认识半导体分立元件

时间：2022-10-27 百科知识版权反馈

【摘要】：目前，中国的半导体分立元件产业已经在国际市场占有举足轻重的地位，并保持着持续、快速、稳定的发展。如发射结的正、反向电阻阻值均为无穷大，说明发射结开路；集电极与发射极之间的电阻阻值为零，说明集电极与发射极之间被击穿短路。

项目四　认识半导体分立元件

项目描述

目前，中国的半导体分立元件产业已经在国际市场占有举足轻重的地位，并保持着持续、快速、稳定的发展。随着电子整机、消费类电子产品等市场的持续升温，半导体分立元件仍有很大的发展空间，因此，有关SIC基、GSN基以及封装等新技术新工艺的发展，新型分立元件在汽车电子、节能照明等热点领域的应用前景也成了广受关注的问题。

项目目标

1．会识别二、三极管，晶闸管的外形和符号，识别它们的型号和极性。

2．会用万用表检测二、三极管，判断二、三极管的质量。

3．会根据实际需要选用二、三极管，晶闸管。

4．会连接和分析二、三极管，晶闸管常用的电路。

项目实施

任务一　了解产品的功能

电子产品根据其导电性能分为导体和绝缘体，半导体介于导体和绝缘体之间，半导体元器件以封装形式又分为“分立”和“集成”。如：二极管、三极管、晶体管等。

1．半导体材料的导电特性

半导体，是指导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质。

（1）掺杂性。二极管、三极管、场效应管、晶闸管，都是利用半导体的掺杂特性。

（2）光敏性。利用这一特性，可以制成光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管等。

（3）热敏性。利用这一特性，可以制成热敏电阻，常用在工业自动控制装置中。

2．PN结

不加杂质的纯净半导体，称为本征半导体。

在纯净的半导体中加入极微量的其他元素，得到的半导体称为杂质半导体。

在本征半导体中掺入适量的三价元素，就形成P型半导体。

在本征半导体中掺入适量的五价元素，就形成N型半导体。

在P区和N区的交界面形成一个具有特殊电性能的薄层，称为PN结。PN结具有单向导电性。如图1－4－1所示。

图1－4－1　PN结

3．二极管的分类

晶体二极管简称二极管。它由一个PN结加上电极引线和管壳构成。如图1－4－2所示。

1－4－2　二极管的基本结构

4．三极管

晶体三极管简称三极管，是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型元件，它是由两个PN结构成的带3个电极的半导体器件，在电路中主要作为放大和开关元件使用。

5．晶闸管

晶闸管在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不像继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性好。在调速、调光、调压、调温以及其他各种控制电路中广泛应用。

任务二　常用的分立元件的识别

识一识　常用的分立元件的识别

1．认识常见二极管的图形符号和外形

二极管的一般图形符号如图1－4－3所示，文字称号为V。常见的二极管有整流二极管、检波二极管、开关二极管等。

图1－4－3　二极管的一般图形称号

（1）整流二极管。整流二极管是用于将交流电能转变为直流电能的半导体器件。如图1－4－4所示。

图1－4－4　整流二极管

（2）检波二极管。检波二极管，也称解调二极管，是利用其单向导电性将高频或中频无线电信号中的低频信号或音频信号取出来的器件，它具有较高的检波效率和良好的频率特性。如图1－4－5所示。

图1－4－5　检波二极管

（3）开关二极管。开关二极管是为在电路上进行“开”“关”而进行特殊设计的一种二极管。它由导通变截止或由截止变导通所需的时间比一般二极管短，即开关速度快。如图1－4－6所示。

