《电工电子技术》第7章电子元器件基础.ppt

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1、第7章 电子元器件基础,7.3 晶体二极管,7.4 晶体三极管,7.5 其它半导体器件,退 出,7.2 半导体基础知识,7.1 常用电子元件,7.1 常用电子元件,7.1.1 电阻器,7.1.2 电容器,退 出,7.1.3 电感器和变压器,7.1.4 开关和接插件,7.1.1 电阻器,用导电材料制成的具有一定电阻值的元件称为电阻器（Resistor），简称电阻。在电子电路中起限流、分流、降压、分压、负载及阻抗匹配等作用。,1电阻器的种类,电阻器按其结构、用途与功能可分为固定电阻器、敏感电阻器、微调电阻器和电位器等：,电阻的分类,固定电阻器：碳膜、金属膜、线绕,敏感电阻器：光敏、压敏、热敏,微调

2、电阻器,电位器,2电阻器的主要参数,（1） 标称值 标示在电阻器上的电阻值称为标称值，它的基本单位是欧姆，用符号“”表示，常用的还有K（千欧），M（兆欧）。 （2） 允许误差 电阻器的实际阻值对于标称值的最大允许偏差范围称为允许误差，如2%、5%、10%等。 （3） 额定功率 在规定的环境温度下,在长期连续工作而不损坏或基本不改变电阻器性能的情况下，电阻器上允许消耗的功率。常见的有1/16W 、 1/8W 、 1/4W 、 1/2W 、 1W 、 2W 、 5W 、10W等。,3电阻器型号的命名办法,国产电阻器的型号由四部分组成： 第一部分：主称（用字母表示），表示产品的名称。如R代表电阻器，

3、W代表电位器等。 第二部分：材料（用字母表示），表示电阻体用什么材料组成，如T表示碳膜，J表示金属膜，Y表示氧化膜等。 第三部分：分类（一般用数字表示，个别类型用字母表示），表示产品属于什么类型。如1-普通、3-超高频 、4-高阻、5-高温、7-精密、G-高功率、T-可调。 第四部分：序号（用数字表示），表示同类产品中不同品种，以区分产品的外型尺寸和性能指标等。例如：型号RT11表示“普通碳膜电阻”，型号RJ 71表示“精密金属膜电阻”。,4电阻器的阻值及误差的表示方法,直标法：将电阻器的主要参数用数字或字母直接标注在电阻体表面。若电阻上未注偏差，则均为20%。如5.1K5%。 文字符号法：用

4、阿拉伯数字和文字符号两者有规律的组合来表示标称阻值，其允许偏差也用文字符号表示。符号前面的数字表示整数阻值，后面的数字依次表示第一位小数阻值和第二位小数阻值。如3.3=33=3R3，3K3=3.3K。 数码法：在电阻器上用三位数码表示标称值的标志方法。数码从左到右，第一、二位为有效值，第三位为10的乘方指数，即零的个数，单位为欧姆。偏差通常采用文字符号表示。如102表示1000，471表示470等。,色环法：用不同颜色的色环来表示电阻器的阻值及误差等级。普通电阻一般由4环表示，精密电阻用5环描述。 色环含义：棕-1、红-2、橙-3、黄-4、绿-5、蓝-6、紫-7、灰-8、白-9、黑-0、金-5

5、%、银-10%、无色-20%。 当电阻为四环时，最后一环必为金色或银色，前两位为有效数字，第三位为乘方数，第四位为偏差。当电阻为五环时，最后一环与前面四环距离较大。前三位为有效数字，第四位为乘方数，第五位为偏差。,7.1.2 电容器,电容器（Capacitor）简称电容，它是由两个靠得很近的金属极板，中间用绝缘材料（介质）隔开而构成的元件。常用于耦合、滤波、去耦、旁路及调谐等电路中。,1电容器的种类,电容器可按材料、结构或是否有极性来分类。,电容的分类,按材料分：涤纶电容、瓷片电容、 聚乙烯电容、云母电容、独石电容、铝电解电容、钽电解电容等。,按结构分：固定电容、可变电容和微调电容 。,按是否

