电子技术基础及应用

电子技术基础及应用

学习目的：

通过这节课的学习，使我们大家在日常工作中，在电路图上遇到这种元器件，我们应该知道什么是二极管和三极管。

内容：

各位战友们大家好今天由我给大家一起学习半导体二极管和三极管的相关基础知识，今天主要从以下三个方面来介绍。

知识重点

一、什么是半导体？半导体的基本特性有哪些？

二、二极管和三极管的分类、特点与电路符号。

三、二极管和三极管的简易测试。

第一节半导体基础与二极管

半导体器件

近代电子学是在半导体器件的基础上发展起来的。由于半导体器件具有体积小、重量轻、使用寿命长、功率转换效率高等特点，因而在电子技术领域得到了广泛的应用。

一、半导体基础知识

（一）半导体的特性

自然界物质按其导电能力不同可以分为导体、绝缘体和半导体。导体的导电能力很强，而绝缘体几乎不能导电。半导体是导电能力介于导体与绝缘体之间的一类物质，常见的半导体材料有硅、锗等。半导体具有一些独特的性质：（1）在半导体材料中加入少量其它元素

（称“杂质”），导电能力显著增强；（2）给半导体材料加温或用光照射时，导电能力也会显著增强，表现出“热敏”和“光敏”特性。

为什么半导体会具有上述特性呢？我们可以从半导体材料的内部结构来说明这个问题。

我们知道，金属导体是靠自由电子传导电流的，这种传导电流的自由电子叫载流子。在半导体中，不仅有电子这样的载流子，而且还存在另一种带正电的载流子——空穴。正是由于半导体中存在自由电子和空穴两种载流子，所以其导电就具有特殊性。

（二）杂质半导体

纯净半导体的导电能力相对来说是较弱的。如果在纯净半导体中有选择的加入某种微量元素，会使半导体的导电能力显著提高，这种半导体称为杂质半导体。

1．P型半导体

在纯净半导体中掺入微量的三价元素（如硼元素），就得到P型半导体。在这种掺杂后的半导体中，空穴的数目远大于自由电子的数目，称为多数载流子，而电子称为少数载流子，所以又称它为空穴型半导体。

2．N型半导体

在纯净半导体中加入微量的五价元素（如磷元素），就得到N型半导体。这种半导体中的自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子，所以又称为电子型半导体。

二、PN结

PN结是指P型和N型半导体接触时在交界面上形成的具有特殊性能的电荷薄层，它是制造各种半导体器件和各类集成电路的基础。

PN结的主要特性是单向导电性。PN结加正向电压时，P区接电源正极，N区接电源负极，电路中有很大的正向导通电流，PN结呈低阻状态，通常称为导通状态。PN结加反向电压时，N区接电源正极，P区接电源负极，此时PN结外呈现高阻状态，通常称为截止状态。

由上述分析可知，PN结加正向电压时，呈低阻导通状态，电流大；加反向电压时呈高阻截止状态，电流近似为零，这就是PN结的单向导电性。

三、晶体二极管

（一）二极管的单向导电性

二极管的伏安特性是指二极管两端电压与电流之间的关系。通过伏安特性曲线能形象的表示出二极管的单向导电性，它是分析和应用二极管的重要依据。

1．正向特性

当二极管的两端加上正向电压时，就会产生正向电流。但正向电压很小时，正向电流很小，只有当正向电压超过某一数值时，才有明显的正向电流，这个电压称为死区电压，锗管约为0.2-0.3V，硅管约为0.5-0.8V。

