一、半導(dǎo)體

1、半導(dǎo)體的有關(guān)概念

1）半導(dǎo)體

半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的一種物體。純凈的半導(dǎo)體是四價(jià)元素，呈晶體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部原子按一定規(guī)律整齊排列。在高溫或光照下，其電子沖破束縛，成為自由電子。電子跑出后留下的空位稱為空穴。半導(dǎo)體有電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電兩種形式。硅、鍺、硒以及大多數(shù)金屬氧化物和硫化物都是半導(dǎo)體。

2）晶體

凡是原子按照一定規(guī)律、連續(xù)整齊地排列著的物體都稱為晶體。半導(dǎo)體一般都具有這種結(jié)構(gòu)，所以半導(dǎo)體也被稱為晶體。

3）本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體是完全純凈的(不含任何其它元素)、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體內(nèi)部電子和空穴的數(shù)量在任何情況下總是相等的。如鍺單晶、硅單晶就是本征半導(dǎo)體。

4）半導(dǎo)體摻雜

摻雜是指在本征半導(dǎo)體中摻進(jìn)一定類型和數(shù)量的其它元素（五價(jià)元素或三價(jià)元素），摻進(jìn)去的其它元素為雜質(zhì)。摻雜的目的是改善半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，即摻雜后使半導(dǎo)體在原有“電子-空穴對(duì)”的基礎(chǔ)上，增加大量的電子或空穴。

5）N型半導(dǎo)體

如果本征半導(dǎo)體摻進(jìn)某種（五價(jià)元素，如磷）微量的雜質(zhì)后能獲得大量電子，則摻有這種雜質(zhì)的半導(dǎo)體就稱為“電子型半導(dǎo)體”或“N型半導(dǎo)體”。在N型半導(dǎo)體中，除“電子-空穴對(duì)”提供的載流子外。主要的、大量的是電子載流子。因此電子稱為多數(shù)載流子，而空穴則稱為少數(shù)載流子。

6）P型半導(dǎo)體

如果本征半導(dǎo)體摻進(jìn)某種（三價(jià)元素，如硼）微量的雜質(zhì)后能獲得大量空穴，則這種半導(dǎo)體就稱為“空穴型半導(dǎo)體”或“P型半導(dǎo)體”。在P型半導(dǎo)體中，除“電子-空穴對(duì)”提供的載流子外，主要的、大量的是空穴載流子，所以空穴稱為多數(shù)載流子，而電子則稱為少數(shù)載流子。

7）PN結(jié)

將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體用特殊工藝結(jié)合在一起時(shí)，由于P型半導(dǎo)體中的空穴多，N型半導(dǎo)體中的電子多，在交界面上，多數(shù)載流子就要分別向?qū)Ψ綌U(kuò)散，在交界處的兩側(cè)形成帶電荷的薄層，稱為空間電荷區(qū)，又稱為PN結(jié)。

2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

1）PN結(jié)空間電荷區(qū)的一邊帶正電，另一邊帶負(fù)電,產(chǎn)生了PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)，其方向?yàn)橛蒒區(qū)的正電荷區(qū)指向P區(qū)的負(fù)電荷區(qū)，阻礙了P區(qū)空穴進(jìn)一步向N區(qū)擴(kuò)散和N區(qū)電子向P區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散。

2）如果把PN結(jié)的P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極，如上圖(a)，外加電場(chǎng)方向與內(nèi)電場(chǎng)相反，并且外電場(chǎng)很強(qiáng)，這樣，在外電場(chǎng)作用下，兩側(cè)的多數(shù)載流子不斷越過PN結(jié)，形成正向電流。這種接法稱為 PN結(jié)的正向連接。PN結(jié)對(duì)正向電流的阻礙作用很小，電流容易通過。相反，如果把外電源反接，如上圖(b)，則外電場(chǎng)方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的方向一致，因而加強(qiáng)了對(duì)多數(shù)載流子的阻擋作用，使得PN結(jié)中流過的電流極小，這一電流又稱為反向漏電流。PN結(jié)加反向電壓時(shí)對(duì)電流的阻礙作用，從外部看，反映出PN結(jié)的反向電阻很大，這就是半導(dǎo)體PN結(jié)具有單向?qū)щ娦缘幕驹怼?/p>

3、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

1）在純凈的半導(dǎo)體內(nèi)部，電子載流子(簡稱電子)和空穴載流子(簡稱空穴)是成對(duì)地存在的，稱“電子-空穴對(duì)”。在外電場(chǎng)作用下，空穴沿電場(chǎng)方向移動(dòng)，電子逆電場(chǎng)方向移動(dòng)。

2）半導(dǎo)體內(nèi)部的“電子-空穴對(duì)”會(huì)隨外界溫度升高或光照強(qiáng)度增加而明顯增加，使導(dǎo)電能力增強(qiáng)。

3）絕對(duì)零度時(shí)，“電子-空穴對(duì)”消失，半導(dǎo)體失去導(dǎo)電能力，相當(dāng)于絕緣體。

4）在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力將成萬倍增加。

二、二極管

1、二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)