6、有极性分：有极性电容和无极性电容。,2电容器的主要参数,（1） 标称容量与误差等级 在电容器上标注的电容量数值称为标称值。电容的基本单位是法拉（F），此外还有微法（F）、纳法（nF）、皮法（pF）。 实际电容量和标称电容量允许的最大偏差范围，称为误差。一般分为3级：I级5%，II级10%，III级20%。 （2） 额定工作电压 电容器在电路中能够长期稳定、可靠工作，所承受的最大直流电压。 （3） 温度系数 在一定温度范围内，温度每变化1，电容量的相对变化值。,（4） 绝缘电阻 用来表明漏电大小的量。绝缘电阻越大越好。 （5） 损耗 电容器在单位时间内发热而消耗的能量。这些损耗主要来自介质损耗和

7、金属损耗。 （6） 频率特性 电容器的电参数随频率变化而变化的性质。在高频条件下工作的电容器，由于介电常数在高频时比低频时小，电容量也相应减小。损耗也随频率的升高而增加。另外，在高频工作时，电容器的分布参数，如极片电阻、引线和极片间的电阻、极片的自身电感、引线电感等，都会影响电容器的性能。所有这些，使得电容器的使用频率受到限制。,3电容器的型号命名,国产电容器的命名由四部分组成： 第一部分：用字母表示名称，C代表电容器。 第二部分：用字母表示介质材料。如C-瓷介，Y-云母，Z-纸介，J-金属化纸，B-聚苯乙烯，L-涤纶，D-铝，A-钽，N-铌等。 第三部分：用数字表示分类。如1-圆片，2-管形

8、，3-迭片，4-独石，5-穿心，6-支柱等。 第四部分：用数字表示序号。,4电容器容量的标注方法, 直标法：用字母和数字把型号、规格直接标在外壳上。如0.1F/100V等。 文字符号法和数字标注法：用数字、文字符号有规律的组合来表示容量。文字符号表示其电容量的单位：p、n、m、F等。与电阻的表示方法相似。如102表示1000pF，1n=1000pF等。 色标法：和电阻的表示方法相同，单位一般为pF。小型电解电容器的耐压也有用色标法的，标志的位置一般是靠近正极引出线的部位，所表示的意义是：黑-4V，棕-6.3V，红-10V，橙-16V，黄-25V，绿-32V，蓝-40V，紫-50V，灰-63V。

9、,7.1.3 电感器和变压器,电感器（Inductor）是将导体绕成线圈的形状而制成的电磁感应元件，因此又称为电感线圈，通常简称电感。 由电磁感应理论可知，当电感线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势，这就是自感。反映自感大小的量就是电感。 当两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。变压器正是利用线圈的互感特性组成的电路元件。,电感器的作用主要是扼流滤波和储能，此外，在电路中常常与电容器一起组成各种谐振电路。与电容器不同，电感不能静态贮能。,1电感器的

10、分类,电感器都是线绕的，一般可按结构来分类。,电感的分类,按结构分：空芯电感、磁芯电感。,按是否可调分：固定电感和可调电感 。,2电感器的主要参数,（1）电感量 与电阻、电容类似，电感器上的电感量数值也是标称值。电感在电路中的符号为“L”。其基本单位是亨利（H），实际应用中常用的单位是毫亨（mH）和微亨（H）。 （2）直流电阻 电感线圈在直流电流下表现出的电阻。直流电阻愈小愈好。 （3）品质因数Q 电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比称为品质因数。电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。,3电感器的标识,和电阻、电容相类似，电感的标志一般也采用直标法和色标法，具

11、体表示方法和规则也与电阻类似。 色标法标注的电感值单位通常是微亨（H）。,7.1.4 开关和接插件,1开关,开关是一种在电路中起控制、选择和连接等作用的器件。,1）开关的分类,（1）按结构特点分类 按结构特点可分为按钮开关、拨动开关、薄膜开关、水银开关、杠杆式开关、微动开关、行程开关等。 （2） 按极数、位数分类 按极数和位数可分为单极单位开关、双极双位开关、单极多位开关、多极单位开关和多极多位开关等。 （3） 按用途分类 按用途可分为电源开关、录放开关、波段开关、预选开关、限位开关、脚踏开关、转换开关、控制开关等。,开关可以根据其结构特点、极数、位数、用途等进行分类。,2）开关的主要参数,（

