项目一 识别与检测常用半导体器件.ppt

1、项目一 识别与检测常用半导体器件,任务一 二极管元件及其识别方法 任务二 三极管元件及其识别方法 任务三 场效应管元件及其识别方法 任务四 晶闸管元件及其识别方法 小结,任务一 二极管元件及其识别方法,预期目标 知识目标：认识二极管的组成结构；了解二极管的单向导电性；了解二极管的主要应用；能够对含有二极管的电路进行判断、分析。 能力目标：能够用万用表判别二极管的极性及质量好坏；能够制作、调试、测量含有二极管的电路，如整流电路、限幅电路等，并能检修一般故障。 实践活动 1.二极管的单向导电特性实验 （1）实践活动任务描述：分别按图1.1（a）和图1.1（b）所示搭接电路，检查无误后合上开关K。通

2、过观察灯泡的发光情况，说明二极管的导电特性。调节直流电源电压，观察使灯泡刚好发光时的直流电源电压值，并做好记录。,下一页,返回,任务一 二极管元件及其识别方法,（2）实践仪器与元件:电子实验台（包含直流电源、元器件及连接导线）万用表、3V的手电筒灯泡。 （3）活动提示：二极管具有单向导电特性，请同学在实践活动过程中仔细观察二极管的这一作用。搭接电路前，用万用表测试二极管，分清其极性。 2.认识及测量二极管 （1）二极管实际结构及符号如图1.2所示 （2）二极管的极性判别及质量检测 二极管极性的检测 直观法：一般二极管在管壳上有极性的标志。 用万用表检测：用万用表“R100”或“R1k”档测量二

3、极管 正、反阻值两次，所测得阻值较小的一次，表明黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的是二极管的负极，如图1.3所示。,上一页,下一页,返回,任务一 二极管元件及其识别方法, 二极管质量的检测 用万用表检测二极管的正反向电阻。正常时，测量结果应该是正向电阻很小（几千欧以下），反向电阻很大（几百千欧以上），二者相差越大，表明二极管性能良好；如果测得的反向电阻和正向电阻都很小，表明二极管短路，已损坏；如果测得的反向电阻和正向电阻都很大，则表明二极管短路，已损坏。 注意：普通二极管加正向电压导通，加反向电压截止。 （3）特殊二极管的检测 稳压二极管：稳压二极管的检测方法与一般二极管一致。如图1.4所示

4、为稳压二极管电路符号。 发光二极管：发光二极管极性的检测方法也与一般二极管相同，不同的是，万用表欧姆档此时用“R10k”档，此档的电池电压能使发光二极管正向导通。，用此档测量的结果应该是正向小于100k,反向为无穷大，且在暗处测量正向电阻时，可看到微光。如图1.5所示为发光二极管实物；如图1.6所示为发光二极管的电路符号。,上一页,下一页,返回,任务一 二极管元件及其识别方法, 光电二极管：光电二极管又称为光敏二极管，是一种光接收器件，工作在反偏状态，可以将光能转换为电能，实现光电转换。如图1.7所示为光电二极管实物；如图1.8所示为光电二极管电路符号。 极性的检测：将万用表置于“R1k”档，

5、用一张黑纸遮住光敏二极管的透明窗口，将万用表用红、黑表笔分别接触光敏二极管的两个电极，此时，如果万用表指针向右偏转较大，则表示黑表笔所接的电极是正极，红表笔所接的电极是负极；如果测量时万用表指针不动，则表示红表笔所接的电极是正极，黑表笔所接的电极是负极。 质量的检测：首先用黑纸遮住光敏二极管的透明窗口，将万用表置于 “R1k”档，再测量光敏二极管的正、反向电阻，测量结果应符合正向电阻小、反向电阻大的特性；其次，移去遮光黑纸，仍将万用表置于“R1k”档，红表笔接光敏二极管的正极，黑表笔接光敏二极管的负极，使光敏二极管的透明窗口朝向光源，这时，万用表指针应从无穷大位置向右明显偏转，偏转角度越大，说

6、明二极管的灵敏,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,度越高；如果指针无反应，则表明二极管已经损坏。 概述：二极管的导电实验表明，二极管具有单向导电性。利用二极管的单向导电特性，可以做成整流电路、检波电路等。同时，三极管的结构与二极管也存在关联性。要正确认识三极管的结构，应该想认识二极管。 知识链接一 半导体的基本知识 1.基础知识 （1）物质的导电性：自然界中存在着许多不同的物质，根据导电性能的不同大体可分为导体、绝缘体、和半导体三大类。通常将很容易导电、电阻率小于10-4cm的物质称为绝缘体；将很难导电、电阻率大于1010cm的物质称为绝缘体；将导电能力介于导体和绝缘体之间

7、、电阻率在10-3109cm范围内的物质称为半导体。,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,半导体有如下几个特性： 热敏性：半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加。半导体的电阻率对温度的变化十分敏感。 光敏性：半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性叫光敏性。自动控制中的光电二极管和光敏电阻，就是利用半导体的光敏特性制成的，而金属导体在阳光下或在暗处，其电阻率一般没有什么变化。 杂敏性：半导体的导电能力因掺入适量杂质而发生很大的变化。利用半导体的这一特性，可以制造出不同性能、不同用途的半导体器件。 （2）本征半导体 在在近代电子学中，最常用的半导体材料就是硅和锗，下面以它

