常见半导体元器件识别与检测

常见半导体元器件识别与检测

实训一　二极管识别与检测

实训目标

1.知识目标

(1)了解二极管的分类与标识方法。

(2)进一步掌握二极管的结构与特点。

2.技能目标

(1)学会识别和检测晶体二极管。

(2)熟悉指针式/数字万用表的使用方法。

实训原理

1.二极管的种类

晶体二极管(简称二极管)就是由一个PN结构成的最简单的半导体器件。只要在一个PN结的P区和N区各接出一条引线，然后再封装在管壳内，就制成一只晶体二极管。P区引出端叫正极(或阳极)，N区引出端叫负极(或阴极)，如图3-1-1(a)所示。二极管的文字符号为“V”，图形符号见图3-1-1(b)。带箭头的一边代表正极，竖线一边代表负极，箭头所指方向是PN结正向电流方向，它表示二极管具有单向导电性。

图3-1-1　晶体二极管结构与符号

根据不同的制造工艺，二极管的内部结构大致分为点接触型、面接触型和平面型三种。

由于功能和用途的不同，二极管大小不同，外形和封装各异。图3-1-2中，从左到右是由小功率到大功率的几种常见二极管的外形。从二极管使用的封装材料来看，小电流的二极管常用玻璃壳或塑料壳封装；电流较大的二极管，工作时PN结温度较高，常用金属外壳封装，外壳就是一个电极并制成螺栓形，以便与散热器连接成一体。随着新材料、新工艺的应用，二极管采用环氧树脂、硅酮塑料或微晶玻璃封装也比较常见。

图3-1-2　几种晶体二极管外形

二极管外壳上一般印有符号表示极性，正、负极的引线与符号一致。如图3-1-3所示。有的在外壳一端印有色圈表示负极；有的在外壳一端制成圆角形来表示负极；但也有的在正极端打印标记或用红点来表示正极。这一点在使用时要特别注意。

图3-1-3　极性符号

二极管品种很多，特性不一，为便于区别和选用，每种二极管都有一个型号。按照国家标准GB249-74的规定，国产二极管的型号由五个部分组成，见表3-1-1。需要注意，第四部分数字是表示某系列二极管的序号，序号不同的二极管其特性不同。第五部分字母表示规格号，系列序号相同，规格号不同的二极管，特性差不多，只是某个或某几个参数不同。某些二极管型号没有第五部分。

表3-1-1　国产二极管的型号

例3-1　　　　　　　　　　　　　　例3-2

　　

依据制作材料分类，二极管主要有锗二极管和硅二极管两大类。前者内部多为点接触型，允许的工作温度较低，只能在100 ℃以下工作；后者内部多为面接触型或平面型，允许的工作温度较高，有的可达150～200 ℃。

依据用途分类，电子设备中较常用的二极管有四类：

(1)普通二极管，如2AP等系列，用于信号检测、取样、小电流整流等。

(2)整流二极管，如2CZ、2DZ等系列，广泛使用在各种电源设备中做不同功率的整流。

(3)开关二极管，如2AK、2CK等系列，用于数字电路和控制电路。

(4)稳压二极管，如2CW、2DW等系列，用在各种稳压电源和晶闸管电路中。

这些二极管的电路符号如图3-1-4示。

图3-1-4　不同二极管的电路符号

2.二极管的检测

在使用二极管前，通常先要判别极性，还要检查它的好坏，否则电路不仅不能正常工作，甚至可能烧毁二极管和其他元件。前面介绍的一些二极管封装上的符号或极性标记，我们可以作为依据。当封装上的符号或极性标记看不清或者没有手册可查时，也可以根据二极管的单向导电性来判断它的好坏和极性。

