電子技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用[啟新書(shū)屋]

1、電子技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用學(xué)習(xí)目的： 通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，使我們大家在日常工作中，在電路圖上遇到這種元器件，我們應(yīng)該知道什么是二極管和三極管。內(nèi) 容：各位戰(zhàn)友們大家好今天由我給大家一起學(xué)習(xí)半導(dǎo)體二極管和三極管的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，今天主要從以下三個(gè)方面來(lái)介紹。知識(shí)重點(diǎn)一、 什么是半導(dǎo)體？半導(dǎo)體的基本特性有哪些？二、 二極管和三極管的分類(lèi)、特點(diǎn)與電路符號(hào)。三、 二極管和三極管的簡(jiǎn)易測(cè)試。第一節(jié)半導(dǎo)體基礎(chǔ)與二極管半導(dǎo)體器件近代電子學(xué)是在半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。由于半導(dǎo)體器件具有體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)、功率轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，因而在電子技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。一、 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（一） 半導(dǎo)體的特性自然界

2、物質(zhì)按其導(dǎo)電能力不同可以分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很強(qiáng)，而絕緣體幾乎不能導(dǎo)電。半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的一類(lèi)物質(zhì)，常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料有硅、鍺等。半導(dǎo)體具有一些獨(dú)特的性質(zhì)：（1）在半導(dǎo)體材料中加入少量其它元素（稱(chēng)“雜質(zhì)”），導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)；（2）給半導(dǎo)體材料加溫或用光照射時(shí)，導(dǎo)電能力也會(huì)顯著增強(qiáng)，表現(xiàn)出“熱敏”和“光敏”特性。為什么半導(dǎo)體會(huì)具有上述特性呢？我們可以從半導(dǎo)體材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。我們知道，金屬導(dǎo)體是靠自由電子傳導(dǎo)電流的，這種傳導(dǎo)電流的自由電子叫載流子。在半導(dǎo)體中，不僅有電子這樣的載流子，而且還存在另一種帶正電的載流子空穴。正是由于半導(dǎo)體中存在自由電

3、子和空穴兩種載流子，所以其導(dǎo)電就具有特殊性。（二） 雜質(zhì)半導(dǎo)體純凈半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力相對(duì)來(lái)說(shuō)是較弱的。如果在純凈半導(dǎo)體中有選擇的加入某種微量元素，會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力顯著提高，這種半導(dǎo)體稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1P型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體中摻入微量的三價(jià)元素（如硼元素），就得到P型半導(dǎo)體。在這種摻雜后的半導(dǎo)體中，空穴的數(shù)目遠(yuǎn)大于自由電子的數(shù)目，稱(chēng)為多數(shù)載流子，而電子稱(chēng)為少數(shù)載流子，所以又稱(chēng)它為空穴型半導(dǎo)體。2N型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體中加入微量的五價(jià)元素（如磷元素），就得到N型半導(dǎo)體。這種半導(dǎo)體中的自由電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子，所以又稱(chēng)為電子型半導(dǎo)體。二、 PN結(jié)PN結(jié)是指P型和N型半導(dǎo)體接觸時(shí)在交界

4、面上形成的具有特殊性能的電荷薄層，它是制造各種半導(dǎo)體器件和各類(lèi)集成電路的基礎(chǔ)。PN結(jié)的主要特性是單向?qū)щ娦浴N結(jié)加正向電壓時(shí)，P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極，電路中有很大的正向?qū)娏?，PN結(jié)呈低阻狀態(tài)，通常稱(chēng)為導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)加反向電壓時(shí)，N區(qū)接電源正極，P區(qū)接電源負(fù)極，此時(shí)PN結(jié)外呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，通常稱(chēng)為截止?fàn)顟B(tài)。由上述分析可知，PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈低阻導(dǎo)通狀態(tài)，電流大；加反向電壓時(shí)呈高阻截止?fàn)顟B(tài)，電流近似為零，這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。三?晶體二極管（一） 二極管的單向?qū)щ娦远O管的伏安特性是指二極管兩端電壓與電流之間的關(guān)系。通過(guò)伏安特性曲線能形象的表示出二極管的單向?qū)щ娦?，它是分?/p>

