教学材料《电子技术》-项目二

一、项目要求

知识目标:(1)理解PN结的形成及导电特性。(2)了解二极管、三极管、场效应管的结构;理解其工作特性及主要参数;熟悉元件符号、测试及实际应用。

能力目标:(1)能根据电子元器件的外观、图形符号，进行正确识别。(2)能运用万用表正确检测电子元器件好坏。(3)会正确选用电子元器件。返回任务一、认知电子元件基本结构—PN结看一看半导体材料及其特性

常用的半导体材料有硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等。如图2.1所示为半导体原子结构图。(一)本征半导体

将纯度很高、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。如图2.2所示为本征半导体结构图。本征半导体导电能力较弱，然而却具有非常奇妙的特性。(二)半导体奇妙特性下一页返回任务一、认知电子元件基本结构—PN结1.热敏特性当温度升高时，半导体的导电性会得到明显的改善，温度越高，导电能力就越好。利用这一特性，可以制成热敏电阻等热敏元件。2.光敏特性半导体受到光的照射，会显著地影响其导电性，光照越强，导电能力越强。利用这一特性可以制成光敏传感器、光电控制开关及火灾报警装置等。3.掺杂特性在纯度很高的半导体(又称为本征半导体)中掺入很微量的某种杂质元素，也会使其导电性显著地增加，掺杂的浓度越高，导电性也就越强。利用这一特性可以制造出各种晶体管和集成电路等半导体器件。上一页下一页返回任务一、认知电子元件基本结构—PN结(三)杂质半导体如果在本征半导体中掺入微量的杂质，其导电能力会显著变化。根据掺入杂质的不同，可以分为P型半导体和N型半导体。1.P型半导体在本征半导体硅中掺入微量的三价元素硼(B)，就形成P型半导体，如图2.3(a)所示为P型半导体晶体结构图，图2.3(b)图为P型半导体示意图。

P型半导体中空穴的浓度比电子的浓度高得多，当在其两端加电压时，主要由空穴定向流动形成电流。2.N型半导体在本征半导体中掺入微量的五价元素磷(P)就形成N型半导体，如图2.4所示为N型半导体结构图。上一页下一页返回任务一、认知电子元件基本结构—PN结N型半导体中电子的浓度比空穴的浓度高得多，当在其两端加电压时，主要由电子定向流动形成电流。(四)理解PN结特性1.PN结形成如图2.5所示，在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。PN结是多数载流子的扩散运动和少数载流子的漂移运动相较量，最终达到动态平衡的必然结果，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。上一页下一页返回任务一、认知电子元件基本结构—PN结2.PN结的特性

1)PN结外加正向电压如图2.6(a)所示，PN结P端接高电位，N端接低电位，称PN

结外加正向电压，或称PN结正向偏置，简称为正偏。正偏时，

PN结变薄，正向电阻小，电流大，PN结处于导通状态。

2)PN结外加反向电压如图2.6(b)所示，PN结P端接低电位，N端接高电位，称

PN结外加反向电压，或称PN结反向偏置，简称为反偏。反偏时，PN结变厚，反向电阻很大，电流很小，PN结处于截止状态。

3)PN结的单向导电性

PN结外加正向电压时处于导通状态，外加反向电压时处于截止状态，即PN结具有单向导电性。上一页返回任务二、二极管检测演示图2.7的两个实验，观察现象。想一想：为什么元件V接反后，小灯泡不亮?(一)二极管结构半导体二极管简称二极管，是一种非线性半导体器件。由于它具有单向导电特性，故广泛用于整流、稳压、检波、限幅等场合。在PN结的P区和N区分别引出两根金属引线，并用管壳封装，就制成二极管。其中从P区引出的线为正极，从N区引出的线为负极。二极管、的结构外形及在电路中的符号如图2.8、图2.9所示。在图2.9所示电路符号中，箭头指向为正向导通电流方向。下一页返回任务二、二极管检测(二)二极管特性

从半导体二极管的结构可知，其核心就是一个PN结。因PN结具有单向导电性，所以二极管也具有单向导电性，即二极管外加正向电压时，导通;外加反向电压时，截止。这样，电路中电流只能从二极管的正极流入，负极流出。(三)二极管的型号二极管的型号命名及标志方法详见附录。

