《电子技术基础》PPT课件.pptVIP

知识点 本征半导体 掺杂半导体的导电特性 PN结及其特性 二极管的结构 伏安特性及主要参数 特殊二极管的用途 单相桥式整流电路 滤波电路及稳压电路的组成 工作原理 分析计算方法 元件的选用 集成稳压器的使用 电子技术基础 2 1半导体二极管 在自然界中 存在着许多不同的物质 有的物质很容易传导电流 称为导体 有的物质几乎不传导电流 称为绝缘体 此外还有一类物质 它的导电能力介于导体与绝缘体之间 称它为半导体 常见的半导体如锗 硅 硒化镓 一些硫化物和氧化物等 半导体除了在导电能力方面与导体和绝缘体不同外 还具有不同于其他物质的特点 例如 半导体受到外界光和热的刺激时或者在纯净的半导体中加入微量的杂质 其导电性能会发生显著变化 其中半导体的电阻率随温度的上升而明显下降 呈负温度系数的特性 半导体的导电能力随温度上升而明显增加 半导体的电阻率随光照的不同而变化 在纯净的半导体掺入少量的杂质 它的导电能力会得到显著的提高 这就是半导体的特点 一 半导体的基本知识 2 1半导体二极管 半导体的导电特性 可做成温度敏感元件 如热敏电阻 掺杂性 往纯净的半导体中掺入某些杂质 导电能力明显改变 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 光敏性 当受到光照时 导电能力明显变化 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 热敏性 当环境温度升高时 导电能力显著增强 在T 0和没有外界激发时 没有可以自由运动的带电粒子 载流子 这时它相当于绝缘体 例如高纯度半导体材料硅 锗都是单晶体结构 如图所示分别为锗和硅的原子结构示意图 2 1 1本征半导体 完全纯净的 具有晶体结构的半导体 称为本征半导体 在硅 锗制成单晶体后 最外层的4个价电子不仅受自身原子核的束缚 还与其相邻的4个原子核相互吸引 2个相邻原子之间有1对价电子 称为共价键结构 半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中的电子被束缚得那么紧 在室温300K时 由于热激发 就会使一些价电子获得足够的能量挣脱共价键的束缚 成为自由电子 这种现象称为本征激发 在电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后 共价键就留下1个空位 这个空位叫做空穴 显然 空穴带有正电荷 当温度越高时 电子空穴就越多 电子空穴的热运动是杂乱无章的 对外不显电性 2 1 1本征半导体 晶体中原子的排列方式 硅单晶中的共价健结构 共价健 共价键中的两个电子 称为价电子 价电子 价电子在获得一定能量 温度升高或受光照 后 即可挣脱原子核的束缚 成为自由电子 带负电 同时共价键中留下一个空位 称为空穴 带正电 本征半导体的导电机理 这一现象称为本征激发 空穴 温度愈高 晶体中产生的自由电子便愈多 自由电子 在外电场的作用下 空穴吸引相邻原子的价电子来填补 而在该原子中出现一个空穴 其结果相当于空穴的运动 相当于正电荷的移动 本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时 在半导体中将出现两部分电流 1 自由电子作定向运动 电子电流 2 价电子递补空穴 空穴电流 注意 1 本征半导体中载流子数目极少 其导电性能很差 2 温度愈高 载流子的数目愈多 半导体的导电性能也就愈好 所以 温度对半导体器件性能影响很大 自由电子和空穴都称为载流子 自由电子和空穴成对地产生的同时 又不断复合 在一定温度下 载流子的产生和复合达到动态平衡 半导体中载流子便维持一定的数目 2 1 2杂质半导体 掺杂后自由电子数目大量增加 自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式 