5、和應(yīng)用二極管的重要依據(jù)。1 正向特性當(dāng)二極管的兩端加上正向電壓時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生正向電流。但正向電壓很小時(shí)，正向電流很小，只有當(dāng)正向電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，才有明顯的正向電流，這個(gè)電壓稱(chēng)為死區(qū)電壓，鍺管約為0.2-0.3V，硅管約為0.5-0.8V。2 反向特性當(dāng)二極管的兩端加上反向電壓時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反向電流。小功率二極管的反向電流很小，硅管一般小于0.1UA，鍺管小于幾十微安。當(dāng)二極管兩端的反向電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，反向電流突然增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)二極管反向擊穿。（二）半導(dǎo)體二極管的分類(lèi)半導(dǎo)體二極管的分類(lèi)如圖所示劃分方法種類(lèi)劃分方法種類(lèi)按功能劃分發(fā)光二極管按照封裝形式劃分塑料封裝二極管整流二極管金屬封裝二極管

6、變?nèi)荻O管玻璃封裝二極管穩(wěn)壓二極管按結(jié)構(gòu)類(lèi)型劃分半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)二極管光電二極管金屬半導(dǎo)體接觸二極管按材料劃分鍺二極管按制作工藝劃分面接觸式二極管硅二極管點(diǎn)接觸式二極管（1） 整流二極管是常用的普通二極管，它的作用是把交流電變換成脈動(dòng)的直流電。普通二極管一般工作在3KHZ一下。但用于高頻、脈沖整流電路的二極管，其頻率特性和開(kāi)關(guān)特性等參數(shù)還有另外要求。（2） 穩(wěn)壓二極管同普通二極管一樣都具有單向?qū)щ娦?，而且兩者的伏安特性也根相似。兩者的主要區(qū)別是：普通二極管一般在正向電壓下工作，而穩(wěn)壓二極管則在反向穿狀態(tài)下工作；普通二極管的反向特性曲線不陡，動(dòng)態(tài)電阻較大，而穩(wěn)壓二極管對(duì)應(yīng)的伏安特性反向曲線很陡，即動(dòng)態(tài)

7、電阻很小，電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但是穩(wěn)壓二極管兩端的電壓變化很小，穩(wěn)壓二極管正是利用這個(gè)特性起到穩(wěn)壓作用的。當(dāng)然，對(duì)穩(wěn)壓區(qū)的反向電流也是有限制的，如果反向電流超過(guò)規(guī)定的允許值，穩(wěn)壓二極管也會(huì)由于擊穿而損壞。（3） 光電二極管也叫光敏二極管。和發(fā)光二極管一樣，是一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，PN結(jié)受光照射后產(chǎn)生光電流，因此可用它接收入射光。光敏二極管的封裝有金屬封裝和塑料封裝兩種。當(dāng)PN結(jié)在反向電壓下工作時(shí)，在一定頻率的光的照射下，反向電阻會(huì)隨光照強(qiáng)度的增加而變小，反向電流增大。光電二極管總是工作在反向偏置狀態(tài)。（4） 變?nèi)荻O管也叫晶體二極管電容器。它也是一個(gè)PN結(jié)結(jié)構(gòu)，它工作在反偏置狀態(tài)，通過(guò)改變?cè)诙?/p>

8、極管上的反向偏壓的大小，可使結(jié)電容發(fā)生變化。變?nèi)荻O管的優(yōu)點(diǎn)是體積小、工作可靠、調(diào)諧速度快，而且易于實(shí)現(xiàn)遙控。它主要用于自動(dòng)頻率微調(diào)、電調(diào)諧以及振蕩回路的調(diào)諧等。（5） 發(fā)光二極管是一種把電能轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光器件。當(dāng)給PN結(jié)加上正向偏壓時(shí)，就會(huì)發(fā)出光來(lái)，PN結(jié)就變成了光源。不同的半導(dǎo)體材料制造的發(fā)光二極管將發(fā)出不同顏色的光。發(fā)光二極管的響應(yīng)速度快，使用壽命長(zhǎng)達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)，穩(wěn)定性好，抗震性強(qiáng)。用七段發(fā)光二極管，還可以組成0-9任何一個(gè)數(shù)字，用于LED數(shù)碼顯示。目前使用較多的是用透明環(huán)氧樹(shù)脂封裝的管子，引腳較長(zhǎng)的電極是正極，較短的是負(fù)極。如圖所示是常見(jiàn)的二極管的分類(lèi)的電路符號(hào)。1、是普通二極管電

