電子電工第5章匯編

1、第五章 常用(chn yn)半導(dǎo)體元器件 第一節(jié) 半導(dǎo)體二極管第二節(jié) 半導(dǎo)體三極管 第三節(jié) 場(chǎng)效應(yīng)管 第四節(jié) 特殊(tsh)三極管簡(jiǎn)介 第五節(jié) 晶閘管返回主目錄共七十一頁(yè)第一節(jié) 半導(dǎo)體二極管 半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力(nngl)介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。常用的半導(dǎo)體有硅、鍺等。一、PN結(jié)的形成(xngchng) 純凈的半導(dǎo)體摻入微量元素后就成為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為型半導(dǎo)體（摻入5價(jià)元素）和型半導(dǎo)體（摻入3價(jià)元素）。半導(dǎo)體中參與導(dǎo)電的載流子有空穴和自由電子，型半導(dǎo)體主要是利用自由電子導(dǎo)電，型半導(dǎo)體主要是利用空穴導(dǎo)電。結(jié)是采用特定的制造工藝，使一塊半導(dǎo)體的兩邊分別形成型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體

2、，它們的交界面就形成結(jié)。共七十一頁(yè)結(jié)具有(jyu)單向?qū)щ娦哉涸诮Y(jié)上加正向電壓時(shí)，結(jié)電阻很低，正向電流(dinli)較大，結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。反偏：加反向電壓時(shí)，結(jié)電阻很高，反向電流很小，結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。共七十一頁(yè)二、二極管的結(jié)構(gòu)(jigu)和符號(hào) 半導(dǎo)體二極管，其結(jié)構(gòu)與圖形符號(hào)如圖5-1，常見(jiàn)(chn jin)外形如圖5-2。PN(陽(yáng)極)外殼陰極引線陽(yáng)極引線+-+-(陽(yáng)極)(陰極)(陰極)a)b)VD圖5-1 二極管的結(jié)構(gòu)與圖形符號(hào)結(jié)構(gòu)圖形符號(hào)共七十一頁(yè)圖5-2 常見(jiàn)(chn jin)外形圖 共七十一頁(yè)三、二極管的伏安(f n)特性 二極管的主要特性是單向?qū)щ娦?，其伏安特性曲線(qxin)如

3、圖5-3所示。（以正極到負(fù)極為參考方向）。 1）外加正向電壓很小時(shí)，二極管呈現(xiàn)較大的電阻，幾乎沒(méi)有正向電流通過(guò)。曲線 段（或 段）稱作死區(qū)，點(diǎn) （或 ）的電壓稱為死區(qū)電壓，硅管的死區(qū)電壓一般為0.5V，鍺管則約為0.1V。 2）二極管的正向電壓大于死區(qū)電壓后，二極管呈現(xiàn)很小的電阻，有較大的正向電流流過(guò)，稱為二極管導(dǎo)通，如 段（或 ）特性曲線所示，此段稱為導(dǎo)通段。從圖中可以看出：硅管電流上升曲線比鍺管更陡。二極管導(dǎo)通后的電壓為導(dǎo)通電壓，硅管一般為0.7V，鍺管約為0.3V。1正向特性 共七十一頁(yè)2反向(fn xin)特性1）當(dāng)二極管承受反向電壓時(shí)，其反向電阻很大，此時(shí)僅有非常小的反向電流（稱為反

4、向飽和電流或反向漏電流），如曲線段 （或 段）所示。實(shí)際應(yīng)用中二極管的反向飽和電流值越小越好，硅管的反向電流比鍺管小得多，一般為幾十微安，而鍺管為幾百微安。2）當(dāng)反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)（如曲線中的 點(diǎn)或 點(diǎn)），反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓，用 表示，曲線中 段（或 段）稱為反向擊穿區(qū)。通常加在二極管上的反向電壓不允許超過(guò)擊穿電壓，否則會(huì)造成二極管的損壞（穩(wěn)壓管除外）。共七十一頁(yè)圖5-3 二極管的伏安(f n)特性 共七十一頁(yè)四、二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流 它是指二極管長(zhǎng)期工作時(shí)所允許通過(guò)的最大正向平均電流。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，流過(guò)二極管的平均電流不能