上一页下一页返回任务二、二极管检测根据给出的元件实物，通过阅读以上内容，看看你手中的元件是否有稳压二极管、整流二极管、发光二极管、开关二极管，并画出相应的图形符号。根据二极管的外形，你能识别相应二极管的正、负极吗?(四)二极管正确选用主要参数二极管的指标参数是正确选用二极管依据，主要指标参数如下。1.最大整流电流IFM

最大整流电流是指二极管长期运行时，允许通过管子的最大正向平均电流。因为电流通过PN结时会引起管子发热，当电流太大，发热量超过限度，就会使PN结烧坏。所以实际工作电流IF不能超过IFM，否则损坏管子。上一页下一页返回任务二、二极管检测2.最高反向工作电压URM

指允许加在二极管两端的反向电压的最大值。一般手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半，以确保管子安全运行。实际加的反向电压不能超过URM，否则击穿管子。3.反向饱和电流IS

指在室温下，二极管两端加上规定反向电压时的反向电流。其数值愈小，说明二极管的单向导电性愈好。硅材料二极管的反向电流比锗材料二极管的反向电流要小。另外，二极管受温度的影响较大，当温度增加时，反向电流会急剧增加，在使用时要加以注意。上一页下一页返回任务二、二极管检测(五)二极管的检测

用模拟万用表检测1.二极管极性及质量判别一般情况下，二极管的正、负极可从其外形标记上进行识别。如果无标记，则可以用万用表来判别其极性。将万用电表拨在RX100或RXlk电阻挡上，两只表笔分别接触二极管的两个电极(如图2.10所示)，测出一个电阻值，然后将两表笔对换，再测出另一个阻值，则阻值小(正向电阻约几十、几百欧或几千欧)的那一次黑表笔所接一端为二极管的正极，另一端即为负极。上一页下一页返回任务二、二极管检测

若两次测得阻值都很小，则说明管子内部短路，见图2.11。若两次测得的阻值都很大(反向电阻约几十千欧至几百千欧)，则说明管子内部断路，如图2.12所示。注意

检测小功率二极管的正、负向电阻，不宜使用RXl和RX10k，前者通过二极管的正向电流较大，可能烧毁管子;后者加在二极管两端的反向电压太高，易将管子击穿。上一页下一页返回任务二、二极管检测2.二极管材料的判别用万用表的黑表笔接二极管的正极，红表笔接二极管的负极，如图2.13(a)所示，此时指针指示在6-10kΩ的为硅材料;在6kΩ以下且不为0Ω的为锗材料，如图2.13(b)所示(注:要求在RXlk挡时，上述阻值范围针对MF47型万用表，其他不同型号的模拟万用表阻值范围略有不同，但方法不变)。用数字万用表检测

图2.14所示，置量程开关于蜂鸣器和二极管挡，用红、黑两表笔分别接触二极管的两个引脚。上一页下一页返回任务二、二极管检测(1)假如先显示溢出数“1”(反向)，再交换两表笔，必然为正向测试，得到的读数为“627”,这说明:①二极管是好的;②二极管的正向压降为0.627V;③显示正向压降时，红表笔所接的引脚为二极管的正极，黑表笔所接则为负极。

(2)假如两次测量均显示溢出数“1”(硅堆除外)或两次均有压降读数，则表明该二极管已损坏。在数字万用表中，红表笔为正极，黑表笔为负极，正好与指针式万用表的相反。由于数字万用表的各电阻挡的测试电流很小，均小于1mA。故对二极管、三极管等非线性元件，通常不测正向电阻而测正向压降。利用这一点，可判断出二极管的制作材料是锗还是硅。一般锗管的正向压降为0.15-0.3V，硅管为0.5-0.7V。上一页下一页返回任务二、二极管检测此外，用指针式万用表较难检测的发光二极管，使用数字万用表的二极管挡检测很方便。在显示正向压降的同时，发光二极管还能被点亮发出微光。红表笔所接引脚为二极管的正极。(六)二极管特性曲线研究1.二极管的伏安特性在电子电路分析中，常利用伏安特性曲线来形象描述二极管的单向导电性。所谓伏安特性，是指二极管两端电压和流过二极管电流的关系。若以电压为横坐标，电流为纵坐标，用作图法把电压、电流的对应值用平滑曲线连接起来，就构成二极管的伏安特性曲线，如图2.15所示(图中虚线为锗管的伏安特性，实线为硅管的伏安特性)。上一页下一页返回任务二、二极管检测1)正向特性当二极管两端加正向电压时，就产生正向电流，正向电压较小时，正向电流极小(几乎为零)，这一部分称为死区，相应的A(A’)点的电压命名为死区电压(又称门坎电压Uth)。硅管的Uth约为0.5V，锗管的认，Uth约为0.1V。当正向电压达到且大于Uth后，二极管才能真正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变(锗管约为0.3V，硅管约为0.7V)，称为二极管的“正向压降”。二极管正向导通时，要特别注意它的正向电流不能超过最大值，否则将烧坏PN结。