9、路符號(hào) 2、穩(wěn)壓二極管電路符號(hào) 3、光電二極管電路符號(hào) 4 、變?nèi)荻O管電路符號(hào)5、發(fā)光二極管電路符號(hào) 常見(jiàn)二極管的實(shí)物外形如圖：舉例3、半導(dǎo)體二極管在電路中的符號(hào)如圖所示是二極管電路符號(hào)示意圖。掌握這些識(shí)圖信息，對(duì)分析二極管電路十分重要，主要說(shuō)明下列三點(diǎn)： 二極管只有兩根引腳，電路符號(hào)中表示出了這兩根引腳。 電路符號(hào)中表示出二極管的正、負(fù)極性，三角形底邊這段是正極，另一端為負(fù)極，如圖所示。 電路符號(hào)形象地表示了二極管工作電流流動(dòng)的方向，通過(guò)二極管的電流只能從其正極流向負(fù)極。電路符號(hào)中三角形的指向是電流流動(dòng)的方向。（三）半導(dǎo)體二極管的特點(diǎn)無(wú)論何種二極管都有下列四個(gè)共性，掌握這些共性對(duì)識(shí)別和分析

10、各類(lèi)二極管電路有著舉足輕重的作用： 二極管兩根引腳有正負(fù)之分，使用中兩根引腳不能相互反接。否則損壞二極管或不能起到正常的電路功能 。 二極管是 半導(dǎo)體器件，不是半導(dǎo)體。所謂半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的一種材料。二級(jí)干由半導(dǎo)體材料制成，具有單向?qū)щ娞卣鳌＜磳?dǎo)通過(guò)如同導(dǎo)體，截止時(shí)如同絕緣體。 初學(xué)者對(duì)二極管的單向?qū)щ娞匦岳斫獯嬖谡`區(qū)，認(rèn)為二極管只能個(gè)方向傳輸信號(hào)，這是錯(cuò)誤的理解。二極管導(dǎo)通狀態(tài)下如同一個(gè)導(dǎo)體，可以雙向傳輸信號(hào)，條件是二極管必須處于導(dǎo)通狀態(tài)。 二極管除單向?qū)щ娞匦灾?，還有需要重要的疼醒。掌握這些特性，靈活運(yùn)用這些特性是分析二極管電路的根本保證。二極管的簡(jiǎn)易測(cè)試晶體二極管是

11、由一個(gè)PN結(jié)組成的，具有單向?qū)щ娞匦?。用萬(wàn)用表的電阻檔測(cè)量二極管的正、反向電阻，可以判斷出二極管管腳的極性，還可以粗略地判斷二極管的好壞。黑表筆mAPARzGBI紅表筆 被 測(cè)二極管用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)量二極管的正、反向電阻的原理電路如圖112所示。圖中虛線框內(nèi)是萬(wàn)用表電阻檔的等效電路。黑表筆接表內(nèi)電池的正極，紅表筆接表內(nèi)電池的負(fù)極。因此在測(cè)量未知極性的二極管時(shí)，若萬(wàn)用表電阻檔測(cè)試指示為低電阻，則黑表筆所接的電極為被測(cè)管的正極，紅表筆所接的電極為被測(cè)管的負(fù)極，所測(cè)得電阻為二極管的正向電阻。將黑表筆接被測(cè)管的負(fù)極，紅表筆接被測(cè)管的正極，則測(cè)得電阻為反向電阻。如果測(cè)得的正、反向阻值都很小，則表明二極管