5、超過(guò)這個(gè)數(shù)值，否則，將導(dǎo)致二極管因過(guò)熱而永久損壞。（2）最高反向工作電壓 指二極管工作時(shí)所允許加的最高反向電壓，超過(guò)此值二極管就有被反向擊穿的危險(xiǎn)。通常手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓 約為擊穿電壓 的一半。（3）反向電流 指二極管未被擊穿時(shí)的反向電流值。 越小，說(shuō)明二極管的單向?qū)щ娦阅茉胶谩?對(duì)溫度很敏感，溫度增加，反向電流會(huì)增加很大。共七十一頁(yè)五、特殊(tsh)二極管 1穩(wěn)壓(wn y)二極管 穩(wěn)壓二極管簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管，它是一種用特殊工藝制造的面結(jié)合型硅半導(dǎo)體二極管，其圖形符號(hào)和外形封裝如圖5-4所示。圖5-4 穩(wěn)壓二極管的圖形符號(hào)與外形 外形 圖形符號(hào)共七十一頁(yè)范圍(fnwi)內(nèi)變化。穩(wěn)壓管的伏

6、安(f n)特性曲線工作區(qū)域共七十一頁(yè)穩(wěn)壓管的應(yīng)用(yngyng) 使用時(shí)，陰極接外加電壓的正極，陽(yáng)極接外加電壓負(fù)極，管子反向偏置，工作在反向擊穿狀態(tài)，利用它的反向擊穿特性穩(wěn)定直流電壓。 二極管在反向擊穿狀態(tài)下，流過(guò)管子的電流變化很大，而兩端電壓變化很小，穩(wěn)壓管正是利用這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)(shxin)穩(wěn)壓作用的。穩(wěn)壓管工作時(shí)，必須接入限流電阻，才能使其流過(guò)的反向電流在 范圍內(nèi)變化共七十一頁(yè) 發(fā)光二極管是一種光發(fā)射器件，能把電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光器件，它是由鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）等化合物制成的，其圖形符號(hào)如圖5-6a所示。由這些材料構(gòu)成的結(jié)加上正偏電壓時(shí)，PN結(jié)便以發(fā)光的形式來(lái)釋放能量。

7、 發(fā)光二極管的種類按發(fā)光的顏色(yns)可分為紅、橙、黃、綠和紅外光二極管等多種，按外形可分為方形、圓形等。圖5-6b是發(fā)光二極管的外形，它的導(dǎo)通電壓比普通二極管高。2發(fā)光(f un)二極管共七十一頁(yè)圖5-6 發(fā)光(f un)二極管的圖形符號(hào)和外形圖形符號(hào) 外形(wi xn) 共七十一頁(yè)發(fā)光(f un)二極管的應(yīng)用 應(yīng)用時(shí)，加正向電壓，并接入相應(yīng)的限流電阻，它的正常工作電流一般為幾個(gè)毫安至幾十毫安。發(fā)光強(qiáng)度在一定范圍(fnwi)內(nèi)與正向電流大小近似成線性關(guān)系。 發(fā)光二極管作為顯示器件，除單個(gè)使用外，也常做成七段式或矩陣式，如用作微型計(jì)算機(jī)、音響設(shè)備、數(shù)控裝置中的顯示器。 發(fā)光二極管的檢測(cè)一般用

8、萬(wàn)用表R10k()檔，通常正向電阻15k左右，反向電阻為無(wú)窮大。共七十一頁(yè) 3光敏二極管 光敏二極管又稱光電二極管，其結(jié)工作在反偏狀態(tài)。光敏二極管是一種光接收器件。它的管殼上有一個(gè)玻璃窗口以便接受光照，當(dāng)光線輻射于結(jié)時(shí)，提高了半導(dǎo)體的導(dǎo)電性，在反偏電壓作用下產(chǎn)生反向電流。反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升(shngshng)。其主要特點(diǎn)是反向電流與照度成正比。光敏二極管的圖形符號(hào)和外形如圖5-7 所示。共七十一頁(yè)圖5-7 光敏二極管的圖形符號(hào)和外形(wi xn)圖形符號(hào) 外形(wi xn) 共七十一頁(yè)光敏二極管的應(yīng)用(yngyng) 光敏二極管可用于光的測(cè)量。 當(dāng)制成大面積光電二極管時(shí)，能將光能直