常用万用表的电阻挡测量极间电阻来判断。万用表有两个接线端，正接线端接红表笔，负接线端接黑表笔。必须注意，使用指针式万用表的电阻挡时，表内接入电池，万用表的红表笔接表内电池负极，输出负电压；黑表笔接电池正极，输出正电压。测试前要选好挡位，两表笔短接后调零位。对于耐压较低，电流较小的二极管如用R×1挡，流过二极管的电流太大，用R×10 k挡，表内电池电压太高，都可能会使二极管损坏。通常用R×100或R×1 k挡来测量，具体方法和说明如表3-1-2和表3-1-3所示。

表3-1-2　晶体二极管检测方法

表3-1-3　晶体二极管质量检测

要注意的是： 使用不同的万用表测同一只二极管，获得的阻值可能不同，这是由于万用表本身特性不一样；使用万用表不同的电阻挡测二极管时，获得的阻值也是不同的。例如用R×100挡测某一只2CZ83D，正向电阻约500 Ω，反向电阻约320 kΩ，而改用R×1 k挡，测得正向电阻约4 kΩ，反向时表针几乎不动。这是因为二极管是非线性器件，PN结的阻值是随外加电压变化的，而用万用表测电阻时，各挡的表笔端电压不一样，所以用不同的电阻挡测同一只二极管，测得的阻值读数就不一样。

【发光二极管检测】

对于LED管，由于正向压降在1.5 V至2.7 V之间，所以测量时应选用万用表电阻挡R×10 k挡测量，将两表笔分别接发光二极管两引脚，交换表笔再测，阻值小的一次，黑表笔所接为正极，红表笔所接为负极；阻值较大一次，黑表笔所接为负极，红表笔所接为正极。

对于红外发光管，用万用表R×1 k挡测量其正向电阻在30 kΩ左右，反向电阻在200 kΩ以上者是好的。

【光敏二极管检测】

①极性判别：用万用表电阻挡R×1 k挡测量，用两表笔分别接光电二极管两引脚，然后交换表笔再测，阻值较小一次，黑表笔所接为正极，红表笔所接为负极；阻值较大一次，黑表笔所接为负极，红表笔所接为正极。

②质量判别：用万用表电阻挡R×1 k挡或R×10 k挡测量光电二极管反向电阻，黑表笔接光电二极管负极，红表笔接正极。在无光照时，光电二极管的反向电阻很大；当受光照时，反向电阻变小，并且光照强度越大，反向电阻越小。否则，说明光电二极管损坏。

实训器材

二极管若干、指针式万用表、数字万用表。

实训器内容与步骤

1.二极管识别

外观识别，学会区分不同类型二极管的标识，初步判断管子的类型和正负极。填写表3-1-4。

表3-1-4　二极管的类型与符号

2.二极管检测

分别利用指针式万用表和数字万用表相应挡位完成对各二极管的性能检测，判断管子材料与性能好坏。

3.提交检测报告。

实训注意事项

使用数字万用表的二极管挡和欧姆挡时，表内接入电池，万用表的红表笔接表内电池正极，输出正电压；黑表笔接电池极负，输出负电压。记住这点与指针式万用表正相反。

实训二　三极管识别与检测

实训目标

1.知识目标

(1)了解三极管的分类与标识方法。

(2)进一步掌握三极管的结构与工作原理。

2.技能目标

(1)学会识别和检测晶体三极管。

(2)熟悉指针式/数字万用表的使用方法。

实训原理

晶体三极管(简称三极管)是按一定的工艺，将两个PN结结合在一起的半导体器件，由于两个PN结之间的相互影响，使晶体三极管表现出不同于晶体二极管的特性。在一块极薄的硅或锗基片上制作两个PN结就构成三层半导体，从三层半导体上各自接出一根导线，就是三极管的三个电极，再封装在管壳里就制成了晶体三极管。依据基区材料是P型还是N型半导体，三极管有NPN型和PNP型两种组合型式。

1.结构和符号

三极管的文字符号为“V”，图形符号如图3-2-1(a)和(b)所示。两种符号的区别在于发射极箭头的方向不同，箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方向。