图1－4－6　开关二极管

2．认识特殊二极管的图形符号和外形

表1－4－1　特殊二极管

3．识别二极管的极性

（1）国产的二极管通常将电路符号印在管壳上，直接标示出引脚极性。如图1－4－7所示。

图1－4－7　用符号直接标出引脚极性

（2）小型塑料封装的二极管N极（负极），常在负极端印上一道色环作为负极标记。如图1－4－8所示。

图1－4－8　用一道色环作为负极标记

（3）有的二极管两端形状不同，平头端引脚为正极，圆头端引脚为负极。如图1－4－9所示。

图1－4－9　根据两端形状不同识别

（4）发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。如图1－4－10所示。

图1－4－10　根据引脚长短识别

4．认识常见三极管的图形符号和外形

三极管基本结构是在一块半导体基片上制作2个相距很近的PN结，2个PN结把整块半导体分成3部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN2种，从3个区引出相应的电极，分别为基极b、发射极e和集电极c。发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电结。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型2种类型。如图1－4－11所示。

图1－4－11　三极管的结构和称号

图1－4－12　常用三极管外形

图1－4－12中（a）、（b）为小功率三极管。低频小功率三极管一般用于小信号放大。高频小功率三极管主要用在高频振荡、放大电路中。

图1－4－12中（c）、（d）为大功率三极管。低频大功率三极管主要在电子音响设备的低频功率放大电路和各种大电流输出稳压电源中作为调整管。高频大功率三极管主要在通信设备中作为功率驱动、放大使用。

按封装方式分，图1－4－12中（a）、（c）为塑料封装三极管，图1－4－13中（b）、（d）为金属封装三极管。

5．认识特殊三极管的图形符号和外形

表1－4－2　常见特殊三极管

续　表

6．识别三极管的引脚

（1）小功率金属封装三极管。如图1－4－13所示。

图1－4－13　小功率金属封装三极引脚识别

（2）小功率塑料封装三极管。如图1－4－14所示。

图1－4－14　小功率塑料封装三极引脚识别

（3）大功率金属封装三极管。如图1－4－15所示。

图1－4－15　大功率金属封装三极引脚识别

（4）大功率塑料封装三极管。如图1－4－16所示。

图1－4－16　大功率塑料封装三极引脚识别

任务三　分立元件的检测

元器件的检测是一项基本功，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，不是一件千篇一律的事，必须根据不同的元器件采用不同的方法，从而判断元器件的正常与否。

测一测　各种分立元件的参数

1．普通二极管的检测

（1）判断二极管极性。

①选择量程。将量程开关拨到R×100或R×1k挡。

②万用表欧姆调零。

③检测极性。先用表笔分别与二极管的两极相连，测出正、反向2个电阻阻值。测得阻值较小的那一次，与黑表笔相接的一端即为二极管的正极。同理，测得阻值较大的那一次，与黑表笔相接的一端即为二极管的负极。如图1－4－17所示。

图1－4－17　用万用表判断二极管极性

（2）判断二极管质量。

表1－4－3　用万用表判定晶体二极管质量的方法

2．检测发光二极管

（1）将指针式万用表置于R×10kΩ挡，表欧姆调零。

（2）将红、黑表笔分别接至发光二极管两端。若测得阻值为∞，再将红、黑表笔对调后接在发光二极管两端，若测得的电阻阻值为几十至200kΩ，说明发光二极管质量良好。测得电阻阻值为几十至200kΩ的那一次，黑表笔接的是发光二极管正极。如图1－4－18所示。

图1－4－18　万用表检测发光二极管

（3）若2次测得的阻值都很大，则发光二极管内部开路；若2次测得的阻值都较小，则发光二极管内部击穿。

3．稳压二极管的检测

稳压二极管的测量方法与普通二极管相同。

4．用万用表可以区分硅二极管和锗二极管

（1）将万用表的量程选择开关拨到R×100或R×1k挡。

（2）用黑表笔接二极管的“＋”极，红表笔接二极管的“－”极，测其正向电阻。如果万用表的指针在表盘中间或中间偏右一点，则为硅管；如果万用表的指针在表盘右端靠近满刻度处，则为锗管，如图1－4－19（a）所示。