9、接轉(zhuǎn)換成電能，可作為一種能源使用，稱為(chn wi)光電池。 光敏二極管的檢測(cè) 通常用萬(wàn)用表R1k()檔檢測(cè)，要求無(wú)光照時(shí)反向電阻大，有光照時(shí)反向電阻小，若電阻差別小，則表明光敏二極管的質(zhì)量不好。共七十一頁(yè)4變?nèi)?bin rn)二極管 變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)的結(jié)電容可變?cè)碇瞥傻陌雽?dǎo)體器件,它仍工作在反向偏置狀態(tài)。它的壓容特性曲線和圖形符號(hào)如圖5-8所示。二極管結(jié)電容大小除了與本身工藝有關(guān)外，還與外加電壓(diny)有關(guān)。當(dāng)反偏電壓(diny)增加，結(jié)電容就減小，變?nèi)荻O管是這種效應(yīng)顯著的二極管。由特性曲線可知，改變變?nèi)荻O管直流反偏電壓(diny)就可以達(dá)到改變電容量的目的。 應(yīng)用：變?nèi)荻?/p>

10、極管可用于高頻電路，例如用作電視接收調(diào)諧回路中的可變電容器，用改變直流偏壓的方法來(lái)選擇頻道。共七十一頁(yè)圖5-8 變?nèi)?bin rn)二極管的圖形符號(hào)和特性圖形符號(hào)壓容特性(txng) 共七十一頁(yè)第二節(jié) 半導(dǎo)體三極管一、晶體管的結(jié)構(gòu)(jigu)和符號(hào)1 結(jié)構(gòu)(jigu)和符號(hào) 晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-9a所示，分為NPN型管和PNP型管。為了收集發(fā)射區(qū)發(fā)射過(guò)來(lái)的載流子以及便于散熱，要求集電結(jié)面積較大，發(fā)射區(qū)多數(shù)載流子的濃度比集電區(qū)大，因此使用時(shí)集電極與發(fā)射極不能互換。晶體管的圖形符號(hào)如圖5-9b所示，符號(hào)中的箭頭方向表示發(fā)射結(jié)正向偏置時(shí)的電流方向。 半導(dǎo)體三極管又稱晶體三極管或雙極型晶體管，簡(jiǎn)

11、稱晶體管。共七十一頁(yè)圖5-9 晶體管的結(jié)構(gòu)(jigu)和圖形符號(hào)結(jié)構(gòu)(jigu)圖形符號(hào)共七十一頁(yè)2 外形(wi xn)圖5-10 幾種常見(jiàn)(chn jin)的晶體管的外形結(jié)構(gòu)共七十一頁(yè)1晶體管的工作電壓圖5-11 晶體管的工作電壓NPNPNP共七十一頁(yè)圖5-12 晶體管電流的實(shí)驗(yàn)(shyn)電路 2 晶體管各個(gè)電極(dinj)的電流分配 實(shí)驗(yàn)電路如圖5-12所示。此電路稱為晶體管的共發(fā)射極放大電路。共七十一頁(yè)4.053.182.361.540.720.01 /mA3.953.102.301.500.70 ，而且當(dāng)調(diào)節(jié)電位器RP使 有一微小變化時(shí)，會(huì)引起 較大的變化，這表明基極電流 （小電流）

12、控制著集電極電流 （大電流），所以晶體管是一個(gè)電流控制器件，這種現(xiàn)象稱為晶體管的電流放大作用。共七十一頁(yè)三、晶體管的特性(txng)曲線 1輸入(shr)特性曲線 圖5-13 輸入特性曲線 共七十一頁(yè)2. 輸出特性曲線(qxin)（圖5-14）（1）截止(jizh)區(qū) 發(fā)射結(jié)零偏或反偏，集電結(jié)也反向偏置。 （2）放大區(qū) 發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。 與 成正比關(guān)系。（3） 飽和區(qū) 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向偏置。晶體管失去放大作用， 處于“飽和”狀態(tài)。 稱為晶體管的飽和壓降，此值很小，約為0.3V。 （4）擊穿區(qū) 當(dāng) 大于某一值后， 開(kāi)始劇 增，這個(gè)現(xiàn)象稱為一次擊穿。一次擊穿過(guò)程是可逆的。