图3-2-1　晶体三极管的结构和符号

图3-2-2是常见的几种国产三极管的封装和外形。功率不同的三极管有着不同的体积和封装形式，在晶体管手册中有具体说明。

图3-2-2　几种晶体三极管的外形和封装

早期生产的三极管有的采用玻璃封装；有些超小型三极管采用陶瓷环氧封装；绝大多数大、中、小型三极管采用金属外壳封装；大功率晶体三极管管壳是集电极，通常做成扁平形状并有安装螺钉孔，有的大功率三极管的集电极制成螺栓形状，这样能使三极管和散热器连成一体，便于散热。近年来越来越多的中、小功率三极管采用硅酮塑料封装。

2.分类

各种三极管都有自己的型号，按照国家标准GB249-74的规定，国产三极管的型号也是由五个部分组成。表3-2-1中第二、第三部分所列的是三极管常见类型，对其含意需搞清楚。

通常按以下几个方面进行分类：

(1)依据制造材料的不同，三极管分为锗管与硅管两类。它们的特性大同小异。硅管受温度影响较小，工作较稳定，因此在电子设备上常用硅管。

(2)依据三极管内部基本结构，分为NPN型和PNP型两类。目前我国生产的硅管多数是NPN型(也有少量PNP型)，一般采用平面工艺制造。锗管多数是PNP型(也有少量NPN型)，一般采用合金工艺制造。

(3)依据工作频率不同，可分为高频管(工作频率等于或大于3 MHz)和低频管(工作频率低于3 MHz)。

(4)依据用途的不同，分为普通放大三极管和开关三极管。

(5)依据功率不同，分为小功率管(耗散功率<1 W)和大功率管(耗散功率≥1 W)。

表3-2-1　晶体三极管的型号

如3DG130C代表NPN型硅高频小功率三极管C挡型号，3AX52B代表PNP型锗低频小功率三极管B挡型号。

3.三极管的识别和检测方法

各种三极管的参数虽然可以在晶体管手册中查到，但由于三极管制造时的种种原因，即使同型号之间，参数也不是完全一致的。因此，使用前需进行检测。三极管的测试，最好应用晶体管特性图示仪，它可以在接近实际工作的条件下，方便而直观地显示三极管的特性曲线和有关参数。除了这种方法以外，在医疗器械维修实践中，也常使用万用表来简单估测三极管的极性、好坏和放大系数等。

用万用表测小功率三极管时，不宜用R×1挡，万用表的这挡内阻较小，流过三极管的电流较大；也不宜用R×10k挡，这挡电压较高，可能会损坏一些低反压小功率三极管。测大功率三极管可选用R×10挡。此外，仅用万用表只能大致定性估计三极管一些参数的情况。

(1)三极管管脚识别

根据管脚排列识别使用三极管，首先要弄清它的管脚极性。目前三极管种类较多，封装形式不一，管脚也有多种排列方式。表3-2-2所列是常见的三极管管脚排列，多数金属封装的小功率管的管脚是等腰三角形排列。顶点是基极，左边为发射极，右边为集电极。此外，也有少量的三极管的管脚是一字形排列，中间是基极，集电极管脚较短，或用集电极与其他电极距离最远来区别；有的高频三极管有四根引出电极，为了屏蔽高频电磁场干扰，其中d为接地极。大功率三极管一般直接用金属外壳作集电极。

表3-2-2　常见三极管管脚排列

续表3-2-2

(2)用万用表判别管脚与型号

使用指针式万用表识别管脚和极性的方法见表3-2-3。

表3-2-3　判断三极管管脚和极性的方法(R×100或R×1k)

注：

①判断基极要反复测几次，直到两次读数均较小为止。

②根据上述方法可判断PNP型和NPN型。用万用表电阻挡R×1 k挡，红表笔接基极，黑表笔接另两极，如果两次阻值都较小(500 Ω～5 kΩ)，则该三极管为PNP型；相反，如果两次阻值都很大(几百千欧以上)，则该三极管为NPN型。