（3）也可以用万用表红表笔接二极管的“＋”极，黑表笔接二极管的“－”极，即测其反向电阻。如果指针基本不动，指在“∞”处，则为硅管；如果指针有很小偏转，且一般不超过满刻度的1/4，则为锗管，如图1－4－19（b）所示。

图1－4－19　用万用表区分硅二极管和锗二极管

5．用万用表区分稳压管和普通二极管

（1）将万用表的量程选择开关拨到R×10kΩ电阻挡。

（2）用黑表笔接到区分管的负极，红表笔接其正极，由表内叠层电池向管子提供反向电压。若指针基本不动，指在“∞”处或有极小偏转的，则为二极管；如果指针有一定的偏转，则为稳压管，如图1－4－20所示。

图1－4－20　用万用表区分稳压管和二极管

6．判别三极管的类型和引脚

（1）选择量程。

（2）万用表欧姆调零。

（3）检测类型和基极。任意假定三极管的一个电极是基极b，用黑表笔与之相接，用红表笔分别与另外两极相接。当出现2次电阻都很小时，则黑表笔所接的就是基极，且管型为NPN型。当出现2次电阻都很大时，则管型为PNP型。如图1－4－21所示。

图1－4－21　三极管的类型和基极检测

（4）检测发射极和集电极。当基极b确定后，可接着判断发射极e和集电极c。若是NPN型管，将2表笔与待测的两极相接，然后用手指捏紧基极和黑表笔，观察指针摆动的幅度，再将黑红表笔对调，重复上述测量过程，比较2次指针摆动幅度，幅度摆动大的这次红表笔接的是发射极e，黑表笔接的是集电极c。若是PNP型管，只要在上述方法中红、黑表笔对调即可。如图1－4－22所示。

图1－4－22　三极管发射极和集电极检测

7．判别三极管质量

（1）检测集电极和发射结的正、反向电阻。

①选择量程。

②万用表欧姆调零。

③检测NPN或PNP型三极管的集电极和基极之间的正、反向电阻。如图1－4－23所示。

图1－4－23　检测NPN型三极管的集电结电阻

④检测PNP或NPN型三极管的发射极和基极之间的正、反向电阻。如图1－4－24所示。

图1－4－24　检测NPN型三极管的发射极电阻

正常时，集电结和发射结正向电阻都比较小，为几百欧至几千欧；反向电阻都很大，为几百千欧至无穷大。

（2）检测集电极与发射极之间电阻。

①选择量程。

②万用表欧姆调零。

③对于NPN型三极管，红表笔接集电极，黑表笔接发射极测一次电阻，如图1－4－25（a）所示。互换表笔再测一次电阻，如图1－4－25（b）所示。正常时，两次电阻阻值比较接近，为几百千欧至无穷大。

图1－4－25　集电极与发射极之间电阻

对于PNP型三极管，红表笔接集电极，黑表笔接发射极测一次电阻，正常为十几千欧至几百千欧；互换表笔再测一次电阻，与正向电阻值相近。

（3）判断质量。

如果三极管任意一个PN结的正、反向电阻不正常，或集电极和发射极之间的正、反向电阻不正常，说明三极管已损坏。如发射结的正、反向电阻阻值均为无穷大，说明发射结开路；集电极与发射极之间的电阻阻值为零，说明集电极与发射极之间被击穿短路。

8．检测单向晶闸管

（1）判别单向晶闸管引脚。

①选择量程。

②万用表欧姆调零。

③判别引脚。

用红、黑2表笔分别测任意两管脚间的阻值。当测量出现小阻值时，以这次测量为准，黑表笔接的引脚是控制极G，红表笔接的引脚是阴极K，剩下的引脚为阳极A。如图1－4－26所示。