称为电子半导体或N型半导体 掺入五价元素 多余电子 磷原子 在常温下即可变为自由电子 失去一个电子变为正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质 某种元素 形成杂质半导体 在N型半导体中自由电子是多数载流子 空穴是少数载流子 掺杂后空穴数目大量增加 空穴导电成为这种半导体的主要导电方式 称为空穴半导体或P型半导体 掺入三价元素 在P型半导体中空穴是多数载流子 自由电子是少数载流子 硼原子 接受一个电子变为负离子 空穴 无论N型或P型半导体都是中性的 对外不显电性 1 N型半导体 在本征半导体中 如硅 锗中 掺入少量的5价元素杂质 如磷 锑 砷等 磷原子有5个价电子 它的4个价电子与相邻的硅组成共价键后 还多余1个价电子 多余的价电子很容易受激发成为自由电子 掺入的磷元素越多 则自由电子就越多 由于磷原子在硅晶体中给出了1个多余的电子 称磷为施主杂质 或N型杂质 但在产生自由电子的同时并不产生新的空穴 因此在N型半导体中 自由电子数远大于空穴数 这样的一种半导体将以自由电子导电为主 所以自由电子称为多数载流子 而空穴称为少数载流子 在本征半导体中 如硅 锗中 掺入少量的3价元素杂质 如硼 铟等 硼原子最外层只有3个价电子 它与周围硅原子组成共价键时 因缺少1个价电子 在晶体中就留有1个空穴 空穴数量增多 自由电子则相对很少 如图所示 由于硼原子在硅晶体中能接受电子 故称硼为受主杂质 或P型杂质 在产生空穴的同时并不产生新的自由电子 因此在P型半导体中 空穴数远大于自由电子数 在这种半导体中以空穴导电为主 故空穴为多数载流子 而自由电子为少数载流子 注意不论是N型半导体还是P型半导体都是电中性 对外不显电性 2 P型半导体 P型半导体 PN结的形成 PN结的形成当P型半导体和N型半导体接触后 在交界面处由于载流子的扩散运动 P区的空穴向N区扩散 N区的电子向P区扩散 在P区和N区的接触面上就产生了正 负离子层 N区一侧失去自由电子剩下正离子 P区一侧失去空穴剩下负离子 这个区域称为空间电荷区 即PN结 同时形成一个由N区指向P区的内电场 内电场对扩散运动起阻碍作用 电子和空穴的扩散运动随着内电场的增强而逐渐减弱 最后达到动态的平衡 PN结及其单向导电性 2 1半导体二极管 2 1 3PN结 1 PN结的形成 多子的扩散运动 少子的漂移运动 浓度差 P型半导体 N型半导体 内电场越强 漂移运动越强 而漂移使空间电荷区变薄 扩散的结果使空间电荷区变宽 扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡 空间电荷区的厚度固定不变 动画 形成空间电荷区 PN结单向导电性PN结在使用时总是加一定的电压 若PN结外加正向电压 P区的电位高于N区的电位 称为正向偏置 简称正偏 这时PN结外电场与内电场方向相反 PN结变窄 则P区的多数载流子空穴和N区的多数载流子自由电子在回路中形成较大的正向电流IF 使PN结正向导通 这时PN结呈低电阻状态 若PN结外加反向电压 P区的电位低于N区的电位 称为反向偏置 简称反偏 这时外加电场与内电场方向相同 使内电场增强 PN结变厚 多数载流子运动难以进行 而P区的少数载流子自由电子和N区的少数载流子空穴在回路中形成极小的反向电流IR 称PN结反向截止 这时PN结呈高阻状态 2 1半导体二极管 由此可知 PN结正向偏置时 呈导通状态 反向偏置时 呈截止状态 这就是PN结的单向导电性 另外在室温下 少数载流子形成的反向电流虽然很小 但它随温度的上升而明显增加 使用时要特别注意 图PN结的单向导电性 a 加正向电压时导通 b 加反向电压时截止 2 1半导体二极管 2PN结的单向导电性 1 PN结加正向电压 正向偏置 PN结变窄 P接正 N接负 IF 内电场被削弱 多子的扩散加强 形成较大的扩散电流 