第四章 晶体二极管与晶体三极管教学提纲.docx
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第四章晶体二极管与晶体三极管教学提纲
第四章晶体二极管与晶体三极管
第四章晶体二极管与晶体三极管
本章概述：
晶体管是采用半导体晶体材料（如硅、锗、砷化镓等）制成的，在电子产品中应用十分广泛。
本章从二、三极管的型号、分类、外形识别及检测等多个方面，对常用二、三极管进行了较为详细和系统的讲解。
第一节晶体二极管和晶体三极管的型号命名方法
一、中华人民共和国国家标准（GB249-74）
国标（GB249-74）半导体器件型号命名由五部分组成，见表4-1。
表4-1国标半导体器件型号命名方法
第一部分
第二部分
第三部分
第四部分
第五部分
用数字表示器件电极数目
用汉语拼音字母表示器件的材料和极性
用汉语拼音字母表示器件的类型
用数字表示器件的序号
汉语拼音字母表示规格号
符号
意义
符号
意义
符号
意义
符号
意义
2
二极管
A
N型锗材料
P
普通管
D
低频大功率管
B
P型锗材料
V
微波管
A
高频大功率管
C
N型硅材料
W
稳压管
T
半导体闸流管
D
P型硅材料
C
参量管
X
低频小功率管
Z
整流管
G
高频小功率管
3
三极管
A
PNP型锗材料
L
整流堆
J
阶跃恢复管
B
NPN型锗材料
S
隧道管
CS
场效应管
C
PNP型硅材料
N
阻尼管
BT
特殊器件
D
NPN型硅材料
U
光电器件
FH
复合管
E
化合物材料
K
开关管
PIN
PIN管
B
雪崩管
JG
激光器件
Y
体效应管
备注
低频小功率管指截止频率<3MHZ、耗散功率<1W，高频小功率管指截止频率≥3MHZ、耗散功率<1W，低频大功率管指截止频率<3MHZ、耗散功率≥1W，高频大功率管指截止频率≥3MHZ、耗散功率≥1W。
例如：
锗PNP高频小功率管为3AG11C，即
３（三极管）Ａ（PNP型锗材料）Ｇ（高频小功率管）１１（序号）Ｃ（规格号）
二、美国电子半导体协会半导体器件型号命名法
表4-2美国电子半导体协会半导体器件型号命名法
第一部分
第二部分
第三部分
第四部分
第五部分
用符号表示用途的类别
用数字表示PN结的数目
美国电子半导体协会（EIA）注册标志
美国电子半导体协会（EIA）登记顺序号
用音字母表示器件分档
符号
意义
符号
意义
符号
意义
符号
意义
符号
意义
JAN或J
军用品
1
二极管
N
该器件已在美国电子半导体协会登记顺序号
多位数字
该器件已在美国电子半导体协会登记顺序号
ABCD
同一型号不同档别
2
三极管
无
非军用品
3
3个PN结器件
4
N个PN结器件
三、日本半导体器件型号命名方法
表4-3日本半导体器件型号命名方法
第一部分：
器件类型或有效电极数
第二部分：
日本电子工业协会注册产品
第三部分：
类别
第四部分：
登记序号
第五部分：
产品改进序号
数字
含义
字母
含义
字母
含义
用两位以上的整数表示在日本电子工业协会注册登记的、顺序号
用字母A、B、C、D……表示对原来型号的改进
0
光敏二极管、晶体管或其组合管
S
表示已在日本电子工业协会（JEIA）注册登记的半导体分立器件
A
PNP型高频管
B
PNP型低频管
C
NPN型高频管
D
NPN型低频管
1
二极管
F
P门极晶闸管
2
三极管或具有两个pn结的其他器件
G
N门极晶闸管
3
具有四个有效电极或具有三个PN结的晶体管
H
N基极单结晶体管
J
P沟道场效应管
K
N沟道场效应管
M
双向晶闸管
第二节半导体器件的外形识别
一、晶体二极管的外形识别
1.晶体二极管的结构与特性
定义：
晶体二极管由一个PN结加上引出线和管壳构成。
所以，二极管实际就是一个PN结。
电路图中文字表示符号为用V表示。
基本结构：
PN结加上管壳和引线，就成为了半导体二极管。