12、內(nèi)部擊穿；如果測(cè)得的正、反向電阻值均接近無(wú)窮大，則表明二極管內(nèi)部斷路；測(cè)得的正、反向電阻值差別越大，則表明二極管特性越好。測(cè)量正、反向電阻時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，由于二極管是非線性元件其直流電阻值與通過(guò)管子的電流有關(guān)，所以用不同型號(hào)的萬(wàn)用表或不同倍率的電阻檔所測(cè)得的直流電阻值是不同的。通常測(cè)量二極管的正反向電阻時(shí)用R*100歐或R*1K的電阻檔。第二節(jié) 半導(dǎo)體三極管基礎(chǔ)知識(shí)一、 晶體三極管晶體三極管又稱(chēng)晶體管，它在電子線路中的應(yīng)用比二極管廣泛，是最重要的一種半導(dǎo)體器件，三極管具有放大作用，可以組成各式各樣的放大器。（1）半導(dǎo)體三極管的分類(lèi)半導(dǎo)體三極管的分類(lèi)如圖所示劃分方法及名稱(chēng)現(xiàn)象說(shuō)明按極性劃分NPN型三

13、極管這是目前常用的三極管，電流從集電極流向發(fā)射極PNP型三極管電流從發(fā)射極流向集電極，這兩種三極管通過(guò)電路符號(hào)可以分清，不同之處是發(fā)射極的箭頭方向不同按材料劃分硅三極管簡(jiǎn)稱(chēng)為硅管，這是目前常用的三極管，工作穩(wěn)定性好鍺三極管簡(jiǎn)稱(chēng)為鍺管，反向電流大，受溫度影響較大按極性和材料組合性劃分PNP型硅管最常用的是PNP型硅管NPN型硅管PNP型鍺管NPN型鍺管按工作頻率劃分低頻三極管工作頻率比較低，用于直流放大器、音頻放大器電路高頻三極管工作頻率比較高，用于高頻放大器電路按功率劃分小功率三極管輸出功率很小，用于前級(jí)放大器電路按功率劃分中功率三極管輸出功率較大，用于功率放大器輸出級(jí)或未極電路大功率三極管輸

14、出功率很大，用于功率放大器輸出級(jí)按封裝材料劃分金屬封裝三極管一部分大功率三極管和高頻三極管采用這種封裝塑料封裝三極管小功率三極管常用這種封裝按安裝形式劃分普通方式三極管大量的三極管采用這種形式，三根引腳通過(guò)電路板上的引腳孔伸至背面銅箔線路上，用焊錫焊接貼片三極管三極管引腳非常短。三極管直接裝在電路板銅箔線路一面，用焊錫焊接按用途劃分放大、開(kāi)關(guān)管、振蕩管等用來(lái)構(gòu)成各種功能電路常見(jiàn)三極管的實(shí)物外形如圖：舉例（2）半導(dǎo)體三極管電路符號(hào)發(fā)射極 EN P N集電極 C如下圖所示為三極管的內(nèi)部等效電路圖形符號(hào)。圖1、2所示為三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，其三個(gè)電極分別為集電極（用字母C或c表示）、基極

15、（用字母B或b表示）和發(fā)射極（用字母E或e表示）。在電路圖形符號(hào)上兩種類(lèi)型晶體管的發(fā)射極箭頭（代表集電極電流的方向）不同。PNP型晶體管的發(fā)射極箭頭朝內(nèi)，NPN型晶體管的發(fā)射極箭頭朝外，如圖3、4所示。CEB集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)PNPP N P發(fā)射極 E發(fā)射區(qū) 基極B 集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)集電極 CNPNEBC 基極B （a）PNP型三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)(b)NPN型三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu) CBECBE（c）PNP型三極管圖形符號(hào)(d)NPN型三極管圖形符號(hào)根據(jù)結(jié)構(gòu)，三極管有三個(gè)區(qū)，三個(gè)電極，兩個(gè)PN結(jié)，分為PNP型和NPN型兩種。夾在中間的區(qū)成為基區(qū)，其外接電極B稱(chēng)為基極，另外兩個(gè)區(qū)，一個(gè)是發(fā)

