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1、电工电子技术电工电子技术第5章 常用半导体v项目一项目一 晶体二极管的认识及使用晶体二极管的认识及使用v项目二项目二 晶体三极管的认识及使用晶体三极管的认识及使用v项目三项目三 了解其他半导体了解其他半导体项目一晶体二极管的认识及使用晶体二极管的认识及使用v任务一任务一 学习晶体二极管的结构和特性学习晶体二极管的结构和特性v任务二任务二 了解几种特殊的二极管了解几种特殊的二极管v怎样使用发光二极管？v发光二极管有哪些特点？v还有哪些特殊的二极管？都应用于哪些场合？主要特点是什么？项目引入项目引入任务目标任务目标v（1）理解PN结的单向导电原理；v（2）能识别各种不同的二极管，并可判断二极管性能
2、的好坏；v（3）掌握特殊的常用二极管的应用；v（4）能识别三极管的类型和管脚并判断三极管性能的好坏；v（5）了解场效应管和晶闸管的特性。任务一 学习晶体二极管的结构和特性v1半导体v2PN结v3二极管的结构v4二极管的伏安特性v5晶体二极管的主要参数1半导体v物质按其导电能力的不同，可以分为导体、绝缘体和半导体三类。v本征半导体:纯净、结构完整的半导体被制成晶体 v电子空穴对:本征半导体中的电子和空穴都是成对出现常用的半导体材料有硅（Si）和锗（Ge）等 2PN结v（1）PN结的形成v（2）PN结的单向导电性（1）PN结的形成v杂质半导体:在本征半导体中掺入杂质vN型半导体：将五价元素少量地掺
3、入硅和锗的本征半导体中。电子为多数载流子（简称多子），空穴为少数载流子（简称少子）。vP型半导体中：将三价元素少量地掺入本征半导体中，可以形成P型半导体。空穴为多数载流子，电子为少数载流子。vP N结（2）PN结的单向导电性v在PN结两端加上不同极性的电压，PN结会呈现出不同的导电特性。3二极管的结构v晶体二极管（简称二极管）：在PN结的两端加上电极，P区为阳极，N区为阴极，用管壳封装，就成为半导体二极管。v二极管按其结构的不同可以分为点接触型和面接触型。4二极管的伏安特性v（1）正向偏置时的特性v死区（OA段）v缓冲带（AB段）v正向导通区（BC段）v（2）反向偏置时的特性v反向截止区（OD
4、段）v反向击穿区（DE段）死区电压UT 正向管压降UF 反向击穿电压UZ 温度对二极管伏安特性的影响 5晶体二极管的主要参数v（1）最大整流电流）最大整流电流IFMv指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。v（2）最大反向电流（或称反向饱和电流）最大反向电流（或称反向饱和电流）IRMv在室温下，二极管未击穿时反向电流值称为反向饱和电流。v（3）反向击穿电压（齐纳电压）反向击穿电压（齐纳电压）UZ v指二极管反向击穿时的电压值。v（4）最高反向工作电压）最高反向工作电压URMv是确保二极管不被反向电流击穿的电压参数，通常取反向击穿电压UZ的一半。任务二 了解几种特殊的二极管v1稳压二极管
5、v2光电二极管v3发光二极管LEDv4国产二极管的型号命名1稳压二极管齐纳二极管 稳压管的反向击穿特性曲线比普通二极管的更陡 2光电二极管v光电二极管的结构与普通的结构基本相同，只是在它的PN结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。v光电二极管的PN结在反向偏置状态下运行，其反向电流随光照强度的增加而上升。3发光二极管LEDv是一种能把电能转换成光能的特殊器件4国产二极管的型号命名项目二 晶体三极管的认识及使用v任务一任务一 学习三极管的结构和特性学习三极管的结构和特性v动手做动手做1 晶体管的简单测试晶体管的简单测试v动手做动手做2 常用电子仪器的使用常用电子仪器的使用项目引入项目引