13、晶體管具有“開(kāi)關(guān)”和“放大”功能。共七十一頁(yè)圖5-14 輸出特性曲線(qxin) 共七十一頁(yè)四、晶體管的主要參數(shù)1電流放大(fngd)倍數(shù)（1）共發(fā)射極直流電流放大倍數(shù) 靜態(tài)時(shí) 與 的比值稱為共發(fā)射極靜態(tài)電流放大倍數(shù)，即直流電流放大倍數(shù) （5-2）（2）共發(fā)射極交流電流放大倍數(shù) （ ） 動(dòng)態(tài)時(shí)， 與 的比值稱為動(dòng)態(tài)電流放大倍數(shù)，即交流電流放大倍數(shù) （5-3）估算時(shí)， 。共七十一頁(yè)2極間反向(fn xin)電流 （1）集電極基極反向飽和電流 是晶體管的發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極和基極間的反向漏電流，又叫反向飽和電流，小功率硅管的 小于1A，鍺管的 約10A。 的測(cè)量電路如圖5-15a所示。（2）穿透電

14、流 為基極開(kāi)路時(shí)，由集電區(qū)穿過(guò)基區(qū)流入發(fā)射區(qū)的穿透電流，它是 的（1+ ）倍，即 （5-4） 而集電極電流 為（5-5） 的測(cè)量電路如圖5-15b所示。共七十一頁(yè)圖5-15 極間反向(fn xin)電流的測(cè)量電路的測(cè)量電路的測(cè)量電路共七十一頁(yè)3極限(jxin)參數(shù)（1）集電極最大允許電流 當(dāng) 值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流，稱為 。使用時(shí)， 超過(guò) 時(shí)晶體管并不一定會(huì)損壞，但 值將降低。（2）集電極發(fā)射極反向擊穿電壓 指基極開(kāi)路時(shí)，加于集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓，一般為幾十伏至幾百伏以上。（3）發(fā)射極基極反向擊穿電壓 指集電極開(kāi)路時(shí)，允許加在發(fā)射極基極之間的最高反向電壓，一般為幾伏至

15、幾十伏。（4）集電極最大允許功耗 使用中應(yīng)使 允許管耗線，如圖5-16所示。共七十一頁(yè)圖5-16 晶體管的安全(nqun)工作區(qū) 共七十一頁(yè)第三節(jié) 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)晶體管，簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管。場(chǎng)效應(yīng)管和晶體管的特點(diǎn)：場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制型器件。而晶體管是一種電流控制型器件。優(yōu)點(diǎn)(yudin)：具有很高的輸入電阻、熱穩(wěn)定性好、低噪聲、抗輻射能力強(qiáng)、制造工藝簡(jiǎn)單、便于集成等。分類：場(chǎng)效應(yīng)管可分為結(jié)型和絕緣柵型兩類，其中絕緣柵型（簡(jiǎn)稱MOS管）應(yīng)用更廣泛 。共七十一頁(yè)一、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)(jigu)及符號(hào)MOS管：絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管是由金屬、氧化物和半導(dǎo)體組成，因此又稱為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱M

16、OS管。MOS管的分類：可分為增強(qiáng)型與耗盡型兩種類型，每一種又分為N溝道和P溝道，即NMOS管和PMOS管。增強(qiáng)型MOS管：圖5-17為N溝道增強(qiáng)型MOS管結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號(hào)，箭頭(jintu)向內(nèi)表示N溝道。導(dǎo)電溝道的特點(diǎn)是原先沒(méi)有導(dǎo)電溝道，在外電場(chǎng)的作用下才形成了導(dǎo)電溝道。耗盡型MOS管： 圖5-18為N溝道耗盡型MOS的結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號(hào)。導(dǎo)電溝道的特點(diǎn)是在制造時(shí)就有一個(gè)原始導(dǎo)電溝道。 若是P溝道，則箭頭朝外。共七十一頁(yè)圖5-17 N溝道(u do)增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管a) 結(jié)構(gòu) b) 圖形符號(hào) 結(jié)構(gòu)(jigu)圖形符號(hào)共七十一頁(yè)圖5-18 N溝道(u do)耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)