PN结加正向电压时 PN结变窄 正向电流较大 正向电阻较小 PN结处于导通状态 PN结变宽 2 PN结加反向电压 反向偏置 内电场被加强 少子的漂移加强 由于少子数量很少 形成很小的反向电流 IR P接负 N接正 温度越高少子的数目越多 反向电流将随温度增加 PN结加反向电压时 PN结变宽 反向电流较小 反向电阻较大 PN结处于截止状态 半导体二极管由一个PN结加上相应的引出端和管壳构成 它有两个电极 P区引出线称二极管的正极 又称阳极 N区引出线称二极管的负极 又称阴极 常见二极管的外形和符号如图所示 二极管的结构 二极管的内部结构示意图和符号 2 1半导体二极管 二极管的种类很多 按结构分 常见的有点接触型和面接触型 点接触型二极管的PN结是用一根含杂质元素的金属丝压在半导体晶片上 经特殊工艺 方法处理而成 如图所示 因其结面积小 允许通过的电流小 但结电容小 工作频率高 主要用在高频检波和开关电路 面接触型二极管的PN结是用合金或扩散法做成的 其结构如图所示 由于面接触型二极管的PN结结面积大 PN结电容较大 一般适于较低的频率下工作 允许通过较大电流和具有较大功率容量 主要用于整流电路 按制造材料分 常用的有硅二极管和锗二极管 其中硅二极管的热稳定性比锗二极管好得多 按用途分 常用的有普通二极管 整流二极管 检波二极管 稳压二极管 光电二极管 开关二极管等等 2 1半导体二极管 常见二极管的结构和符号 a 点接触型 b 面接触型 c 符号 2 1半导体二极管 1 基本结构 a 点接触型 b 面接触型 结面积小 结电容小 正向电流小 用于检波和变频等高频电路 结面积大 正向电流大 结电容大 用于工频大电流整流电路 c 平面型用于集成电路制作工艺中 PN结结面积可大可小 用于高频整流和开关电路中 2 1 4半导体二极管 二极管的结构和符号示意图 2 伏安特性 硅管0 5V 锗管0 1V 反向击穿电压U BR 导通压降 外加电压大于死区电压二极管才能导通 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿 失去单向导电性 正向特性 反向特性 特点 非线性 硅0 6 0 8V锗0 2 0 3V 死区电压 反向电流在一定电压范围内保持常数 当二极管两端加正向电压时 便有正向电流通过 但当二极管承受电压很低时 还不足以克服PN结内电场对多数载流子运动的阻挡作用 因此 这时正向电流IF仍然很小 二极管呈现的电阻较大 称为死区 通常 硅材料二极管的死区电压约为0 5V 锗材料二极管的死区电压为0 2V 当外加电压超过一定电压数值UT时 外电场大大抵消了内电场 二极管的电阻变得很小 正向电流IF随外加电压的增加而显著增大 如图所示 当二极管完全导通后 正向压降基本维持不变 称为二极管的正向导通电压或门槛电压 一般硅管为0 7V 锗管为0 3V 2 1半导体二极管 1 正向特性 二极管加反向电压 此时外电场与内电场方向一致 只有少数载流子的漂移运动 形成反向电流IR 如图所示 反向电流IR极小 一般硅管为几微安以下 锗管较大 为几十到几百微安 这种特性称为反向截止特性 2 1半导体二极管 2 反向特性 当外加反向电压增大到一定数值时 外加电场过强 可能破坏共价键而把价电子拉出 使少数载流子的数目剧增 强电场也可能引起电子与原子碰撞 产生新的电子空穴对 而引起载流子的数目急剧上升 这都将使反向电流突然剧增 这种现象称二极管反向击穿 击穿时对应的电压称为反向击穿电压UBR 如图所示 普通二极管发生反向击穿后 将会因电流过大使管子过热而造成永久性损坏 这种现象叫做热击穿 2 1半导体二极管 3 反向击穿特性 3 主要参数 1 最大整流电流IOM 二极管长期使用时 允许流过二极管的最大正向平均电流 2 反向工作峰值电压URWM 是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压 