2)反向特性当二极管两端加上反向电压时，在开始很大范围内，二极管相当于非常大的电阻，反向电流很小，且不随反向电压而变化。此时的电流称之为反向饱和电流，如图2.15中OC(或O’C’)段所示。上一页下一页返回任务二、二极管检测3)反向击穿特性二极管反向电压加到一定数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。此时的电压称为反向击穿电压表示,U(BR)表示，如图2.15中CD(或C'D')段所示。

2.特殊用途的二极管1)硅稳压二极管稳压二极管的外形如图2.17所示。稳压二极管是一种能稳定电压的二极管，如图2.16为它的伏安特性及符号图。其正向特性曲线与普通二极管相似，反向特性段比普通二极管更陡些，稳压管能正常工作在反向击穿区BC段内。在此区段，反向电流变化时，管子两端电压变化很小，因此具有稳压作用。上一页下一页返回任务二、二极管检测

硅稳压二极管的主要参数如下:

稳定电压UZ—是指在规定测试条件下，稳压管工作在击穿区时的稳定电压值。例如2CW53型硅稳压二极管，在测试电流IZ=10mA时稳定电压UZ为4.0-5.8V。最小稳定电流Izmin,—指稳压管进入反击穿区时的转折点电流。稳压管工作时，反向电流必须大于Izmin,否则不能稳压。最大稳定电流Izmax—指稳压管长期工作时，允许通过的最大反向电流。例如2CW53型稳压管的Izmax=41mA。在使用稳压二极管时，工作电流不允许超过Izmax

，否则可能会过热烧坏管子。稳定电流Iz—指稳压管在稳定电压下的工作电流，其范围在Izmin-Izmax。耗散功率Pzm—指稳压管稳定电压Uz与最大稳定电流Izmax的乘积。在使用中若超过这个数值，管子将被烧坏。上一页下一页返回任务二、二极管检测

动态电阻rz—是指稳压管工作在稳压区时，两端电压变化量与电流变化量之比，即rz=△Uz/△Iz，动态电阻愈小，稳压性能愈好。

2)发光二极管发光二极管(LED)是一种能把电能转换成光能的半导体器件。它由磷砷化镓(GaAsP）,磷化镓(GaP）等半导体材料制成。当PN结加正向电压时，多数载流子在进行扩散运动的过程相遇而复合，其过剩的能量以光子的形式释放出来，从而产生一定波长的光。发光二极管的实物图和符号如图2.18所示。上一页下一页返回任务二、二极管检测3)光敏二极管光敏二极管的PN结与普通二极管不同，其P区比N区薄得多。另外，为了获得光照，在其管壳上设有一个玻璃窗口。光敏二极管在反向偏置状态下工作。无光照时，光敏二极管在反向电压作用下，通过管子的电流很小;受到光照时，PN结将产生大量的载流子，反向电流明显增大。这种由于光照射而产生的电流称为光电流，它的大小与光照度有关。利用这一特性，光电二极管可作为光传感器，常用于CD唱机、VCD,DVD影碟机等以及利用光检测的自动控制电路的设备和仪器中。光敏二极管的符号和应用电路如图2.19所示。上一页下一页返回任务二、二极管检测4)变容二极管变容二极管PN结的结电容随加至二极管上的反向电压的大而变化。此时所加的电压是反向电压，流过的电流也是反向电流，其值很小。通常反向偏压越小，结电容越大，反向偏压越大，结电容越小。电视机和收音机的电子调谐都使用变容二极管。

5)开关二极管开关二极管作为一种无触电开关，除了具有一般二极管的单向导电性之外，还具有更小的正向电阻、更大的反向电阻、较高的开关速度。开关二极管广泛应用于各种设备、仪器和家用电器的控制电路中。上一页下一页返回任务二、二极管检测6)肖特基二极管肖特基二极管是一种近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短，正向电压仅为0.4V，而工作电流可达几千安。肖特基二极管广泛应用于高频、低压、大电流等领域。除上述的二极管外，电子电路中用到的二极管还有隧道二极管、微波二极管、恒流二极管、激光二极管、双向二极管等。上一页返回任务三、三极管检测(一)EWB仿真三极管的特性1.连接电路按图2.20连接电路，并进行操作演示。2.记录观察结果(1)当输入端电流IB有微小变化时，输出端电流入IC、IE是否发生了很大变化?记录于表2.3中。(2)将两个结所加电压方向改变，这时观察lB、IC、IE的变化?(3)总结:①三极管放大作用外部条件是什么?②三极管放大实质是什么?③三极电流分配关系如何?下一页返回任务三、三极管检测(二)三极管的识别