12、1）额定电压、额定电流 开关在正常工作状态下允许的最高电压、电流。不同规格的开关，其额定电压和额定电流的值也不同。 （2） 接触电阻 开关接通时，连接触头导体间呈现的电阻。接触电阻越小越好。一般要求接触电阻在0.010.02以下。 （3） 绝缘电阻 断开的开关触头之间的电阻或开关导体与金属外壳之间的电阻值，通常要求大于10010000 M。,（4） 动作力矩 使开关完成转换所需的最小力矩。一般的要求是5001500 gcm， 较轻的要求在50400 gcm。 （5） 寿命 开关在正常工作条件下能有效工作的最低次数。一般要求在500035000次，通常要求是10000次， 较高的要求是5万到50

13、万次。 （6） 其他 包括冲击力、震动、碰撞、以及恶劣气候的要求，要求较高的甚至要有抗盐雾，霉菌以及硫化等。对开关的机械强度，以及可焊性，耐焊接热等方面也有明确的规定。,3）开关的结构特点,（1） 拨动开关 拨动开关是通过拨动开关手柄来带动滑块或滑片的滑动，从而控制开关触点的接通与断开。拨动开关分为单极双位和双极双位两种结构形式。 （2） 旋转开关 旋转开关是靠旋转开关手柄来控制开关触点的接通与断开，它分为单极单位和多极多位两种结构形式。 （3） 按键开关 按键开关一般由键帽、滑板、活动触片、固定端子、压簧、外壳等构成，通过按动开关键帽控制活动触点与固定触点的接通与关断。按键开关有单键式和多键

14、组合式两种类型。,2. 接插件,接插件是一种简便的连接电子线路的定位接头，由接件和插件两部分构成，一般状态下是可以完全分离的，接触对存在固定的对应关系。接插件也叫做连接器。,7.2 半导体基础知识,7.2.1 半导体的导电特性及分类,7.2.2 PN结,退 出,导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，我们称为半导体。半导体材料在环境光和热变化时，其导电能力会显著变化。在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会显著增强。 在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体，如砷化镓（GaAs）等；以及掺杂或制成其它化合物半导体材料，如硼（B）、磷（P）、锢（In

15、）和锑（Sb）等。其中硅是最常用的半导体材料。,7.2.1 半导体的导电特性及分类,化学成分纯净的半导体称为本征半导体。 （1） 本征半导体的共价键结构 晶体中原子以共价键结合，共价键中的两个电子，称为价电子。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。,1. 本征半导体,（2） 电子空穴对 当半导体的温度处于绝对零度时，其中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，成为自由电子参与导电。这一现象称为本征激发（也称热激发）。 自由电子产生后，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正

16、电量与自由电子的负电量相等，通常将这个呈现正电性的空位称为空穴。可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。,2杂质半导体,在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质后的半导体称为杂质半导体。 （1） N型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成N型半导体，也称电子型半导体。 （2） P型半导体 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。,7.2.2 PN结

17、,在一块本征半导体材料的两侧通过扩散不同的杂质，分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程： 杂质浓度差多子的扩散运动形成空间电荷区形成内电场促使少子漂移、阻止多子扩散达到动态平衡 对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。,1. PN结的形成,2PN结的单向导电性,PN结正向偏置时，多子下定向移动，耗尽层逐渐变薄，乃至消失，从而使PN结处于导通，如图7-8（a）所示。 PN结反向偏置时，少子定向移动，耗尽层逐渐变厚，反向电阻增大，从而使PN结处于截止状态，如图7-8（b）所示。,7.3 晶体二极管,7.3.1 二极管的

18、结构与特性,7.3.2 二极管的分类与用途,退 出,7.3.3 二极管的主要参数与检测方法,7.3.1 二极管的结构与特性,1. 半导体二极管的结构,半导体二极管又称为晶体二极管，它是电子电路中最常用的半导体器件之一。一个PN结经过封装并引出电极后，就形成了二极管。二极管的电路符号、PN结内部结构和外形如图7-9所示。,2半导体二极管的特性,（1） 正向特性 硅二极管的伏安特性曲线如图7-10所示。二极管两端的正向电压很小时（锗管小于0.1伏，硅管小于0.5伏），二极管处于“死区”状态，正向电流几乎为零。当正向电压超过一定数值后，二极管导通，这个电压称为正向导通电压。,（2） 反向特性 当二极