2．反向特性

当二极管的两端加上反向电压时，就会产生反向电流。小功率二极管的反向电流很小，硅管一般小于0.1UA，锗管小于几十微安。

当二极管两端的反向电压超过某一数值时，反向电流突然增大，这种现象称二极管反向击穿。

（二）半导体二极管的分类

半导体二极管的分类如图所示

（1）整流二极管是常用的普通二极管，它的作用是把交流电变换成脉动的直流电。普通二极管一般工作在3KHZ一下。但

用于高频、脉冲整流电路的二极管，其频率特性和开关特

性等参数还有另外要求。

（2）稳压二极管同普通二极管一样都具有单向导电性，而且两者的伏安特性也根相似。两者的主要区别是：普通二极管

一般在正向电压下工作，而稳压二极管则在反向穿状态下

工作；普通二极管的反向特性曲线不陡，动态电阻较大，

而稳压二极管对应的伏安特性反向曲线很陡，即动态电阻

很小，电流虽然在很大范围内变化，但是稳压二极管两端

的电压变化很小，稳压二极管正是利用这个特性起到稳压

作用的。当然，对稳压区的反向电流也是有限制的，如果

反向电流超过规定的允许值，稳压二极管也会由于击穿而

损坏。

（3）光电二极管也叫光敏二极管。和发光二极管一样，是一个PN结构成，PN结受光照射后产生光电流，因此可用它接收

入射光。光敏二极管的封装有金属封装和塑料封装两种。

当PN结在反向电压下工作时，在一定频率的光的照射下，

反向电阻会随光照强度的增加而变小，反向电流增大。光

电二极管总是工作在反向偏置状态。

（4）变容二极管也叫晶体二极管电容器。它也是一个PN结结构，它工作在反偏置状态，通过改变在二极管上的反向偏

压的大小，可使结电容发生变化。变容二极管的优点是体

积小、工作可靠、调谐速度快，而且易于实现遥控。它主

要用于自动频率微调、电调谐以及振荡回路的调谐等。（5）发光二极管是一种把电能转换成光能的固体发光器件。当给PN结加上正向偏压时，就会发出光来，PN结就变成了

光源。

不同的半导体材料制造的发光二极管将发出不同颜色的光。发光二极管的响应速度快，使用寿命长达几万小

时，稳定性好，抗震性强。用七段发光二极管，还可以组

成0-9任何一个数字，用于LED数码显示。目前使用较多

的是用透明环氧树脂封装的管子，引脚较长的电极是正极，

较短的是负极。

如图所示是常见的二极管的分类的电路符号。

1、是普通二极管电路符号

2、稳压二极管电路符号

3、光电二极管电路符号 4 、变容二极管电路符号

5、发光二极管电路符号

常见二极管的实物外形如图：举例

3、半导体二极管在电路中的符号

如图所示是二极管电路符号示意图。掌握这些识图信息，对分析二极管电路十分重要，主要说明下列三点：

①二极管只有两根引脚，电路符号中表示出了这两根引脚。

②电路符号中表示出二极管的正、负极性，三角形底边这段是

正极，另一端为负极，如图所示。

③电路符号形象地表示了二极管工作电流流动的方向，通过二

极管的电流只能从其正极流向负极。电路符号中三角形的指

向是电流流动的方向。

（三）半导体二极管的特点

无论何种二极管都有下列四个共性，掌握这些共性对识别和分析各类二极管电路有着举足轻重的作用：

①二极管两根引脚有正负之分，使用中两根引脚不能相互反

接。否则损坏二极管或不能起到正常的电路功能。

②二极管是半导体器件，不是半导体。所谓半导体是导电能

力介于导体与绝缘体之间的一种材料。二级干由半导体材料

制成，具有单向导电特征。即导通过如同导体，截止时如同

绝缘体。

③ 初学者对二极管的单向导电特性理解存在误区，认为二极

管只能个方向传输信号，这是错误的理解。二极管导通状态

下如同一个导体，可以双向传输信号，条件是二极管必须处

于导通状态。

④ 二极管除单向导电特性之外，还有需要重要的疼醒。掌握

这些特性，灵活运用这些特性是分析二极管电路的根本保证。

二极管的简易测试

晶体二极管是由一个PN 结组成的，具有单向导电特性。用万用

表的电阻档测量二极管的正、反向电阻，可以判断出二极管管脚的极

性，还可以粗略地判断二极管的好坏。

用万用表电阻档测量二极管的正、反向电阻的原理电路如图1—12

所示。图中虚线框内是万用表电阻档的等效电路。黑表笔接表内电池

被 测 二极管

的正极，红表笔接表内电池的负极。因此在测量未知极性的二极管时，若万用表电阻档测试指示为低电阻，则黑表笔所接的电极为被测管的正极，红表笔所接的电极为被测管的负极，所测得电阻为二极管的正向电阻。将黑表笔接被测管的负极，红表笔接被测管的正极，则测得电阻为反向电阻。如果测得的正、反向阻值都很小，则表明二极管内部击穿；如果测得的正、反向电阻值均接近无穷大，则表明二极管内部断路；测得的正、反向电阻值差别越大，则表明二极管特性越好。测量正、反向电阻时应当注意，由于二极管是非线性元件其直流电阻值与通过管子的电流有关，所以用不同型号的万用表或不同倍率的电阻档所测得的直流电阻值是不同的。