8、们为例，介绍半导体的一些基本知识。,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,一切物质都是由原子构成的，而每个原子都由带正电的原子核和带负电的电子构成。由于内层电子受原子核的束缚较大，很难活动，因此，物质的特性主要由受原子核的束缚力较小的最外层电子，也就是价电子来决定。硅原子和锗原子的电子数分别为14和32，所以它们最外层的电子都是四个，是四价元素。二者的原子结构可以表示成如图1.9所示的简化模型。 在实际应用中，必须将半导体提炼成单晶体，以使它的原子排列由杂乱无章的状态变成有一定规律、整齐的排列的晶体结构（见图1.10（a）,成为单晶。硅和锗等半导体都是晶体，所以半导体又称晶体管

9、。通常把纯净的不含任何杂质的半导体称为本征半导体。 从图1.10（b）的平面示意图中可以看出，硅和锗原子组成单晶的组合方式是共价键结构。每个价电子都要受到相邻的两个原子核的束缚，每个原子的最外层就有了八个价电子，从而形成了较稳定的共价键结构。因此，半导体的价电子既不像导体的价电子那样容易挣脱成,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,为自由电子，也不像在绝缘体中被束缚得那样紧。由于导电能力的强弱在微观上看就是表现为单位体积中能自由移动的带电粒子数目的多少，因此，半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。 本征激发与复合 在绝对零度（-273）时，半导体中的价电子不能脱离共价键的束缚，

10、所以在半导体中没有自由电子，半导体呈现出不能导电的绝缘体特性。 激发：当温度逐渐升高或在一定强度的光照下，本征硅或锗中的一些价电子从热运动中获得了足够的能量，挣脱共价键的束缚而成为带单位负电荷的自由电子，同时在原来的共价键位置上留下一个相当于带有单位正电荷电量的空位，称之为空穴。这种现象叫做本征激发。在本征激发中，带一个单位负电荷的自由电子和带一个单位正电荷的空穴总是成对出现的，所以称之为自由电子 空穴对，如图1.11所示。,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,复合：自由电子和空穴在热运动中又可能重新相遇结合而消失，这种现象叫做复合。本征激发和复合总是同时存在、同时进行的，它

11、们是半导体内部进行的一对矛盾运动。在温度一定的情况下，本征激发和复合达到动态平衡，单位时间本征激发的自由电子 空穴对数目正好等于复合消失的数目，这样，在整块半导体内，自由电子和空穴数目保持一定。一般在室温时，纯硅中的自由电子浓度n和空穴浓度p为 n = p 1.51013 (个/cm3) 对于纯锗来说，这个数据约为2.5 1013 个/cm3，而金属导体中的自由电子浓度约为1022 个/cm3。从这些数字上可以看出，本征半导体的导电能力是很差的。温度越高，本征激发越激烈，产生的自由电子 空穴对越多，当半导体重新达到动态平衡时的自由电子或空穴对的浓度就越高，导电能力就越强、。这实际上就是半导体材

12、料具有热敏性和光敏性的本质原因。,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法, 自由电子运动与空穴运动 经过分析可知，在本征半导体中，每本征激发出一个自由电子，就会留下一个空穴，这时，本来不带电的原子，就相当于带正电的正离子，或者说留下的这个空穴相当于带一个单电位的正电荷。在热能或外加电场的作用下，邻近原子带负电的价电子很容易跳过来填补这个空位，这相当于此处的空穴消失了，但却转移到相邻的那个原子处去了，如图1.12所示，价电子由B到A的运动，就相当于空穴从A移动到B。 因此，半导体中有两种载流子：一种是带负电荷的自由电子，一种是带正电荷的空穴。它们在外加电场的作用下都会出现定向移动。

13、微观上载流子的定向运动，在宏观上就形成了电流。自由电子逆电场方向移动形成电子电流IN ,空穴顺电场方向移动形成空穴电流IP ，如图1.13所示。所以半导体在外加电场作用下，电路中总的电流I是空穴电流IP和电子电流IN 之和，即：,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,I = IN + IP （3）杂质半导体：由于半导体具有杂敏性，因此，利用掺杂可以制造出不同导电能力、不同用途的半导体器件。根据掺入杂质的不同，半导体又可分为N型（电子型）半导体和P型（空穴型）半导体。 P型半导体 在四价的本征硅（或锗）中掺入微量的三价元素硼（B）之后，硼原子也和周围相邻的硅原子组成共价键结构，如

14、图1.14所示。 三价硼原子的最外层只有三个价电子，和相邻的三个硅原子组成共价键后，尚缺一个价电子不能组成共价键，因此出现了一个空位，即空穴，这样邻近原子的价电子就可以跳过来填补这个空位。因此，在硼原子掺入后，它一方面提供了一个带正电荷的空穴，另一方面自己成为了带负电的离子，即掺入一个硼原子就相当于掺入了一个能接受电子的空穴，所以称三价元素硼为受主杂质，此时杂质半导体,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,中的空穴浓度约等于掺杂浓度，且远远大于自由电子浓度。这里称空穴为多子，自由电子为少子。这种杂质半导体就叫做P型（空穴型）半导体。在外加电场的作用下，总的电路电流应为： I =

15、 IN + IP IP N型半导体 在四价的本征硅（或锗）中，掺入微量的五价元素磷（P）之后，磷原子由于数量较少，不能改变本征硅的共价键结构，而是和本征硅一起组成共价键，如图1.15所示。 在N型半导体中，由于掺杂带来的自由电子浓度远远高于本征载流子浓度，因此多子（自由电子）浓度约等于掺杂的杂质浓度，远远高于少子空穴的浓度。因此，当外加电场时，流过N型半导体的电流应为： I = IN + IP IN,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,2.PN结的单向导电性 （1）PN结的形成：在一块本征半导体上通过某种掺杂工艺，使其形成N型区和P型区两部分后，在它们的交界处就形成了一个特殊