1.结构双极型半导体三极管的结构示意图如图2.21所示。由两个PN结组成(发射结，集电结)，故有两种类型(NPN型和PNP型)，三个区(基区、发射区、集电区)，三个极(集电极c、基极b、发射极e)。双极型三极管发射极的箭头代表发射结正偏时电流的实际方向。如图2.21所示，从外表上看两个N区(或两个P区)是对称的，实际上发射区的掺杂浓度高，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。图2.22所示为三极管实物图。上一页下一页返回任务三、三极管检测2.分类(1)按管芯所用的半导体材料不同，可分为硅管和锗管。硅管受温度影响小，工作较稳定。(2)按三极管内部结构可分为NPN型和PNP型两类，我国生产的硅管多为NPN型，锗管多为PNP型。(3)按使用功率分，有大功率管(Pc>1W)，中功率管(Pc在0.5W-1W)，小功率管(Pc<0.5W)。(4)按工作频率分，有高频管(fr>3MHz)和低频管(fr≦3MHz)。(5)按用途不同，可分为普通放大三极管和开关三极管。(6)按封装形式不同，分为金属壳封装管和塑料封装管、陶瓷环氧封装管。3.三极管的型号三极管的型号命名及标志方法详见附录。上一页下一页返回任务三、三极管检测

4.三极管的电流放大原理三极管放大的条件(1)三极管具有电流放大作用的外部条件:发射结正向偏置，集电结反向偏置。对NPN型三极管来说，须满足:UBE>0、UBC<0,即UB>UC>UE。

对PNP型三极管来说，须满足:UBE<0、UBC>0,即UB<UC<UE。(2)三极管具有电流放大作用的内部条件:发射区的掺杂浓度高，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大，基区要制造得很薄。图2.24(a),(b)分别为NPN型和PNP型三极管电路的双电源接法。采用双电源供电，在实际使用中很不方便，这时可将两个电源合并成一个电源认UCC，再将Rb，阻值增大并改接到UC上。上一页下一页返回任务三、三极管检测

三极管的电流放大原理下面以NPN型三极管为例讨论三极管的电流放大原理。下面结合图2.25所示说明其放大原理，电流在三极管内部的形成分成以下几个过程。(忽略反向电流)1)发射区向基区注入电子由于发射结加正向偏置，使高掺杂的发射区向基区注入大量的电子，并从电源不断补充电子，形成发射极电流IE。2)电子在基区的复合与扩散注入基区中的电子，只有少量与基区的空穴复合，形成电流IB;而大量没有复合的电子继续向集电结扩散。上一页下一页返回任务三、三极管检测

3)集电区收集扩散过来的电子由于集电结加反向偏置，有利于少数载流子的漂移，从发射区扩散到基区的电子成为基区的少子被集电区收集形成IC。可见三极管电流分配关系满足:IE=IB+IC

三极管在制成后，三个区的厚薄及掺杂浓度便确定，因此发射区所发射的电子在基区复合的百分数和到达集电极的百分数大体确定，即IC与IB存在固定的比例关系，用公式表示为IC=βIB,为共发射极电流放大系数，范围为20-200。如果基极电流IB增大，集电极电流IC也按比例相应增大;反之，IB减少时,IC也按比例减小。通常基极电流IB的值为几十微安，而集电极电流为毫安级，两者相差几十倍以上。上一页下一页返回任务三、三极管检测