一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二 二极管击穿后单向导电性被破坏 甚至过热而烧坏 3 反向峰值电流IRM 指二极管加最高反向工作电压时的反向电流 反向电流大 说明管子的单向导电性差 IRM受温度的影响 温度越高反向电流越大 硅管的反向电流较小 锗管的反向电流较大 为硅管的几十到几百倍 二极管的单向导电性 1 二极管加正向电压 正向偏置 阳极接正 阴极接负 时 二极管处于正向导通状态 二极管正向电阻较小 正向电流较大 2 二极管加反向电压 反向偏置 阳极接负 阴极接正 时 二极管处于反向截止状态 二极管反向电阻较大 反向电流很小 3 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿 失去单向导电性 4 二极管的反向电流受温度的影响 温度愈高反向电流愈大 二极管电路分析举例 定性分析 判断二极管的工作状态 导通截止 分析方法 将二极管断开 分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负 若V阳 V阴或UD为正 正向偏置 二极管导通若V阳 V阴或UD为负 反向偏置 二极管截止 若二极管是理想的 正向导通时正向管压降为零 反向截止时二极管相当于断开 电路如图 求 UAB V阳 6VV阴 12VV阳 V阴二极管导通若忽略管压降 二极管可看作短路 UAB 6V否则 UAB低于 6V一个管压降 为 6 3 或 6 7V 例1 取B点作参考点 断开二极管 分析二极管阳极和阴极的电位 在这里 二极管起钳位作用 两个二极管的阴极接在一起取B点作参考点 断开二极管 分析二极管阳极和阴极的电位 V1阳 6V V2阳 0V V1阴 V2阴 12VUD1 6V UD2 12V UD2 UD1 D2优先导通 D1截止 若忽略管压降 二极管可看作短路 UAB 0V 例2 D1承受反向电压为 6V 流过D2的电流为 求 UAB 在这里 D2起钳位作用 D1起隔离作用 ui 8V 二极管导通 可看作短路uo 8Vui 8V 二极管截止 可看作开路uo ui 已知 二极管是理想的 试画出uo波形 8V 例3 二极管的用途 整流 检波 限幅 钳位 开关 元件保护 温度补偿等 参考点 二极管阴极电位为8V 1 符号 UZ IZ IZM UZ IZ 2 伏安特性 稳压管正常工作时加反向电压 使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿后 电流变化很大 但其两端电压变化很小 利用此特性 稳压管在电路中可起稳压作用 2 1 5特殊二极管 1 稳压二极管 3 主要参数 1 稳定电压UZ稳压管正常工作 反向击穿 时管子两端的电压 2 电压温度系数 环境温度每变化1 C引起稳压值变化的百分数 3 动态电阻 4 稳定电流IZ 最大稳定电流IZM 5 最大允许耗散功率PZM UZIZM rZ愈小 曲线愈陡 稳压性能愈好 光电二极管又称光敏二极管 是一种将光信号转换成电信号的特殊二极管 它的反向电流随光照强度的增加而上升 通常在管壳备有一个玻璃窗口以接受光照 其外形和符号如图所示 光电二极管工作在反向偏置状态 当管壳上的玻璃窗口无光照时 反向电流很小 称为暗电流 有光照时反向电流很大 称为亮电流 且光照越强 亮电流越大 如果在外电路接上负载 便可获得随光照强弱而变化的电信号 是光电二极管的基本应用电路 无光照时 负载RL上无电压 有光照时 亮电流在RL上转换为电压输出 从而实现光电转换 2 光电二极管 2 光电二极管 反向电流随光照强度的增加而上升 符号 发光二极管 有正向电流流过时 发出一定波长范围的光 目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光 