双向二极管

任务描述

本任务是要为某实验室设计并安装调光灯，根据任务要求，需要电工班准备原材料，并检测其好坏，以便进行下一步的焊接。

任务目标

1.能正确描述晶闸管、双向二极管、单结晶体管等元器件的基本性质和主要功能。

2.能利用万用表检测晶闸管、单结晶体管等元器件的好坏。

3.能正确识别晶闸管、单结晶体管等元器件的型号。

4.能正确识读由晶闸管与双向二极管、单结晶体管等元器件组成的电路原理图。

5.能正确区分调光灯电路中的各元器件。

知识准备

材料准备：万用表、示波器、晶闸管、双向二极管、单结晶体管等元器件、调光灯原理图。

资讯准备：调光器是一种用来改变电光源的光通量、调节照度的照明配件，广泛应用于家庭照明、剧场舞台、酒店客房、场馆展厅等场合。

从原理上讲，所有调光器都是通过改变电光源的输入电流来获得不同强度的光输出，其控制方法包括改变加在负载上的电压幅值和改变电流流经负载的时间两种方式，前者直接改变了电流有效值，而后者是在交流电的半波内控制电流导通的时间及次数来实现的。

此外，还需要掌握以下相关知识：

一、晶闸管

1.结构

晶闸管全称是晶体闸流管，又称可控硅，简称SCR，晶闸管具备单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。晶闸管结构、图形符号如图5-1所示。

图5-1  晶闸管结构及图形符号

2.分类

晶闸管按导通及控制方式不同可分为普通单向晶闸管、双向晶闸管、特种晶闸管，特种晶闸管又分为逆导型晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管及光控晶闸管等多种。

按电流容量大小不同可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管锗管。

按引脚和极性不同可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。

按封装形式不同可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型（金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种，塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种）。

按关断速度不同可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管。

3.命名

国产晶闸管的型号命名（JB1144–75部颁发标准）主要由四部分组成，各部分的含义见表5-1。

第一部分用字母“K”表示主称为晶闸管。

第二部分用字母表示晶闸管的类别。

第三部分用数字表示晶闸管的额定通态电流值。

第四部分用数字表示重复峰值电压级数。

表5-1 晶闸管的型号和命名方式

示例：KP10–3 型的命名含义：K–晶闸管，P–普通反向阻断型，10–通态电流10 A， 3–重复峰值电压300 V，即10 A 300 V普通反向阻断型晶闸管。

4.常用晶闸管简介（表5-2）

表5-2 晶闸管简介表

5.普通晶闸管的主要参数（表5-3）

表5-3 普通晶闸管主要参数

6.普通晶闸管的工作特性（表5-4）

表5-4 晶闸管工作特性

二、双向可控硅的检测

1.用万用表电阻R×1挡，用红黑两表笔分别测任意两引脚正反向电阻，结果其中两组读数为无穷大。若一组为数十欧姆时，该组红黑表笔所接的两引脚为第一阳极A1和控制极G，另一空脚即为第二阳极A2。

2.确定A、G极后，再仔细测量A1、G极间正反向电阻，读数相对较小的那次测量的黑表笔所接的引脚为第一阳极A1，红表笔所接引脚为控制极G。将黑表笔接已确定了的第二阳极A2，红表笔接第一阳极A1，此时万用表指针应不发生偏转，阻值为无穷大。

3.再用短接线将A2、G极瞬间短接，给G极加上正向触发电压，A2、A1间阻值约为10欧姆左右。随后断开A2、G极短接线，万用表读数应保持在10欧姆左右。互换红黑表笔接线，红表笔接第二阳极A2，黑表笔接第一阳极A1。同样万用表指针应不发生偏转，阻值为无穷大。用短接线将A2、G极间再次瞬间短接，给G极加上负向的触发电压，A1、A2间阻值也是10欧姆左右。

4.随后断开A2、G极间短接线，万用表读数应不变，保持10欧姆左右。符合以上规律，说明被测双向可控硅管未损坏且三个引脚极性判断正确。

三、单向可控硅的检测

万用表选用电阻R×1挡，用红黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑表笔接的引脚为控制极G，红表笔接的引脚为阴极K，另一空脚为阳极A。此时将黑表笔接已判断了的阳极A，红表笔仍接阴极K。此时万用表指针应不动。用短接线瞬间短接阳极A和控制极G，此时万用表指针应向右偏转，阻值读数为10欧姆左右。如阳极A接黑表笔，阴极K接红表笔时，万用表指针发生偏转，说明该单向可控硅已击穿损坏。

注意：检测较大功率可控硅管，需要在万用表黑表笔中串接一节 1.5 V干电池，以提高触发电压。

四、单结晶体管的识别

1.单结晶体管的结构

单结晶体管（基极二极管）简称UJT，它是由一个PN结和两个电阻接触电极组成的半导体器件，如图5-2（a）所示。从P型区引出线为二极管的正极，从N型区引出线为二极管的负极。图（b）为二极管在电路中的代表符号。二极管的PN结主要由锗材料组成的称锗二极管，由硅材料组成的称硅二极管。

