第1章电子元器件.ppt

第一章电子元器件,1.1电阻器1.2电容器1.3电感器1.4半导体二极管1.5半导体三极管1.6知识拓展1.7实训晶体管测试,返回,1.1 电阻器,1.1.1电阻器的外形与电路符号1.固定式电阻器(1)固定式电阻器的外形。如图1一1所示为电子电路中常用的几种电阻器的外形。(2)电阻器的电路符号。在电路原理图中，不同额定功率或特殊功能的电阻用不同符号表示，如图1一2所示。2.电位器电位器是一种可调的电子元件，是带滑动端的可变电阻。它有三个引出端:一个滑动端，两个固定端。其通过转动或滑动改变滑动端内部动触点的位置来调整滑动端与任一个固定端之间的电阻值。电位器具有调节电路中电压和电流大小的作用。(1)电位器的外形。常见电位器的外形如图1一3所示。,下一页,返回,1.1 电阻器,(2)电位器的电路符号。电位器的电路符号如图1-4所示。1.1.2电阻器的主要参数1.电阻器的标称阻值和允许偏差国家规定出一系列的阻值作为产品的标准，这就是电阻器的标称阻值。电阻的实际阻值不可能做到与它的标称阻值完全一样，两者间总是存在一定的误差。最大的允许误差除以该电阻的标称阻值所得的百分数就叫电阻的允许偏差。2.电阻器的额定功率电阻器的额定功率是指电阻器在一定的气压和温度下长期连续工作所允许承受的最大功率。如果电阻器上所加电功率超过额定值达到一定时间，电阻器就会被烧毁。电阻器额定功率的单位为瓦，用字母“W”表示。,上一页,下一页,返回,1.1 电阻器,1.1.3几种常用的电阻器类型1.碳膜电阻碳膜电阻的主要特点是各项性能参数一般，精度较低，但价格便宜、阻值范围宽，是用途最广泛的通用电阻器。2.金属膜电阻与碳膜电阻相比，金属膜电阻具有精度高、额定功率大、噪声小、温度系数小、高频特性好等优点，广泛应用于高级音响、计算机、测试仪器、自动化控制等电子设备中。3.精密型金属膜电阻精密型金属膜电阻的阻值精密、公差范围小，主要应用在对电阻阻值要求较精密的场合。,上一页,下一页,返回,1.1 电阻器,4.线绕电阻线绕电阻是将电阻线(康铜丝或锰铜丝)绕在耐热瓷体上，表面涂以耐热、耐湿、无腐蚀的不燃性保护涂料而形成。绕线电阻具有耐热性好、温度系数小、噪声小、精度较高、阻值稳定等优点，但其高频特性差。其主要用做大功率负载，能工作在150一300温度的环境中，因而在低频精密仪器中广泛应用。5.水泥电阻水泥电阻具有高功率、散热性好、稳定性高、耐湿、耐震等特点，主要用于大功率电路中，如电源电路的过流检测、保护电路，音频功率放大器的功率输出电路。,上一页,下一页,返回,1.1 电阻器,6.熔断电阻熔断电阻又名保险电阻，熔断电阻器兼备电阻与保险丝二者的功能，正常工作时作为电阻器使用，一旦电流异常就发挥其保险丝的作用来保护机器设备。熔断电阻主要应用在电源输出电路中。熔断电阻的阻值一般较小(几欧姆至几十欧姆)，功率也较小(1/8一1 W)。7.排电阻排电阻是将多个电阻器集中封装在一起而组合制成的一种复合电阻。排电阻具有装配方便、安装密度高等优点，目前已大量应用于电子电路中。8.表面安装电阻表面安装电阻又称无引线电阻、片状电阻、贴片电阻、SMD电阻。表面安装电阻主要有矩形和圆柱形两种形状。,上一页,下一页,返回,1.1 电阻器,9.敏感电阻敏感电阻器主要包括热敏、力敏、光敏、磁敏、压敏、气敏、湿敏等不同类型的电阻器，它们具有对温度、压力、光照度、湿度、磁场强度、气体浓度等非电物理量敏感的特性。用它们制成的各种传感器，广泛应用于自动化、测控等领域。1.1.4电阻器参数的识别1.直标法直标法是用阿拉伯数字和单位符号在电阻器表面直接标出标称阻值和技术参数，允许偏差直接用百分数或用I(5%)、(10%)及(20%)表示，如图1一5所示。,上一页,下一页,返回,1.1 电阻器,2.文字符号法文字符号法是用阿拉伯数字和文字符号两者有规律地组合来表示标称阻值，其允许偏差用文字符号表示:B(士0.1%),C(士0.25%),D(士0.5%),F(士1%),G(士2%),J(士5%),K(士10%),M(士20%),N(士30%)。