它的电特性与一般二极管类似 正向电压较一般二极管高 电流为几 几十mA 光电二极管 发光二极管 光电二极管使用时应注意 保证光电二极管的反偏电压不小于5V 否则光电流和光强度不呈线性关系 保持光电二极管的管壳清洁 否则光电灵敏度会下降 光电二极管的外形及符号 a 外形 b 符号 光电二极管的基本应用电路 2 光电二极管 发光二极管是一种将电能转换成光能的元器件 简写成LED LightEmittingDiode 通常用元素周期表中 族元素的化合物 如砷化镓 磷化镓等制成 发光二极管和普通二极管相似 也是由一个PN结构成 发光二极管正向导通时 由于空穴和电子的直接复合而放出能量 发出一定波长的可见光 由于光的波长不同 颜色也不相同 常见的发光二极管有红 绿 黄等颜色 下图为发光二极管的外形和符号 3 发光二极管 发光二极管正向偏置并达到一定电流时就会发光 工作电流在10 30mA时 正向压降为2 3V 通常管脚引线较长的为正极 较短的为负极 当管壳上有凸起的标志时 靠近标志的管脚为正极 发光二极管的外形及符号 a 外形 b 符号 3 发光二极管 使用发光二极管时也要串入限流电阻 避免流过的电流太大 改变电流的大小还可以改变发光的亮度 图a是常用的直流驱动电路 限流电阻R可按下式计算 式中UF为LED的正向电压 约为2V IF为正向工作电流 可从产品手册中查得 用交流电源驱动时 图b所示 此时 在计算限流电阻R时仍用上式 不过上式中的U是交流电压的有效值 二极管D可避免LED承受高的反向电压 3 发光二极管 发光二极管除可单个使用外 也常做成七段式或矩阵式 工作电流一般为几毫安到几十毫安之间 LED的反向击穿电压一般大于5V 但为使器件长时间稳定而又可靠地工作 安全使用电压选择在5V以下 LED的驱动电路 a 直流驱动 b 交流驱动 3 发光二极管 变容二极管是利用PN结的电容效应工作的 即空间电荷区内没有载流子 起着绝缘介质的作用 PN结类似一个平板电容器 它的电容量一般为几十皮法至几百皮法 且随反偏电压 0 30V 的升高而减小 约15倍 因此变容二极管是工作在反向偏置状态 其符号如图所示 变容二极管的常见用途是作为调谐电容使用 例如在电视机的频道选择器中 利用它来微调选择电台的频道 变容二极管的符号 4 变容二极管 2 2半导体三极管 2 2 1三极管基本结构 基极 发射极 集电极 NPN型 符号 NPN型三极管 PNP型三极管 部分三极管的外型 三极管根据基片的材料不同 分为锗管和硅管两大类 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 按频率特性分为高频管和低频管 按功率大小分为大功率管 中功率管和小功率管等 实际应用中采用NPN型的三极管较多 所以下面以NPN型三极管为例加以讨论 所得结论对于PNP型三极管同样适用 2 2半导体三极管 三极管的类型 分类 按材料分 硅管 锗管按结构分 NPN PNP按使用频率分 低频管 高频管按功率分 小功率管1W 基区 最薄 掺杂浓度最低 发射区 掺杂浓度最高 发射结 集电结 结构特点 集电区 面积最大 2 2 2三极管的放大原理 1 三极管放大的外部条件 发射结正偏 集电结反偏 PNP发射结正偏VB VE集电结反偏VC VB 从电位的角度看 NPN发射结正偏VB VE集电结反偏VC VB 1 三极管放大的条件 内部条件 发射区掺杂浓度高 基区薄且掺杂浓度低 集电结面积大 外部条件 发射结正偏集电结反偏 2 满足放大条件的三种电路 共发射极 共集电极 共基极 观察输入信号作用在那个电极上 输出信号从那个电极取出 此外的另一个电极即为组态形式 放大电路的组态是针对交流信号而言的 三极管内部载流子的运动过程要实现三极管的放大作用 需要外加合适的电源电压 要求发射结外加正向电压 简称正向偏置 集电结外加反向电压 简称反向偏置 如图所示 三极管的电流放大作用 