17、(jigu)圖形符號(hào)共七十一頁(yè)二、絕緣(juyun)柵場(chǎng)效應(yīng)管的特性 1N溝道(u do)增強(qiáng)型MOS管特性（5-6）（1）轉(zhuǎn)移特性 圖5-19a為某增強(qiáng)型NMOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線。當(dāng) 時(shí)， ，這相當(dāng)于晶體管輸入特性曲線的死區(qū)；當(dāng) = 時(shí)，導(dǎo)電溝道開(kāi)始形成，隨著 的增大， 也增大，這說(shuō)明 開(kāi)始受到 的控制，它們之間的關(guān)系如下： 式中， 是 時(shí)的 （mA）， 稱為NMOS管的開(kāi)啟電壓（V）。共七十一頁(yè)圖5-19 增強(qiáng)型NMOS管的特性(txng)曲線轉(zhuǎn)移(zhuny)特性輸出特性共七十一頁(yè)（2）輸出特性 圖5-19b為某增強(qiáng)型NMOS管的輸出特性曲線(qxin)。3）截止區(qū) 當(dāng) 時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管工作

18、在截止區(qū)，此時(shí)，漏極電流 極小，幾乎不隨 變化。注意： 較大時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管的 會(huì)急劇增大，如無(wú)限流措施，管子(gun zi)將被損壞，該區(qū)域叫擊穿區(qū)，此時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管已不能正常工作。1）可變電阻區(qū) 在該區(qū)域， 越大，溝道電阻越小，故曲線越陡。在這個(gè)區(qū)域中，溝道電阻由 決定，故稱可變電阻區(qū)。2）恒流區(qū)（飽和區(qū)） 該區(qū)的特點(diǎn)是 已趨于飽和，具有恒流性質(zhì)，所以又稱飽和區(qū)。但 受 的控制。 增大，溝道電阻減小， 隨之增加。共七十一頁(yè)2N溝道(u do)耗盡型MOS管特性在 0時(shí)，耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性可近似表示為 為常數(shù)時(shí)，當(dāng) 時(shí)，漏、源極間已經(jīng)導(dǎo)通，流過(guò) 的是原始導(dǎo)電溝道的漏極電流 。當(dāng) 0時(shí)，導(dǎo)電溝

19、道變窄， 減小；當(dāng) 達(dá)到一定負(fù)值時(shí)，導(dǎo)電溝道被夾斷 0，這時(shí)的 稱為夾斷電壓，用 表示。圖5-20a、b分別為N溝道耗盡型管的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線。可見(jiàn)，耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管柵源電壓可正可負(fù)可零，一般情況下，這類管子工作在負(fù)柵源電壓的狀態(tài)。（5-7）式中， 為 的漏極電流， 為夾斷電壓。共七十一頁(yè)圖5-20 耗盡(ho jn)型NMOS管特性 夾斷電壓共七十一頁(yè)三、場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)（1）開(kāi)啟電壓 或夾斷電壓 當(dāng) 為某固定值時(shí)，使漏極電流接近零時(shí)的柵源電壓即為開(kāi)啟電壓 （增強(qiáng)型）或夾斷電壓 （耗盡型）。（2）零偏漏極電流 當(dāng) 為某固定值時(shí)，柵源電壓為零時(shí)的漏極電流。（3）漏源擊穿電壓 當(dāng)

20、 增加，使 開(kāi)始劇增時(shí)的 稱為 。使用時(shí)， 不允許超過(guò)此值，否則會(huì)燒壞管子。（4）柵源擊穿電壓 使二氧化硅絕緣層擊穿時(shí)的柵源電壓叫做柵源擊穿電壓 ，一旦絕緣層被擊穿將造成短路現(xiàn)象，使管子損壞。共七十一頁(yè)（6）漏極最大耗散功率 是管子允許的最大耗散功率，類似于半導(dǎo)體三極管中的 。 (5-8) 式中， 單位為毫西門(mén)子（mS）。（7）跨導(dǎo) 當(dāng) 為規(guī)定值時(shí)，漏極電流變化量和引起這個(gè)變化的柵源電壓變化量之比，稱為跨導(dǎo)，即 越大，場(chǎng)效應(yīng)管放大能力越好，即 控制 的能力越強(qiáng)。一般為零點(diǎn)幾到幾毫西門(mén)子。（5）直流輸入電阻 柵源間所加電壓與柵極電流(dinli)的比值。 約為 。共七十一頁(yè)四、場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的