晶體二極管簡稱二極管，是在本征半導(dǎo)體基片上利用摻雜生成一個(gè)P區(qū)和一個(gè)N區(qū)，并在P區(qū)和N區(qū)安上電極引線，再用外殼(管殼)封裝加固后構(gòu)成的。如下圖所示，安于P區(qū)的電極稱為陽極，安于N區(qū)的電極稱為陰極。二極管的符號(hào)如下圖中的4所示。

2、二極管的分類

1）根據(jù)基片材料分類

根據(jù)基片材料不同，二極管分為鍺二極管和硅二極管。鍺二極管以本征鍺材料為基片，硅二極管以本征硅材料為基片。

（1）鍺管的閥電壓或死區(qū)電壓比硅管小。一般鍺管在0.2V左右，硅管在0.5V左右，因此在二極管導(dǎo)通期間硅管的管壓降比鍺管大；

（2）鍺管的反向電流要比硅管大幾十甚至幾百倍；

（3）鍺管受溫度的影響比硅管大；

（4）從PN結(jié)的允許工作溫度來看，硅管可達(dá)150-200℃；而鍺管只能在100℃左右的范圍內(nèi)使用。因此在同樣的PN結(jié)面積條件下，硅管允許通過的電流比鍺管大，所以大功率二極管都用硅制造。

2）根據(jù)用途分類

二極管根據(jù)用途來分，有普通二極管(作檢波和小電流整流用)、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、整流二極管、阻尼二極管、雙基極二極管、溫度補(bǔ)償二極管、隧道二極管、體效應(yīng)二極管、光電二極管等近20種。

3、二極管的型號(hào)組成

二極管的型號(hào)由四部分組成。

1）第一部分用數(shù)字表示。

“2”表示二極管(如是三極管，則用數(shù)字“3”)。

2）第二部分用字母表示所用的材料。

A為N型鍺材料；B為P型鍺材料；C為N型硅材料；D為P型硅材料。

3）第三部分用漢語拼音字母表示器件類型。

P為普通管；V為微波管；W為穩(wěn)壓管；Z為整流管；S為隧道管；U為光電管；K為開關(guān)管。

4）第四部分用數(shù)字表示器件序號(hào)。

2CP10為硅普通二極管；2AK1為鍺開關(guān)二極管；2CZ12為硅整流二極管。

4、二極管的特性

二極管的主要特性是單向?qū)щ娦?，?dāng)陽極處于高電位，陰極處于低電位時(shí)，二極管正向?qū)?，即處于低阻狀態(tài)。當(dāng)陽極處于低電位，陰極處于高電位時(shí)，二極管反向截止，即處于高阻狀態(tài)。二極管的特性可用兩種方式來說明，一種是用伏安特性曲線，另一種是二極管的額定參數(shù)。

1）二極管的伏安特性

用來描述加在二極管兩個(gè)電極間的電壓U和通過二極管的電流I之間的伏安特性曲線，如下圖所示。

二極管實(shí)質(zhì)上是一個(gè)PN結(jié)，它的基本特性是單向?qū)щ娦裕虼硕O管的伏安特性分為正向連接和反向連接兩種情況。

（1）二極管正向連接時(shí)如外加電壓很低，電路中基本上沒有電流通過，二極管的這種狀態(tài)稱為截止。但當(dāng)外加電壓增大到一定值時(shí)，二極管開始有電流通過，并且電流隨外電壓極微的增加而很快增長，二極管這種狀態(tài)稱為導(dǎo)通。正向連接時(shí)的伏安特性也稱正向特性。

二極管由截止進(jìn)入到導(dǎo)通所需的電壓稱二極管的閥電壓，一般鍺二極管在0.2V左右，硅二極管在0.5V左右。

（2）二極管反向連接時(shí)由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成很小的反向電流。在反向電壓很低時(shí)，反向電流隨反向電壓的增加而增加。但當(dāng)反向電壓增加到某一值(視不同的管子而不同)后的一段范圍內(nèi)，反向電壓增加，反向電流基本不再增加，這是因?yàn)闉閿?shù)不多的少數(shù)載流子在電場(chǎng)作用下基本上都已參與了漂移運(yùn)動(dòng)的緣故。因此反向電流又稱為反向飽和電流。但當(dāng)反向電壓增加到超過某一范圍后，反向電流突然大增，二極管失去單向?qū)щ娦裕@種現(xiàn)象稱為擊穿。二極管一經(jīng)擊穿，便不能再恢復(fù)其單向?qū)щ娦浴Ｊ苟O管擊穿的電壓稱反向擊穿電壓。二極管反向連接時(shí)的伏安特性稱為反向特性。

2）二極管的額定參數(shù)

不同類型的二極管因用途、工作條件或使用要求等的不同，額定參數(shù)也各不相同。普通二極管的主要額定參數(shù)有:

（1）最大整流電流ICM

最大整流電流是指二極管長期工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流。

當(dāng)工作電流超過此允許值時(shí)，PN結(jié)會(huì)因過熱而使管子損壞(PN結(jié)因過熱而損壞，稱熱擊穿)。

（2）最高反向工作電壓URM

最高反向工作電壓是指二極管不被擊穿所允許的最高反向電壓，一般規(guī)定最高反向工作電壓為反向擊穿電壓的1/2～1/3。

（3）最大反向電流

最大反向電流是指在規(guī)定溫度下，二極管加上最高反向工作電壓時(shí)的反向電流值。此值越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩囟壬邥r(shí)，反向電流會(huì)顯著增加。

（4）最高工作頻率

最高工作頻率取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小，結(jié)電容越大，二極管允許的最高頻率越低。

除上述參數(shù)外，還有最大瞬時(shí)電流、最高使用溫度等。

5、溫度對(duì)二極管特性的影響

溫度變化時(shí)，對(duì)二極管的正向電流、反向電流、閥電壓、反向擊穿電壓等都有影響。

1）溫度升高時(shí)，正、反向電流增大，閥電壓降低、反向擊穿電壓降低。溫度降低時(shí)，上述各項(xiàng)將作相反變化。

2）由于上述各項(xiàng)都反映在伏安特性曲線上，所以只要觀察一下上圖所示曲線就可看出溫度變化對(duì)二極管特性和上述各項(xiàng)參數(shù)的影響。與硅二極管相比，鍺二極管受溫度變化的影響要大得多。

6、二極管的選用

1）要正確選用二極管，首先應(yīng)根據(jù)用途決定管子的類型(例如作整流用時(shí)，根據(jù)功率大小選用普通管或整流管)、鍺管還是硅管；

2）根據(jù)工作電路的實(shí)際參數(shù)(如電壓、 電阻等)選用額定值合適的管子。由于半導(dǎo)體器件的離散性，在管子接入電路前要對(duì)管子的主要參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。

7、二極管使用注意事項(xiàng)

1）二極管使用中電流不能超過最大正向電流，電壓不能超過最高反向工作電壓（峰值），否則會(huì)損壞。

2）二極管在電路中的連接要可靠，焊接時(shí)宜使用45W以下的電烙鐵，并且焊接速度要快，不能使二極管因過熱而損壞。

8、二極管好壞和極性的判別

1）判別二極管的好壞

（1）將萬用表置于Rx100或Rx1k檔，黑表筆接二極管正極，紅表筆接二極管負(fù)極，這時(shí)正向電阻值一般在幾十歐到幾百歐之間。紅、黑表筆對(duì)調(diào)后，反向電阻的阻值應(yīng)在幾百千歐以上。測(cè)量結(jié)果符合上述情況，則可初步判斷被測(cè)二極管是好的。

（2）如果測(cè)量結(jié)果阻值都很小，接近零歐姆，說明被測(cè)二極管內(nèi)部PN結(jié)擊穿或已短路；反之，如阻值都很大，接近無窮，說明被測(cè)二極管內(nèi)部已斷路。以上兩種情況均說明被測(cè)二極管已損壞，不能使用。

2）判斷二極管的極性

同上述方法，當(dāng)阻值小時(shí)，即為二極管的正向電阻，黑表筆接的一端為二極管正極，紅表筆接的一端為二極管負(fù)極；當(dāng)阻值大時(shí)，即為二極管的反向電阻，黑表筆接的一端為二極管負(fù)極，紅表筆接的一端為二極管正極。

3）注意事項(xiàng)

用萬用表測(cè)量二極管時(shí)不能用Rx10k檔，因?yàn)槿f用表高阻檔使用的電池電壓高，這個(gè)電壓超過了某些檢波二極管的最高反向電壓，會(huì)將二極管擊穿。測(cè)量時(shí)一般也不用Rx1或Rx10檔，因?yàn)闅W姆表的內(nèi)阻很小，和二極管正向連接時(shí)電流很大，容易把二極管燒壞。

三、三極管

1、三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)

1）半導(dǎo)體三極管又稱雙極性晶體管（BJT）。它是在一塊鍺基片或硅基片上分別制作出兩個(gè)P區(qū)、一個(gè)N區(qū)或兩個(gè)N區(qū)、一個(gè)P區(qū)，然后再從這幾個(gè)區(qū)分別引出電極而成。有兩個(gè)P區(qū)的管子稱PNP三極管，有兩個(gè)N區(qū)的管子稱NPN三極管。其結(jié)構(gòu)示意圖與對(duì)應(yīng)的符號(hào)如下圖所示。

從上圖可以看出，無論是PNP三極管還是NPN三極管都有兩個(gè)PN結(jié)，分別稱為發(fā)射結(jié)與集電結(jié)。三個(gè)電極分別稱發(fā)射極(e)、基極 (b)和集電極(c)。