图1－4－26　用万用表判断单向晶闸管管脚

（2）判断单向晶闸管质量。

①检测控制极G与阴极K之间的阻值。

②检测控制极G与阳极A之间的阻值。

③检测可控能力。将万用表量程开关拨到R×1Ω挡，将黑表笔接单向晶闸管的阳极A，红表笔接阴极K，此时万用表指针应不动，如图1－4－27（a）所示，如万用表指针偏转，说明该单向晶闸管已击穿损坏。用黑表笔同时短接阳极A和控制极G，此时万用表电阻挡指针应向右偏转，阻值读数为10Ω左右，如图1－4－27（b）所示。再放开黑表笔短接的控制极G，但黑表笔仍与阳极A相连不断开，阻值读数为10Ω左右，如图1－4－27（c）所示，说明单向晶闸管质量是好的。

图1－4－27　检测单向晶闸管可控能力

9．检测双向晶闸管

（1）判别双向晶闸管引脚。

①选择量程。将量程开关拨到R×1Ω挡。

②欧姆调零。

③确定T2极。

用红、黑2表笔分别测任意2引脚间正、反向电阻，结果其中2组读数为无穷大。当有一组为几十欧姆时，该组红、黑表所接的2引脚为第一阳极T1和控制极G，另一空脚即为第二阳极T2，如图1－4－28（a）、（b）所示，即判断出中间引脚为第二阳极T2。

图1－4－28　判别双向晶闸管引脚

④确定T1和G极。确定T2极后，测量A1、G极间正、反向电阻。读数相对较小的那次测量中，黑表笔所接的引脚为第一阳极T1，红表笔所接引脚为控制极G。

（2）判断双向晶闸管质量。

①检测第一阳极T1与控制极G之间的正、反向电阻值。

②检测第一阳极T1与第二阳极T2之间，第二阳极T2与控制极G之间的正、反向电阻值。

③检测可控能力。

图1－4－29　检测双向晶闸管可控能力

任务四　分立元件延伸知识的了解

学一学　分立元件延伸知识的了解

1．二极管的单向导电性

如图1－4－30（a）所示，直流电源正极接二极管正极，直流电源负极接二极管负极，这种接法称为正向偏置。此时，二极管导通，指示灯亮。

如图1－4－30（b）所示，直流电源正极接二极管负极，直流电源负极接二极管正极，这种接法称为反向偏置。此时，二极管不导通，即截止，指示灯不亮。

图1－4－30　二极管的单向导电性

结论：当二极管正向偏置时，二极管导通；当二极管反向偏置时，二极管截止。二极管的这种特性称为单向导电性。

2．二极管的伏安特性曲线

二极管的导电性能由加在二极管两端的电压和流过二极管的电流来决定，这两者之间的关系称为二极管的伏安特性。硅、锗二极管的伏安特性曲线如图1－4－31所示。

图1－4－31　二极管的伏安特性曲线

（1）正向特性。

①死区。如图1－4－31中OA段，称为死区。硅二极管的死区电压约为0．5V，锗二极管的死区电压约为0．2V。

②正向导通。如图1－4－31中AB段。二极管导通后两端电压基本不变，硅二极管约为0．7V，锗二极管约为0．3V。

（2）反向特性。

①反向截止区。当加反向电压时，二极管反向电流很小，而且在很大范围内不随反向电压的变化而变化，故称为反向饱和电流。

②反向击穿区。若反向电压不断增大到一定数值时，反向电流就会突然增大，这种现象称为反向击穿。

稳压二极管就是利用反向击穿特性在电路中起稳定电压作用的。

由二极管的伏安特性可知，二极管属于非线性器件。

3．估测三极管穿透电流I_CEO

（1）选择万用表R×1k挡，欧姆调零。

（2）对于NPN型三极管，黑表笔接集电极，红表笔接发射极，基极悬空，如图1－4－32所示。若测得的电阻在几十千欧以上，表明管子的I_CEO较小，性能较好。如果测得的电阻值较小或表针来回摆动，则说明管子的I_CEO大且管子性能不稳定。如果在测量时用手捏住管壳后，表针缓慢向低阻值方向移动，说明管子的热稳定性差，不宜使用。