由上分析可知，利用基极回路的小电流IB，就能实现对集电极、发射极回路的大电流IC（IE)的控制，这就是三极管“以弱控制强”的电流放大作用。5.三极管的特性曲线三极管的特性曲线:是指三极管各极电压与电流之间的关系，通过坐标图描绘这种关系的曲线称三极管的特性曲线。1}三极管放大电路的三种组态根据输入回路与输出回路共用的电极,三极管放大电路有三种组态,它们是共发射极、共集电极以及共基极，如图2.26所示。上一页下一页返回任务三、三极管检测2)测量伏安特性曲线如图2.27所示为共发射极放大电路的伏安特性曲线测试电路图。3)伏安特性曲线分析输入特性曲线:IB=f（UBE）∣UCE=常数输入特性曲线如图2.28(a)所示。只有当发射结电压IE大于死区电压时，输入回路才会产生电流IB，通常硅管死区电压为0.5V，锗管为0.1V。当三极管导通后，其发射结电压与二极管的管压降相同，硅管电压为0.6-0.7V，锗管为0.2-0.3V。输出特性曲线:IC=f（UBE）∣IB=常数固定IB值，每改变一个UCE值得到对应的IC值，由此绘出一条输出特性曲线。IB值不同，特性曲线也不同，所以特性曲线是一族曲线。如图2.28(b)所示。上一页下一页返回任务三、三极管检测可见三极管有三种工作状态(即三个工作区)。

(1)放大区:发射结正偏，集电结反偏，IC=βIB,IB值增大(或减小)，IC也按照比例增大(或减小)，三极管具有电流放大作用，所以称这个区域为放大区。

(2)饱和区:发射结正偏，集电结正偏，即UCE<UBE，IC<βIBUCE=0.3V。IC不受IB的控制，三极管失去电流放大作用。理想状态下，UCE=0V。

(3)截止区:发射结反偏，集电结反偏，三极管的发射结电压小于死区电压，基极电流IB=0，集电极电流入IC等于一个很小的穿透电流ICEO。在截止区，三极管是不导通的。上一页下一页返回任务三、三极管检测(三)三极管的应用1.在模拟电子技术上的应用使三极管工作在放大状态，利用IB对IC的控制作用来实现电流放大。2.在数字电子技术上的应用使三极管在饱和和截止状态之间互相转换;当控制信号为高电平时，三极管饱和导通，当控制信号为低电平时，三极管截止，此时三极管相当于一个受控制的开关。(四)三极管的温度特性

1输入特性与温度的关系:T↑→UCE↑。上一页下一页返回任务三、三极管检测

2输出特性与温度的关系:温度每升高10℃，ICBO近似增大一倍，温度每升高1℃，β要增加0.5%-1%。

3温度对U（BR）CEO和PCM的影响:T↑→U（BR）CEO

↓，PCM↓。(五)特殊用途三极管1.光电三极管光电三极管也称为光敏三极管。当光照到三极管的PN结时，在PN结附近产生的电子一空穴对数量随之增加，集电结电阻减小，集电极电流增大，其等效电路和电路符号如图2.29(a)所示。上一页下一页返回任务三、三极管检测2.达林顿三极管达林顿三极管又称复合管。这种复合管是由两只输出功率大小不等的三极管按一定接线规律复合而成。根据内部两只三极管复合的不同，有四种形式的达林顿三极管。复合以后的类型取决于第一只三极管，例如若第一只三极管是NPN型三极管，则复合以后的极性为NPN型。达林顿三极管主要作为功率放大管和电源调整管，如图2.29(b)所示。3.带阻尼管的行输出三极管这种三极管是将阻尼二极管和电阻封装在管壳内。在基极与发射极之间接入一只小电阻，可提高管子的高反向耐压值。将阻尼二极管装在三极管的内部，减小了引线电阻，有利于改善行扫描线性和减小行频干扰。带阻尼管的三极管主要用作电视机行输出三极管，如图2.29(c)所示。上一页下一页返回任务三、三极管检测(六)三极管的正确选用三极管的主要参数正确选用三极管必须考虑其主要参数指标。

1.电流放大倍数直流电流放大倍数β=IC/IB;交流电流放大倍数β=△IC/△IB注意:①两者的定义不同，数值也不相等但却比较接近，故工程计算时可认为相等;②在不同工作点时β的值不相同，故一般给出三极管的β时就会说明是IC和UCE为何值时的β。③β的范围常在管顶上用色点表示。上一页下一页返回任务三、三极管检测

2.极间反向电流

1)集电极基极间反向饱和电流ICBO

集电极基极间反向饱和电流ICBO指发射极开路时，集电结的反向饱和电流。ICBO越小，管子性能越好。另外，ICBO受温度影响较大，使用时必须注意。

2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO指基极开路时，集电极发射极间的反向饱和电流，ICEO也称为集电极发射极间穿透电流。ICEO对放大不起作用，还会消耗功率，引起管子工作不稳定，因此，希望ICEO越小越好。ICEO与ICBO关系是:ICEO=(1+β)ICBO。上一页下一页返回任务三、三极管检测3.三极管的极限参数