图4-1二极管的结构和电路符号
二极管最主要的特性是单向导电性，其伏安特性曲线如图4-2所示。
1）正向特性
当加在二极管两端的正向电压（P为正、N为负）很小时（锗管小于0.1伏，硅管小于0.5伏），管子不导通，处于“截止”状态，当正向电压超过一定数值后，管子才导通，电压再稍微增大，电流急剧暗加（见曲线I段）。
不同材料的二极管，起始电压不同，硅管为0.5-0.7伏左右，锗管为0.1-0.3左右。
2）反向特性
二极管两端加上反向电压时，反向电流很小，当反向电压逐渐增加时，反向电流基本保持不变，这时的电流称为反向饱和电流（见曲线II段）。
不同材料的二极管，反向电流大小不同，硅管约为1微安到几十微安，锗管则可高达数百微安，另外，反向电流受温度变化的影响很大，锗管的稳定性比硅管差。
3）击穿特性
当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。
这时的反向电压称为反向击穿电压，不同结构、工艺和材料制成的管子，其反向击穿电压值差异很大，可由1伏到几百伏，甚至高达数千伏。
图4-2晶体二极管伏安特性曲线
2.晶体二极管的分类与图集
按材料分为两种：
一是硅二极管，二是锗二极管。
按制作工艺分为面接触二极管和点接角二极管。
按用途分类有整流二极管、检波二极管、发光二极管、稳压二极管、光敏（光电）二极管、开关二极管和快恢复二极管。
（1）检波用二极管
就原理而言，从输入信号中取出调制信号是检波，以整流电流的大小（100mA）作为界线通常把输出电流小于100mA的叫检波。
锗材料点接触型、工作频率可达400MHz，正向压降小，结电容小，检波效率高，频率特性好，为2AP型。
类似点触型那样检波用的二极管，除用于检波外，还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。
也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。
1.检波二极管2.老检波二极管3.检波二极管1n64.贴片检波二极管
5.玻璃管封装的检波二极管6.检波二极管LL1N60P7.检波二极管
8.AP系列检波二极管9.2AP9检波二极管10.高频检波二极管
11.贴片检波二极管LL60P12.检波二极管
13.检波二极管14.高频检波二极管2AP30D（锗）15.小信号检波二极管
图4-3检波用二极管图集
（2）整流用二极管
就原理而言，从输入交流中得到输出的直流是整流。
以整流电流的大小（100mA）作为界线通常把输出电流大于100mA的叫整流。
分类如下：
①硅半导体整流二极管2CZ型、②硅桥式整流器QL型、③用于电视机高压硅堆工作频率近100KHz的2CLG型。
1.整流二极管2.整流二极管（1N4007）
3.整流二极管6A104.肖特基势垒整流二极管5.整流二极管
6.发电机整流二极管7.整流二极管8.贴片整流二极管9.整流二极管（SMA）
10.整流二极管11.贴片整流二极管12.整流二极管13.整流二极
14.整流二极管
图4-4整流用二极管
（3）限幅用二极管
大多数二极管能作为限幅使用。
也有象保护仪表用和高频齐纳管那样的专用限幅二极管。
通常使用硅材料制造的二极管。
也有这样的组件出售：
依据限制电压需要，把若干个必要的整流二极管串联起来形成一个整体。
1.限幅元件二极管2.智针限幅二极管4.二极管（开关,限幅）
图4-5限幅用二极管
（4）调制用二极管
通常指的是环形调制专用的二极管。
就是正向特性一致性好的四个二极管的组合件。
即使其它变容二极管也有调制用途，但它们通常是直接作为调频用。
1.调制二极管2.点接触型调制二极管3.点接触型调制二极管
图4-6调制用二极管
（5）混频用二极管
使用二极管混频方式时，在500～10,000Hz的频率范围内，多采用肖特基型和点接触型二极管。
