电工电子实践二极管11级.ppt

电工电子实践,二极管,半导体的特性,自然界中的各种物质,按导电能力划分为:导体、绝缘体、半导体。半导体导电能力介于导体和绝缘体之间。,(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。,掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。,光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。,热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强,电子与空穴的移动,两种载流子在电场中的运动,PN结的单向导电特性,N型半导体；P型半导体；PN 结的形成；在PN结两端外加电压,称为给PN结以偏置电压。1)PN结正向偏置：给PN结加正向偏置电压,即P区接电源正极,N区接电源负极,此时称PN结为正向偏置(简称正偏)。,2)PN结反向偏置 给PN结加反向偏置电压,即N区接电源正极,P区接电源负极,称PN结反向偏置(简称反偏),如图所示。,导体二极管,1结构符号 二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图所示,在图(b)所示电路符号中,箭头指向为正向导通电流方向。,类型,（1）按材料分:有硅二极管,锗二极管和砷化镓二极管等。（2）按结构分:根据PN结面积大小,有点接触型、面接触型、平面型二极管。,类型,(3）按用途分:有整流、稳压、开关、发光、光电、变容、阻尼等二极管。(4）按封装形式分:有塑封及金属封等二极管。(5）按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。,二极管伏安特性曲线,半导体二极管的主要参数,1.最大整流电流 IOM,二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。,2.反向工作峰值电压URWM,是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。,3.反向峰值电流IRM,指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。,特殊二极管,前面主要讨论了普通二极管,另外还有一些特殊用途的二极管,如稳压二极管、发光二极管、光电二极管和变容二极管等,现介绍如下。1稳压二极管稳压二极管简称稳压管,稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。稳压管正常工作时加反向电压，稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。当稳压二极管工作在反向击穿状态下,当工作电流IZ在Izmax和 Izmin之间时,其两端电压近似为常数。1）稳压二极管的工作特性曲线和符号如图所示。,使用时要加限流电阻,型号：2CWXX、2DWXX,特点：反向击穿特性曲线相当陡且反向击穿可逆，一旦去掉反向电压，稳压管又恢复正常。但反向击穿电压不能超过允许范围，否则将发生热击穿而损坏。,2）稳压二极管的主要参数(1)稳定电压UZ。稳定电压UZ即反向击穿电压。(2)稳定电流IZ。稳定电流IZ是指稳压管工作至稳压状态时流过的电流。当稳压管稳定电流小于最小稳定电流IZmin时,没有稳定作用;大于最大稳定电流IZmax时,管子因过流而损坏。,2发光二极管 发光二极管与普通二极管一样,也是由PN结构成的,同样具有单向导电性,但在正向导通时能发光,所以它是一种把电能转换成光能的半导体器件。发光二极管工作在正偏状态。电路符号如图所示。,1）普通发光二极管 2）红外线发光二极管3）激光二极管,3光电二极管 光电二极管工作在反偏状态,它的管壳上有一个玻璃窗口，以便接受光照。光电二极管的检测方法和普通二极管的一样,通常正向电阻为几千欧,反向电阻为无穷大。否则光电二极管质量变差或损坏。当受到光线照射时,反向电阻显著变化,正向电阻不变。,4.整流二极管,1）单相半波整流电路电路的组成及工作原理 由于流过负载的电流和加在负载两端的电压只有半个周期的正弦波,故称半波整流。,单相半波整流电路及波形图,2）单相桥式整流电路桥式整流电路由变压器和四个二极管组成,如图所示。由图(a)可见,四个二极管接成了桥式,在四个顶点中,相同极性接在一起的一对顶点接向直流负载RL,不同极性接在一起的一对顶点接向交流电源。,桥式整流电路组成及输出波形图,5变容二极管 变容二极管是利用PN结电容可变原理制成的半导体器件,它仍工作在反向偏置状态。变容二极管在无绳电话机中主要用在手机或座机的高频调制电路上，实现低频信号调制到高频信号上，并发射出去。在工作状态，变容二极管调制电压一般加到负极上，使变容二极管的内部结电容容量随调制电压的变化而变化。,二极管的测量及使用注意事项 二极管使用时，应注意以下事项：(1)使用二极管时,正、负极不可接反。通过二极管的电流,承受的反向电压及环境温度等都不应超过手册中所规定的极限值。另外二极管和电容一样是有耐压值的，所以只有耐压值高于实际电压的二极管才能放心使用。(2)更换二极管时,应用同类型或高一级的代替。(3)二极管的引线弯曲处距离外壳端面应不小于2mm,以免造成引线折断或外壳破裂。,电工电子实践,三极管,三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装，常见三极管的外观如图，大的很大，小的很小。