16、的薄层，就是PN结。 扩散运动：多子的扩散运动简历内电场。如图1.16（a）所示，“”和“”分别代表P区和N区的受主和施主离子，由于P区的多子是空穴，N区的多子是自由电子，因此在P区和N区的交界处自由电子和空穴都要从高浓度处想低浓度处扩散。这种载流子在浓度差作用下的定向运动，叫做扩散运动。 多子扩散到对方区域后，使对方区域的多子因复合而耗尽，所以P区和N区的交界处就仅剩下了不能移动的带电施主和受主离子，N区形成正离子区，P区形成负离子区，从而形成了一个电场方向从N区指向P区的空间电荷区，这个电场称为内建电场，如图1.16（b）所示。,返回,上一页,下一页,任务一 二极管元件及其识别方法,在这个

17、区域内，多子已扩散到对方因复合而消耗殆尽，所以又称为耗尽层。 内电场阻碍多子扩散，帮助少子漂移运动，形成平衡PN结。由于内电场的方向是从N区指向P区，因此，这个内电场的方向对多子产生的电场力正好与其扩散方向 相反，对多子的扩散起到了一个阻碍的作用，使多子扩散运动逐渐减弱；内电场对P区和N区的少子同样产生了电场力的作用，由于P区的少子是自由电子， N区的少子的空穴，因此，内电场对少子的运动起到了加速的作用。这种少数载流子在电场力作用下的定向移动，称为漂移运动，如图1.16（b）所示。,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,（2）PN结的单向导电特性 未加外部电压时，PN结内无宏观

18、电流，只有外加电压时，PN结才显示处单向导电性。 外加正偏电压时PN结导通。将PN结的P区接较高电位，N区接较低电位，称为给PN结加正向偏置电压，简称正偏，如图1.17所示。 外加反偏电压时PN结截止。将PN结的P区接较低电位，N区接较高电位，称为给PN结加反向偏置电压，简称反偏，如图1.18所示。 知识链接二 半导体二极管 1.半导体二极管的结构和种类 半导体二极管按材料不同分为硅二极管、锗二极管等；按用途不同分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、发光二极管、光敏二极管等；按其结构不同，分为点接触型、面接触型和平面型三种。,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,常见二极管的

19、结构、外形和电路符号如图1.19所示。二极管的两级分别叫做正极或阳极（P区）、负极或阴极（N区）。 2.半导体二极管的伏安特性 二极管的电流随外加偏置电压变化的规律，称为二极管的伏安特性，将这种规律以曲线的形式描绘出来，就是伏安特性曲线如图1.20所示。下面分三部分对二级管的伏安特性曲线进行分析。 （1）正向特性外加正偏电压UF 当UF =0时， IF =0，PN结处于平衡状态，即图1.20中的坐标原点；当UF 开始增加时，即正向特性的起始部分，由于此时UF 较小，外电场还不足以克服PN结的内电场，正向扩散电流仍几乎为零；只有当UF 大于死区电压后，外电场才足以克服内电场，使扩散运动迅速增加，

20、才开始产生正向电流IF 。,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,（2）反向特性外加反向偏压UR 当外加反向偏压时，宏观电流是由于少子组成的反向漂移电流。当反向电压UR在一定范围内变化时，反向电流IR几乎不变，因此又称为反向饱和电流IS;当温度升高时，少子数目增加，IS随之增加。室温下一般硅管的反向饱和电流小于1A，锗管为几十到几百微安，如图1.20中B段所示。 （3）击穿特性外加反压增大到一定程度 击穿特性属于反向特性的特殊部分。当UR继续增大，并超过某一特定电压值时，反向电流将急剧增大，这种现象称之为击穿。发生击穿时的UR叫击穿电压URR，如图1.20中所示的C段。 如果P

21、N结击穿时的反向电流过大，使PN结的温度超过其所允许的结温时，PN结将因过热而损坏。,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,（4）二极管的近似模型 理想模型：即将二极管的单向导电特性理想化，认为正偏二极管的管压降为0V，忽略其0.7V或0.3V的导通电压，相当于短路导线；而当二极管处于反偏状态时，则认为二极管的等效电阻为无穷大，反向电流为0，此时的伏安特性曲线如图1.21（a）所示。在这种情况下，二极管可等效为开关。 恒压降模型：恒压降模型的伏安特性曲线如图1.21（b）所示，其反偏模型是比较理想的，但认为二极管正偏导通后的管压降是一个恒定值，对于硅管和锗管来说，分别取0.7V

22、和0.3V的典型值。这个模型比理想模型更接近实际情况，一般在二极管电流大于1mA时，恒压降模型的近似精度很高。,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,3.半导体二极管的主要参数 （1）最大整流电流IF:指二极管在一定温度下，长期允许通过的最大正向平均电流，超过此最大电流，会使二极管因过热而损坏。对于大功率二极管，必须加装散热装置。 （2）反向击穿电压URR：管子反向击穿时的电压值称为反向击穿电压URR。 （3）反向电流IR(反向饱和电流IS):指在室温和规定的反向工作电压下（管子未击穿时）的反向电流。反向电流值越小，则管子的单向导电性就越好。 （4）结电容与最高工作频率fM：P

23、N结加电压后，其空间电荷区会发生变化，这种变化造成的电容效应称为结电容。,上一页,下一页,返回,任务一 二极管元件及其识别方法,（5）二极管的温度特性：如图1.22所示的正向特性中，对于同一电流，温度每升高1，二极管的正向压降将减小2mV2.5mV，即二极管的正向特性曲线将随温度的升高而左移。温度对二级管的反向特性影响更大：温度每升高10，反向饱和电流IS将增加一倍。二极管的反向击穿电压也受温度的影响。 知识链接三 特殊二极管 1.稳压二极管 (1)稳压二极管的伏安特性曲线 稳压二极管简称稳压管，是一种用特殊工艺制造的面结合型硅半导体二极管，可以稳定的工作于击穿区而不损坏。稳压二极管的外形、内