(1)集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗PCM=ICUCE(3)反向击穿电压:

U（BR）CBO---发射极开路时的集电结反向击穿电压。U（BR）EBO----集电极开路时发射结的反向击穿电压。U（BR）CEO---基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系:U（BR）CBO>U（BR）CEO>U（BR）EBO。上一页下一页返回任务三、三极管检测(七)三极管的检测

用模拟万用表检测

1.基极的判断方法将万用表置RXlk挡(RX100挡)，用黑表笔接假设的b极，红表笔分别接另两极，此时两次测得的阻值应大致相同，如图2.30(a)所示;然后把表笔对换再重测一次得到的两阻值也相同，但前两次的阻值与后两次的阻值相差很大，如图2.30(b)所示。符合条件的即为正确的b极。备注

对于有些不易判别出b极的锗材料三极管，可换用RX10挡来检测。如仍判别不出b极则说明该三极管已损坏。上一页下一页返回任务三、三极管检测2.类型的判别用黑表笔接b极，红表笔接另两极中的任一极，测得阻值较小(正向电阻)则为NPN型，如图2.31(a)所示;若测得阻值较大(反向电阻)如图2.31(b)或如图2.32所示测得阻值较小(正向电阻)，则为PNP型。3.材料的判别用RXlk挡，测量被测三极管的正向电阻。对于NPN型三极管，黑表笔接基极(b)，如图2.32（a）所示;对于PNP型三极管，红表笔接基极(b)，如图2.32所示。如图2.33所示，如果正向电阻在6-10kΩ的为硅材料;在6kΩ以下且不为0Ω的为锗材料。上一页下一页返回任务三、三极管检测

注:上述阻值范围针对MF47型万用表，其他不同型号的模拟万用表阻值范围略有不同，但方法不变。4.集电极和发射极的判别(1)用手指把基极和假设的集电极连起来(但两极不能相碰)。(2)对于NPN管，黑表笔接假设的c极，红表笔接假设的e极;对于PNP管，红表笔接假设的c极，黑表笔接假设的e。极(3)记下此时的阻值为R1，如图2.34所示。(4)再反过来设定一次，即原假设c极的改为e极，原假设e极的改为c极，重复以上步骤，记下第二次的阻值R2(5)比较两次所测得的阻值，电阻小(指针偏转大)的那一次即为正确的假设，如图2.34所示。上一页下一页返回任务三、三极管检测注意判别不出c极和e极的，则说明该三极管已损坏。

用数字万用表检测(图2.35)

由于三极管有两个PN结，发射结(hP)和集电结(bc)，故按照测量二极管的方法测量。

1.质量好坏检测在实际测量时，每两个管脚间都要测正反向压降，共要测6次，其中有4次显示开路，只有两次显示压降值，否则三极管是坏的或是特殊三极管(如带阻三极管、达林顿三极管等，可通过型号与普通三极管区分开来)。上一页下一页返回任务三、三极管检测2.管脚检测在两次有数值的测量中，如果黑表笔或红表笔接同一极，则该极是基极，测量值较小的是集电结，较大的是发射结，因为已判断出基极，对应可以判断出集电极和发射极。同时可以判断:如果黑表笔接同一极，则三极管是PNP型，如果红表笔接同一极，则三极管是NPN型;压降为0.6V(读数为600)左右的是硅管，压降为0.2V(读数为200)左右的是锗管。上一页返回任务四、场效应管检测(一)EWB仿真场效应管的特性1.连接电路按图2.36连接电路，并进行操作演示。2.记录观察结果

(1)Ui=0，观察并测量UGS、ID、UDS值。

(2)输入端电压Ui控制输出端电流ID的变化。3.总结场效应管与三极管相比有何特点?(二)场效应管的识别下一页返回任务四、场效应管检测

场效应晶体管简称场效应管，它和普通三极管相比有很多特点。从控制作用来看，三极管是电流控制器件，而场效应管是电压控制器件。场效应管的栅极输入电阻很高，一般可达上百兆甚至几千兆。另外，场效应管还有噪声低、动态范围大等优点。场效应管被广泛应用于计算机电路、通信设备和仪器仪表中。场效应管的三个电极分别叫做栅极G,漏极D和源极S，可以把它们比作三极管的基极、集电极和发射极。场效应管的D极与S极能够互换使用。场效应管分为结型和绝缘栅型(简称MOS管)两种，每一种又分为N沟道和P沟道。常用场效应管的图形符号如图2.37所示。1.结构和类型三极管在工作时，有两种载流子参与导电(电子与空穴)，称为双极型晶体管;而场效应管工作时，只有一种载流子参与导电(电子或空穴)，所以称为单极型晶体管。上一页下一页返回任务四、场效应管检测