图5-2  单结晶体管

2.分类

可分为N型基极单结晶体管、P型基极单结晶体管，常见型号有BT31、BT33、BT35等，如图5-3所示。

图5-3  单结晶体管的分类

3.外形

常见单结晶体管外形如图5-4所示。

图5-4  常见单结晶体管的外形

4.命名

国产单结晶体管的型号命名由5部分组成，以BT3 数字+字母为例说明：

第一部分：用字母“B”表示半导体管；

第二部分：用字母“T”表示特种管；

第三部分：用数字“3”表示有3个电极；

第四部分：用数字表示耗散功率；

第五部分：用字母表示特性参数分类。

5.单结晶体管的特性曲线分析

图5-5  单结晶体管的伏安特性曲线

单结晶体管从等效电路图看，是由一个PN结和两个电阻接触电极的半导体器件组成的，如图5-5所示为单结晶体管伏安特性曲线图，图中曲线可以分为三个部分。

（1）电源接通，VCC通过RP、R4向电容C充电，电容电压u C按照指数规律上升。

（2）当u E达到峰点电压Up，PN结开始导通，Up=Uon+UA。

（3）IE增大，rb1显著减小，u E也随之减小，直到下降到谷点电压UV。

（4）在谷点之后，调大u E使IE继续增加时，u E略有上升，但是变化不大。

（5）若发射极电压减小到u E＜UV时，单结晶体管将重新截止。

6.单结晶体管的主要参数

单结晶体管主要参数是选择和使用单结晶体管的主要依据，为了保证单结晶体管安全可靠工作，选用单结晶体管时主要考虑以下几个参数，见表5-5。

表5-5 单结晶体管的主要参数

7.单结晶体管的检测

（1）单结晶体管好坏 双基极二极管性能的好坏可以通过测量其各极间的电阻值是否正常来判断。用万用表“R×1 k”挡，将黑表笔接发射极e，红表笔依次接两个基极，正常时均应有几千欧至十几千欧的电阻值，再将红表笔接发射极e，黑表笔依次接两个基极，正常时阻值为无穷大。双基极二极管两个基极（b1和b2）之间的正反向电阻均在2~10 kΩ范围内，若测得某两极之间的电阻与上述正常值相差较大时，则说明该二极管已损坏

（2）单结晶体管管脚的判别 判断单结晶体管发射极e的方法：把万用表置于“R×100”或“R×1 k”挡，黑表笔接假设的发射极，红表笔分别接另外两极，当出现两次低电阻时，黑表笔接的就是单结晶体管的发射极。

判断晶体管b1和b2的方法：把万用表置于“R×100”或“R×1 k”挡，用黑表笔接发射极，红表笔分别接另外两极，两次测量中，电阻大的一次，红表笔接的就是b1极。

任务实施

一、认知调光灯电路图

双向晶闸管与双向二极管调光灯电路如图所示，由双向可控硅BT134、双向触发二极管DB3、电容C、电阻R3和调光电位器R1、灯泡X1和开关S1组成。如图5-6所示。

图5-6  双向晶闸管与双向二极管调光灯参考电路原理图

二、部分器件选用介绍

双向可控硅可选1 A/400 V，双向触发二极管选用正反转折电压为30 V，电位器选用500 kΩ带开关的电位器，电容C选用0.047~0.1 μF、耐压63 V以上的涤纶电容，灯泡选用25 ~60 W。

三、列出元器件清单

表5-6 元器件清单

四、根据元件清单选择元器件。

电阻及电位器的选择；双向二极管的选择；电容的选择；晶闸管的选择。

任务评价

以小组为单位，选择演示文稿、展板、海报、录像等形式中的一种或几种，向全班展示汇报学习成果。

综合评价表

任务拓展

一、双向晶闸管

1.双向晶闸管结构及图形符号（图5-7）

图5-7  双向晶闸管结构及图形符号

双向晶闸管是由N–P–N–P–N五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极双向晶闸管，相当于两个单向晶闸管的反向并联，但只有一个控制极。

2.双向晶闸管的检测

根据双向晶闸管结构可知：G与T1相通，G、T1间正反向电阻应很小；G与T1、T1与T2之间正反向电阻都应接近∞处，所以用R×1 k挡测量极与极之间的电阻可判断出主电极T2。将万用表换到R×1挡，一支笔接T2，另一支笔接假设的T1，然后将假设的控制极G与T1或T2短接一下后离开，若指针摆动且保持几十欧的读数，说明极性假设正确，晶闸管正常。否则需再假设判断一次，这种方法实质上就是根据它的工作特点进行检测的判断。对于功率较大或功率较小但质量较差的双向晶闸管，应将万用表串接1~2节干电池，黑表笔接电池的负极，然后再按上述方法检测。

二、双向触发二极管简介（图5-8）

器件两端的电压小于正向转折电压UBO时，呈高阻态；当U＞UBO时进入负阻区；当|U|超过反向转折电压|UBR|时，管子也能进入负阻区。

图5-8  双向触发二极管结构及图形符号

任务检测

一、填空题

1.给晶闸管阳极加上一定的（ ）电压；在门极加（ ）电压，并形成足够的（ ）电流，晶闸管才能导通。

2.调节R1使灯泡最亮，此时灯泡两端交流电压是（ ）V。

二、选择题  

使晶闸管关断的方法是（ ）

A.给门极施加反压 B.去掉阳极的正向电压

C.增大回路阻抗 D.给阳极施加反压

三、简答题

1.如何使用万用表检测双向晶闸管的好坏？

2.如何判定单结晶体管的管脚？