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。当阻值小于10 时，常以xRx表示，将R看做小数点，单位为欧姆，如图1-6所示。3.数码法数码法用三位阿拉伯数字表示，前两位数字表示阻值的有效数，第三位数字表示有效数后面零的个数，单位为欧姆。偏差通常采用符号表示:B(士0.1%),C(士0.25%),D(士0.5%)、F(士1%)、G(士2%)、J(士5%)、K(士10%)、M(士20%)、N(士30%)，如图1-7所示。,上一页,下一页,返回,1.1 电阻器,4.色标法(1)两位有效数字的色标法四色环表示法。这种方法多用于普通电阻器。它用四条色带表示电阻器的标称阻值和允许偏差。第一色环表示第一位有效数字，第二色环表示第二位有效数字，第三色环表示倍乘数(即在前面两位数字后面加n的个数)，第四色环表示误差范围。色环电阻的单位一律为，如图1一8所示。(2)三位有效数字的色标法五色环表示法。精密电阻器一般用五道色环标注，它用前三道色环表示三位有效数字，第四道色环表示倍乘数(即在前面三位数字后面加0的个数)，第五道色环表示阻值的允许误差，如图1-9所示。,上一页,返回,1.2 电容器,1.2.1电容器的外形与电路符号1.常用电容器的外形几种常见的电容器的外形如图1一10所示。2.电容器的电路符号电容器的电路符号如图1一11所示。其中，有极性的电容器在使用时要保证它的正极电位始终高于负极。电解电容器就是有极性的电容器。1.2.2电容器的主要参数1.标称容量和允许误差电容器的标称容量是指电容器表面所标识的容量，常用的单位是 F(微法)、nF(纳法)、pF(皮法或微微法)。其换算关系为:1F=103 nF=106 pF。,下一页,返回,1.2 电容器,2.额定工作电压在规定的工作温度范围内，电容长期可靠地工作，它所能承受的最大直流电压就是电容的耐压，也叫做电容的直流工作电压。如果在交流电路中，要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。3.介质损耗电容器在电场作用下消耗的能量，通常用损耗功率和电容器的无功功率之比，即用损耗角的正切值表示。损耗角越大，电容器的损耗就越大，损耗角大的电容不适于高频情况下工作。介质损耗取决于电容器介质所用的材料及制作工艺，真实地表征了电容器质量的优劣。,上一页,下一页,返回,1.2 电容器,1.2.3几种常用的电容器类型电容器种类繁多，性能各异，使用时应依据容量大小、耐压高低、频率特性、温度特性、精密度、稳定性、尺寸大小、是否有极性、价格等诸多因素综合考虑进行选择。1.铝电解电容它是有极性电容器，具有容量大、损耗大、漏电大、价格低等特点。其主要应用于电源滤波、低频藕合、去藕、旁路等。2.担电解电容它是有极性电容器，其损耗、漏电小于铝电解电容，价格比铝电解电容高。其主要应用在要求高的电路中代替铝电解电容。,上一页,下一页,返回,1.2 电容器,3.云母电容它具有容量小、稳定性高、可靠性高、温度系数小的特点。其主要应用在高频振荡、脉冲等要求较高的电路中。4.涤纶薄膜电容它具有精度高、损耗小、体积小、容量较大、稳定性好的特点。其适宜做旁路电容。5.瓷片电容瓷片电容就是以瓷介质为主要材质制作的电容器。瓷片电容分为高频瓷片电容和低频瓷片电容。1.2.4电容参数的标识1.直标法直标法就是在电容表面直接标注容量值。,上一页,下一页,返回,1.2 电容器,2.数码表示法这种表示方法最为常见。(1)用三位数字来表示容量的大小，单位为pF。前两位为有效数字，后一位表示倍乘数(即在前面两位数字后面加。的个数)。(2)若第三位数字为9，则乘以10-13.色码表示法这种表示法与电阻器的色环表示法类似，将颜色涂于电容器的一端或从顶端向引线排列。色码一般只有三道色环，前两环为有效数字，第三环为倍乘数，单位为pF。