三极管内部载流子的运动 1 发射区向基区发射电子由于电源EB经过电阻RB加在发射结上 发射结正偏 发射区的多数载流子 自由电子不断通过发射结向基区扩散 形成发射极电流IE 同时基区多数载流子空穴也向发射区扩散 但由于基区的多数载流子浓度远远低于发射区载流子浓度 故与电子流相比 空穴流可以忽略不计 因此可以认为三极管发射结电流主要是电子流 2 2半导体三极管 2 电子在基区中的扩散和复合由发射区注入基区的电子 在发射结附近积累起来 形成了一定的浓度梯度 而靠近集电结附近电子浓度很小 渐渐形成电子浓度差 在浓度差的作用下 促使电子流在基区向集电结扩散 在扩散过程中 电子不断与基区空穴复合形成电子流IBN 复合的空穴由基极电源补充 从而形成基极电流IB 2 2半导体三极管 3 集电区收集电子由于集电结外加反向电压很大 这个反向电压产生的电场力一方面使集电区的电子和基区的空穴很难通过集电结 另一方面吸引基区中扩散到集电结附近的大量电子 将它们收集到集电区 形成收集电流ICN 同时集电区的少数载流子即空穴也会产生漂移运动 流向基区形成反向饱和电流ICBO 以上分析的是NPN型三极管的电流放大原理 对于PNP型三极管 其工作原理相同 只是三极管各极所接电源极性相反 发射区发射的载流子是空穴而不是电子 2 2半导体三极管 电流分配关系由上面载流子的运动过程可知 由于电子在基区的复合 发射区注入基区的电子并非全部到达集电极 三极管制成后 发射区注入的电子传输到集电结所占的比例是一定的 如图描述了三极管电流分配关系 图7 4三极管的电流分配关系 2 2半导体三极管 从图中可知 由于在常温下ICBO的数值很小 可忽略不计 故以因为所以设故上式中IC与IB的比值 即共射极直流电流放大系数 用表示 2 2半导体三极管 2 各电极电流关系及电流放大作用 结论 1 三电极电流关系IE IB IC2 IC IB IC IE3 IC IB 把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用 实质 用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化 是CCCS器件 3 三极管内部载流子的运动规律 基区空穴向发射区的扩散可忽略 发射结正偏 发射区电子不断向基区扩散 形成发射极电流IE 进入P区的电子少部分与基区的空穴复合 形成电流IBE 多数扩散到集电结 从基区扩散来的电子作为集电结的少子 漂移进入集电结而被收集 形成ICE 集电结反偏 有少子形成的反向电流ICBO 3 三极管内部载流子的运动规律 IC ICE ICBO ICE IB IBE ICBO IBE ICE与IBE之比称为共发射极电流放大倍数 集 射极穿透电流 温度 ICEO 常用公式 若IB 0 则IC ICE0 2 2 3特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线 是管子内部载流子运动的外部表现 反映了晶体管的性能 是分析放大电路的依据 为什么要研究特性曲线 1 直观地分析管子的工作状态2 合理地选择偏置电路的参数 设计性能良好的电路 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线 发射极是输入回路 输出回路的公共端 共发射极电路 输入回路 输出回路 测量晶体管特性的实验线路 1 输入特性 特点 非线性 死区电压 硅管0 5V 锗管0 1V 正常工作时发射结电压 NPN型硅管UBE 0 6 0 7VPNP型锗管UBE 0 2 0 3V 2 输出特性 IB 0 20 A 放大区 输出特性曲线通常分三个工作区 1 放大区 在放大区有IC IB 也称为线性区 具有恒流特性 在放大区 发射结处于正向偏置 集电结处于反向偏置 晶体管工作于放大状态 2 截止区 IB 0以下区域为截止区 