24、部结构均与普通二极管相似，其电路符号、伏安特性曲线如图1.23所示。,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,（2）稳压管的主要参数 稳定电压UZ：是指稳压管的反向击穿电压，它的大小取决于制造时的掺杂浓度。 最小稳定电流IZmin:是指稳压管正常工作时的最小电流，一般在几毫安以上。稳压管正常工作时的电流应大于IZmin，以保证稳压效果。 最大稳定电流IZmin和最大耗散功率PZM:稳压管允许流过的最大电流和最大功耗分别叫做最大稳定电流IZmin和最大耗散功率PZM。如果管子的电流太大，会使管子内部的功耗增大，结温上升而烧坏管子，所以稳压管正常工作时的电流和功耗不应超过这两个极限参

25、数，一般会有 PZM =UZ IZmin,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法, 动态电阻rz：稳压管反向击穿时的动态电阻定义为电流变化量IZ引起的稳定电压变化量UZ,即 rz= UZ/ IZ 动态电阻是反映稳压二极管稳定性能好坏的重要参数，rz越小，返向击穿区曲线越陡，稳压效果就越好。 稳定电压UZ的温度系数K：是指温度每变化1所引起的稳定电压UZ的相对变化量，即 K= (%/ ) (3)应用稳压二极管应注意的问题： 二极管稳压时，一定要外加反向电压，保证管子工作在反向击穿区。 在稳压管稳压电路中，一定要配合限流电阻的使用，保证稳压管中流过的电流在规定的范围内。,返回,下一页

26、,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,2.发光二极管与光电二极管 （1）发光二极管 属于电光转换器件的一种，可以将电能直接转换成光能的半导体器件，简称“LED”。发光二极管也具有单向导电性，当外加反偏电压时，二极管截止，不发光；当外加正偏电压导通时，二极管发光。其发光机理是：当PN结加正向电压时，多数载流子在进行扩散运动的过程中相遇而复合，其剩余的能量以光的形式释放出来，从而产生一定波长的光，而发光颜色与二极管的材料和掺杂元素有关。 发光二极管与指示灯相比，具有体积小、工作电压低、工作电流小、等一系列优点，所以被广泛应用于各种电子设备中。 如图1.24所示为发光二极管直流电流驱动的电路。

27、发光二极管的正向工作电压比普通二极管告1V2V；反向击穿电压比普通二极管低5V左右。,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,（2）光电二极管 光电二极管的PN结与普通二极管不同，其P区比N区薄得多。光电二极管在反向偏置状态下工作，无光照时，光电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。这种由于光照产生的电流称为光电流，它的大小与关照度有关，光电二极管的应用电路如图1.25所示。 3.变容二极管 所谓变容二极管就是结电容随反向电压的增加而减小的二极管。如图1.26(a)所示为变容二极管的电路符号，如图1.26（b）所示为某

28、种变容二极管的特性曲线。 在二级管正偏的多子扩散过程中，多子扩散到对方区域后，在对方区域形成一定的浓度梯度，越靠近PN结处的浓度越大，这个梯度随外加正向电压的大小而增减，这是一种存、放电荷的作用，因此可得到如图1.27所示的PN结高频等效电路。,返回,下一页,上一页,任务一 二极管元件及其识别方法,课外制作 双向限幅电路制作 1.任务描述：双向限幅电路如图1.28所示。对照电路图，完成此部分电路的安装。调节ui ,用示波器观察输出符号的波形，特别是当输入电压小于3V时，输出信号的波形。 2.时间仪器与元件：电子实验台、函数信号发生器、电压表、万用表 3.活动提示：电路中电阻R=1k,二极管可用

29、IN4001， ui 由函数信号发生器接入，为正弦交流电压信号，幅度在05V之间调节，用示波器观察输出信号的波形，特别是当输入电压小于3V时，输出信号的波形。,返回,上一页,任务二 三极管元件及其识别方法,预期目标 知识目标：认识三极管的组成、结构；了解三极管的电流放大特性；能够认识三极管工作于放大状态时所需要的条件；了解三极管的主要应用。 能力目标：能够用万用表判别三极管的极性及测量三极管的质量好坏。 实践活动 1.三极管电流分配与放大关系的研究实验 （1）实践活动任务描述 按如图1.29所示搭接电路，检查无误后接通电源；利用电流表与电压表监测电流、电压值，将所测数值填入表1.1中。,返回,

30、下一页,任务二 三极管元件及其识别方法,（2）实践仪器与原件：电子实验台、电流表、电压表、万用表。 （3）活动提示：三极管放大电路有电流分配关系（IE=IB+IC）和电流放大关系 两种，请在实践活动中仔细观察三极管放大电路的这两个关系。 2.认识和测量三极管 （1）认识三极管 三极管实物及常见外形如图1.30和图1.31所示。 （2）三极管的极性判别 判别基极及类型：先假定某一管脚作为基极，将万用表量限开关置于“R100”或“R1k”档，用黑表笔接假定的基极，用红表笔分别接触另外两管脚。如果测得的阻值相差很大，则原先假定的基极错误，需要另换一个管脚作为基极重复上述测量；如果两次测得阻值都很大，

