维修电工培训第二章(电子技术与元器件的基础知识)

电子技术与元器件的基础知识第二章电子技术与元器件的基础知识2.1电子元器件2.2元器件的修理常识2.1电子元器件2.1.1晶体二极管

1.二极管的结构、符号、分类和型号（1）二极管的结构、电路符号二极管的内部结构如图2-1（a）所示。采用掺杂工艺，使锗或硅晶体的一边形成P型半导体区域，另一边形成N型半导体区域，在P型半导体与N型半导体的交界面会形成一个具有特殊电性能的薄层，即PN结。从P区引出的电极为正极（或阳极），从N区引出的电极为负极（或阴极）。二极管一般用金属、塑料或玻璃材料作为封装外壳，外壳上印有标记便于区分正负电极。二极管的电路符号如图2-1（b）所示，箭头所指的方向为正向电流流通的方向，习惯用字母V（或D）代表二极管。2.1电子元器件图2-1（a）二极管的内部结构（b）二极管的电路符号2.1电子元器件稳压电源、收音机、电视机等电子产品中各种不同外形的二极管如图2-2所示。

图2-2常见二极管外形图2.1电子元器件（2）二极管的分类、型号常见的二极管分类如下：按材料分为硅二极管和锗二极管；按PN结面积大小分为点接触型、面接触型和平面型；按功能分为整流、稳压、发光、光电、检波、激光和变容二极管等。各种不同类型的二极管，国内外都采用规定型号来区分。如2CW53表示硅稳压二极管，2AC1表示锗变容二极管等等。根据中华人民共和国国家标准，半导体器件型号由五部分组成，其每一部分的含义见表2-1。例如：2SA53表示高频PNP型三极管，1S92表示半导体二极管。2.1电子元器件表2-1国产半导体器件的型号命名方法第一部分第二部分第三部分用数字表示器件的电极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别符号意义符号意义符号意义符号意义2二极管ABCDN型锗材料P型锗材料N型硅材料P型硅材料PVWCZ普通管微波管稳压管参量管整流管LSNUK整流堆隧道管阻尼管光电器件开关管3三极管ABCDEPNP型锗材料NPN型锗材料PNP型硅材料NPN型硅材料化合物材料XGDAUK低频小功率管（fT＞3MHz,PC＜1W）高频小功率管（fT≥3MHz,PC＜1W）低频大功率（fT≤3MHz,PC≥1W）高频大功率（fT≥3MHz,PC≥1W）光电器件开关管开关管2.1电子元器件

由于目前欧洲各国没有明确统一的标准半导体器件型号命名法，故他们大都使用国际电子联合会的标准。例如：3AD50C表示低频大功率PNP型锗管；3DG6E表示高频小功率NPN型硅管。根据美国电子工业协会（EIA）规定的半导体器件型号命名方法如表2-2所示。例如：1N4148表示开关二极管，2N3464表示高频大功率NPN型硅管。

2.1电子元器件表2—2美国半导体器件型号的命名法第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分用符号表示器件的等级用数字表示PN结数目用字母表示材料用数字表示器件登记序号用字母表示同一器件的不同档次符号意义符号意义符号意义符号意义符号意义J军品1二极管N表示不加热即半导体器件2～4位数字登记顺序号A、B、C表示器件改进型无非军品

2三极管

3四极管2.1电子元器件日本半导体器件型号共用五部分组成，其表示方法如表2-3。表2-3日本半导体器件命名法第一部分第二部分第三部分用数字表示器件的电极数目用字母表示半导体器件

用拉丁字母表示器件的结构和类型符号意义符号意义符号意义0光电器件S

半导体器件A高频PNP型三极管快速开关三极管

三极管B低频大功率PNP管3有三个PN结的器件C高频及快速开关NPN三极管D低频大功率NPN管FP控制极可控硅GN控制极可控硅HN基极单结管JP沟道场效应管KN沟道场效应管M双向可控硅2.1电子元器件