,上一页,返回,1.3 电感器,1.3.1电感器的外形与电路符号1.常见电感器的外形常见电感元件的外形如图1一12所示。2.电感器的电路符号电感器的电路符号如图1一13所示。1.3.2电感器的主要参数1.电感量及误差电感量的基本单位是亨利(H)，常用的有毫亨(mH)、微亨(H)和毫微亨(nH)。电感误差在5%一20%之间。,下一页,返回,1.3 电感器,2.品质因数品质因数是表示电感质量的一个参数。它是指电感在某一频率的交流电压下工作时，电感所呈现的感抗和电感的直流电阻的比值，用公式表示为1.3.3电感器的分类(1)按功能分，电感器可分为振荡线圈、扼流线圈、藕合线圈、校正线圈、偏转线圈等。(2)按是否可调分，电感器可分为固定电感、可调电感。(3)按结构分，电感器可分为空心线圈、磁芯线圈、铁芯线圈。(4)按安装方式分，电感器可分为贴片式电感、插件式电感。(5)按工作频率分，电感器可分为高频电感、中频电感和低频电感。,上一页,下一页,返回,1.3 电感器,1.3.4电感参数的标识有些电感采用直标法、数码法、色码法进行标识。值得注意的是，电感多为非标准化元件，很多甚至是定制产品或自制产品，标识不规范，要获得其参数需查阅相关资料。,上一页,返回,1.4 半导体二极管,1.4.1二极管的外形和电路符号1.常用二极管的外形常见二极管的外形如图1一14所示。2.二极管结构和电路符号采用一定的制造工艺，在同一块半导体基片的两边分别形成P型和N型半导体，则这两种半导体的交界面附近会形成一个很薄的空间电荷区，我们称之为PN结，它是构成各种半导体器件的核心。在PN结的两端各引出一根电极引线，然后用外壳封装起来就构成了二极管，其结构和电路符号示意如图1一15所示。由P区引出的电极被称为正极(+)，由N区引出的电极被称为负极(一)，电路符号中的箭头方向表示了正向电流的流通方向。,下一页,返回,1.4 半导体二极管,1.4.2二极管的伏安特性仿真测试 1.正向特性仿真测试(1)在Multisim仿真测试平台上，构建仿真测试电路如图1一16所示。二极管加正向电压。(2)设置元器件参数。V1:直流电压源。设定输出电压为12 Vo R1:100 电位器。用来调节二极管两端正向电压的大小，如图1一17所示设定参数。X1:灯泡，当有一定的电流通过时会发光，在此作100，用来限制电路的最大电流。按图1一18所示来设定其参数。,上一页,下一页,返回,1.4 半导体二极管,(3)启动仿真。开启仿真开关。调节电位器R,。按下“A键可以上调电位器滑动端的位置，按下“Shift十A”键可以下调电位器滑动端的位置。R1附近的百分数显示滑动端的位置。调节电位器R,，则电压表U1和电流表U2的显示随之变化。在二极管正向电压为0.10 0.80 V的范围内，采用逐点法进行测试，测试数据记录在表1一1中。2.反向特性的仿真测试(1)按图1一19构建仿真测试电路。二极管加反向电压。(2)设置元器件参数。,上一页,下一页,返回,1.4 半导体二极管,(3)启动仿真。开启仿真开关。调节电位器R1。电位器滑动端位置在0%一100%的范围内，采用逐点法进行测试测试数据记录在表1一2中。3.仿真结果分析及结论根据仿真结果绘制二极管特性曲线如图1一20所示。(1)正向特性。正向特性指二极管正偏时的伏安特性。外加正向电压较小时，正向电流几乎为零，这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压或门限电压Uth。,上一页,下一页,返回,1.4 半导体二极管,(2)反向特性。反向特性指二极管反偏时的伏安特性。当二极管加上反向电压时，只产生微小的反向电流。反向电压在一定范围内变化时，反向电流变化不大。室温下，小功率硅二极管反向电流一般为微安级(A)，甚至纳安级(nA)。(3)反向击穿特性。外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为电击穿。