31、则将两表笔对换后继续测试；如果对,返回,下一页,上一页,任务二 三极管元件及其识别方法,换表笔后测得的阻值都小，则说明该电极是基极，且此三极管为PNP型。同理，黑表笔接假设的基极，红表笔分别接其他两个电极时测得的阻值都很小，则该三极管为NPN型。 判别集电极和发射级：如图1.32所示（以NPN为例）确定基极和管型后，将黑表笔接在假设的集电极上，红表笔接在假设的发射级上，用手指将已知的基极和假设的集电极捏在一起（但不要碰触），记下表指针偏转的位置；然后再进行相反的假设，重复上述过程，并记下表指针偏转的位置。比较两次测试的结果，指针偏转大的那次假设是正确的。如果为PNP型管，测试时，将红表笔接假设

32、的集电极，黑表笔接假设的发射极，其余不变，仍是电阻值较小的那次假设正确。 三极管质量的检测：从三极管基极到发射极和基极到集电极间是一只PN结，所以它应符合正向电阻小、反向电阻大的特点；而从集电极到发射极的正、反向电阻均应为无穷大。,返回,下一页,上一页,任务二 三极管元件及其识别方法,概述：三极管的电流分配与放大实验表明，三极管具有电流放大作用。利用三极管对电流的放大作用，可以做成各种形式的放大电路。 知识链接一 三极管的结构和分类 1.三极管的分类：按照半导体材料的不同可分为硅管、锗管；按功率不同分为小功率管、中功率管和大功率管；按照频率不同分为高频管和低频管；按照制造工艺不同分为合金管和平

33、面管等。按结构的不同，可分为NPN管和PNP管。 2.三极管的结构 如图1.33和图1.34所示分别为NPN和PNP管的结构和电路符号，符号中发射极上的箭头方向表示发射结正偏时电流的流向。,返回,下一页,上一页,任务二 三极管元件及其识别方法,由实验和测量结果可以得出以下结论。 实验数据中的每一列数据均满足关系： IE=IB+IC，此结果符合基尔霍夫电流定律。 从表1.2中可知，当IB=0时，集电极电流的值很小，称此电流为三极管的穿透电流ICEO。穿透电流ICEO值越小越好。 将每一列数据中的IC与IB相除的结果作比较，可以发现，IC 与IB的比值近似相等，大约等于40。IC与IB的比值称为晶

34、体管共射接法时的静态电流放大系数，用 表示，即 用表1.2中任两列数据来求IC和IB变化量的比值，结果任然近似相等，约等于40。基极电流IB的微小变化IB，会引起集电极电流IC的很大变化IC， IC与IB的比值称为晶体管共射接法时的动态电流放大系数，用表示，即 = IC/ IB,返回,下一页,上一页,任务二 三极管元件及其识别方法,半导体三极管又称晶体三极管，它是通过一定的制作工艺，将两个PN结结合在一起的器件。两个PN结相互作用，使三极管称为一个具有控制电流作用的半导体器件。三极管可以用来放大微弱的信号和作为无触点开关。 知识链接二 三极管的电流分配与放大原理 三极管实现放大的外部条件是：其

35、发射结必须加正向电压，而集电结必须加反向电压。 （1）实验结果 为定量说明晶体管的电流放大与分配关系，用如图1.29所示的实验电路来测量这三个电流，所得数据如表1.2所示。,返回,下一页,上一页,任务二 三极管元件及其识别方法,(2)三极管实现电流分配的原理 要使三极管能够工作，必须给三极管加上合适的偏置电压，如图1.35所示为三极管内部载流子的传输与电流分配示意图。 发射区向基区发射自由电子，形成发射极电流IE 在图1.35中，为了使发射极的电子能够发送到基区，必须给b、e之间的PN结施加一个正偏电压，该电压由UEE提供。在b、e之间正偏电压的作用下，高掺杂浓度的发射区多子越过发射结向基区扩

36、散，形成发射极电流IE，当然，基区多子空穴也向发射区扩散，但因基区掺杂浓度极低，空穴数量和发射区的电子相比很少，因此可以忽略不计。于是有 IE= IEN+ IEP IEN 注意：发射区多子自由电子向基区扩散形成的电流为IEN，基区多子空穴向发射区扩散形成的电流为IEP。,返回,下一页,上一页,任务二 三极管元件及其识别方法, 自由电子在基区与空穴复合，形成基极电流IB 发射区来的电子注入基区后，由于浓度差的作用，继续向集电结方向扩散。但因为基区多子为空穴，所以在扩散过程中，有一部分自由电子要和基区的空穴复合，形成复合电流 IBN；为了补充因复合而消失的空穴， UEE的正端不断地从基区抽走电子，

37、形成新的空穴，以补充被复合掉的空穴，维持基区空穴浓度不变，这些被抽走的电子形成了流入基极的基极电流IB，它基本上等于复合电流IBN。 集电区收集从发射区扩散过来的自由电子，形成集电极电流IC 在b、c之间的PN结施加一个反偏电压UCC,由于集电结反偏， UCC使内电场更强，在这个较强的从N区指向P区的内电场的作用下，自由电子很快就被吸引、漂移过了集电结，到达集电区，形成电流ICN，它基本上等于集电极电流IC。 IC= ICN+ ICBO (1.1),返回,下一页,上一页,任务二 三极管元件及其识别方法,IB= IEP+ IBN- ICBO IBN- ICBO (1.2) (3)电流分配关系 根