1.点接触混频二极管2.微波混频二极管
图4-7混频用二极管
（6）开关用二极管
有在小电流下（10mA程度）使用的逻辑运算和在数百毫安下使用的磁芯激励用开关二极管。
小开关二极管的特长是开关速度快。
而肖特基型二极管的开关时间特短，因而是理想的开关二极管。
2AK型点接触为中速开关电路用；2CK型平面接触为高速开关电路用；用于开关、限幅、钳位或检波等电路；肖特基（SBD）硅大电流开关，正向压降小，速度快、效率高。
1.开关二极管2.贴片开关二极管3.开关二极管
4.开关二极管5.玻璃开关二极管6.开关二极管7.高速开关二极管
图4-8开关用二极管
（7）变容二极管
用于自动频率控制（AFC）和调谐用的小功率二极管称变容二极管。
通过施加反向电压，结电容随反向电压VR变化，取代可变电容，用作调谐回路、振荡电路、锁相环路，常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路，多以硅材料制作。
图4-10变容二极管电路符号及常见外形
1.变容二极管BB9102.变容二极管3.变容二极管BB1824.贴片变容二极管
图4-11变容二极管
变容二极管变容二极管BB910变容二极管BB910变容二极管BB910变容二极管BB910
（8）稳压二极管
是反向击穿特性曲线急骤变化的二极管。
作为控制电压和标准电压使用而制作的。
工作在反向击穿状态，硅材料制作，动态电阻RZ很小，一般为2CW型；将两个互补二极管反向串接以减少温度系数则为2DW型。
稳压二极管（LLZ22V0~LLZ56V
1.稳压二极管2.稳压二极管3.直插式稳压二极管
TCLLZ22V0~TCLLZ56V系列（1N4728-1N4764）
稳压二极管稳压二极管
4.稳压二极管5.稳压二极管6.贴片稳压二极管
图4-12稳压二极管
（9）雪崩二极管（AvalancheDiode）
它是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。
它常被应用于微波领域的振荡电路中。
也叫齐纳二极管。
1.雪崩二极管2.雪崩二极管3.雪崩二极管apd
4.雪崩光电二极管5.增强型半穿透雪崩二极管6.硅雪崩二极管1.5KE100
7.tvs雪崩二极管8.雪崩光电二极管9.雪崩硅光电二极管10.雪崩二极管
图4-13雪崩二极管
（10）快速关断（阶跃恢复）二极管（StepRecovaryDiode）
它也是一种具有PN结的二极管。
利用这些谐波分量可设计出梳状频谱发生电路。
快速关断（阶跃恢复）二极管用于脉冲和高次谐波电路中。
1.SF56超快恢复二极管2.贴片快恢复二极管
图4-14快速关断（阶跃恢复）二极管
（11）肖特基二极管（SchottkyBarrierDiode）
它是具有肖特基特性金属半导体的二极管。
其正向起始电压较低。
它是高频和快速开关的理想器件。
并且，MIS（金属－绝缘体－半导体）肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。
1.肖特基二极管 2.肖特基二极管3.肖特基二极管 MBR101001N60和1N60P10SQ050
4.肖特基二极管5.贴片肖特基二极管SS146.肖特基二极管
MBRS240LT3GMBRF10100CT
7.肖特基二极管8.肖特基二极管9.肖特基二极管
600MADC-DC升压ICTC2V4C-TC20VCC83-004
图4-14肖特基二极管
（12）阻尼二极管
具有较高的反向工作电压和峰值电流，正向压降小，高频高压整流二极管，用在电视机行扫描电路作阻尼和升压整流用。
1.原装阻尼二极管2.海尔宽屏高清彩电阻尼二极管3.阻尼二极管
FMP-G2FS F60B150DS
4.阻尼二极管,飞利浦5.阻尼二极管6.RH2F高校快恢复阻尼二极管
BY228，3A1400V