场效应管的外形与三极管相似，如图2.38所示。

2.N沟道耗尽型绝缘栅场效应管

1)结构及符号

图2.39为N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的结构示意图，它以一块低掺杂浓度的P型硅片作衬底，用扩散的办法形成两个高掺杂浓度的N型区(用N+表示)，并引出两个电极分别作为漏极D和源极S。在P型硅表面上生长一层很薄的Si02绝缘层，再覆盖一层金属薄层，并引出一个电极作为场效应管的栅极G。另外，从衬底引出一个引线B，引线B一般在制造时就与源极S相连。由于栅极G与源极S,漏极D及P型衬底之间是完全绝缘的，故称为绝缘栅器件。上一页下一页返回任务四、场效应管检测

2)工作原理制造管子时，预先在Si02绝缘层中掺入大量的正离子。在正离子产生的正向电场作用下，P型衬底中的空穴被排斥并移到衬底的下方，电子则被吸引到衬底与Si02绝缘层的交界面上来，形成N型薄层，称为反型层。反型层将两个N+区连通，形成漏极与源极之间的导电沟道如图2.40所示。此时，若在漏、源极之间加上正向电压UDS，则电子便从源极经N沟道(反型层)向漏极漂移，形成漏极饱和电流IDSS。当UGS>0，即栅、源极之间加上正向电压时，由于管子存在Si02绝缘层，不会形成栅极电流IG，但会从沟道中感应出更多的负电荷，导电沟道变宽，漏极电流ID大于漏极饱和电流IDSS。上一页下一页返回任务四、场效应管检测

当UGS<0，即栅、源极之间加上负电压时，N沟道的负电荷减少，导电沟道变窄，从而使ID减少。当UGS负电压增大到某一固定值时，沟道被夹断，ID=0，此时的UGS电压称为夹断电压，用UGS（off）或UP表示。

3)特性曲线

(1)转移特性曲线。转移特性表示漏极电压UDS为一定值时，漏极电流ID与栅源电压UGS之间的关系，即

ID=f(UGS

）∣UDS=常数转移特性表示UGS对ID的控制能力，反映了管子的放大作用。如图2.41(a)所示为N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的转移特性曲线。对于N沟道耗尽型管，当UGS=0时就存在着导电沟道，加上UDS就产生ID。上一页下一页返回任务四、场效应管检测

当G、S极加反向偏压时，就会削弱绝缘层中正离子的电场作用，使ID减少。可见，耗尽型场效应管在UGS为正值或负值时都可以对漏极电流进行控制，这一特性使它在应用时具有极大的灵活性。从特性曲线可知，转移特性是非线性的，管子的跨导бm=△ID/△UGS，

ID增大时，бm也增大。

(2)输出特性曲线。输出特性是指栅源电压UGS一定时，漏极电流ID与漏源电压UDS的关系曲线，用公式表示为

ID=f（UDS）∣UGS=常数每取一个UGS值，就有一条ID-UDS曲线与之对应，所以输出特性曲线是一簇曲线，其形状与三极管输出特性曲线相似，如图2.41(b)所示。从输出特性曲线上可划分成可变电阻区、放大区(饱和区)和击穿区三个区域。上一页下一页返回任务四、场效应管检测①可变电阻区:在这个区域内，UDS较小，对导电沟道的宽度影响不大，导电沟道的电阻主要由UGS值来决定。ID随UDS增大而增大，而且曲线的上升很快。这时场效应管的动态电阻很小，其阻值主要由导电沟道决定，也就是由UGS决定，改变UGS的大小，就可以改变输出动态电阻，所以该区称为可变电阻区。②放大区(也称饱和区或恒流区):当UDS增大时，由于漏极正电场削弱了由正离子感应产生导电沟道中的电场强度，因而在靠近漏极处的导电沟道越来越窄，出现了宽度很窄的导电沟道。