有IC 0 在截止区发射结处于反向偏置 集电结处于反向偏置 晶体管工作于截止状态 饱和区 截止区 3 饱和区 当UCE UBE时 晶体管工作于饱和状态 在饱和区 IB IC 发射结处于正向偏置 集电结也处于正偏 深度饱和时 硅管UCES 0 3V 锗管UCES 0 1V 2 2 4主要参数 1 电流放大系数 直流电流放大系数 交流电流放大系数 当晶体管接成发射极电路时 表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数 晶体管的参数也是设计电路 选用晶体管的依据 注意 和 的含义不同 但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下 两者数值接近 常用晶体管的 值在20 200之间 例 在UCE 6V时 在Q1点IB 40 A IC 1 5mA 在Q2点IB 60 A IC 2 3mA 在以后的计算中 一般作近似处理 Q1 Q2 在Q1点 有 由Q1和Q2点 得 2 集 基极反向截止电流ICBO ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流 受温度的影响大 温度 ICBO 3 集 射极反向截止电流 穿透电流 ICEO ICEO受温度的影响大 温度 ICEO 所以IC也相应增加 三极管的温度特性较差 4 集电极最大允许电流ICM 5 集 射极反向击穿电压U BR CEO 集电极电流IC上升会导致三极管的 值的下降 当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM 当集 射极之间的电压UCE超过一定的数值时 三极管就会被击穿 手册上给出的数值是25 C 基极开路时的击穿电压U BR CEO 6 集电极最大允许耗散功耗PCM PCM取决于三极管允许的温升 消耗功率过大 温升过高会烧坏三极管 PC PCM ICUCE 硅管允许结温约为150 C 锗管约为70 90 C ICUCE PCM 安全工作区 由三个极限参数可画出三极管的安全工作区 晶体管参数与温度的关系 1 温度每增加10 C ICBO增大一倍 硅管优于锗管 2 温度每升高1 C UBE将减小 2 2 5 mV 即晶体管具有负温度系数 3 温度每升高1 C 增加0 5 1 0 1 三极管管脚极性的识别 根据管脚排列识别由于三极管的种类较多 封装形式也不一样 因此管脚的排列也有多种形式 常见的如图2 17 用万用表判别管脚极性测小功率时用R 1或R 10档 以红表笔为准 黑表笔接另外两个管脚 如果测得两个阻值均较小 则该管为PNP型 红笔所接为基极 如果两次阻值较大 则该管为NPN型 红笔所接仍是基极 基极判别出来后 其余两个管脚不是发射极就是集电极 2 2 5 晶体三极管的识别和简单测试 假设一脚为集电极 管型为NPN 将黑笔接集电极 红笔接发射极 然后用手捏住基极和集电极 两极不能相碰 观察指针偏转情况并记下偏转位置 再将两表笔交换极性 重复上述过程 则偏转角大的一次黑笔所接脚为集电极 如果是PNP型管 只需将红笔接假设的集电极 其余和NPN型的测试完全相似 2 2 5 晶体三极管的识别和简单测试 三颠倒 找基极 PN结 定管型 顺箭头 偏转大 测不准 动嘴巴 下面让我们逐句进行解释吧 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 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 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 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 2 2 5 晶体三极管的识别和简单测试 