图4-15阻尼二极管
（13）双基极二极管（单结晶体管）
两个基极，一个发射极的三端负阻器件，定时电压读出电路中，它具有频率易调、温度稳定性好等优点。
1.单结晶体管 BT332.单结晶体管
图4-15双基极二极管（单结晶体管）
（14）发光二极管
用磷化镓、磷砷化镓材料制成，体积小，正向驱动发光。
工作电压低，工作电流小，发光均匀、寿命长、可发红、黄、绿单色光。
1.发光二极管2.发光二极管3.四脚三色七彩LED发光二极管
4.高亮白光LED5.发光二极管 6.光二极管（LED）7.直插LED发光二极管
发光二极管
8.发光二极管9.发光二极管10.发光二极管11.发光二极管
12.发光二极管13.LED发光二极管14.发光二极管15.发光二极管
图4-16发光二极管
（15）Z310半导体发光器件：
LED数码管
常用的LED数码管如图T310（a）所示。
它是利用发光二极管的制造工艺，由7个条状管芯和一个点状管芯的发光二极管制成。
LED数码管有两种不同的结构形式，其等效电路分别如图T311所示。
各段发光二极管的阳极连在一起作为公共端，因此称为共阳极数码管。
工作时应当将阳极连电源正极，各驱动输入端通过限流电阻接相应的译码驱动器的输出。
当译码驱动器的输出为低电平时，数码管相应的段变亮。
图4-17LED数码管
二、晶体三极管的外形识别
1.晶体三极管的分类
（1）.符号：
“Q、VT”
图4-18三极管符号
三极管有三个电极，即b、c、e，其中c为集电极（输入极）、b为基极（控制极）、e为发射极（输出极）。
三极管实物图：
贴片三极管 功率三极管 普通三极管 金属壳三极管图4-19三极管实物图
二、 三级管的分类：
半导体三极管也称双极型晶体管,晶体三极管,简称三极管,是一种电流控制电流的半导体器件.
作用：
把微弱信号放大成辐值较大的电信号,也用作无触点开关.
三极管的分类：
晶体三极管的种类很多，分类方法也有多种。
下面按用途、频率、功率、材料等进行分类。
1）按材料和极性分有硅材料的NPN与PNP三极管.锗材料的NPN与PNP三极管。
2）按用途分有高、中频放大管、低频放大管、低噪声放大管、光电管、开关管、高反压管、达林顿管、带阻尼的三极管等。
3）按功率分有小功率三极管、中功率三极管、大功率三极管。
4）按工作频率分有低频三极管、高频三极管和超高频三极管。
5）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。
6）按外形封装的不同可分为金属封装三极管、玻璃封装三极管、陶瓷封装三极管、塑料封装三极管等。
2.晶体三极管图集
1.3du5c光敏三极管2.3dd15d三极管3.光敏三极管.4.SPS13003三极管
5.贴片三极管6.红外光敏三极管7.TIP41C三极管8.IRFP250N三极管
9.3DD21B大功率晶体10.10BU102三极管11.达林顿三极管12.13007大功率三極管
13.插件三极管14.光敏三极管15.光敏三极管16.塑封直插三极管
17.0.83芯片三极管18.中高频放大三极管19.2SC系列大功率三极管20.13003开关三极管
21.C945晶体三极管22.贴片三极管23.3CA1B高频晶体24.C2230A晶体三极管
25.3DG12B晶体三极管26.2SC3858大功率27.C590528.CD551
29.三极管C3930.C2335晶体三极管31.3AX81A-C锗三极32.B817大功率晶体三极
33.3DG182C晶体三极34.3DD102B三极35.开关三极管36.贴片三极管
图4-20三极管实物图
第三节半导体器件的参数
一、晶体二极管的参数
描述二极管特性的物理量称为二极管的参数，它是反映二极管电性能的质量指标，是合理选择和使用二极管的主要依据。
在半导体器件手册或生产厂家的产品目录中，对各种型号的二极管均用表格列出其参数。