19、管两端加上反向电压时，反向电流很小，几乎为零。当反向电压逐渐增大到某一数值时，反向电流突然急剧增大，这种现象称为反向击穿。这时的电压称为反向击穿电压，不同材料与结构的二极管，反向击穿电压的大小也不相同。对某一特定型号的二极管而言，反向击穿电压的数值几乎是恒定的，并不会随着反向电流的变化而变化。利用二极管的这一特性，可以完成稳压的功能。,7.3.2 二极管的分类与用途,按使用的半导体材料不同，二极管可分为硅二极管、锗二极管和其它二极管。 从制造工艺来说，二极管可分为点接触型二极管和面接触型二极管。 根据不同的用途，二极管分为以下几类： （1） 整流二极管 用于把交流电变换为直流电的整流电路，重要

20、的参数是最大反向工作电压（耐压）和最大整流电流。 （2） 检波二极管 检波和整流的原理是一样的，但整流的目的是为了得到直流电，而检波则是为了从高频调幅波中取出信号成分。,（3） 稳压二极管 因半导体掺杂的不同，稳压二极管除具有普通二极管的单向导电性外，当其反向电压增大到一定数值时，电流会像雪崩一样地增加，使二极管进入反向击穿区。此后，反向电流在很大范围内变化时，而二极管两端的电压值基本保持不变。稳压管正是利用这一特点进行稳压的，此时的稳定电压称为齐纳电压，因此稳压二极管又名齐纳二极管。 （4） 发光二极管 发光二极管（简称LED）也是一种二极管，其主要结构也是PN结，但它使用的半导体材料主要是

21、砷化镓等。发光二极管在正向导通时会发光，电流增大，发光亮度增强。,（5） 变容二极管 变容二极管PN结的结电容随加至二极管上的反向电压的变化而变化。此时所加的电压是反向电压，流过的电流也是反向电流，其值很小。通常反向偏压越小，结电容越大；反向偏压越大，结电容越小。 （6） 光电二极管 光电二极管的特点是当其PN结受光照射后，其反向电阻会变小，反向电流随光照强度增大而增大。当光照条件不断变化时，光电二极管两端便产生相应变化的电信号。,（7） 开关二极管 开关二极管作为一种无触点开关，除了具有一般二极管的单向导电性之外，还具有更小的正向电阻，更大的反向电阻，较高的开关速度。 （8） 肖特基二极管

22、肖特基二极管是一种问世较晚的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短，正向电压仅0.4V，额定工作电流可达几十A。 除了上述类别，电子电路中用到的二极管还有隧道二极管、微波二极管、恒流二极管、激光二极管、双向二极管等种类。,7.3.3 二极管的主要参数与检测方法,最大整流电流I F：二极管能长期正常工作时的最大正向电流。 最高反向工作电压U RM：二极管长期正常工作时所允许的最高反向电压。 反向电流I R：二极管处于反向偏压而未被击穿时的电流值，又称为反向漏电流。 最高工作频率f M：二极管正常工作时的信号最高频率。,1. 半导体二极管的主要参数,二极管的正、负极可按下列方法来判别

23、： 看外壳上的色圈：现在常用的表示方法是在二极管的外壳上标有一个色圈，通常靠近此色圈的一端为负极，另一端为正极。如1N40xx系列二极管采用此标示法。 用万用表测量：用指针式万用表的 R100 或 R1k 档，任意测量二极管的两个引脚，指针偏转角度较大（正向导通）时，黑表笔（即万用表内电池正极）所接引脚为正极，红表笔（即万用表内电源负极）所接引脚为负极。 注意，如果用数字万用表的二极管档测量，导通时红表笔（内电池正极）所接引脚为正极。,2. 半导体二极管的检测,7.4 晶体三极管,7.4.1 三极管的结构与符号,7.4.2 三极管的分类,退 出,7.4.3 三极管的主要参数,7.4.4 三极管