③当两次阻值较小且小于500 Ω时，为锗材料管，两次阻值都较小且小于5 kΩ时，则是硅材料管。

④判断集电极的测试方法，其原理如图3-2-3所示。

图3-2-3　三极管管脚测试

(3)三极管好坏的大致判别

根据PN结的单向导电性，我们可以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，说明三极管内部有断路或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。

(4)穿透电流和放大系数的估计

用万用表检查三极管的穿透电流ICEO，是通过测量集电极与发射极之间的反向阻值来估计的，如表3-2-4所示，如果穿透电流大，阻值就较小。按照测量三极管穿透电流的方法，还可以估计三极管的放大系数。此外，可以利用万用表的hFE挡功能估测小功率管的hFE值。

表3-2-4　估测三极管穿透电流

实训器材

三极管若干；指针式万用表；数字万用表。

实训器内容与步骤

1.三极管外观识别，初步判断出三个管脚的排列顺序。

2.用指针式万用表检测三极管。

(1)检测出基极，判断是PNP型还是NPN型。

(2)检测出集电极、发射极。

(3)估测穿透电流和放大系数hFE，判断管子质量好坏。

3.用数字万用表检测三极管

(1)利用二极管挡检测基极，判断是PNP型还是NPN型，是硅管还是锗管。

(2)利用hFE挡检测功能，判断出管子的集电极和发射极。

(3)估测hFE，判断管子质量好坏。

表3-2-5　三极管测试表

4.提交检测报告。

实训注意事项

使用数字万用表的二极管挡和欧姆挡时，表内接入电池，万用表的红表笔接表内电池正极，输出正电压；黑表笔接电池极负，输出负电压。记住这点与指针式万用表正相反。

实训三　晶闸管识别与检测

实训目标

1.知识目标

(1)了解晶闸管的分类与标识方法。

(2)进一步掌握晶闸管的结构与工作原理。

2.技能目标

(1)学会识别和检测晶闸管。

(2)熟悉指针式/数字万用表的使用方法。

实训原理

晶闸管又称可控硅。它是一个可控的单(双)向导电开关，能以低电压、小电流控制高电压、大电流，具有控制性好、效率高等优点。晶闸管广泛用于无触点开关电路和可控整流、变频、自控等电路。

可控硅主要有两种：单向可控硅和双向可控硅。

1.单向可控硅

(1)结构与电路符号

单向可控硅的电路符号、等效图如图3-3-1(a)所示。常见的管脚排列和外形结构如图3-3-1(b)、(c)所示。

图3-3-1　单向可控硅的电路符号与外形结构

(2)检测方法

用万用表电阻挡R×100或R×1 k挡测量，两表笔分别接任两个电极，测任两个电极之间的正、反向电阻，如果测得某两个电极间的电阻较大(约80 kΩ以上)，对调两表笔再测，如果阻值较小(约2 kΩ)，这时黑表笔所接电极为控制极G，红表笔所接电极为阴极K，余下的就是阳极A。

2.双向可控硅

(1)结构与电路符号

双向可控硅的电路符号、管脚排列与外形结构如图3-3-2所示。

图3-3-2　双向可控硅的电路符号与外形结构

(2)检测方法

用万用表电阻挡R×100挡测量，测任两个电极之间的正、反向电阻，如果其中两个电极之间的正、反向电阻都很小(约100 Ω)，即为T1极和G极，阻值较小者，黑表笔接T1、红表笔接控制极G，余者为T2极。