6、入v二极管是PN结构成，将PN结做成三明治，是不是可以称为三极管呢？v会有怎样的特性呢？v利用这个三极管，如何将只能用耳机才能听到的弱信号，转换成可以驱动扬声器的强信号？任务目标任务目标v（1）熟悉三极管的种类和表示符号；v（2）理解三极管的工作原理；v（3）能对三极管的好坏及极性进行判别；v（4）能正确使用常用电子仪器。任务一 学习三极管的结构和特性v1三极管的结构及类型v2三极管的特性曲线v3三极管的主要参数1三极管的结构及类型 v目前国内生产的硅管多为NPN型（3D系列），锗管多为PNP型（3A系列）；v根据频率特性，可将三极管分为高频管和低频管；根据功率大小可以分为大功率管、中功率管和
7、小功率管。2三极管的特性曲线v（1）输入特性曲线v（2）输出特性曲线（1）输入特性曲线v当集射极电压UCE为常数时，输入电路中基极电流IB与基-射极电压UBE之间的关系曲线 与二极管 类似（2）输出特性曲线v放大区vIC=IB（条件：满足发射结正偏，集电结反偏）v截止区v集电极与发射极之间相当于开关的断开状态。（条件：发射结反向偏置/零偏、集电结反向偏置）当基极电流IB为常数时，输出电路中集电极电流IC与集-射极电压UCE之间的关系曲线穿透电流（ICEO）v饱和区v集电极与发射极之间相当于开关的闭合状态 v（条件：发射结和集电结均为正偏）3三极管的主要参数v（1）电流放大系数v（2）极间反向电
8、流v（3）极限参数（1）电流放大系数v直流电流放大系数为三极管的集电极电流IC与基极电流IB之比，即v交流电流放大系数为集电极电流的变化量IC与基极电流的变化量IB之比，即v（2）极间反向电流v集-基极反向漏电流ICBOv当发射极开路时集电结上加反向电压时，流过集电结的反向饱和电流。v集-射极反向漏电流ICEOv当基极开路时，集电极直通到发射极的反向电流，又叫穿透电流，且有衡量三极管质量的重要参数ICBO和ICEO。值越小，三极管的工作越稳定。（3）极限参数集电极最大允许电流ICM 集电极电流IC超过一定值时，将明显下降，当下降到正常值的2/3时所对应的集电极电流值称为最大允许集电极电流ICM
9、。集电极最大允许功率损耗PCMv反向击穿电压U(BR)CEO、U(BR)CBO、U(BR)EBOvU(BR)CEO：基极开路时集电结不致击穿，允许加在集电极一发射极之间的最高电压；vU(BR)CBO为发射极开路时集电结不致击穿，允许加在集电极一基极之间的最高反向电压；vU(BR)EBO为集电极开路时发射结不致击穿，允许加在发射极一基极之间的最高反向电压。v三者的大小如下：vU(BR)CEO U(BR)CBO U(BR)EBO动手做动手做1 晶体管的简单测试v*预习要求v（1）复习万用表的使用方法及注意事项；v（2）复习晶体二极管和晶体三极管的特性和参数。v一、实训目的v（1）掌握二极管和晶体三
10、极管管脚的识别方法；v（2）能用万用表判断二极管和晶体三极管的性能好坏。v二、实训仪器与器件v（1）万用表 1台v（2）半导体二极管 若干v（3）晶体三极管 若干三、实训原理和方法v1.用万用表识别二极管的管脚用万用表识别二极管的管脚v（1）二极管正负极的判别v（2）二极管性能好坏的判断v2.用万用表识别三极管的类型和管脚用万用表识别三极管的类型和管脚v（1）基极的判别v如果在正、反接时测量的电阻均较大，则此次测量中所空下的管脚即为基极 v（2）类型的判别v当基极判定后，可用黑表笔接基极，把红表笔分别与另外两个极相接，若测得两个阻值都小，即为NPN型晶体管，若测得两个阻值都大，则为PNP型晶体
11、管。v（3）集电极与发射极的判别vNPN：用手指握住基极和假定的集电极（注意两电极不能相碰）；再将表笔进行对调进行测试。比较两次的阻值大小，阻值小的一次测试中，黑表笔所接的管脚为集电极，另一管脚为发射极。3.晶体三极管性能判别晶体三极管性能判别v（1）穿透电流ICEO的测量v（2）电流放大系数的测量v（3）稳定性能v四、实训内容v（1）用万用表识别二极管的管脚v（2）用万用表识别晶体三极管的管脚v五、注意事项v（1）测量时万用表选择开关最好置于R100或R1k欧姆挡。因为在更高的欧姆挡（R10k），万用表内可能串联有电压较高的电池，会导致晶体管的PN结反向击穿；而在较低的欧姆挡（R1），由于万