38、据KCL定律，有 IE= IB+ IC 定义 由式（1.1）和式（1.2）可得 考虑到ICBO数值很小，可忽略不计，所以有 以上分析说明了基极电流 IB对集电极电流IC的控制作用。,返回,下一页,上一页,任务二 三极管元件及其识别方法,（4）结论 要使三极管具有放大作用，发射结必须正向偏置，而集电结必须反向偏置。 一般有 1， 三极管的电流分配及放大关系式为： IE= IB+ IC IC= IB 知识链接三 三极管的特性曲线 三极管的特性曲线是指三极管的各电极电压与电流之间的关系曲线，它反映出三极管的特性。以NPN型硅三极管为例，其常用的特性曲线有以下两种。,返回,下一页,上一页,任务二 三极

39、管元件及其识别方法,（1）输入特性曲线：是指在一定的集电极和发射极电压UCE下，三极管的基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系曲线。实验测得三极管的输入特性曲线如图1.36所示。 （2）输出特性曲线：指在一定的基极电流IB下，三极管的集电极电流IC与集电结电压UCE之间的关系曲线，实验测得三极管的输出特性曲线如图1.37所示。 一般把三极管的输出特性分为三个工作区域，下面分别介绍一下。 截止区 三极管工作在截止状态时的特点： 发射结和集电结均反向偏置。 如果不计穿透电流ICEO，有IB 、IC近似为零。 三极管的集电极和发射极之间电阻很大，三极管相当于一个开关断开。,返回,下一页,上一页,任

40、务二 三极管元件及其识别方法, 放大区 在图1.37中，输出特性曲线近似平坦的区域称为放大区。三极管工作在放大区时的特点。 三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置。 基极电流IB微小的变化会引起集电极电流IC较大的变化，有电流关系式： IC= IB 对NPN型的三极管，有电位关系：UCUBUE 。 对NPN型硅三极管，有发射结电压UBE 0.7V;对NPN型锗三极管，有UBE 0.2V。 由图1.29所示的实验可知，当Rb减小时， IB增大， IC随之增加，但当Rb减小到一定程度时，尽管IB继续增大，但IC已不能再按“IC= IB”的关系增加了， IC最后接近于一个定值。,返回,下一页,上一页

41、,任务二 三极管元件及其识别方法,三极管饱和时，UCES的值很小，称此时的电压UCE为三极管的饱和压降，用UCES表示。一般硅三极管的UCES约为0.3V，锗三极管的UCES约为0.1V。 三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关导通。 因此，三极管作为开关使用时，通常工作在截止或饱和导通状态；而作为放大元件使用时，则要工作在放大状态。 知识链接四 三极管的主要参数 1.三极管的主要参数 三极管的参数是正确选定三极管的重要依据，下面介绍三极管的几个主要参数。,返回,下一页,上一页,任务二 三极管元件及其识别方法,（1）共发射极电流放大系数：是指在从基极输入信号、从集电极输出信号这种

42、接法下的电流放大系数。 （2）集间反向电流 集电极基极间的反向饱和电流ICBO 集电极发射极间的穿透电流ICEO （3）极限参数 集电极最大允许电流ICM 由三极管的输出特性曲线可知，IC超过一定数值时，三极管的值开始下降。通常将值下降到正常数值的2/3时所对应的集电极电流称集电极最大允许电流ICM。 IC超过ICM时，三极管不一定损坏，但放大能力下降了，如图1.38所示。 集电极最大允许功率损耗PCM,返回,下一页,上一页,任务二 三极管元件及其识别方法,集电极最大允许耗散功率是指集电极温度未超过允许值时，集电极所允许的最大功耗，用PCM表示。 PCM= IC UCE 对某一三极管， PCM

43、为一常量， PCM曲线如图1.38所示。 反向击穿电压U（BR）EBO、 U（BR）CBO、 U（BR）CEO 三极管工作时，加在任何两级之间的电压超过一定值，都会产生很大电流，从而导致管子损坏。 U（BR）CEO是指基极开路时，集电极与发射极之间的击穿电压值。 ICM、PCM、 U（BR）CEO是三极管的极限参数，使用时不允许超过它们，这三个参数共同确定了三极管的安全工作区，如图1.38所示。,返回,下一页,上一页,任务二 三极管元件及其识别方法,2.温度对三极管特性的影响 同二极管一样，三极管也是一种对温度十分敏感的器件，随着温度的变化，三极管的性能参数也会改变。如图1.39和图1.40所

44、示为三极管的特性曲线受温度的影响情况。,返回,上一页,任务三 场效应管元件及其识别方法,预期目标 知识目标：认识场效应管的组成结构；了解要使场效应管的漏极D、源极S导通，UGS所需要的条件；了解场效应管的主要应用。 能力目标：能够用万用表判别场效应管的极性及测量场效应管的质量好坏。 实践活动 1.场效应管的开关特性实验 （1）实践活动任务描述：按如图1.41所示搭接电路，检查无误后接通电源。 将开关K合上，调节UGG，从零开始增加，观察灯泡发光情况，记录,返回,下一页,任务三 场效应管元件及其识别方法,开启电压UGS（th）的值，并观察电流表上有无电流。 再将电源UGG反接，将开关K合上，观察

45、灯泡能否发光。 （2）实践仪器与元件：电子实验台、电流表、万用表。 （3）活动提示：场效应管是一种电压控制器件，漏极D、源极S能否导通只与UGS有关，控制极上是没有电流的，请在实践活动中仔细观察这一特性。 2.认识及测量场效应管 （1）场效应管元件认识：场效应管实物如图1.42所示。 （2）基本类型MOS管测试：MOS管内部的保护环节有多种类型，这就决定了测量过程存在着多样性，常见的NMOS管内部结构如图1.43和图1.44所示。 这两种管子的测量方法基本类似，具体测试步骤如下。,上一页,下一页,返回,任务三 场效应管元件及其识别方法,MOS管栅极与漏、源两级之间绝缘阻值很高，因此在测试过程中