2.二极管的重要特性—单向导电性(1)加正向电压导通如果将电源正极与二极管正极相连，电源负极与二极管负极相连，称为正向偏置，简称正偏。此时二极管内部呈现较小的电阻，有较大电流通过，二极管状态为正向导通状态。(2)加反向电压截止如果将电源正极与二极管负极相连，电源负极与二极管正极相连，称为反向偏置，简称反偏。此时二极管内部呈现较大的电阻，几乎无电流通过，二极管状态为反向截止状态。由上可知，二极管加正偏压时导通，加反偏压时截止，即单向导电性是二极管最重要的特性。2.1电子元器件3.二极管的伏安特性

加在二极管两端的电压VD和流过二极管的电流ID之间的关系称为二极管的伏安特性，利用晶体管特性图示仪能方便地测出VD与ID关系曲线，即伏安特性曲线，见图2-3。图2-3二极管的伏安特性曲线

2.1电子元器件（1）正向特性正向伏安特性曲线指VV—IV坐标系的第一象限部分，其主要特点是：①外加电压较小时，二极管呈现的电阻较大，正向电流几乎为零，曲线OA（或OAˊ）段称为死区，对应的死区电压值，硅管为0.5伏左右，锗管为0.2伏左右。②正向电压VV超过死区电压时，PN结内电场几乎被抵消，二极管呈现的电阻很小，正向电流ID增长很快，二极管正向导通。AB（或AˊBˊ）段特性曲线陡直，VV～IV关系近似于线性，此段称为导通区。导通后二极管两端的正向压降（或管压降）近似认为是导通电压。一般硅管为0.7伏左右，锗管为0.3伏左右。这个电压较稳定，几乎不随流过的电流变化。2.1电子元器件（2）反向特性反向伏安特性曲线指VV～IV坐标系的第三象限部分，它的主要特点是：①当二极管承受反向电压VR时，加强了PN结内电场，使二极管呈现很大电阻，此时仅有极小的反向电流IR。曲线OC（或OCˊ）段称为反向截止区，此处的IR称为反向饱和电流或反向漏电流。实际应用中IR越小越好。一般硅二极管的IR在几十微安以下，锗二极管的IR达几百微安，大功率二极管则更大些。②反向击穿区当反向电压增大到超过某个值（图中C或C’点），反向电流急剧增大，这种现象叫反向击穿。CD（或C’D’）段称为反向击穿区，C（或C’）点对应的电压叫反向击穿电压VBR。击穿后电流过大将使管子损坏，所以除稳压管外，加在二极管上的反向电压不允许超过击穿电压。2.1电子元器件4.二极管的主要技术参数及选择（1）主要参数不同类型的二极管有不同参数供选用者参考，在实际应用中最主要的参数如下：①最大整流电流IFM

又称为额定工作电流，是二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。如果实际工作时的正向平均电流值超过IFM，二极管内的PN结会过分发热而损坏。不同型号的二极管IFM参数悬殊很大。一些大电流的二极管要求使用散热片，且它的IFM是指带有规定散热片条件下的参数值，选用时要注意实际工作电流要比IFM小得较多才安全。2.1电子元器件②最高反向工作电压VRM又称为额定工作电压，是二极管允许承受的反向工作电压峰值。为了确保二极管安全稳定工作，通常标定的VRM是反向击穿电压的1/3至1/2。③反向饱和电流IR又称为反向漏电流，指管子未进入击穿区时的反向电流，其值越小管子的单向导电性能越好。温度增加时，二极管的反向电流会急剧增大。一般硅二极管超过150℃、锗二极管超过90℃时，会因反向电流急剧增大而造成热击穿，因此使用时要注意温度对管子的影响。④最高工作频率fM是保证管子正常工作时的最高频率。二极管的PN结具有结电容，随着工作频率的升高结电容充放电的影响将加剧，进而影响二极管的单向导电性。一般小电流二极管的fM高达几百MHZ，而大电流的整流管仅有几KHZ。2.1电子元器件（2）器件手册的使用二极管类型非常多，并且有很多的参数都可从不同侧面反映管子的性能。从晶体管手册中可以查出常用国产、进口二极管的技术参数和使用资料，这些是正确使用二极管的依据。通常晶体管手册包含以下基本内容：器件型号、主要参数、主要用途和器件外形等。表2-5列举了几种典型二极管的技术参数。