2）三極管結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是基區(qū)的厚度極薄，摻雜很輕；發(fā)射區(qū)的尺寸比集電區(qū)小，但集電區(qū)的摻雜比發(fā)射區(qū)輕。一般NPN三極管以硅管居多，而PNP三極管以鍺管居多。

2、三極管的功能

1）放大作用

三極管的主要功能是放大作用，根據(jù)不同需要，可組成電流放大、電壓放大、功率放大、直流放大等不同電路。

三極管加上工作電壓后有三個(gè)電流通過三極管，即發(fā)射極電流、基極電流和集電極電流。發(fā)射極電流等于基極電流和集電極電流之和。當(dāng)基極電流有微小變化時(shí)，集電極電流相應(yīng)有一較大的變化，這就是三極管的電流放大作用。

為說明三極管的電流放大作用，如下圖所示，在NPN三極管的三個(gè)電極上加適當(dāng)?shù)碾妷骸?/p>

（1）在上圖所示的電壓極性作用下，發(fā)射結(jié)處于正向連接(稱正偏)，當(dāng)電壓Ube大于發(fā)射結(jié)閥電壓時(shí)，PN結(jié)導(dǎo)通，發(fā)射極(N區(qū))的大量電子載流子進(jìn)入基區(qū)，由于基區(qū)摻雜輕，只有少量的空穴載流子，因此進(jìn)入基區(qū)的電子只有很少一部分能與基區(qū)的空穴相復(fù)合，而大量的電子仍繼續(xù)向前擴(kuò)散(即向基區(qū)靠近集電區(qū)一側(cè)擴(kuò)散)。這些基區(qū)的電子在基區(qū)(P區(qū))中充當(dāng)著少數(shù)載流子的角色。由于集電結(jié)處于反偏，因此這些在基區(qū)中的電子以漂移運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)入到集電區(qū)，并被集電區(qū)所收集。

（2）發(fā)射區(qū)電子進(jìn)入基區(qū)后，與基區(qū)空穴復(fù)合掉一部分，這部分電子又被基極正電源Eb拉走，形成基極電流Ib；從發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)后又漂移到集電區(qū)的電子，被集電極正電源Ec拉走形成集電極電流Ic。這兩部分電子被正電源拉走后，又回到發(fā)射區(qū)，從而形成發(fā)射極電流Ie。不難看出：Ie=Ic+Ib。

（3）由于漂移到集電區(qū)的電子數(shù)比在基區(qū)復(fù)合掉的電子數(shù)多得多，因此形成的集電極電流Ie>>基極電流Ib。

Ib改變，使Ie隨之而變的作用稱三極管的電流控制作用。但被控量Ie的變化比控制量Ib的變化要大得多，工程上將這種以小控大的作用稱之為放大。電子技術(shù)領(lǐng)域里把這種以小電流控制大電流的作用稱為電流放大作用。

2）開關(guān)功能

利用三極管在飽和區(qū)和截止區(qū)的工作狀態(tài)組成開關(guān)電路，這在脈沖數(shù)字電路中得到廣泛應(yīng)用。

3、三極管的主要參數(shù)

1）電流放大系數(shù)

電流放大系數(shù)用來表征三極管的電流放大能力，可分為靜態(tài)電流放大系數(shù)和動(dòng)態(tài)電流放大系數(shù)。由于特性曲線的非線性，所以只有在特性曲線近于水平的部分，Ic隨Ib成正比的變化，β值才可認(rèn)為基本恒定。常用的三極管，其β值約在20-100之間。

2）極間反向電流

在三極管中，除了多數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)以外，還有少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)，這些少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱極間反向電流。由于少數(shù)載流子受溫度的影響較大，因此極間反向電流對(duì)三極管的工作有一定的影響。影響較大的極間反向電流有以下兩種。

（1）集電極反向電流(集-基極反向飽和電流)Icbo

當(dāng)發(fā)射極開路時(shí)，如下圖 (a)所示，由于Ec>>Eb，所以集電極處于反偏，集電區(qū)內(nèi)的少數(shù)載流子空穴在反向電場(chǎng)作用下將向基區(qū)漂移。從而形成集-基極反向飽和電流Icbo。飽和電流Icbo的大小表征著三極管質(zhì)量的好壞。良好的三極管，Icbo應(yīng)該很小。在室溫下，鍺管的Icbo約幾十微安；小功率硅管的Icbo則在IuA以下，從這點(diǎn)說明硅管的熱穩(wěn)定比鍺管好。Icbo的大小幾乎與外加電壓無關(guān)，但受溫度影響較大，溫度升高時(shí)Icbo將增大。

（2）穿透電流(集-射極穿透電流)Iceo

基極開路時(shí)集電結(jié)處于反偏，發(fā)射結(jié)處于正偏，此時(shí)通過集電極的電流好似直接從發(fā)射區(qū)穿透到集電區(qū)的，故稱其為穿透電流，如上圖(b)所示。對(duì)這種情況下的載流子進(jìn)行分析，可得到穿透電流Iceo與集-基極反向飽和電流Icbo的關(guān)系式