24、的工作状态,7.4.1 三极管的结构与符号,三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，根据PN结不同的组合方式，形成了NPN型和PNP型两种类型的三极管。,7.4.2 三极管的分类,按照结构工艺分类，有PNP和NPN型；按照制造材料分类，有锗管和硅管；按照工作频率分类，有低频管和高频管。按照允许耗散的功率大小分类，有小功率管和大功率管；按封装形式可分为塑料封装和金属封装，常见三极管的封装外形见图7-13和7-14所示。,（1） 常用小功率晶体三极管 典型的有90系列，一般为TO-92标准塑料封装。包括低频小功

25、率硅管9013（NPN）、9012（PNP），低噪声管9014（NPN），高频小功率管9018（NPN）等。 （2） 常用中功率晶体三极管 TO-220塑封三极管，如低频中功率管TIP41（NPN）、TIP42（PNP），2SC9073（NPN），2SA940（PNP）等；TO-126塑封三极管，如低频中功率管D882（NPN）、B772（PNP）等； 此外还有金属封装的A3-02B 、塑封的TO-251 、TO-252等中功率三极管。,（3） 常用大功率半导体三极管 TOP-3A塑封三极管，如13007（NPN）等。TOP-3L塑封三极管，如低频大功率管2SC5200（NPN）、2SA194

26、3（PNP），2SC3208（NPN），2SA1301（PNP）等。MT200塑封三极管，如低频大功率管2SC3669（NPN）、2SA1429（PNP），2SC3858（NPN），2SA1494（PNP）等。TO-3金属封装三极管，如低频大功率管2SC3669（NPN）、2SA1429（PNP），2SC3858（NPN），2SA1494（PNP）等。,7.4.3 三极管的主要参数, 共射电流放大系数 。指共发射极接法，集电极输出电流的变化量IC与基极输入电流的变化量IB之比。一般晶体管的值在10-200之间，它是表征三极管电流放大作用的最重要的参数。 反向击穿电压值UCEO。指基极开路时加在

27、集电极、发射极两端电压的最大允许值，一般为几十伏，高压大功率管可达千伏以上。 最大集电极电流ICM。指由于三极管集电极电流IC过大使值下降到规定允许值时的电流（一般指值下降到2/3正常值时的IC值）。, 最大管耗PCM 。根据三极管允许的最高结温而定出的集电结最大允许耗散功率。 穿透电流ICEO 。基极电流IB=0时，集电极和发射极之间加上规定反向电压时的集电极电流 IC 。 共基极交流放大系数。共基接法时，集电极输出电流的变化量IC与发射极电流的变化量IE之比，因为ICIE，故1。 特征频率f T 。三极管的值下降到1时所对应的晶体管工作频率。通常以 f T 的值作为划分高频管和低频管的标志

28、，f T 3MHz的称为低频管，f T 3MHz的称为高频管。,7.4.4 三极管的工作状态,1 三极管的放大作用,2. 三极管放大电路的三种连接,根据输入回路和输出回路公共端的不同，可以有共发射极、共集电极和共基极三种接法，如图7-16所示。,1) 共发射极接法。以基极为输入端，集电极为输出端，发射极为输入回路和输出回路的公共端。特点：电压和电流放大倍数大，输入输出电阻适中，输入信号与输出信号相位相反。 2) 共集电极接法。以基极为输入端，发射极为输出端，集电极为输入回路和输出回路的公共端。特点：电压放大倍数接近于1，电流放大倍数大，输入电阻较大，输出电阻较小，输入信号与输出信号相位相同，具

29、有跟随作用。 3) 共基极接法。以发射极为输入端，集电极为输出端，基极为输入回路和输出回路的公共端。特点：电压放大倍数大，电流放大倍数接近于1，输入电阻小，输出电阻大，频率特性好，输入信号与输出信号相位相同。,3. 三极管的特性,三极管的特性是用三极管各个电极的电压和电流之间的关系来描述的，也称为三极管的伏安特性。图7-17（a）所示为共发射极电路，由实验得到的静态输入、输出特性曲线如图7-17（b）（c）所示。,1）输入特性曲线 输入特性曲线是指基极电流IB随发射结电压UBE变化的关系曲线，如图7-17（b）所示。该关系曲线是非线性的，工作在放大状态时，须使三极管工作在较直的区段。当UBE小