通常测量二极管的正反向电阻时用R*100欧或R*1K的电阻档。

第二节半导体三极管基础知识

一、晶体三极管

晶体三极管又称晶体管，它在电子线路中的应用比二极管广泛，是最重要的一种半导体器件，三极管具有放大作用，可以组成各式各样的放大器。

（1）半导体三极管的分类

半导体三极管的分类如图所示

常见三极管的实物外形如图：举例

（2）半导体三极管电路符号

如下图所示为三极管的内部等效电路图形符号。图1、2所示为三极管内部结构，由两个PN结构成，其三个电极分别为集电极（用字母C或c表示）、基极（用字母B或b表示）和发射极（用字母E或e表示）。在电路图形符号上两种类型晶体管的发射极箭头（代表集电极电流的方向）不同。PNP型晶体管的发射极箭头朝内，NPN型晶体管的发射极箭头朝外，如图3、4所示。

根据结构，三极管有三个区，三个电极，两个PN 结，分为PNP 型和

NPN 型两种。夹在中间的区成为基区，其外接电极B 称为基极，另外

两个区，一个是发射区，其外接电极E 称为发射极，另一个是集电区，

其外接电极C 称为集电极，发射区与基区之间形成的PN 结称为发射

结，基区与集电区之间形成的PN 结称为集电结。

（二） 三极管的特性

C B

E

（c ）PNP 型三极管图形符号 (d)NPN 型三极管图形符号

B

发射区 基极B 集电区 基区

C

B C 基极B （a ）PNP 型三极管内部结构 (b)NPN 型三极管内部结构

三极管有三种工作状态：放大状态、截止状态和饱和状态。在不同作用的电路中，三极管工作状态也不尽相同。下面分别加以介绍。

放大状态。当三极管的发射结正偏、集电结反偏时，三极管对输入信号进行线性放大。如输入信号为正弦交流信号，那么输出信号为幅度放大了的正弦交流信号。需要注意的是，这里说的放大不是三极管本身完成的，而是用基极电流去控制直流电源为集电极和发射极提供电源。

截止状态。当三极管的发射结合集电极都处于反偏(对于NPN 型三极管而言就是基极电位低于发射极电位)时，流过三个电极的电流都很小，接近于零，此时三极管没有放大作用。集电极与发射极之间内阻很大，相当于开路。

饱和状态。当三极管的发射结、集电结均正偏时，这时三极管进入饱和状态，此时三极管没有放大作用，集电极与发射极之间内阻很小，相当于短路状态。

在实际应用中经常利用三极管的截止和饱和状态起到电子开关的作用。

二、三极管内的电流方向

在三极管电路符号中，发射极箭头的方向表示三极管各电极电流流向的方向。利用这一点可以分析电路中个电极电流的流动方向。如图所示是三极管电路符号指示电流流向示意图，根据发射极箭头方向可以知道不同极性三极管的集电极、发射极电

流流动方向。

三、如何用万用表测三极管？

（一） 三颠倒，找基极

三极管是含有两个PN 结的半导体器件。根据两个PN 结连接方式

不同，可以分为NPN 型和PNP 型两种不同导电类型的三极管，测

试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R ×100或R ×1k 挡

位。 假定我们并不知道被测三极管是NPN 型还是PNP 型，也分

不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。

这时，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

NPN 表示电流从管内流出 电流从集

电极流向

发射极 PNP

电流从发 射极流向

集电极

表示电流流入管内

次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。

（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）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，穿透电流的测量电路如图3所示。根据这个原理，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。 (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。

（四）测不出，动嘴巴

若在“顺箭头，偏转大”的测量过程中，若由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时，就要“动嘴巴”了。具体方法是：在“顺箭头，偏转大”的两次测量中，用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住(或用舌头抵住)基电极b，仍用“顺箭头，偏转大”的判别方法即可区分开集电极c与发射极e。其中人体起到直流偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。

课后作业：

?1、半导体的特点是什么？

?2、晶体二极管是由一个组成的，主要特性是。

?3、半导体具有哪些特性？

?4、三极管有三个区，三个电极，两个PN结，分为型和型两种。

?5、三极管具有作用，可以组成各式各样的放大器。

?6、三级管的工作状态可分为、、。