引起电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压UBR。二极管并不会因为电击穿而永久损坏，在撤除外加电压后，其性能仍可恢复。但是，如果二极管因电击穿产生的反向电流太大而引起PN结过热，就会造成二极管彻底损坏，在撤除外加电压后，其性能不可恢复，这种现象称为热击穿。,上一页,下一页,返回,1.4 半导体二极管,1.4.3二极管的主要技术参数二极管的参数表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标。在工程上，往往根据生产厂商提供的技术参数来选用二极管。二极管有以下几个主要参数。1.最大整流电流IF最大整流电流IF.是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向平均电流值。2.最高反向工作电压URM加在二极管两端的反向电压达到一定值时，二极管会被击穿，失去单向导电能力。为了保证二极管不被击穿，规定了最高反向工作电压值。,上一页,下一页,返回,1.4 半导体二极管,3.反向电流IR反向电流是指二极管在规定的温度和反向电压作用下，流过二极管的反向电流。4.最高工作频率FM二极管的PN结存在电容效应，其作用相当于在二极管两端并联一个电容器，如图1一21所示。1.4.4几种常用的二极管类型1.整流二极管它的主要用途是在电源电路上做整流元件，还可以灵活地构成限幅、钳位、抑制反向电动势、数据保护等电路。,上一页,下一页,返回,1.4 半导体二极管,2.稳压二极管稳压二极管属于硅管，在反向击穿区具有极陡的击穿曲线，在很大的电流变化范围内，只有极小的电压变化。其一般用于产生电路中的基准电压。3.发光二极管发光二极管(LE D)和普通二极管类似，也具有单向导电性，其发光响应速度可快到几十纳秒，颜色和外形种类很多。4.检波二极管检波二极管的工作电流小，结电容小。其主要用在小信号、高频电路中。5.肖特基二极管它的反向恢复时间极短，可达几纳秒，导通电压可达0.4 V。其主要在开关稳压电源和逆变器中作续流二极管用。,上一页,下一页,返回,1.4 半导体二极管,6.快恢复二极管它的正向压降较低，反应时间较快(0.2 0.75 s)，比肖特基二极管耐压高得多。其多在开关电源、逆变电源中作整流元件。7.变容二极管它是一种结电容随外加反向偏置电压改变而有较大变化的二极管。其常用于自动频率控制电路、扫描振荡电路、锁相电路、调谐电路中。1.4.5二极管的识别与检测一般情况下，二极管外壳上仅标识其型号、极性，欲获得它的性能参数需查阅相关技术手册。1.二极管的极性识别有一些型号的二极管标识有其极性，可直接判定正负极，如图1一22所示。,上一页,下一页,返回,1.4 半导体二极管,2.二极管检测(1)用指针式万用表检测。用指针式万用表检测二极管时，一般用欧姆挡Rx100或Rxl k进行。由于二极管是非线性元件，用不同倍率的欧姆挡或不同灵敏度的万用表进行测试时，所得的数据是不同的，但是正反向电阻相差几百倍这一原则是不变的。测试原理与方法如图1-23所示。判断二极管的正极和负极:通过测量二极管的正反向电阻来判断二极管的正负极。判断二极管的好坏:用万用表测试二极管的正、反向电阻，然后加以判断。(2)用数字式万用表检测。数字式万用表有一个专门测量二极管的挡位，测量方法如图1一24所示。,上一页,返回,1.5 半导体三极管,1.5.1三极管的外形和电路符号1.常见半导体三极管的外形常见三极管的外形如图1-25所示。2.三极管的结构和电路符号根据结构特点，三极管分为NPN型和PNP型两大类，其结构示意图和电路符号如图1-26所示。PNP型三极管的结构与NPN型三极管类似，不再赘述。需要注意三极管的电路符号，发射极箭头指向外的是NPN管，发射极的箭头指向内的是PNP管，发射极箭头方向与三极管放大工作时发射极电流的实际流向相同。,下一页,返回,1.5 半导体三极管,三极管的结构具有以下特点:发射区掺杂浓度很高，基区很薄且掺杂浓度很低，集电区掺杂浓度比发射区低，但其结面积很大。