Iceo=Iceo+βIcbo=(1+β)Icbo

由于Iceo的存在，所以集電極電流應(yīng)為

Ic=βIb+Iceo=βIb+(1+β)Icbo

可見集電極電流Ic受Icbo、Iceo及β的影響。而這些量又受溫度的影響，因此要使三極管的穩(wěn)定性好，管子的極間反向電流應(yīng)盡量小，而β也不宜過大。

3）極限參數(shù)

（1）集電極最大允許電流ICM

集電極電流超過一定值后，β值要下降。當(dāng)β下降到正常值三分之二時(shí)的集電極電流稱集電極最大允許電流I CM 。當(dāng)Ic>ICM時(shí)，管子雖不一定損壞，但β值下降得太多。

（2）集-射極擊穿電壓 BUceo

基極開路時(shí)，加在集-射極間的最大允許電壓稱集-射極擊穿電壓BUceo。溫度升高時(shí)，BUceo要降低。

（3）集電極最大允許耗散功率PCM

由于集電極電流流經(jīng)集電結(jié)時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，使結(jié)溫升高，并引起參數(shù)變化。當(dāng)三極管受熱而引起的參數(shù)變化不超過允許值時(shí)，集電極所消耗的最大功率稱集電極最大允許耗散功率P CM 。

4、溫度對(duì)三極管參數(shù)的影響

溫度變化時(shí)對(duì)三極管參數(shù)的影響主要有以下方面：

1）對(duì)發(fā)射結(jié)閥電壓和輸入特性的影響

溫度升高時(shí)，閥電壓降低，輸入特性左移；溫度降低時(shí)，則作相反的變化。如下圖(a)所示。

2）對(duì)Icbo的影響

溫度升高時(shí)Icbo增大，Ic也隨之增大；反之，Icbo減小，Ic也減小，如上圖(b)所示。對(duì)硅管來說，Icbo很小，所以與鍺管相比，其影響極微。

3）對(duì)電流放大系數(shù)的影響

溫度升高時(shí)，電流放大系數(shù)也將隨之增大。關(guān)于這一點(diǎn)，從上圖(b)的輸出特性曲線中也可以看出。

5、三極管使用注意事項(xiàng)

1）組成放大電路的三極管必須有足夠的放大倍數(shù)，但放大倍數(shù)也不宜過大，放大倍數(shù)過大會(huì)使電路的穩(wěn)定性變差。

2）集電極和發(fā)射極之間的反向電流要小，反向電流越大三極管工作越不穩(wěn)定。

3）使用中集電極最大允許電流、集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓、集電極最大耗散功率不能超過其極限參數(shù)。

6、三極管的極性判別

1）基極判別

將萬用表選擇開關(guān)撥在歐姆檔，量程選用Rx100或Rx1k。用萬用表的兩根表筆分別對(duì)三個(gè)電極中的任何兩個(gè)進(jìn)行正接、反接各測(cè)一次。如測(cè)得電阻均較大，則剩下的電極(未參加測(cè)量的那個(gè)極)即為基極。

2）管型判別

基極判定后，用萬用表的黑筆(表內(nèi)電池的正極)接到基極，用紅筆分別測(cè)另外兩個(gè)電極。如測(cè)得的電阻都很大，則該管為PNP型；如測(cè)得的電阻均較小，則該管為NPN型。

3）發(fā)射極與集電極的判別

（1）對(duì)于PNP型三極管，將紅表筆接到假定集電極上，黑表筆接另一未知管腳，右手手指蘸點(diǎn)水，用拇指和食指捏住紅表筆和集電極，用中指碰基極，這樣通過手的電阻給三極管加正向偏流，使三極管導(dǎo)通，記下萬用表指示的阻值。然后再假定另一管腳為集電極，用同樣的方法測(cè)試，記下并比較兩阻值，其中阻值小的一次假定集電極是正確的。這是因?yàn)榘l(fā)射區(qū)產(chǎn)摻雜重，集電區(qū)摻雜輕。測(cè)得的電阻小，表示Iceo大；而測(cè)得的電阻大，則表示Iceo小。即紅表筆所接的管腳是集電極，黑表筆所接的管腳是發(fā)射極。

（2）對(duì)于NPN型三極管，將紅、黑兩只表筆對(duì)調(diào)，用同樣的方法測(cè)試。

7、三極管的三種連接方式

BJT是一個(gè)三端電流放大器件，在組成四端網(wǎng)絡(luò)時(shí)，勢(shì)必要有一個(gè)電極作為輸入與輸出信號(hào)的公共端，另外兩個(gè)電極分別是輸入端和輸出端。根據(jù)所選公共端電極的不同，有三種連接方式，如下圖所示：

四、可控硅(晶閘管)

1、可控硅的結(jié)構(gòu)和符號(hào)