UDS再增加，导电沟道宽度不变，但变长了，等效电阻增大，ID基本不变，特性曲线呈水平状，即饱和。只有当场效应管工作在这个区域时管子才有放大作用。③击穿区:当增大到一定值时，漏极电流会突然增大，使管子进入击穿区，如图2.41(b)所示曲线的上翘部分。在击穿区管子会因过热而损坏，使用时应防止管子进入击穿区。上一页下一页返回任务四、场效应管检测

N沟道增强型绝缘栅场效应管只能在正栅压下工作，所以其转移特性曲线只存在于第一象限。其特性曲线如图2.42所示。(三)场效应管的正确选用正确选用场效应管必须考虑其主要参数指标。主要参数指标

1.夹断电压Up

指当UDS为某固定值时，使漏极电流ID减小到接近零值时的栅源电压。显然，夹断电压参数只适用于结型场效应管和耗尽型的MOS管。

2.漏极饱和电流IDSS

指当UGS=0时，漏极加有某固定电压UDS时的漏极电流。

3.直流输入电阻RGS

指加在栅源极之间的直流电压与由它引起的栅极电流之比。场效应管的值一般都高于10MΩ，尤其是MOS管，有的高达108MΩ。上一页下一页返回任务四、场效应管检测

4.跨导gm,

指在UDS为某一固定值时，漏极电流变化量△ID与引起该变化量△UGS之比，也称为互导。即

gm的单位是毫西门子(mS)。跨导表示了栅极电压对漏极电流的控制能力，是衡量场效应管放大能力的重要参数。跨导越大，管子的放大能力越好。

5.漏源击穿电压BUDS

在UGS为某固定值的情况下，当UDS增加时，使ID开始急剧增加时的漏源电压值，即为BUDS

。工作时，UDS应小于BUDS

，否则管子会被击穿。上一页下一页返回任务四、场效应管检测6.耗散功率PD

耗散功率是漏极损耗的功率，其值等于漏极电压与漏极电流的乘积。(四)结型场效应管的检测极性及质量检测1.栅极的判别与三极管基极的判别相似，用RXlk挡，将黑表笔接一管脚，红表笔接另两个管脚，若测得的两次阻值都相同，则说明黑表笔所接的可能是栅极。再把红表笔接栅极，黑表笔接另两极，应两次测得的阻值也相同，但前两次的阻值与后两次的阻值相差很大，此时可确定黑表笔所接的为栅极，且该管子是好的。由于结型场效应管的漏极和源极可互换，故一般只须判别出栅极G即可。上一页下一页返回任务四、场效应管检测2.类型的判别黑表笔接栅极，红表笔接另一极所测得的阻值小（几千欧)则说明为N沟道;若所测得的阻值大(接近于无穷大)则说明为P沟道。3.放大性能判定用两表笔分别接源极和漏极(不分红黑表笔)后，用手接触栅极和漏极，若指针偏大则说明管子有放大能力。若指针不动或摆动较小，则说明管子已坏或放大能力较小。使用注意事项

(1)绝缘栅型(MOS)管输入阻抗很高，为防止感应过压而击穿，保存时应将三个电极短路;焊接或拆焊时，应先将各电极短路，先焊漏、源极，后焊栅极，烙铁应接好地线或断开电源后再焊接;不能用万用表测MOS管的电极，MOS管的测试要用测试仪。上一页下一页返回任务四、场效应管检测(2)场效应管的源、漏极是对称的，一般可以对换使用，但如果衬底已和源极相连，则不能再互换使用。(五)了解其他半导体器件1.发光数码管把发光二极管或其管芯制成条状，用七条发光管组成七段式数码显示管，可以显示从0到9的10个数字。这种半导体数码显示管的优点是体积小、耗电少、寿命长、响应速度快。它可以作为各种小型计算器及数字显示仪表的数字显示用，数码管的外形及电路符号如图2.43所示。上一页下一页返回任务四、场效应管检测

2.光电藕合器把半导体发光器件和光敏器件组合封装在一起，就组成了具有电-光-电转换功能的光电锅合器，如图2.44所示。显然，给锅合器输入一个电信号，发光器件就发光，光被光接收器件接收后。又转换成电信号输出。因为输入与输出之间用光进行锅合，所以输出端与输入端没有直接的物理连接和内部反馈，能有效隔断电路间的电位联系，具有优良的隔离性能和抗干扰、性能。光电锅合器又称为固体继电器，具有光电开关的功能，这种光电开关不存在继电器中机械触点易疲劳的问题，可靠性很高。现在已广泛应用于计算机、音视频设备等各种控制电路中。上一页返回图2.1