46、G-D、G-S之间均表现出很高的电阻值；而寄生二极管的存在将使D、S两只管脚表现出正反向阻值差异很大的现象。选择指针万用表的“R1k”档，轮流测试任意两只管脚之间的电阻值。当指针出现较大幅度的偏转时，与黑笔相接的管脚即为NMOS管的S极，与红笔相接的管脚为漏极D，剩余第三脚则为栅极G，如图1.45所示。 短接G、D、S三只电极，泄放掉G-S级间等效结电容在前面测试过程中临时存储电荷所建立起的电压UGS。图1.44所示MOS管的G-S极间接有双向保护二极管，可跳过这一步。 将万用表电阻档切换到“R10k”档后调零。将黑笔接漏极D，红笔接源极S，经过上一步的短接放电后， UGS降为0V，MOS管尚

47、未导通，其D-S间电阻RGS为，因此，指针不会发生偏转，如图1.46所示。,返回,下一页,上一页,任务三 场效应管元件及其识别方法,以下两种方法能够对MOS管的质量与性能做出准确的判断。 第一种方法： a.用手指碰触G-D极，此时指针向右发生偏转，如图1.47所示；手指松开后，指针略微有一些摆动。 b.用手指捏住G-S极，形成放电通道，此时指针缓慢回转至电阻的位置，如图1.48所示。 第二种方法： a.用红笔接源极S，黑笔接栅极G，对G-S之间的等效结电容进行充电，此时可以忽略万用表指针的轻微偏转，如图1.49所示。 b.切换到“R1”档，换挡后需及时对档位进行调零。将红笔接到源极S，黑笔移到

48、漏极D，此时MOS管的D-S极导通。根据MOS管类型不同，万用表指针停留在十几欧姆至零点几欧姆不等的位置，如图1.50所示。,返回,下一页,上一页,任务三 场效应管元件及其识别方法,交换黑笔与红笔的位置，万用表所指的电阻值基本不变，说明此时MOS管的D-S极已经导通。当前万用表所指示的电阻值近似为D-S极导通电阻RDS(on)。 概述：场效应管也是电子线路中的一个重要器件，利用场效应管也可以组成放大电路，但其应用相对较少。场效应管主要是当作开关元件使用，因而在数字电路中应用非常广泛，数字电路中许多大规模集成电路都是在场效应管的基础上构建而成的。,返回,下一页,上一页,任务三 场效应管元件及其识

49、别方法,知识链接一 场效应管的分类 场效应管可分为结型和绝缘栅型两类，使用最广泛的是绝缘栅型。下面以绝缘栅型场效应管为例，对场效应管进行介绍。 绝缘栅场效应管是由金属、氧化物和半导体材料构成的，因此又叫MOS管。根据导电方式的不同，它又可以分为增强型和耗尽型两类，每一类又包括N沟道和P沟道两种。因此，绝缘栅型场效应管一共可分为四种类型：N沟道增强型MOS管、N沟道耗尽型MOS管、P沟道增强型MOS管、P沟道耗尽型MOS管，如图1.51所示。 知识链接二 场效应管的结构和工作原理 1.N沟道增强型MOS管,返回,下一页,上一页,任务三 场效应管元件及其识别方法,（1）结构与符号 N沟道增强型MO

50、S管是以P型半导体作为衬底，用半导体工艺技术制作两个高浓度的N型区，两个N型区分别引出一个金属电极，作为MOS管的源极S和漏极D;在P型衬底的表面生长一层很薄的SiO2绝缘层，绝缘层上引出一个金属电极称为MOS管的栅极G。B从衬底引出的金属电极，一般工作时衬底与源极相连。如图1.52所示为N沟道增强型MOS管的结构与符号。 （2）工作原理 如图1.53所示，在栅极G和源极S之间及电压UGS,漏极D和源极S之间加电压UGS,衬底B与源极S相连。 如图1.53（a）可见，漏区（N+型）、衬底（P型）和源区（ N+型）之间形成两个背靠背的PN结，当G、S之间无外加电压时，无论在D、S之间加何种极性的

51、电压，总有一个PN结是反偏的，D、S之间无电流流过。,返回,下一页,上一页,任务三 场效应管元件及其识别方法,如果给G、S之间加上较小的正电压UGS,且源极S与衬底B相连时，则在正电压UGS的作用下，栅极下的SiO2绝缘层中将产生一个垂直鸟语半导体表面的电场，其方向由栅极指向P型衬底，如图1.53（b）所示。该电场是排斥空穴而吸引电子的，由于P型衬底中空穴为多子，电子为少子，所以被排斥的空穴很多而吸收到的电子较少，使栅极附近的P型衬底表面层中主要为不能移动的杂质离子，因而形成耗尽层。当UGS足够大时，该电场可吸引足够多的电子，使栅极附近的P型衬底表面形成一个N型薄层。由于它是在P型衬底上形成的

52、N型层，故称为反型层。这个N型反型层将两个N+区连通，这时只要在D、S之间加上正向电压，电子就会沿着反型层由源极向漏极运动，形成漏极电流ID。故N型反型层构成了D、S之间的N型导电沟道。 所以，场效应管具有压控电流作用，通过控制输入电压UGS，可以控制输出电流ID的有无，也可以控制其大小。,返回,下一页,上一页,任务三 场效应管元件及其识别方法,(3)伏安特性曲线 转移特性曲线 转移特性描述UDS为某一常数时， ID与UGS之间的函数关系即 ID=f（ UGS ） UDS=常数 （1.3） 该式反映的正是前面讲过的输入电压UGS对输出电流ID的控制作用，特性曲线如图1.54所示。 输出特性曲线