这些特点是三极管具有电流放大能力的内部条件。特别提示:实际三极管的发射区和集电区是不对称的，在结构、形状、参杂浓度等方面具有很大的不同，所以不可将发射极与集电极对调使用。1.5.2三极管电流分配与放大作用仿真测试1.实验电路在MultiSim测试平台上，构建实验电路如图1一27所示。,上一页,下一页,返回,1.5 半导体三极管,2.仿真过程启动仿真。R2作为可变电阻使用，按下“A”键或“Shift+A”键可以调节电位器滑动端的位置，进而改变R2的电阻值。调整R2，使I等于不同的值，测出相应的IC和IE，仿真测量结果记录于表1一3中。3.结论根据仿真结果可以得出以下结论:(1)任何情况下都有:。这是由基尔霍夫电流定律决定的。(2)当改变IB的值时，IC和IE的值随之改变，即IC和IE受IB的控制。(3)对于每一个IB，都有一个对应的IC和IE，而且集电极电流IC和发射极电流IE比基极电流IB大得多.(4)当基极电流IB产生一个微小变化 IB时，导致集电极电流IC产生一个大幅度的变化 IC。,上一页,下一页,返回,1.5 半导体三极管,1.5.3三极管特性曲线三极管的特性曲线是指三极管的各极电流与极间电压之间的关系，它比较准确、全面地反映了三极管的性能。三极管的特性曲线包括输人特性曲线和输出特性曲线。工程上使用最多的是共发射极电路输人特性曲线和输出特性曲线。三极管特性曲线的测试原理电路如图1一28所示，特性曲线采用逐点测试法描绘出来。工程上通常采用专用仪器(如晶体管图示仪)直接测量并显示出来。1.共发射极输入特性曲线,上一页,下一页,返回,1.5 半导体三极管,在如图1-28所示的三极管特性曲线测试电路中，通过调节可变电阻Rwi，可以改变UBE，则基极电流IB、集电极电流IC和发射极电流IE都随之变化，采用逐点测试法测得输人特性曲线如图1一29所示。2.共发射极输出特性曲线输出特性曲线是在基极电流IB一定的情况下，集电极电流IC与集射电压UCE之间的函数关系曲线，用函数式表示为在不同的IB下，可得出不同的曲线，所以输出特性曲线是一组曲线。如图1一30所示是一个典型的三极管输出特性曲线。三极管的输出特性曲线分为放大区、截止区和饱和区，如图1一31所示。,上一页,下一页,返回,1.5 半导体三极管,1.5.4三极管的主要参数三极管的参数表征三极管的性能和安全工作范围，主要如下所述。1.共射极电流放大系数 前面已介绍了共发射极直流电流放大系数吞和共发射极交流电流放大系数启。尽管吞和启的含义是不同的，但两者数值较为接近，在实际工程中对二者不加严格区分，统称为三极管共发射极电流放大系数刀，它反映了共发射极电路的电流放大能力。2.极间反向漏电流ICBD和UCED实际上，三极管存在漏电流ICBD和UCED。为发射极开路时，集电极和基极之间的反向电流称为集电极反向饱和电流ICBD。的测试电路如图1-32所示;UCED指基极开路时，由集电区穿过基区流入发射区的电流，称为集电极穿透电流，UCED的测试电路如图1-33所示。,上一页,下一页,返回,1.5 半导体三极管,3.集电极最大允许的电流ICM当集电极电流IC超过一定值时，三极管的B值要下降。B值下降到规定值2/3时的集电极电流，称为集电极最大允许电流ICM。因此，选管子时，应使参数留有裕量。4.反向击穿电压(1)U(BR)CED，集一射反向击穿电压:它是指基极开路时加于集电极与发射极间允许的最大反向电压值。(2)U(BR)CED，集一基反向击穿电压:它是指发射极开路时，在集电结上的反向击穿电压。(3)U(BR)CED，指集电极开路时，发射极与基极间的反向击穿电压。普通晶体管的该电压值比较小，只有几伏。,上一页,下一页,返回,1.5 半导体三极管,5.集电极最大允许功率损耗PCM集电极电流流过集电结，使其消耗功率而发热，PCM表示集电结上允许损耗功率的最大值。集电结的损耗功率超过PCM。时，管子性能将变坏甚至烧毁。