1）可控硅也稱晶閘管，它是一個(gè)具有三個(gè)PN結(jié)的四層三端結(jié)構(gòu)，如下圖(a)所示：

它有三個(gè)電極，分別稱為陽極(A)、陰極(K)和控制極(門極)(G)。

2）可控硅的圖形符號(hào)如上圖(b)。

2、可控硅的工作狀態(tài)

可控硅和二極管一樣，有兩種工作狀態(tài)：導(dǎo)通和截止。

1）截止?fàn)顟B(tài)

截止又稱反向阻斷，條件是施加反向電壓，即它的陽極與電源的負(fù)極相連、陰極與電源的正極相連。

2）導(dǎo)通狀態(tài)

可控硅導(dǎo)通的條件，除了像二極管一樣必須具有足夠大的正向電源以外，還必須在控制極與陰極基之間施加一個(gè)足夠大的正向觸發(fā)電壓(稱觸發(fā)信號(hào))?？煽毓枭形磳?dǎo)通時(shí)的狀態(tài)稱正向阻斷。

3、可控硅的工作原理

1）根據(jù)可控硅的結(jié)構(gòu)，可以把它看成由NPN型晶體管T?和PNP型晶體管T?所組成。如下圖所示：

2）可控硅陽極加上正向電壓U A 、控制極加上正向電壓UG時(shí)，如下圖所示：

晶體管T?處于正向偏置，由UG產(chǎn)生的控制極電流I G (即T?管的基極電流Ib?)，T?的集電極電流Ic?=β?IG 。Ic?既是T?管的集電極電流又是T?管的基極電流。而T?管的集電極電流Ic?=β?Ic?=β?β?I~G~。如不計(jì)T?管的基極電流，則T?管的發(fā)射極電流Ie?≈Ic?=β?β?I~G~。這一Ie?又反過來作為T?管的基極電流(此時(shí)Ib?=Ie?+Ic)，再一次放大。這樣反復(fù)循環(huán)，形成了強(qiáng)烈的正反饋，使兩個(gè)晶體管很快達(dá)到飽和，可控硅導(dǎo)通。可控硅導(dǎo)通后，A、K間的壓降(管壓降)很小，電源電壓幾乎全部作用在負(fù)載R上，可控硅中就有負(fù)載電流通過。

由于Ie?>>I G ，所以可控硅一經(jīng)導(dǎo)通，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠自身的正反饋?zhàn)饔脕砭S持，即使IG消失，可控硅仍處于導(dǎo)通狀態(tài)。

4、可控硅的特性

1）可控硅的特性主要是指它的伏安特性，即當(dāng)IG為某定值時(shí)，陽極電壓UA與陽極電流IA之間的關(guān)系曲線。下圖(a)所示是I G =0時(shí)的伏安特性。

這條曲線說明：當(dāng)陽極為正，且UA較低時(shí)，三個(gè)PN結(jié)中的T?處于反偏，此時(shí)只有很小的電流通過管子，稱正向漏電流，相當(dāng)于二極管反向連接時(shí)的反向飽和電流。因此當(dāng)陽極電流(正向電流)增加時(shí)，它基本保持不變，此時(shí)可控硅處于正向阻斷狀態(tài)。但當(dāng)陽極電壓增加到某一值時(shí)，漏電流突然大增，可控硅由阻斷狀態(tài)突然導(dǎo)通，陽極電流大增(其值取決于負(fù)載電阻R的大小)，而管壓降僅1V左右。可控硅從正向阻斷突然轉(zhuǎn)向?qū)〞r(shí)的陽極電壓稱正向轉(zhuǎn)折電壓U BO ?？煽毓鑼?dǎo)通后逐漸減小正向電壓，正向電流隨之減小。當(dāng)電流減小到某值時(shí)，可控硅從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為阻斷狀態(tài)。能保持可控硅繼續(xù)導(dǎo)通的最小正向電流稱維持電流I H 。當(dāng)正向電流H時(shí)，可控硅正向阻斷。

2）當(dāng)可控硅加上反向電壓時(shí)(A接電源負(fù)極)，J?、J?兩個(gè)PN結(jié)反偏，可控硅處于反向阻斷狀態(tài)，此時(shí)通過可控硅的電流稱反向漏電流。由于可控硅導(dǎo)通需要兩個(gè)條件，因此在第一個(gè)條件未滿足的情況下(可控硅反偏)，即使加上I G ，它也不會(huì)導(dǎo)通。但當(dāng)反向電壓增加到某一值時(shí)，反向電流急劇增大。這種情況稱為可控硅的反向擊穿，與之對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓U BR 。

3）上圖(b)所示的曲線是在不同IG時(shí)的伏安特性，從曲線可以看出，不同IG時(shí)的差異僅在于正向轉(zhuǎn)折電壓。IG越大，正向轉(zhuǎn)折電壓越低。

4）以上I G =0時(shí)的導(dǎo)通是不允許的，它可能導(dǎo)致管子的損壞，而我們所指的導(dǎo)通是在正向電壓作用下，IG為某一定值(足夠大)的導(dǎo)通，是正常情況下的導(dǎo)通。

5、可控硅的主要參數(shù)