30、于门限电压（锗管为0.2-0.3伏，硅管约0.5-0.7伏）时，基极电流极小甚至没有，只有UBE超过门限电压值后，IB才随着UBE的增加而增加。图中的曲线位置和形状与UCE 有关，两条曲线表示在不同UCE取值下的输入特性曲线。通常当UCE大于1V后的输入特性曲线变化不大，实际应用中就用这条曲线代表三极管的输入特性曲线。,2）输出特性曲线 输出特性曲线是指集电极电流IC随集电极和发射极之间的电压UCE变化的关系曲线，如图7-17所示，分为三个区域： 截止区，指IB=0的那条特性曲线以下的区域。在此区域里，三极管的发射结和集电结都处于反向偏置状态，三极管失去放大作用，集电极只有微小的穿透电流ICE

31、O。 饱和区，指曲线左侧阴影区域。在此区域内，对应不同IB值的输出特性曲线簇几乎重合在一起。此时IB虽然增加，但IC增加不大，三极管基本无放大作用。 放大区，在截止区以上，饱和区与击穿区之间的区域为放大区。在此区域内，特性曲线近似于一簇平行等距的水平线，IC的变化量与IB的变化量基本保持线性关系，即IC=IB，此时三极管具有电流放大作用。,4. 三极管的检测与使用,1) 半导体三极管的管脚判别 在使用和安装三极管之前，首先应清楚三极管的管脚排列。三极管的管脚可以通过查手册获得，也可利用电子仪器进行测量。此外，也可以利用普通万用表判定三极管的管脚。 2) 半导体三极管性能测试 在三极管安装前首先

32、要对其性能进行测试。条件允许时可以使用晶体管图示仪，亦可以使用普通万用表对晶体管进行粗略测量。,3) 注意事项 (1) 使用三极管时，不得有两项以上的参数同时达到极限值。 (2) 焊接时，应使用低熔点焊锡。管脚引线不应短于10mm，焊接动作要快，每根引脚焊接时间不应超过两秒。 (3) 三极管在焊入电路时，应先接通基极，再接入发射极，最后接入集电极。拆下时，应按相反次序，以免烧坏管子。在电路通电的情况下，不得断开基极引线，以免损坏管子。 (4) 使用三极管时，要固定好，以免因振动而发生短路或接触不良，并且不应靠近发热元件。 (5) 功率三极管应加装有足够大的散热器。,7.5 其它半导体器件,7.

33、5.1 场效应晶体管,7.5.2 晶闸管,退 出,7.5.1 场效应晶体管,场效应晶体管（Field Effect Transistor），简称场效应管（FET）。三极管在工作时两种不同极性的载流子均参与导电过程，所以又称为“双极型晶体管”。而场效应管在工作过程中只有一种极性的多数载流子参与导电，因此也称为“单极型晶体管”。场效应管也是由P、N两种类型的半导体构成。从结构上分场效应管有结型（JFET）和绝缘栅型（MOS）两种，每种结构又有N沟道和P沟道两种类型。不论哪种结构，场效应管的基本工作原理都是通过改变栅极与源极间的电压，进而使漏极和源极之间的导电沟道宽度发生改变，从而使漏极电流随着栅极

34、电压的变化而变化，最终实现电压对电流的控制和放大作用。,1. 结型场效应管（JFET） 图7-18表示两种不同沟道结型场效应管的结构和电路符号，(a)图中N沟道结型场效应管的结构是在一块N型半导体材料上制造两个P型区域形成PN结，通过外加电压使两个PN结均处于反向偏置，改变反向电压的大小，可以控制两个空间电荷区(又叫耗尽层)的厚薄，从而控制流过场效应管的工作电流。,2. 绝缘栅型场效应管（MOSFET） 又称为MOS场效应管，意为金属-氧化物-半导体场效应管。分为 “增强型”和“耗尽型”两种。增强型在栅压为零时不存在导电沟道，漏-源之间不能流过电流，只有当栅-源电压大于（或小于）某个特定值时，