2.1电子元器件表2-5典型二极管的技术参数型号最大整流电流IFM/mA

最高反向工作电压VRM/V反向饱和电流IR/mA最高工作频率fM/MHZ主要用途2AP32CK842CP312CZ55C25100250100030≥3025100≤0.25≤1≤300≤0.01

150

003

检波管开关管整流管整流管2.1电子元器件2.1.2晶体三极管

三极管的结构、分类及符号

（1）三极管的外形半导体三极管亦称双极型晶体三极管，简称晶体管。功率不同的三极管体积和封装形式也不一样，近年来生产的小、中功率管多采用硅酮塑料封装；大功率管多采用金属封装，且其外壳和散热器连成一体便于散热。常见的三极管外形如图2-4所示。

图2-4常见的三极管外形2.1电子元器件（2）三极管的结构、符号

（a）NPN型（b）PNP

型

图2—5三极管的结构和符号2.1电子元器件晶体三极管的核心是两个靠得很近的PN结，如图2-5所示。内部有三个半导体区：发射区、基区、集电区，对应的三个电极分别为发射极e、基极b、集电极c；由三个区域半导体类型的不同，三极管分为PNP型和NPN型；发射区和基区之间的PN结称为发射结IC,基区和集电区之间的PN称为集电结IC。注意：由三极管制造工艺的特殊性知，三极管并不是两个PN结的简单组合，使用时不能用两个二极管代替，也不能将发射极和集电极对调使用。2.1电子元器件（3）三极管的分类和命名三极管的种类很多，一般有以下几种分类：按照结构工艺分为NPN型和PNP型（目前国产的硅三极管多为NPN型，锗三极管多为PNP型）；按所用半导体的材料分为硅三极管和锗三极管（由于硅管温度稳定性好，所以在自控设备中常用硅管）；按允许耗散的功率大小分为大功率管（耗散功率大于几十瓦）和小功率管（耗散功率小于1瓦）；按工作频率不同分为高频管（f≥3MHZ且高频管的工作频率可以达到几百兆赫）和低频管（f<3MHZ）；按用途分为普通三极管和开关三极管等。三极管型号的具体识别方法见表2-1。2.1电子元器件2.三极管的工作电压和主要参数三极管工作时，通常在其发射结Je上加正偏电压，在集电结Jc上加反偏电压。加在基极和发射极间的电压叫偏置电压，一般硅管为0.7V左右，锗管为0.3V左右，加在集电极和基极间的电压一般为几伏到几十伏。三极管的种类很多，从晶体管手册中可查出三极管的型号、主要参数、主要用途和外形等，这些技术资料是正确选用三极管的主要依据。总的来说，有以下几类常用参数：2.1电子元器件（1）共发射极电流放大系数共发射极直流电流放大系数β（或hFE），共发射极交流电流放大系数β（或hfe），同一个三极管在相同条件下hfe略大于hFE，但应用时二者可相互代替。（2）极间反向饱和电流集电极—基极间反向饱和电流ICBO，集电极—发射极间反向饱和电流ICEO（又称穿透电流）。ICEO=（1+β）ICBO。（3）极限参数集电极最大允许电流ICN（当IC超过ICMβ将下降到不能工作的地步）；集电极最大允许耗散功率PCM（PC=IC．VCE超过此值三极管会过热而烧坏）；集电极—发射极间反向击穿电压V（BR）CEO，当基极开路时，集—射极间电压超过此值后会由电击穿导致热击穿而损坏管子。2.1电子元器件3.三极管内电流分配和电流放大作用三极管各极电流分配关系为：IE=IB+IC其中，由于IB远小于IC，所以IE≈IC；三极管具有电流放大作用：共发射极电流放大系数，β=IC/IB，β=ΔIC/ΔIB；

4.三极管的工作特性

在模拟电路中，三极管应用较多的是共发射极电路，输入电压VBE与输入电流IB间的数量关系称为三极管的输入特性；输出电压VCE与输出电流IC间的数量关系称为三极管的输出特性；三极管的输入输出特性，统称为三极管的工作特性。三极管的输入、输出特性曲线如图2—6（a）、（b）。2.1电子元器件（a）输入特性曲线（b）输出特性曲线