21、比較(bjio)相同點(diǎn)：場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管都是半導(dǎo)體器件。不同點(diǎn)：1）場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件，幾乎沒(méi)有輸入電流；晶體管是電流控制器件，必須有足夠的輸入電流才能工作(gngzu)。3）場(chǎng)效應(yīng)管的溫度穩(wěn)定性好，而晶體管的溫度穩(wěn)定性較差。2）場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻很高，一般在 以上。共七十一頁(yè)第四節(jié) 特殊(tsh)三極管簡(jiǎn)介一、復(fù)合管 等效(dn xio)晶體管的管型總是和的管型相同，以圖5-21a為例，其電流放大系數(shù)為（5-9） 復(fù)合管是指將兩只或兩只以上的半導(dǎo)體三極管按一定的方式連接起來(lái)，使其等效為一只 值大的半導(dǎo)體三極管，又稱達(dá)林頓管。圖5-21所示是由兩個(gè)晶體管 和 連接而成的NPN和PNP兩大類

22、復(fù)合管。共七十一頁(yè)圖5-21 復(fù)合管及其等效(dn xio)晶體管共七十一頁(yè)二、光敏三極管 光敏三極管也稱光電三極管，它的電流是受外部光照控制的，是一種半導(dǎo)體光電器件，比光電二極管靈敏得多。電路一般用基極(j j)開(kāi)路的共射接法，如圖5-22a所示，光集中照射在集電結(jié)附近的區(qū)域，這時(shí)電流 。 當(dāng)沒(méi)有光照時(shí)，電流很?。划?dāng)有光照時(shí)，電流增大。典型的曲線如圖5-22b所示，曲線族中參變量是輻射照度E。光敏三極管的圖形符號(hào)如圖5-22c所示。共七十一頁(yè)圖5-22 光敏三極管結(jié)構(gòu)(jigu)示意圖 特性(txng)曲線圖形符號(hào)共七十一頁(yè) 光耦合器又稱光電耦合器，它是由發(fā)光源和受光器兩部分組成。光電耦合器

23、的典型電路如圖5-23所示。發(fā)光源：常用紅外發(fā)光二極管，發(fā)光源引出的管腳為輸入端。受光器：常用光敏三極管、光敏晶闡管和光敏集成電路等，受光器引出的管腳為輸出端。原理：光電耦合器利用電光電兩次轉(zhuǎn)換的原理，通過(guò)(tnggu)光進(jìn)行了輸入端與輸出端之間的耦合。三、光耦合器共七十一頁(yè)特點(diǎn)：光電耦合器輸入輸出之間具有很高的絕緣電阻，可以達(dá)到 以上，輸入與輸出間能承受2kV以上的耐壓，信號(hào)單向傳輸而無(wú)反饋影響。具有抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用：如在高壓開(kāi)關(guān)、信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換、電平匹配(ppi)等電路中，起信號(hào)傳輸和隔離作用。共七十一頁(yè)圖5-23 光耦合器的圖形符號(hào)光電三極管型達(dá)林頓型晶閘管型

24、集成電路(jchng-dinl)型 共七十一頁(yè)第五節(jié) 晶閘管 晶閘管原稱可控硅。它是一種(y zhn)較理想的大功率變流器件。一、晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作(gngzu)原理1晶閘管的結(jié)構(gòu) 大功率晶閘管的外形結(jié)構(gòu)有螺栓式和平板式兩種，晶閘管的外形和圖形符號(hào)如圖5-24所示。三個(gè)電極：陽(yáng)極A，陰極K和門(mén)極G。四層（P1N1P2N2）三端（A、K、G）元件。等效電路1：三個(gè)PN結(jié)串聯(lián)等效，如圖5-25b所示。等效電路2：晶體管互補(bǔ)電路等效，如圖5-25c所示。 三個(gè)PN結(jié)： 。如圖5-25所示。共七十一頁(yè) 圖5-24 晶閘管的外型和符號(hào)(fho)塑封式螺栓(lushun)式平板式共七十一頁(yè)圖5-25 晶閘