35、导电沟道才会形成。耗尽型在栅压为零时，导电沟道就已经存在，只有当栅-源电压小于（或大于）某个值时，导电沟道会被“夹断”，使漏-源之间不能流过电流。,图7-20是增强型MOS场效应管的沟道形成示意图，栅极加有负电压，而N型衬底加有正电压。由于铝栅极和N型衬底间电场的作用，使绝缘层下面的N型衬底表面的电子被排斥，而带正电的空穴被吸引到表面上来，于是在N型衬底的表面形成空穴型（P型）导电薄层，称为P沟道。MOS场效应管的栅极与源极绝缘，不存在栅极电流，其输入电阻非常高，这是MOS场效应管的重要特性之一。,耗尽型MOS场效应管的结构与增强型相似，如图7-21所示。,1) 饱和漏源电流I DSS 饱和漏

36、源电流是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压UGS=0，而漏源之间的电压大于夹断电压U P时的漏源电流。 2) 夹断电压U P 结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，漏源电压一定时，使漏源电流等于零时的栅极电压值。 3) 跨导g M 漏源电压一定时，漏源电流变化量和相应栅压变化量的比值叫跨导。跨导越大，表示放大能力越好。,3. 场效应管的主要参数,4) 直流输入电阻R GS 栅源极间的直流电阻。场效应管栅源两端工作在PN结的反向偏置（或绝缘）情况下，所以R GS可以高达100兆欧以上。这一特点是普通晶体管无法相比的。输入电阻高，使场效应管几乎不从信号源索取电流，对信号前级的影响极小，保证了良好的放

37、大性能。 此外，场效应管和普通晶体三极管一样，也有它的极限运用参数。如最大漏源电压、最大栅源电压、最大漏源电流、最大耗散功率等。,1) 具有较高输入阻抗和低噪声等优点，因而被广泛应用于各种电子设备中，尤其用场效管做整个电子设备的输入级，可以获得一般晶体管很难达到的整机低噪声性能。 2) 结型和绝缘栅型场效应管的控制原理相同。 3) 两种工作方式：当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗尽型；当栅压为零，漏极电流也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。,4. 场效应管的特点,1) 场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。 2) 场效应管利用多数载流子导电，所以称之为单极型器件；

38、而晶体管则既利用多数载流子，也利用少数载流子导电，被称为双极型器件。 3) 场效应管的源极和漏极可以互换使用，栅压也可正可负，灵活性比晶体管好。 4) 场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上，因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。,5. 场效应管与晶体管的比较,1) 场效应管的栅、漏、源三个电极，一般可以和普通晶体管的基级、集电极、发射极相对应。在使用时，要根据电路要求选择合适的管型。注意漏源电压、栅源电压、最大电流、耗散功率不要超过极限运用参数。 2) 场效应管有P型沟道和N型沟道之分。使用时要注意外加电压的极性，不能

39、接反。 3) 场效应管输入电阻很高，特别是绝缘栅场效应管更是这样。因此，在栅极产生的感应电荷很难被泄放掉，会逐渐积累造成电压升高，很容易把二氧化硅绝缘层击穿损坏。在保存、焊接管子时都要使三个电极相互短路。另外，安装、测试用的烙铁、仪器、仪表等的外壳都要接地良好。,6. 使用场效应管应注意的问题,7.5.2 晶闸管,1）结构 晶闸管具有三个PN结的四层结构，其外形、结构和图形符号如图7-22所示。由最外的P1层和N2层各引出一个电极，分别为阳极A和阴极K，由中间P2层引出的电极是门极G。,1. 晶闸管的结构和类型,2) 类型 常用的大功率晶闸管有螺栓式和平板式两种外形，如图7-22(a)所示。晶

40、闸管在工作过程中会因损耗而发热，因此必须安装散热器。螺栓式晶闸管是靠阳极（螺栓）拧紧在铝制散热器上，可自然冷却；平板式晶闸管由两个相互绝缘的散热器夹紧晶闸管， 靠冷风冷却， 额定电流大于200 A的晶闸管都采用平板式外形结构。晶闸管还可以采用水冷、油冷等冷却方式。,我们通过图7-23所示的电路来说明晶闸管的工作原理。电路中，由电源Ea、白炽灯、晶闸管的阳极和阴极组成晶闸管主电路；由电源Eg、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路, 也称触发电路。,2. 晶闸管的工作原理,当晶闸管的阳极A接电源Ea的正端，阴极K经白炽灯接电源的负端时， 晶闸管承受正向电压。当控制电路中的开关S断开时，白炽灯不亮