1）額定正向平均電流IF

在環(huán)境溫度≯40℃和標(biāo)準(zhǔn)散熱及全導(dǎo)通(交流電使陽極為正的半個(gè)周期內(nèi)，可控硅均處于導(dǎo)通狀態(tài)，稱全導(dǎo)通)條件下，可控硅可以持續(xù)通過的工頻正弦半波電流平均值，稱為額定正向平均電流。通常所說的若干安培(A)的可控硅，這若干安培就是指這個(gè)電流(I F )；

2）正向阻斷峰值電壓PFV

在控制極斷開和正向阻斷的條件下，可重復(fù)加于可控硅的正向峰值電壓稱正向阻斷峰值電壓，規(guī)定它比正向轉(zhuǎn)折電壓UBO小100V。通常所說的可控硅耐壓，就是指這個(gè)電壓(P FV )。

3）反向阻斷峰值電壓PRV

在控制極斷開時(shí)，可以重復(fù)加在可控硅元件上的反向峰值電壓，稱反向阻斷峰值電壓。規(guī)定它比反向擊穿電壓小100V。PRV和PFV一般相等，統(tǒng)稱“可控硅的峰值電壓”。

除上述三個(gè)主要參數(shù)外，還有控制極觸發(fā)電壓、控制極觸發(fā)電流、維持電流、正反向平均漏電流等。

6、可控硅的常見應(yīng)用

可控硅用途非常廣泛，常見的應(yīng)用有以下幾種:

1）可控硅整流

下圖(a)是單相半波可控硅整流電路。與二極管整流電路相比，其輸出電壓的大小，可以用改變控制極觸發(fā)信號(hào)的輸入時(shí)刻來加以改變。即改變下圖(b)中的α角。α角稱控制角，圖中的β角稱導(dǎo)通角?？刂平潜硎究煽毓柙谡螂妷合虏粚?dǎo)通的范圍，而導(dǎo)通角則表示正向電壓下導(dǎo)通的范圍。單相半波可控整流電路的電壓與電流波形如下圖(b)所示。

2）可控硅開關(guān)

在下圖所示的電路中，當(dāng)可控硅控制極未加控制信號(hào)時(shí)，可控硅處于阻斷狀態(tài)，電路不通。當(dāng)控制極加上觸發(fā)信號(hào)后，可控硅導(dǎo)通，電路中就有電流通過。可見此處可控硅起著開關(guān)的作用，稱為可控硅開關(guān)。但是在這個(gè)電路中，可控硅一旦導(dǎo)通就無法關(guān)斷，所以還要另設(shè)使可控硅關(guān)斷的輔助電路。

3）可控硅交流調(diào)壓器

（1）下圖(a)是單相可控硅調(diào)壓電路。其中SCR?和SCR?可分別在交流電的正、負(fù)半周導(dǎo)通。而是否能導(dǎo)通則取決于控制極有無觸發(fā)信號(hào)和觸發(fā)信號(hào)加入的時(shí)間(即控制角α的大小)。

（2）改變控制角大小的控制方法稱移相控制；而以有無觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行控制的方法稱零位控制，兩種控制所輸出交流電壓的波形分別如下圖(b)、(c)所示。

（3）控制角越大，輸出交流電壓就越小；在一個(gè)工作周期內(nèi)，不導(dǎo)通的周期數(shù)越多，輸出交流電壓也就越小。

7、可控硅(晶閘管)好壞的判斷

1）初步判斷

（1）將萬用表歐姆擋置于R×10檔，測(cè)量陽極與陰極之間和陽極與控制極之間的正、反向電阻，正常值都應(yīng)在幾百千歐以上；控制極和陰極之間正向電阻約數(shù)十歐到數(shù)百歐?？沙醪脚袛嗑чl管是好的。如發(fā)現(xiàn)任何兩個(gè)極短路或?qū)﹃帢O斷路，則晶閘管已經(jīng)損壞。

（2）注意事項(xiàng)：測(cè)量時(shí)，特別是測(cè)量控制極和陰極的阻值時(shí)，絕不允許使用萬用表R×10k檔，以防表內(nèi)高壓擊穿控制極的PN結(jié)。

2）接線試驗(yàn)

合上開關(guān)QS時(shí)，小燈泡不亮，再按一下按鈕SB，小燈泡如果發(fā)亮，說明晶閘管良好，能夠投入電路工作。

8、可控硅的常用保護(hù)

可控硅元件的主要弱點(diǎn)是承受過電流和過電壓的能力很差，即使短時(shí)間的過電流和過電壓，也可能導(dǎo)致可控硅的損壞，所以必須對(duì)它采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。

1）過電流保護(hù)

可控硅出現(xiàn)過電流的主要原因是過載、線路短路和誤觸發(fā)。過電流保護(hù)有以下幾種:

（1）快速熔斷器

快速熔斷器中的熔絲是銀質(zhì)的，只要選用適當(dāng)，在同樣的過電流倍數(shù)下，它可以在可控硅損壞前先熔斷，從而保護(hù)了可控硅。

（2）過電流繼電器

當(dāng)電流超過過電流繼電器的整定值時(shí)，過電流繼電器就會(huì)動(dòng)作，切斷被保護(hù)電路。但由于繼電器動(dòng)作到切斷電路需要一定的時(shí)間，所以只能用作可控硅的過載保護(hù)。

（3）過載截止保護(hù)

利用過電流的信號(hào)將可控硅的觸發(fā)信號(hào)后移，或使可控硅的導(dǎo)通角減小，或干脆停止觸發(fā)等保護(hù)可控硅的方法稱過載截止保護(hù)。

2）過電壓保護(hù)

過電壓可能導(dǎo)致可控硅的擊穿，其主要原因是由于電路中電元件的通斷、熔斷器熔斷或可控硅在導(dǎo)通與截止間的轉(zhuǎn)換，有時(shí)也可能是因遭受雷擊。對(duì)過電壓保護(hù)可采用以下兩種措施:

（1）阻容保護(hù)

阻容保護(hù)就是電阻和電容串聯(lián)后，接在可控硅電路中的一種過電壓保護(hù)方式。其實(shí)質(zhì)是利用電容器兩端電壓不能突變和電容器的電場(chǎng)儲(chǔ)能以及電阻是耗能元件的特性，把過電壓的能量變成電場(chǎng)能量儲(chǔ) 存在電場(chǎng)中，并利用電阻把這部分能量消耗掉。

（2）硒堆保護(hù)

硒堆由硒整流片疊成(用CP表示)。當(dāng)硒堆上的電壓超過規(guī)定值時(shí)，硒堆擊穿，達(dá)到抑制過電壓對(duì)可控硅的沖擊。過電壓消失后，硒堆由擊穿狀態(tài)恢復(fù)到正常。

五、邏輯門電路

1、基本概念

1）門電路

門電路是數(shù)字電路的基本單元部件，如果把電路的輸入信號(hào)看作“條件”，把輸出信號(hào)看作“結(jié)果”，當(dāng)“條件”具備時(shí)，“結(jié)果”就會(huì)發(fā)生。

2）邏輯門電路

門電路輸入和輸出之間存在一定的邏輯關(guān)系，所以門電路又稱邏輯門電路，是實(shí)現(xiàn)一定邏輯關(guān)系的開關(guān)電路。

3）基本門電路

實(shí)現(xiàn)基本邏輯關(guān)系的電路稱為基本門電路，有與門、或門和非門。而復(fù)合門電路由三種基本門電路組成。

4）正、負(fù)邏輯

在數(shù)字系統(tǒng)中，電位的高、低與數(shù)字信號(hào)1、0相對(duì)應(yīng)。對(duì)應(yīng)的方法稱為邏輯約定。1表示高電平，0表示低電平，約定為正邏輯；0表示高電平，1表示低電平，約定為負(fù)邏輯。一般無特殊說明時(shí)均采用正邏輯。

2、基本門電路

1）與門電路

（1）二極管與門電路

如上圖，與門電路可由二極管和電阻組成。A、B全部輸入低電平時(shí)，二極管D A 、DB加正向電壓導(dǎo)通，F(xiàn)端輸出低電平；A、B兩端電位相異時(shí)，由于二極管D A 、DB的陽極連在一起，所以陰極輸入低電位的先導(dǎo)通，并將F端電位鉗位在低電平，而另一個(gè)則因加反向電壓而截止，隔離了輸入高電平對(duì)輸出F端的影響，使F端始終保持低電平；A、B兩端全部輸入高電平時(shí)，二極管D A 、DB仍因加正向電壓而導(dǎo)通，F(xiàn)端輸出高電平。

（2）與門電路的邏輯功能為：輸入有0，輸出為0；輸入全1，輸出為1。

2）或門電路

（1）二極管或門電路

如上圖，在二極管組成的或門電路中， 因?yàn)镈 A 、DB兩個(gè)二極管的陰極連在一起，所以只要A、B端有一個(gè)或一個(gè)以上為高電平，F(xiàn)端輸出就為高電平；只有輸入全為低電平時(shí)，輸出才為低電平。

（2）或門電路的邏輯功能為：輸入有1，輸出為1；輸入全0，輸出為0。

3）非門電路

（1）晶體管非門電路

a、如上圖，在晶體管組成的非門電路中，只有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，當(dāng)A端輸入低電平時(shí)，晶體管截止，集電極輸出F端的電壓為高電平；反之，A端輸入高電平時(shí)，晶體管飽和，F(xiàn)端為低電平。

b、電路中負(fù)電源UBB的作用是：保證A端為低電平時(shí)，晶體管能很可靠截止。

c、電源UD和二極管D的作用是：組成鉗位電路，保證晶體管截止時(shí)輸出電壓值為規(guī)定的高電平。

（2）非門電路的邏輯功能為：輸入為0，輸出為1；輸入為1，輸出為0。