12、用表内串联的电阻很小，可能会使小功率管的电流过大而导致PN结烧坏。v（2）用手指的表皮代替100k电阻握住基极和集电极时，不能将两电极相碰。v六、实训报告要求v根据实训记录，列表、整理并回答下面问题。v（1）硅管和锗管如何用万用表来判断?v（2）说明识别PNP型晶体三极管三管脚的方法。动手做动手做2 常用电子仪器的使用 v*预习要求v（1）通过阅读说明书，了解低频信号发生器、晶体管毫伏表及示波器的使用方法及注意事项；v（2）复习正弦交流信号的三要素。v一、实训目的v（1）能正确使用示波器来观察电子信号的波形；v（2）掌握用示波器测量交流电的频率、周期及信号的峰-峰值的方法；v（3）掌握函数信号
13、发生器和晶体管毫伏表的使用方法。v二、实训仪器与器件v（1）函数信号发生器 1台v（2）示波器 1台v（3）晶体管毫伏表 1台 三、实训仪器设备使用方法v1.DA-16型毫伏表的使用型毫伏表的使用v2.示波器的使用示波器的使用1.DA-16型毫伏表的使用型毫伏表的使用v（1）DA-16型晶体管毫伏表简介v（2）DA-16型晶体管毫伏表的读数（3）晶体管毫伏表使用注意事项v毫伏表使用前应垂直放置以保证精度，且在不通电的情况下先进行机械调零。v仪器在通电之前，一定要将输入电缆的红黑鳄鱼夹相互短接，以防止通电时外干扰信过大而打弯表头指针。同时要注意应预热10s后再使用。v若要测量高电压，输入端黑色鳄
14、鱼夹必须接在“地”端。v接线时，先接上地线夹子，再接另一个夹子。测量完毕拆线时则要相反，先拆另一个夹子，再拆地线夹子。这样可避免当人手触及不接地夹子时，交流电通过仪表与人体构成回路，形成十几伏的感应电压，而打坏表针。v当不知被测电路中电压值大小时，必须首先将毫伏表的量程开关置最高量程，然后根据表针所指的范围，采用递减法合理选挡。2.示波器的使用示波器的使用v示波器可直观地显示随时间变化的电信号图形，如电压（或转换成电压的电流）波形，并可测量电压的幅度、频率及相位等。v示波器主要有两种工作方式：Y-t工作方式（又称连续工作方式）和X-Y工作方式（又称水平工作方式）。vY-t工作方式下，示波器屏幕
15、构成一个y-t坐标平面，能够显示时间函数 yf（t）的波形，例如电压u（t）和电流i（t）的波形。vX-Y工作方式下，示波器屏幕构成一个x-y坐标平面，屏幕上显示的图形具有函数关系 yf（x），该工作方式可测定元件特性曲线、同频率正弦量的相位差以及二维状态向量的状态轨迹等。四、实训内容v1.用毫伏表测量信号发生器输出电压（正弦信号）v2.用示波器测量正弦信号的幅度和频率、周期v五、注意事项v注意使用万用表和晶体管毫伏表测量交流电时，读数都是有效值，而且它们的测试对象仅限于正弦交流电。示波器可测量各种信号波形，它的读数为峰-峰值。v晶体管毫伏表不能用来测量直流电压。v六、实训报告要求v（1）根据
16、实训记录，列表、整理、计算数据，分析误差原因。v（2）回答问题：v 要使示波器在观察波形时，做到以下几点，应对应调节哪些旋钮（或按钮）？v a）波形清晰、线条均匀、亮度适中；b）波形在屏幕中央、大小适中；c）显示24个完整波形；d）调节波形幅度合适；e）波形稳定。v 使用毫伏表mV挡量程（如10mV、100mV）后，应如何处理才能更好地保护毫伏表?项目三 了解其他半导体v任务一 学习场效应管的结构和特性v任务二 学习晶闸管的结构和特性 v项目引入项目引入v前文所述的晶体三极管的放大区有IC=IB的关系式，即它是电流控制元件，那么，有没有电压控制元件呢？v我们知道，晶体管的工作电流不大，只适合于
17、在弱电回路中工作。那么，在强电领域的调压、逆变及开关作用时，用什么器件？与晶体管有哪些相近的地方？v任务目标任务目标v（1）熟悉场效应管及晶闸管的种类和表示符号；v（2）理解场效应管及晶闸管的工作原理；v（3）了解场效应管及晶闸管的特性和参数。任务一 学习场效应管的结构和特性v双极型晶体管普通晶体管：v两种载流子参与导电；是电流控制元件、输入电阻低（102104）、热稳定性差（载流子受温度影响）。v单极型晶体管场效应管：v只靠一种载流子导电。是电压控制元件，输入电阻高（1091014）、热稳定性好（只有一种载流子）、噪声低、抗干扰性强等特点，且比双极型三极管省电。场效应管按其结构的分类v分为结