41、，说明晶闸管不导通。 当晶闸管的阳极和阴极承受正向电压，控制电路中开关S闭合，使控制极也加正向电压（控制极相对阴极）时，白炽灯亮，说明晶闸管导通。 当晶闸管导通时，将控制极上的电压去掉（即将开关S断开），白炽灯依然亮，说明一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。 当晶闸管的阳极和阴极间加反向电压时，不管控制极加不加电压，灯都不亮，晶闸管截止。如果控制极加反向电压，无论晶闸管主电路加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。,为了进一步说明晶闸管的工作原理，可把晶闸管看成是由一个PNP型和一个NPN型晶体管连接而成的，连接形式如图7-27所示。阳极A相当于PNP型晶体管V1的发射极，阴极K相当于NP

42、N型晶体管V2的发射极。,1) 正向重复峰值电压U DRM 在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般规定此电压为正向转折电压U BO的80%。 2) 反向重复峰值电压U RRM 在控制极断路时，可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压，此电压取反向击穿电压U RO的80%。 3) 通态平均电流I V(AV) 在环境温度小于40和标准散热及全导通的条件下，晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流平均值称为通态平均电流或正向平均电流。,4. 晶闸管的主要参数,1）晶闸管的命名方法,1. 晶闸管的命名及测试方法,2) 晶闸管的简单测试方法 对于晶闸管的三个电极，可以用万

43、用表粗测其好坏。依据PN结单向导电原理，用万用表欧姆档测试元件的三个电极之间的阻值，可初步判断管子是否完好。如用万用表R1 K 档测量阳极A和阴极K之间的正、反向电阻都很大，在几百千欧以上，且正、反向电阻相差很小；用R10或R100档测量控制极G和阴极K之间的阻值，其正向电阻应小于或接近于反向电阻，这样的晶闸管是好的。如果阳极与阴极或阳极与控制极间有短路，阴极与控制极间为短路或断路，则晶闸管是坏的。,本章小结,1常用电阻器有碳膜、金属膜和线绕电阻等，主要参数是标称阻值、允许误差和额定功率，在电路中起限流、分流、降压、分压、负载及阻抗匹配等作用。 2电容在电路中具有隔断直流电，通过交流电的作用，

44、主要用于耦合、滤波、去耦、旁路及调谐等电路中。 3电感是利用自感原理制成的电子元件，主要用于扼流、滤波和储能电路。变压器是利用互感原理制成的，主要用于耦合、变压和阻抗变换等电路。 4开关和接插件在电路中主要起通断控制和连接器的作用。,5半导体具有热敏、光敏和掺杂特性，本征半导体掺入微量三价元素可制成P型半导体，掺入微量五价元素可制成N型半导体。 6P型半导体和N型半导体相结合可形成PN结，PN结具有单向导电性，即正向偏置导通，反向偏置截止。 7一个PN结经过封装并引出电极后，就形成了二极管，二极管具有单向导电性。按用途二极管可分为整流、检波以及稳压、发光、变容、光电等特殊二极管。 8普通硅二极

45、管的正向导通电压约为0.7伏，锗管约为0.20.3伏。整流二极管的主要参数为最大整流电流和最高反向工作电压。,9双极型三极管有NPN和PNP两大类，输出特性曲线包括饱和、放大、截止和击穿四个区。其中放大、饱和和截止为三种工作状态。根据输入回路和输出回路公共端的不同，三极管电路有共发射极、共集电极和共基极三种接法。三极管主要参数有共射电流放大系数、反向击穿电压值UCEO、最大集电极电流ICM和最大管耗PCM等。三极管是电流控制器件。,10场效应晶体管是一种单极型晶体管，可分为结型（JFET）和绝缘栅型（MOS）两种，每种又可分为P沟道和N沟道两种。场效应管的主要参数有饱和漏源电流Idss、夹断电压Up和跨导gM等。场效应管是一种电压控制器件。 11. 晶闸管是一种大功率半导体变流器件，有三个PN结，当阳极和控制极同时加正向电压时，晶闸管导通，导通后切断控制电压，晶闸管仍维持导通状态。,