,三极管的外形结构,常见三极管的外形结构,半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极（用字母b表示）。其他的两个电极成为集电极（用字母c表示）和发射极（用字母e表示）。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。,晶体三极管,基本结构,基极,发射极,集电极,NPN型,符号：,NPN型三极管,PNP型三极管,无论是NPN型管还是PNP型管,它们内部均含有三个区:发射区、基区、集电区。从三个区各引出一个金属电极分别称为发射极（e）、基极（b）和集电极（c）;同时在三个区的两个交界处形成两个PN结,发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,集电区与基区之间形成的PN结称为集电结。三极管的分类(1)按其结构类型分为NPN管和PNP管;(2)按其制作材料分为硅管和锗管;(3)按工作频率分为高频管和低频管;,三极管的主要参数 三极管的参数是用来表征其性能和适用范围的,也是评价三极管质量以及选择三极管的依据。常用的主要参数有:1）电流放大系数 2）反向饱和电流ICBO 3）穿透电流ICEO,基区：最薄，掺杂浓度最低,发射区：掺杂浓度最高,发射结,集电结,结构特点：,集电区：面积最大,电流分配和放大原理,1.三极管放大的外部条件,发射结正偏、集电结反偏,PNP发射结正偏 VBVE集电结反偏 VCVB,从电位的角度看：NPN 发射结正偏 VBVE集电结反偏 VCVB,2.各电极电流关系及电流放大作用,结论:,1）三电极电流关系 IE=IB+IC2）IC IB，IC IE 3）IC IB,把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化。,饱和区,截止区,放大区,要准确地了解一只三极管类型、性能与参数,可用专门的测量仪器进行测试,但一般粗略判别三极管的类型和管脚,可直接通过三极管的型号简单判断,也可利用万用表测量方法判断，下面具体介绍其型号的意义。1三极管型号的意义 三极管的型号一般由五大部分组成,如3AX31A、3DG12B、3CG14G等。下面以3DG110B为例说明各部分的命名含义。,三极管的判别及手册的查阅方法,(1)第一部分由数字组成，表示电极数。“3”代表三极管。(2)第二部分由字母组成，表示三极管的材料与类型。如A表示PNP型锗管，B表示NPN型锗管，C表示PNP型硅管，D表示NPN型硅管。(3)第三部分由字母组成，表示管子的类型，即表明管子的功能。(4)第四部分由数字组成,表示三极管的序号。(5)第五部分由字母组成,表示三极管的规格号。,三极管的判别,一、三颠倒，找基极 测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R100或R1k挡位。指针式万用表红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。我们任取两个电极(如这两个电极为1、2)，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。,三极管的判别,二、PN结，定管型 找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被测管即为PNP型。,三极管的判别,三、顺箭头，偏转大 找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c，哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。(1)对于NPN型三极管，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔c极b极e极红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致(“顺箭头”)，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。,三极管的判别,(2)对于PNP型的三极管，道理也类似于NPN型，其电流流向一定是：黑表笔e极b极c极红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极e，红表笔所接的一定是集电极c。,通过上述方法的判断,如果发现电路中的三极管已损坏,更换时一般应遵循下列原则:（1）更换时,尽量更换相同型号的三极管。（2）无相同型号更换时,新换三极管的极限参数应等于或大于原三极管的极限参数,如参数ICM、PCM、U（BR）CEO等。（3）性能好的三极管可代替性能差的三极管。如穿透电流ICEO小的三极管可代换ICEO大的,电流放大系数高的可代替低的。（4）在集电极耗散功率允许的情况下,可用高频管代替低频管，如3DG型可代替3DX型。（5）开关三极管可代替普通三极管,如3DK型代替3DG型,3AK型代替3AG型管。,三极管的代换方法,特殊三极管,1光电三极管：光电三极管也称光敏三极管，其等效电路和电路符号如图所示。,光电三极管的等效电路与电路符号(a)等效电路;(b)电路符号,2光电耦合器 光电耦合器是将发光二极管和光敏元件（光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电池等）组装在一起而形成的二端口器件,其电路符号如图所示。