18、型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（IGFET）。v可分为N沟道（电子导电）和P沟道（空穴导电）两种v每种又分为增强型和耗尽型。v绝缘栅N沟道增强型场效应管在大规模和超大规模集成电路中应用较为广泛。v1场效应管的结构及工作原理v2场效应管的特性 v3场效应管的主要参数 vN沟道场效应管（a）结构示意图 （b）耗尽型效应管图形符号 （c）增强型效应管图形符号2场效应管的特性 v(1)转移特性v在漏极电源UDS为常数的条件下，漏极电流ID与栅、源电压UGS之间的关系v(2)漏极特性v栅源电压UGS一定时，漏极电流ID与漏源电压UDS之间的关系v当UGS0时，场效应管不能导通，ID0。vUGS
19、为正且增加，漏、源之间便有电流出现。v在UDS一定情况下，用UGS（th）表示管子的临界开启电压。v当UGSUGS（th）时，随UGS增加，ID也随之增大。3场效应管的主要参数 v（1）开启电压|UGS|vUDS为常数时，沟道能将漏、源极连接起来的最小值|UGS|。v（2）低频跨导gmv当UDS为定值时，漏极电流的变化量ID与引起这个变化的栅-源电压的变化量UGS的比值，表示为v（3）漏源击穿电压U（BR）DS v漏源击穿电压U（BR）DS是指管子发生击穿ID急剧上升时的UDS值，UDSU（BR）DS。v（4）最大耗散功率PDMv最大耗散功率PDM是指场效应管所能承受的最大功率。PDIDUDS
20、PDM，不能超过，否则要会烧坏管子。任务二 学习晶闸管的结构和特性v晶闸管又称可控硅SCR，是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件v多用于可控整流、逆变、调压等电路，也可以作为无触点开关。常见的晶闸管有螺栓型、平板型等（a）螺栓型 （b）平板型图5-27 晶闸管的外形v1晶闸管的基本结构v2晶闸管的工作原理v3晶闸管的伏安特性v4晶闸管的主要参数1晶闸管的基本结构vP1层引出的电极为阳极A，N2层引出的电极为阴极K，由中间P2层引出的电极为控制极G。v为更好地理解晶闸管的工作原理，常将其N1、P2两个区域分解成两部分，分别构成一个NPN型和一个PNP型的三极管。2晶闸管的工作原理v阻断状态：
21、v当晶闸管的阳极A和阴极C之间加正向电压而控制极不加电压时，晶闸管处于反向偏置，管子不导通v触发导通过程：v当A与C之间加正向电压且G与C之间也加正向电压时，晶闸管导通，形成正反馈。在很短的时间内(一般不超过几微秒)，两只管子均进入饱和状态，使晶闸管完全导通 v正向阻断正向阻断：v当阳极电流IA减小到小于一定数值IH时，晶闸管正反馈不能维持，管子将关断 v反向阻断：反向阻断：v在阳极和阴极之间加反向电压，晶闸管也将关断 3晶闸管的伏安特性v以晶闸管的控制极电流IG为参变量，阳极电流IA与A-C间电压UAC的关系。v 正向特性 反向特性 4晶闸管的主要参数v额定正向平均电流IFv在环境温度小于40和标准散热条件下，允许连续通过晶闸管阳极的工频（50Hz）正弦波半波电流的平均值。v维持电流IHv是指在控制极开路且规定的环境温度下，晶闸管维持导通时的最小阳极电流。正向电流小于IH时，管子自动阻断。v触发电压UG和触发电流IGv室温下，当UAC6V 时使晶闸管从阻断到完全导通所需最小的控制极直流电压和电流。v正向重复峰值电压UDRMv控制极开路的条件下，允许重复作用在晶闸管上的最大正向电压。一般UDRMUBO80%，UBO是晶闸管在IG为零时的转折电压。v反向重复峰值电压v控制极开路的条件下，允许重复作用在晶闸管上的最大反向电压。一般URRMUBO80%。v本章结束