图2-6三极管共发射极特性曲线由三极管输入特性曲线看出：当VBE很小时，IB=0，三极管时截止的，只有在VBE大于三极管的门坎电压（硅管约0.5伏，锗管约0.2伏）后，三极管才产生IB开始导通。导通后的IB迅速增大，但VBE变化很小，此时的VBE值称为三极管工作时的发射结正向压降或导通电压值（硅管约为0.7伏，锗管约为0.3伏）。由此分析，三极管的输入特性曲线是非线性的。2.1电子元器件通常把三极管输出特性曲线分成三个工作区来分析其工作状态，即放大区、截止区和饱和区。截止区是图2-6（b）中iB=0曲线下方的区域，三极管处于截止状态。在iB=0时，iC并非为零，这时电流就是穿透电流ICEO；饱和区在uCE较小的区域，此区域三极管iC不随iB增大而变化，即处于饱和状态，饱和时的uCE值称为饱和压降VCES（小功率硅管约0.3伏，锗管欲0.1伏）；放大区在截止区和饱和区之间，此区域内三极管iC受iB的控制，即ΔiC=βΔiB，具有电流放大作用，三极管处于放大状态。且iB一定时，IC不随VCE变化而保持恒定，这种现象称三极管的恒流特性。由上述特性总结，三极管工作的外部条件为：当三极管的发射结正偏，集电结反偏时处于放大状态；发射结反偏（或零偏）时，处于截止状态；发射结正偏，集电结正偏时，处于饱和状态。注：工作的内部条件由三极管制造工艺决定。2.1电子元器件2.1.3晶闸管

晶闸管是晶体闸流管的简称，又叫做可控硅。是一种以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层叁端器件，创制于1957年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称晶闸管T。又由于晶闸管最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅(SCR)。结构上分为单向晶闸管、双向晶闸管、快速晶闸管、可关断晶闸管、逆导晶闸管和光控晶闸管等，是一种大功率的半导体器件；外形上分为螺栓形、平板形和平底形。下面介绍单向晶闸管。图2-7（a）、（b）、（c）是常见单向晶闸管外形图。

2.1电子元器件（a）小功率（b）中功率（c）大功率管图2-7单向晶闸管外形图2.1电子元器件

单向晶闸管的结构和符号如图2-8（a）、（b）所示。内部结构有四层半导体区、三个PN结，外部有三个引脚即阳极A、阴极K和控制极（又称门极）G。晶闸管导通必须具备两个条件：即在阳极、阴极间加正偏压，同时在控制极和阴极间加正向触发电压。管子一旦导通后门极即失去控制作用，无论门极有无电压，管子仍然保持导通状态。关断晶闸管有两种方法：一是将阳极电压降低到足够小或瞬间反向电压；二是将阳极瞬间开路。（a）内部结构（b）符号图2-8单向晶闸管的结构和符号2.1电子元器件单向晶闸管的工作原理及基本特性：晶闸管是P1N1P2N2四层叁端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图2-9所示。图2-9可控硅等效图解2.1电子元器件当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，形成正反馈，使ib2不断增大，如此正反馈循环的结果，两个管子的电流剧增，使可控硅饱和导通。由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化。2.1电子元器件晶闸管的优点很多，例如：具有容量大、效率高、成本低、重量轻、体积小、控制灵敏等优点；以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍，可实现小信号功率对大信号功率的变换和控制；在脉冲数字电路中可作为功率开关管使用；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音等。缺点：抗干扰能力和过载能力较差，工作电路较复杂，静态及动态的过载能力较差，容易受干扰而误导通。2.2元器件的修理常识

2.2.1元器件的检测和故障分析元器件的检测是维修电工的一项基本功，如何准确有效地检测元器件的相关参数，判断元器件是否正常，没有千篇一律的方法，必须根据不同的元器件采用不同的方法，从而判断元器件是否正常。特别对初学者来说，熟练掌握常用元器件的检测方法是很必要的，以下介绍常用电子元器件的检测方法供读者参考。2.2元器件的修理常识

2.2.1.1二极管的检测和故障分析

从外形上判断二极管管脚如图2-10所示。

阴极

阳极

图2-10普通整流管（1N4007型）管脚图2.2元器件的修理常识

可以用晶体管特性图示仪对二极管作较准确的测量。为操作方便，基于二极管的单向导电性原理，实践中常用万用表来检测判别其管脚和