在管子的输出特性曲线上，画出其对应的允许功率损耗线(常数)，如图1一34所示。PCM线的左侧为安全区，右侧为过损耗区。PCM与环境的温度有关，环境温度高时，会降低使用功率，通常用加散热器来降低管子的温度。6.温度对参数的影响(1)温度对UBE的影响。温度升高时，在IB相同的条件下，UBE将减小。(2)温度对ICBD，的影响。温度升高时，ICBD及ICED增大，温度每升高10，ICBD，约增加一倍。,上一页,下一页,返回,1.5 半导体三极管,1.5.5三极管分类晶体三极管的种类很多，分类方法也有多种。按结构分有NPN和PNP两大类;按材料分主要有硅管、锗管;按用途分有高频放大管、中频放大管、低频放大管、低噪声放大管、开关管、高反压管、带阻尼的三极管等;按功率分有小功率三极管、中功率三极管、大功率三极管;按工作频率分有低频三极管、高频三极管和超高频三极管;按制作工艺分有平面型三极管、合金型三极管、扩散型三极管。1.5.6三极管的识别与检测1.确定基极用万用表进行测量判断时可将三极管看成是由两个背靠背或面对面的二极管构成，如图1一35所示。,上一页,下一页,返回,1.5 半导体三极管,对于NPN型管子，数字万用表置于二极管挡位，红表笔接基极，黑表笔分别接另外两个电极时，万用表两次显示结果都应该是0.7 V左右。反过来说，如果红表笔接某一个管脚(比如1脚)，黑表笔分别接另外两个管脚(2脚、3脚)时，万用表的两次显示结果都是0.7 V左右，则可以判定这个管脚(1脚)必为基极，如图1一36所示。不妨把这种测试基极的方法叫做固定红表笔法。2.确定发射极和集电极确定基极后，判定三极管发射极和集电极的具体步骤如下。(1)将数字万用表置于h FE挡位(测量刀值)。(2)将已经确定基极和类型的三极管插入万用表的h FE测量插座。(3)三极管基极B位置不变，将其他两个管脚对调，重新插入h FE测量插座，万用表再次显示值。,上一页,下一页,返回,1.5 半导体三极管,(4)比较两次测试结果，显示月值大的那一次测量，管脚插入正确，即三极管三个管脚与万用表h FE测量插座标识是一致的。图1-37给出了一个NPN管子确定基极后，判定其发射极和集电极的实例。,上一页,返回,1.6 知识拓展,1.6.1半导体基础知识半导体，顾名思义是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。1.本征半导体(1)本征半导体的内部结构。本征半导体的内部原子的排列呈现为晶体结构。如图1一38所示是本征半导体的晶体结构示意图。(2)自由电子和空穴。在绝对温度T=0 K(-273 0C)且没有外界能量作用时，共价键中的电子被紧紧束缚着，本征半导体中没有可以自由移动的带电粒子，是不导电的，如同绝缘体。当有外界能量作用(如温度升高、光照)时，某些价电子因获得足够能量而挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位，称为空穴。我们把这样一个过程称为本征激发，如图1一39所示。,下一页,返回,1.6 知识拓展,(3)本征激发和复合的动态平衡。本征激发产生自由电子和空穴对，本征半导体中的自由电子和空穴的数量是相等的。自由电子可能受到空穴的吸引回到空穴中去，造成这一对电子和空穴消失，这个过程被称为复合。(4)漂移电流的形成。可以自由运动的带电粒子称为载流子。半导体中有两种载流子:带负电的自由电子和带正电的空穴。在外加电场的作用下，自由电子和空穴将做定向运动形成电流，这种运动称为漂移，所形成的电流叫做漂移电流。半导体材料和金属材料的导电机理是不同的，这是由它们的内部结构决定的。,上一页,下一页,返回,1.6 知识拓展,2.杂质半导体制造半导体器件需要杂质半导体。在人为的严格控制下，通过一定的半导体工艺，在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可生成杂质半导体。