53、 输出特性描述UGS为某一常数时， ID与UDS之间的函数关系即 ID=f（ UDS ） UGS=常数 取不同的UGS值，可得到不同的函数关系，因此所画出的输出特性曲线为一簇曲线，如图1.55所示。,返回,下一页,上一页,任务三 场效应管元件及其识别方法,2.N沟道耗尽型MOS管 （1）结构与符号 如图1.56所示为N沟道耗尽型MOS管的结构与符号。 （2）工作原理 耗尽型NMOS管的工作原理与增强型NMOS管相似，具有压控电流作用。由于存在原始导电沟道，因此，如果在D、S之间加上正向电压UDS，则在UGS=0时就有电流iD流通。当UGS由零值向正值增大时，反型层增厚，ID增大；反之， ID减

54、小；当UGS负向增大到某一数值时，反向层会消失，称为沟道全夹断，这时ID =0，管子截止。使反向层消失所需的栅源电压称为夹断电压，用U GS(off)表示。 （3）特性曲线 耗尽型NMOS管特性曲线如图1.57所示，其中1.57（b）为工作于放大区时的转移特性，参数IDSS称为漏极饱和电流，它是UGS=0且,返回,下一页,上一页,任务三 场效应管元件及其识别方法,管子工作于放大区时的漏极电流。由于耗尽型NMOS管在为UGS正、负、零时，均可导通工作，因此应用起来比增强型管灵活方便。当工作于放大区时，转移特性曲线可近似的用下式表示。 3.P沟道MOS管 P沟道MOS管称为PMOS管，其结构、工作

55、原理与NMOS管相似，PMOS管以N型半导体硅为衬底，两个P+区分别作为源极和漏极，导电沟道为P型反型层。使用时，UGS、UDS的极性与NMOS管的相反，漏极电流ID的方向也相反，即源极流向漏极。 PMOS管也有增强型和耗尽型两种，其电路符号分别如图1.58和图1.59所示，相应的特性曲线如图1.60和图1.61所示。,返回,下一页,上一页,任务三 场效应管元件及其识别方法,知识链接三 场效应管的主要参数和使用方法 1.场效应管的主要参数 （1）夹断电压U GS(off)和开启电压U GS(th) （2）饱和漏极电流IDSS （3）栅、源击穿电压U (RR)GS （4）漏、源击穿电压U (RR

56、)DS （5）直流输入电阻RGS 2.场效应管的使用方法 注意：a.选用场效应管时，不能超过其极限参数。 b.结型场效应管的源极和漏极可以互换。 c.MOS管有三个引脚时，表明衬底已经与源极连在一起，漏极和源极不能互换；有四个引脚时，源极和漏极可以互换。,返回,上一页,任务四 晶闸管元件及其识别方法,d. MOS管的输入电阻高，容易造成因感应电荷泄放不掉而使栅极击穿永久失效。因此，在存放MOS管时，要将三个电极引线短接。 e.电源没有关时，绝对不能把场效应管直接插入到电路板中或从电路板中拔出来。 f. 相同沟道的结型场效应管和耗尽型MOS管在相同的电路中可以通用。 预期目标 知识目标：认识晶闸

57、管的组成结构；了解使晶闸管可靠导通、截止所需要的条件；了解晶闸管的主要应用。 能力目标:能够用万用表判别晶闸管的极性及好坏。,返回,下一页,任务四 晶闸管元件及其识别方法,实践活动 1.晶闸管导通实验 （1）实践活动任务描述:分别按如图1.62（a）、图1.62（b）和图1.62（c）所示搭接电路。检查无误后合上开关K，观察灯泡发光情况。当图1.62（c）中电路灯亮后，断开K，看灯是否还亮。 图1.62（a）中,给可控硅加反偏电压，观察可控硅能否导通。 图1.62（b）中,给可控硅加正偏电压，但不加控制信号UG ，观察可控硅能否导通。 图1.62（a）中,给可控硅加正偏电压，同时加控制信号UG

58、 ，观察可控硅能否导通。 （2）实践仪器与元件：电子实验台、万用表。 （3）活动提示：可控硅与二极管一样，也具有单向导电性，但要可控硅导通，还必须加控制信号，请在实验中仔细观察。,返回,下一页,上一页,任务四 晶闸管元件及其识别方法,2.认识及测量晶闸管 （1）晶闸管的实物图和图形符号如图1.63所示。 （2）单向晶体管的极性判别 对于单向晶闸管，应先判别其引脚极性。由单向晶闸管的等效电路可知，G极与K极之间唯一个PN结，而G极与A极之间有两个相向而连得PN结，据此可先判别出A极。用指针式万用表“R1”档测量三引脚间的阻值，与其余两脚均不通的为A极；再测剩余两引脚间阻值，阻值较小时，黑表笔所接的为G 极，另一脚为K极；假如三引脚两两之间均不通或阻值均很小，说明该管子已坏。 （3）双向晶闸管的极性及好坏判别 极性判别 a.判别T2。用万用表“R1”档分别测量晶闸管两引脚之间的阻值，当出现其中某两脚正、反向测量都导通时，那么这两只引脚为G和,返回,下一页,上一页,任务四 晶闸管元件及其识别方法,T1，另一只引脚为T2；如果某引脚与另外两引脚的正、反向测量时都不通，那么这只引脚为T2。 b.判别G、T1。用万用表“R1”档，将黑表笔接第2阳极T2 ，红表笔接假设的第1阳极T1 ，此时万用表指针还不会偏转。保持黑表笔与T2的接触，黑表笔碰触一下G极，这时如