据这个原理，用万用
26、电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔c极b极e极红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致(“顺箭头”)，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。(2) 对于PNP型的三极管，道理也类似于NPN型，其电流流向一定是：黑表笔e极b极c极红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极e，红表笔所接的一定是集电极c。四、 测不出，动嘴巴若在“顺箭头，偏转大”的测量过程中，若由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太小
27、难以区分时，就要“动嘴巴”了。具体方法是：在“顺箭头，偏转大”的两次测量中，用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住(或用舌头抵住)基电极b，仍用“顺箭头，偏转大”的判别方法即可区分开集电极c与发射极e。其中人体起到直流偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。高频管和和低频管管的判别别高频管管和低频频管因其其特性和和用途不不同而一一般不能能互相代代用。这里里介绍如如何用万万用表来来快速判判别它高高频管与与低频管管。判别别方法为为：首先用用万用表表测量三三极管发发射极的的反向电电阻，如如果是测测量PNNP型管管，万用用表的负负端接基基极，正正端接发发射极；如果是是测量NNPN型型管，万万用表的的正端接接基极，负负端接发发射极。然然后用万万用表的的R*11K挡挡测量，此此时万用用表的表表针指示示的阻值值应当很很大，一一般不超超过满刻刻度值的的1/110。再再将万用用表转换换到R*10KK挡，如如果表针针指示的的阻值变变化很大大，超过过满刻度度值的11/3，则则此管为为高频管管；反之之，如果果万用表表转换到到R*110K挡后，表表针指示示的阻值值变化不不大，不不超过满满刻度值值的1/3，则则所测的的管子为为低频管管。