16、射區(qū)，其外接電極E稱(chēng)為發(fā)射極，另一個(gè)是集電區(qū)，其外接電極C稱(chēng)為集電極，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱(chēng)為發(fā)射結(jié)，基區(qū)與集電區(qū)之間形成的PN結(jié)稱(chēng)為集電結(jié)。（二） 三極管的特性三極管有三種工作狀態(tài)：放大狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài)和飽和狀態(tài)。在不同作用的電路中，三極管工作狀態(tài)也不盡相同。下面分別加以介紹。放大狀態(tài)。當(dāng)三極管的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時(shí)，三極管對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行線性放大。如輸入信號(hào)為正弦交流信號(hào)，那么輸出信號(hào)為幅度放大了的正弦交流信號(hào)。需要注意的是，這里說(shuō)的放大不是三極管本身完成的，而是用基極電流去控制直流電源為集電極和發(fā)射極提供電源。截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)三極管的發(fā)射結(jié)合集電極都處于反偏(對(duì)于NPN型三極管而言就

17、是基極電位低于發(fā)射極電位)時(shí)，流過(guò)三個(gè)電極的電流都很小，接近于零，此時(shí)三極管沒(méi)有放大作用。集電極與發(fā)射極之間內(nèi)阻很大，相當(dāng)于開(kāi)路。飽和狀態(tài)。當(dāng)三極管的發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正偏時(shí)，這時(shí)三極管進(jìn)入飽和狀態(tài)，此時(shí)三極管沒(méi)有放大作用，集電極與發(fā)射極之間內(nèi)阻很小，相當(dāng)于短路狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常利用三極管的截止和飽和狀態(tài)起到電子開(kāi)關(guān)的作用。二、 三極管內(nèi)的電流方向在三極管電路符號(hào)中，發(fā)射極箭頭的方向表示三極管各電極電流流向的方向。利用這一點(diǎn)可以分析電路中個(gè)電極電流的流動(dòng)方向。如圖所示是三極管電路符號(hào)指示電流流向示意圖，根據(jù)發(fā)射極箭頭方向可以知道不同極性三極管的集電極、發(fā)射極電流流動(dòng)方向。NPN型三極管表示電

18、流從管內(nèi)流出電流從集電極流向發(fā)射極PNP型三極管電流從發(fā)射極流向集電極表示電流流入管內(nèi)三、如何用萬(wàn)用表測(cè)三極管？ （一） 三顛倒，找基極 三極管是含有兩個(gè)PN結(jié)的半導(dǎo)體器件。根據(jù)兩個(gè)PN結(jié)連接方式不同，可以分為NPN型和PNP型兩種不同導(dǎo)電類(lèi)型的三極管，測(cè)試三極管要使用萬(wàn)用電表的歐姆擋，并選擇R100或R1k擋位。 假定我們并不知道被測(cè)三極管是NPN型還是PNP型，也分不清各管腳是什么電極。測(cè)試的第一步是判斷哪個(gè)管腳是基極。這時(shí)，我們?nèi)稳蓚€(gè)電極(如這兩個(gè)電極為1、2)，用萬(wàn)用電表兩支表筆顛倒測(cè)量它的正、反向電阻，觀察表針的偏轉(zhuǎn)角度；接著，再取1、3兩個(gè)電極和2、3兩個(gè)電極，分別顛倒測(cè)量它們的正、反向電阻，觀察表針的偏轉(zhuǎn)角度。在這三次顛倒測(cè)量中，必然有兩次測(cè)量結(jié)果相近：即顛倒測(cè)量中表針一次偏轉(zhuǎn)大，一次偏轉(zhuǎn)??；剩下一次必然是顛倒測(cè)量前后指針偏轉(zhuǎn)角度都很小，這一次未測(cè)的那只管腳就是我們要尋找的基極。 （二） PN結(jié)，定管型 找出三極管的基極后，我們就可以根據(jù)基極與另外兩個(gè)電極之間PN結(jié)的方向來(lái)確定管子的導(dǎo)電類(lèi)型。將萬(wàn)用表的黑表筆接觸基極，紅表筆接觸另外兩個(gè)電極中的任一電極，若表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很大，則說(shuō)明被測(cè)三極管為NPN型管；若表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很小，則被測(cè)管即為PNP型。 （三） 順箭頭，偏轉(zhuǎn)大 找出了基極b，另外兩個(gè)電極哪個(gè)是集電極c，哪個(gè)是發(fā)射極e呢?這時(shí)我們可以用測(cè)穿透電流IC