它的工作原理是以光信号作为媒体将输入的电信号传送给外加负载,实现了电光电的传递与转换。光电耦合器主要用作高压开关、信号隔离器、电平匹配等电路中,起信号的传输和隔离作用。,光电耦合器电路符号(a)LED+光敏电阻；(b)LED+光电二极管(c)LED+光电三极管;(d)LED+光电池,3.场效应管,场效应管按结构分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管两类。（一）结型场效应管 1.结型场效应管的 基本结构及符号 如图a所示,在一块N型硅半导体两侧制作两个P型区域,形成两个PN结,把两个P型区相连后引出一个电极,称为栅极,用字母G(或g)表示。,结构;(b)N沟道结型场效应管符号;(c)P沟道结型场效应,图3.2 N沟道结型场效应管工作原理,（二）绝缘栅型场效应管 1.增强型绝缘栅场效应管的结构,增强型MOS管结构及符号图(a)N沟道结构图;(b)N沟道符号;(c)P沟道符号,2.耗尽型绝缘栅场效应管的结构 下图为N沟道耗尽型场效应管的结构图。其结构与增强型场效应管的结构相似,不同的是这种管子在制造时,就在二氧化硅绝缘层中掺入了大量的正离子。,耗尽型MOS管结构及符号图(a)N沟道结构图;（b）N沟道符号;（c）P沟道符号,场效应管使用注意事项（1）MOS管栅、源极之间的电阻很高,使得栅极的感应电荷不易泄放,因极间电容很小,故会造成电压过高使绝缘层击穿。（2）有些场效应晶体管将衬底引出,故有4个管脚,这种管子漏极与源极可互换使用。（3）使用场效应管时各极必须加正确的工作电压。（4）在使用场效应管时,要注意漏源电压、漏源电流及耗散功率等,不要超过规定的最大允许值。,晶闸管的外形及其符号(a)螺栓式；(b)平板式；(c)塑封式；(d)符号,4.晶闸管,1 外形及其符号,2)类型 可控硅按其容量有大、中、小功率管之分,一般认为电流容量大于50 A为大功率管,5 A以下则为小功率管,小功率可控硅触发电压为1 V左右,触发电流为零点几到几毫安,中功率以上的触发电压为几伏到几十伏,电流几十到几百毫安。按其控制特性,有单向可控硅和双向可控硅之分。3)演示电路及操作过程(1)演示电路 电路的连接,如图所示。,晶闸管连接图,(1)阳极与阴极之间通过灯泡接电源UAA。(2)控制极与阴极之间通过电阻R及开关S接控制电源(触发信号)UGG。2）操作过程及现象(1)S断开,UGK=0,UAA为正向,灯泡不亮,称之为正向阻断，如图11.3(a)所示。(2)S断开,UGK=0,UAA为反向,灯泡不亮,如图(b)所示。(3)S合上,UGK为正向,UAA为反向,灯泡不亮,称之为反向阻断,如图(c)所示。,晶闸管工作示意图,(4)S合上,UGK为正向,UAA为正向,灯泡亮,称之为触发导通,如图(d)所示。(5)在(4)基础上,断开S,灯泡仍亮,称之为维持导通,如图(e)所示。(6)在(5)基础上,逐渐减小UAA,灯泡亮度变暗,直到熄灭,如图(f)所示。(7)UGG反向,UAA正向,灯泡不亮,称之为反向触发,如图(g)所示。(8)UGG反向,UAA反向,灯泡仍不亮,如图(h)所示。,3）现象分析及结论(1)由图(c)、(d)得出,晶闸管具有单向导电性。(2)由图(a)、(b)、(d)、(g)、(h)得出,只有在控制极加上正向电压的前提下,晶闸管的单向导电性才得以实现。(3)由图(e)得出,导通的晶闸管即使去掉控制极电压,仍维持导通状态。(4)由图(f)得出,要使导通的晶闸管关断,必须把正向阳极电压降低到一定值才能关断。,晶闸管的内部结构 1内部结构 晶闸管的内部结构如图(a)所示。由图可知，晶闸管由PNPN四层半导体构成,中间形成三个PN结:J1,J2,J3,由最外层的P1、N2分别引出两个电极称为阳极a和阴极k,由中间的P2引出控制极g。2 工作原理 为了说明晶闸管的工作原理,可把四层PNPN半导体分成两部分,如图(b)所示。P1,N1,P2组成PNP型管,N2,P2,N1组成NPN型管,这样,可控硅就好像是由一对互补复合的三极管构成的,其等效电路如图(c)所示。,内部结构及其等效电路(a)内部结构示意图；(b)分解两个晶体管；(c)等效电路,晶闸管的型号 国产晶闸管的型号有两种表示方法,即KP系列和3CT系列。额定通态平均电流的系列为1、5、10、20、30、50、100、200、300、400、500、600、900、1000(A)等14种规格。额定电压在1000 V以下的,每100 V为一级;1000 V到3000 V的每200 V为一级,用百位数或千位及百位数组合表示级数。,KP系列表示参数的方式如图 11.6 所示。其通态平均电压分为9级,用AI各字母表示0.41.2 V的范围,每隔0.1 V为一级。,KP系列参数表示方式,例如,型号为KP200-10D,表示IF=200A、UD=1000V、UF=0.7V的普通型晶闸管。3CT系列表示参数的方式如图11.7所示。,CT系列参数表示方式,单结晶体管触发电路,单结晶体管的结构及其性能 1 外形及符号 图中所示为单结晶体管的外形图。可以看出,它有三个电极,但不是三极管,而是具有三个电极的二极管,管内只有一个PN结,所以称之为单结晶体管。三个电极中,一个是发射极,两个是基极,所以也称为双基极二极管。双基极二极管的电路符号如图所示,文字符号用V表示。其中,有箭头的表示发射极e；箭头所指方向对应的基极为第一基极b1,表示经PN结的电流只流向b1极;第二基极用b2表示。,