根据掺入杂质性质的不同，将杂质半导体分为两类:N型半导体和P型半导体。与本征半导体相比，杂质半导体的导电性发生了显著变化。(1)N型半导体。从导电机制的角度来看，N型半导体的内部结构示意图可用图1-40来表示。由于掺入杂质的原因，产生了大量的自由电子和等量的正离子。(2)P型半导体。P型半导体的内部结构示意图可用图1-41来表示。,上一页,下一页,返回,1.6 知识拓展,1.6.2 PN结及其单向导电性采用一定的制造工艺，在同一块半导体基片的两边分别形成P型和N型半导体，则这两种半导体的交界面附近会形成一个很薄的空间电荷区，称为PN结，它是构成各种半导体器件的核心。那么，PN结是如何产生的，它又有何特性呢?1.PN结的形成在日常生活中，当我们把一滴黑色墨水滴入一杯透明的水中时，会产生什么结果呢?显然，墨水会扩散开来，弥漫于整个水杯中，使水变黑。这是一个典型的扩散现象。根据物理学研究:如果自由物质粒子空间存在密度分布不平衡，一也就是空间各个不同的局部区域存在密度差(或者浓度差)的时候，扩散运动便开始了。自由粒子总是向着最终平衡的方向，也就是向着密度(浓度)最终处处相同的方向运动。,上一页,下一页,返回,1.6 知识拓展,(1)多子扩散。P型、N型半导体交界面两侧的两种载流子浓度存在很大的差异:P区的空穴浓度远大于N区的空穴浓度;而N区的自由电子浓度远大于P区的自由电子浓度。因此，会产生载流子从高浓度区向低浓度区的扩散运动，如图1-42所示。(2)形成空间电荷区。P区多子空穴越过交界面扩散到N区，然后被N区的多子自由电子复合而消失;同时，N区多子自由电子越过交界面扩散到P区，然后被P区的多子空穴复合而消失。结果使交界面附近形成了由不能移动的正、负离子构成的空间电荷区，同时建立了内建电场(简称内电场)，内电场方向由N区指向P区，如图1-43所示。,上一页,下一页,返回,1.6 知识拓展,(3)内电场的影响。在电场中，正电荷的受力方向与电场方向相同，而负电荷的受力方向与电场方向相反。P区多子空穴向N区扩散时受到内电场的阻力，N区多子自由电子向P区扩散时也会受到内电场的阻力，所以说内电场阻碍多子的扩散运动。另一方面在两个区靠近交界面处，由于内电场的作用，N区的空穴(少子)流向P区，P区的自由电子(少子)流向N区，内电场使得少子产生漂移运动，如图1-44所示。(4)扩散和漂移运动的动态平衡。多子的扩散运动使得空间电荷区增宽，内电场增强;少子的漂移运动使得空间电荷区变窄，内电场减弱。开始时内电场较小，扩散运动较强，漂移运动较弱，随着扩散的进行，空间电荷区增宽，内电场增大，扩散运动逐渐减弱，漂移运动逐渐加强。当外部条件一定时，扩散运动和漂移运动最终将达到动态平衡，即扩散过去多少载流子必然漂移过来同样多的同类载流子，这时扩散电流等于漂移电流，如图1 45所示。,上一页,下一页,返回,1.6 知识拓展,2.PN结的单向导电性当PN结无外加电压时，载流子的扩散与漂移处于动态平衡状态，因此流过PN结的总电流为零。如果在PN结的两端外加电压，就将破坏原来的平衡状态。此时，扩散电流不再等于漂移电流，因而PN结将有电流流过。当外加电压极性不同时，PN结表现出截然不同的导电性能，即呈现出单向导电性。(1)正向导通。当电源的正极接到PN结的P端，电源的负极接到PN结的N端时，称PN结外加正向电压，也叫做正向偏置，简称正偏。此时外电场将多数载流子推向空间电荷区，使其变窄，削弱了内电场，破坏了原来的平衡，使扩散运动加剧，而漂移运动减弱。由于电源的作用，扩散运动将源源不断地进行，从而形成回路电流，如图1-46(a)所示。,上一页,下一页,返回,1.6 知识拓展,(2)反向截止。当电源的正极接到PN结的N端，电源的负极接到PN结的P端时，称PN结外加反向电压，一也叫做反向偏置，简称反偏，如图1-46(b)所示。1.6.3三极管的工作原理以NPN型三极管为例说明三极管的放大原理。1.三极管的结构特点NPN型三极管的结构示意图如图1-47所示。2.