实训器材

晶闸管若干；指针式万用表；数字万用表。

实训器内容与步骤

1.单向晶闸管检测

(1)外观和引脚排序识别。

(2)用万用表检测引脚极性。

(3)触发能力检测与分析，判断管子质量。

2.双向晶闸管检测

(1)外观和引脚排序识别。

(2)用万用表检测引脚极性。

(3)触发能力检测与分析，判断管子质量。

3.提交检测报告

表3-3-1　晶闸管测试表

实训四　场效应管识别与检测

实训目标

1.知识目标

(1)了解场效应管的分类与标识方法。

(2)进一步掌握场效应管的结构与工作原理。

2.技能目标

(1)学会识别和检测场效应管。

(2)熟悉指针式/数字万用表的使用方法。

实训原理

场效应晶体管，简称场效应管。它的型号用3DJ、3DO、CS等后加序号和规格号表示。它的外形与普通三极管相似(如图3-4-1)，并兼有普通三极管体积小、耗电省等特点，但两者的控制特性却截然不同。普通三极管是通过控制基极电流来控制集电极电流的一种电流控制型器件，输入阻抗较低。而场效应管是利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流的一种电压控制型器件。图3-4-1 为几种场效应管的外形。场效应管具有输入阻抗高、热稳定性好、便于集成化等优点，得到广泛应用。

图3-4-1　场效应管的外形

场效应管按导电机构不同，分结型场效应管和绝缘栅场效应管两种。

1.结型场效应管

我们知道N型半导体里的电子在外加电压作用下形成电流。如果采用某种方法来控制半导体导电区域的大小，从而使它的电阻发生改变，就能控制N型半导体中的电流。PN结内大多是不能移动的杂质离子，载流子很少，电阻率很高，当它加上反向电压时，PN结就会变宽。如果在N型半导体两侧制造两个PN结，改变反向电压的大小，就可改变PN结宽度，控制电子流通区域的大小，从而控制N型半导体中电流的强弱。结型场效应管正是根据这一基本导电原理制成的。

2.绝缘栅场效应管

绝缘栅场效应管是指栅极和漏极、源极完全绝缘的场效应管，它的输入阻抗更高。目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是金属-氧化物-半导体场效应管，简称MOS管，它也有N沟道和P沟道两类(分别叫做NMOS和PMOS)，其中每一类又可分为增强型和耗尽型两种。

3.场效应管的使用及注意事项

(1)场效应管在使用中，要注意电压极性，以及电压和电流数值不能超过最大允许值。

(2)为了防止栅极击穿，要求一切测试仪器、电烙铁都必须有外接地线。焊接时，用小功率烙铁迅速焊接，或切断电源后利用余热焊接，焊接时应先焊源极，后焊栅极。

(3)绝缘栅场效应管输入阻抗极高，故不能在开路状态下保存。即使不使用，也应将三个电极短路，以防感应电势将栅极击穿。结型场效应管则可在开路状态下保存。

(4)场效应管(包括结型和绝缘栅型)的漏极与源极通常制成对称的，漏极与源极可互换使用。有的绝缘栅场效应管在制造时将源极与衬底连接在一起，此时源极与漏极不能对调。有的产品将衬底引出(有四个管脚)，一般情况P衬底接低电位，N衬底接高电位。

4.场效应管的管脚识别与简易检测

部分场效应管的管脚排列如图3-4-2所示。此外，我们可利用万用表R×1 k挡判别结型场效应管的电极，黑表笔碰触一个电极，红表笔依次碰触另外两个电极，若两次测出的阻值都很大，则是P沟道且黑表笔接的是栅极。反之，两次阻值均很小，则是N沟道，黑表笔接的也是栅极，但此法不能用于测绝缘栅场效应管。

图3-4-2　部分场效应管的管脚排列　　　　图3-4-3　估测结型场效应管的放大能力

另外，还可用万用表估测结型场效应管的放大能力，如图3-4-3所示。用手捏住栅极后，表针会向左摆动(或向右)，但只要有明显摆动说明此管有放大能力，摆动小，放大能力弱。由于测量使g-s结电容上充有少量电荷，每次测量后要将g-s间短路一下，否则再次测时可能表针不动。

实训器材

场效应管若干、指针式万用表、数字万用表。

实训器内容与步骤

1.场效应管引脚极性识别(万用表R×1k挡)。

2.判别管子类型。

3.场效应管放大能力检测。

4.分析并判断场效应管的质量。

5.提交检测报告。

表3-4-1　场效应管测试表

(李小红)