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 2 2 5 晶体三极管的识别和简单测试 2 三极管好坏的大致判别根据PN结的单向导电性 检查三极管内各极间PN结的正反向电阻 如果相差较大 说明三极管基本上是好的 如果正反向电阻都很大 说明三极管内都有断路或PN结性能不好 如果正反向电阻都很小 说明三极管极间短路或击穿了 2 2 5 晶体三极管的识别和简单测试 在各种电子设备和自动控制装置中 都需要稳定的直流电源供电 常用的直流电源有干电池 蓄电池和直流发电机 但最经济实用的办法是将交流电换成直流电 2 3整流电路 滤波电路 稳压电路 电源变压器 将交流电源电压变成所需要的交流电压值 整流电路 利用二极管的单向导电性 将交流电压变换成脉动直流电压 滤波电路 利用电容 电感线圈的储能特性 把脉动直流电的脉动部分去掉 使输出电压成为平滑的直流电压 稳压电路 使输出的直流电压在电源波动和负载变化时保持稳定 一 整流电路 1 单相半波整流电路利用二极管的单向导电性 将大小和方向都随时间变化的工频交流电变换成单方向的脉动直流电的过程称为整流 有时将变压器 整流电路和滤波电路一起统称为整流器 工作原理 设变压器二次绕组的交流电压u2 U2sin t 式中 U2为二次电压有效值 u2的波形如图7 1 2 a 所示 图7 1 1单相半波整流电路 1 正半周u2瞬时极性a b V正偏导通 二极管和负载上有电流流过 若向压降UF忽略不计 则uo u2 2 负半周u2瞬时极性a b V反偏截止 IF 0 uD u2 虽然简单 但输出电压低 脉动大 效率低 只用了原电压的一半 2 单相桥式整流电路 单相桥式整流电路如图所示 图中 四个整流二极管D1 D4接成桥形 其中一个对角线接变压器的次级 另一个对角线接负载电阻RL 二者不能互换 电路工作原理为正半周时 D1 D3正偏导通 D2 D4反偏截止 电流从上往下流过RL 在RL上得到上正下负的电压 u2为负半周时 极性和图示相反 D2 D4正偏导通 D1 D3反偏截止 电流也是从上往下流过RL 在RL上得到上正下负的电压 上述过程周而复始 在RL上得到如图所示的UL完整波形 这是一个脉动直流电压 与全波整流电路输出的波形完全相同 桥式整流电路具有变压器利用率高 平均直流电压高 脉动小灯优点 所以得到广泛应运 图6 16单相桥式整流电路波形图 3 三相桥式整流 工作原理 对于三个正极管子 D1 D3 D5正极和定子绕组始端相联 在某瞬时 电压最高一相的正极管导通 对于三个负极管子 D2 D4 D6负极和定子绕组始端相联 在某瞬时 电压最低一相的负极管导通 但同时导通的管子总是两个 正 负管子各一个 二 滤波电路 为了获得较平滑的直流输出 还必须采用滤波电路 把脉动电压中的交流成分滤除 1 电容滤波 1 电路工作原理在小功率的整流电路中最常用的是电容滤波电路 它是利用电容两端的电压不能突变的特性 与负载并联 使负载得到较平滑的电压 下图就是一个很实用的单相桥式整流电容滤波电路 下图 2 电感滤波 单向桥式整流电感滤波电路如图所示 电感滤波电路中 电感L与负载RL为串联连接 利用电感中的电流不能突变的特性来实现滤波 其基本工作原理为 下图 若线圈的电感L足够大 且忽略电感的电阻 即电感L两端的电压平均值为零 则电感滤波后的输出电压平均值约为 电感的作用是使整流后电压的交流分量的大部分降在它的上面 而直流分量基本输出给负载RL 虽然整流输出电压没有提高 但其稳定性能得到了改善 电感滤波主要适用于电容滤波难以胜任的大电流负载或负载经常变化的场合 但电感量较大的电感器体积大 笨重 不便于集成化 故其应用有一定的局限性 在小功率的电子设备中很少采用 1 LC滤波器在电容C滤波之前串接一个电感L 如图 a 所示 即组成LC滤波器 整流后的脉动直流中的大部分交流分量降在电感L上 再经过电容C的进一步滤