25、管的內(nèi)部(nib)芯片及等效電路芯片原理(yunl)結(jié)構(gòu) PN結(jié)等效電路 互補(bǔ)晶體管等效電路 共七十一頁(yè)2晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷條件(tiojin)實(shí)驗(yàn)(shyn)電路如5-26所示 a)圖5-26 晶閘管的導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)陽(yáng)極接電源正極，門(mén)極開(kāi)路，燈不亮共七十一頁(yè) b）圖5-26 晶閘管的導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)(shyn)陽(yáng)極(yngj)接電源正極，門(mén)極接正電壓，燈亮共七十一頁(yè) c）圖5-26 晶閘管的導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)(shyn)導(dǎo)通后斷開(kāi)門(mén)(ki mn)極，燈仍亮共七十一頁(yè)實(shí)驗(yàn)(shyn)總結(jié)：1）不加門(mén)極電壓，即使陽(yáng)極加正電壓 ，管子也不能導(dǎo)通。2）只有在陽(yáng)極加正電壓，同時(shí)門(mén)極也加正電壓，管子才導(dǎo)通。3）一旦晶閘管導(dǎo)通，

26、門(mén)極將失去作用。結(jié)論：晶閘管的導(dǎo)通條件：陽(yáng)極加正電壓，同時(shí)門(mén)極也加正電壓。晶閘管的關(guān)斷條件是：正向(zhn xin)陽(yáng)極電壓降低到一定值（或者在晶閘管陽(yáng)、陰極間施加反向電壓）使流過(guò)晶閘管的電流小于維持電流。共七十一頁(yè)3晶閘管的工作(gngzu)原理瞬時(shí)使互補(bǔ)晶體管達(dá)到飽和導(dǎo)通，即晶閘管由正向阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)；3）當(dāng)管子一旦導(dǎo)通，如斷開(kāi)S，晶閘管仍能繼續(xù)導(dǎo)通的原因是強(qiáng)烈的正反饋電流取代了 的作用。晶閘管的工作原理如圖5-27所示。原理分析：1）陽(yáng)極加正向電壓(diny)，使互補(bǔ)晶體管有正確接法的工作電源； 2）開(kāi)關(guān)S閉合，給N1P2N2型晶體管的基極輸入電流，經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的正反饋即強(qiáng)烈正反饋共七

27、十一頁(yè)圖5-27 晶閘管的工作(gngzu)原理 共七十一頁(yè)二、晶閘管的伏安(f n)特性晶閘管的正向伏安特性(txng)如圖5-28右側(cè)所示 。正向阻斷： 時(shí)， 結(jié)處于反向偏置，管子只有很小的正向漏電流。硬導(dǎo)通： 時(shí)， 結(jié)被擊穿，電流突然上升，管子由阻斷狀態(tài)變?yōu)檎驅(qū)顟B(tài)，管子導(dǎo)通是不可控的，多次硬導(dǎo)通會(huì)損壞管子。正向?qū)ǎ洪T(mén)極有適當(dāng)?shù)?流入，使管子正向?qū)ā７聪蜃钄啵?結(jié)反偏，晶閘管只流過(guò)很小的反向電流。反向擊穿：當(dāng)反向電壓增大到反向擊穿電壓時(shí) ， 結(jié)被擊穿，管子反向?qū)?，此時(shí)功耗很大，可能損壞。 晶閘管的反向伏安特性如圖5-28左側(cè)所示 。共七十一頁(yè)圖5-28 晶閘管的伏安(f n)特

28、性 正向轉(zhuǎn)折電壓 斷態(tài)正向不重復(fù)峰值電壓 斷態(tài)正向重復(fù)峰值電壓 反向擊穿電壓 斷態(tài)反向不重復(fù)峰值電壓 斷態(tài)反向重復(fù)峰值電壓共七十一頁(yè)三、晶閘管的主要參數(shù)1電壓(diny)參數(shù)（1）斷態(tài)正向重復(fù)峰值電壓 和反向重復(fù)峰值電壓 （ ）是門(mén)極開(kāi)路而元件的結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在元件上的正（反）向峰值電壓。（5-10） （3）額定電壓 指元件的標(biāo)稱電壓。選用公式為式中， 是晶閘管正常工作時(shí)陽(yáng)極電壓的峰值電壓（V）。（2）通態(tài)平均電壓 晶閘管導(dǎo)通時(shí)管壓降的平均值，一般在0.41.2V之間，管壓降愈小，元件功耗愈小。共七十一頁(yè)2電流(dinli)參數(shù) （5-11） （1）額定電流 （元件的額定通態(tài)平均電流） 指晶閘管在規(guī)定的環(huán)境溫度及散熱條件下，允許通過(guò)的正弦半波電流的平均值。選用公式為式中， 是可控整流電路輸出