放大状态下的各极电流形成过程在满足三极管发射结正偏、集电结反偏的条件下，其内部电流的分配关系如图1-48所示。,上一页,下一页,返回,1.6 知识拓展,3.电流分配关系由以上分析可知，晶体管三个电极上的电流与内部载流子传输形成的电流之间有如下关系4.三极管共发射极直流电流放大系数B,上一页,返回,1.7 实训晶体管测试,1.7.1任务目标(1)掌握用万用表判断二极管和三极管的管脚极性的方法。(2)会使用晶体管图示仪测量二极管和三极管的性能参数。1.7.2实训内容(1)用数字万用表测试判断1 N4001型二极管的正负极。(2)用数字万用表测试判断9012和9013型三极管的管脚分布。(3)用JT一1晶体管图示仪测量1 N4001的特性曲线，测量其反向击穿电压UBR.(4)用JT一1晶体管图示仪测量9013三极管的特性曲线，测量B、ICEO,UBRCEO 及饱和电压。,下一页,返回,1.7 实训晶体管测试,1.7.3材料和设备(1)1 N4001型二极管。(2)9012和9013型三极管。(3)数字万用表。(4)JT一1晶体管图示仪。JT一1晶体管图示仪面板如图1-49所示。1.7.4实训步骤(1)用数字万用表测试判断1 N4001型二极管的正负极。方法见本章1.4节。(2)用数字万用表测试判断9012和9013型三极管的管脚分布。方法见本章1.5节。,上一页,下一页,返回,1.7 实训晶体管测试,(3)用JT一1晶体管图示仪测量1 N40010测量正向特性曲线，测出正向电流100 mA时的导通电压。测量其反向特性，测量反向击穿电压UBR.1.7.5实训总结(1)分析讨论测量结果，给出结论。(2)总结实训实施过程中的问题、解决方法和收获。,上一页,返回,图1一1常用电阻器的外形,返回,图1一2电阻器的电路符号,返回,图1-3 常见电位器的外形,返回,图1一4电位器的电路符号,返回,图1一5电阻直标法标识示例,返回,图1-6电阻文字符号法标识示例,返回,图1一7电阻数码法标识示例,返回,图1一8四色环表示法示意,返回,图1一9 五色环表示法示意,返回,图1一10几种常见的电容器的外形,返回,图1一11 电容器的电路符号,返回,图1一12常见电感元件的外形,返回,图1一13电感器的电路符号,返回,图1一14常见二极管的外形,返回,图1-15二极管结构和电路符号示意,返回,图1-16正向特性仿真测试电路,返回,图1一17R1参数设定,返回,图1一18灯泡参数设定,返回,表1一1逐点法测试数据,返回,图1-19反向特性仿真测试电路,返回,表1一2调节电位器所测得的数据,返回,图1一20二极管的特性曲线,返回,图1一21 PN结的电客效应,返回,图1一22二极管极性标识,返回,图1一23指针式万用表检测二极管极性,返回,图1-24数字式万用表粉测二极管极性,返回,图1-25常见三极管的外形,返回,图1-26三极管结构示意图和电路符号,返回,图1-27三极管电流分配与放大作用仿真电路,返回,表1一3仿真测量结果,返回,图1-28三极管特性曲线的测试原理电路,返回,图1一29共发射极输入特性曲线,返回,图1-30典型的三极管输出特性曲线,返回,图1-31输出特性曲线的三个区域,返回,图1-32ICBO的测试电路,返回,图1一33 ICEO的测试电路,返回,图1-34三极管安全工作区,返回,图1-35用万用表测量三极管的等效电路,返回,图1-36测试确定NPN型管子基极,返回,图1-37判定三极管发射极和集电极,返回,图1一38本征半导体的晶体结构,返回,图 1-39 本征激发,返回,图 1-40 N型半导体的内部结构,返回,图1-41 P型半导体的内部结构,返回,图1-42子扩散运动,返回,图1一43内电场建立,返回,图1-44内电场的影响,返回,图1-45扩散和漂移运动的动态平衡,返回,图1-46 PN结的单向导电性,返回,图1-47平面型NPN三极管的结构,返回,图1-48三极管内部电流分配关系,返回,图1-49JT一1品体管图示仪面板示意图,返回,