二极管的主要参数有以下几种：
1．最大平均整流电流IF（AV） IF（AV）是指二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流。
它与PN结的面积、材料及散热条件有关。
实际应用时，工作电流应小于IF（AV），否则，可能导致结温过高而烧毁PN结。
2．最高反向工作电压VRM VRM是指二极管反向运用时，所允许加的最大反向电压。
实际应用时，当反向电压增加到击穿电压VBR 时，二极管可能被击穿损坏，因而，VRM通常取为（1/2～2/3）VBR 。
3．反向电流IR IR是指二极管未被反向击穿时的反向电流。
理论上IR =IR（sat），但考虑表面漏电等因素，实际上IR稍大一些。
IR愈小，表明二极管的单向导电性能愈好。
另外，IR与温度密切相关，使用时应注意。
4．最高工作频率fM fM是指二极管正常工作时，允许通过交流信号的最高频率。
实际应用时，不要超过此值，否则二极管的单向导电性将显著退化。
fM的大小主要由二极管的电容效应来决定。
5．二极管的电阻 就二极管在电路中电流与电压的关系而言，可以把它看成一个等效电阻，且有直流电阻与交流电阻之别。
（1）直流等效电阻RD 直流电阻定义为加在二极管两端的直流电压UD与流过二极管的直流电流ID 之比，即
（4—1）RD的大小与二极管的工作点有关。
通常用万用表测出来的二极管电阻即直流电阻。
不过应注意的是，使用不同的欧姆档测出来的直流等效电阻不同。
其原因是二极管工作点的位置不同。
一般二极管的正向直流电阻在几十欧姆到几千欧姆之间，反向直流电阻在几十千欧姆到几百千欧姆之间。
正反向直流电阻差距越大，二极管的单向导电性能越好。
（2）交流等效电阻rd rd亦随工作点而变化，是非线性电阻。
通常，二极管的交流正向电阻在 几～几十欧姆之间。
需要指出的是，由于制造工艺的限制，即使是同类型号的二极管，其参数的分散性很大。
通常半导体手册上给出的参数都是在一定测试条件下测出的，使用时应注意条件。
二、晶体三极管的参数
1、共射电流放大系数和β
在共射极放大电路中，若交流输入信号为零，则管子各极间的电压和电流都是直流量，此时的集电极电流IC和基极电流IB的比就是 ， 称为共射直流电流放大系数。
当共射极放大电路有交流信号输入时，因交流信号的作用，必然会引起IB的变化，相应的也会引起IC的变化，两电流变化量的比称为共射交流电流放大系数β，即
（4—2）
上述两个电流放大系数
和β的含义虽然不同，但工作在输出特性曲线放大区平坦部分的三极管，两者的差异极小，可做近似相等处理，故在今后应用时，通常不加区分，直接互相替代使用。
由于制造工艺的分散性，同一型号三极管的β值差异较大。
常用的小功率三极管，β值一般为20～100。
β过小，管子的电流放大作用小，β过大，管子工作的稳定性差，一般选用β在40～80之间的管子较为合适。
2、极间反向饱和电流ICBO和ICEO
（1）集电结反向饱和电流ICBO是指发射极开路，集电结加反向电压时测得的集电极电流。
常温下，硅管的ICBO在nA（10-9）的量级，通常可忽略。
（2）集电极-发射极反向电流ICEO是指基极开路时，集电极与发射极之间的反向电流，即穿透电流，穿透电流的大小受温度的影响较大，穿透电流小的管子热稳定性好。
3、极限参数
（1）集电极最大允许电流ICM
晶体管的集电极电流IC在相当大的范围内β值基本保持不变，但当IC的数值大到一定程度时，电流放大系数β值将下降。
使β明显减少的IC即为ICM。
为了使三极管在放大电路中能正常工作，IC不应超过ICM。
图4-21三极管输出伏安特性
（2）集电极最大允许功耗PCM
晶体管工作时、集电极电流在集电结上将产生热量，产生热量所消耗的功率就是集电极的功耗PCM，即
PCM=ICUCE
功耗与三极管的结温有关，结温又与环境温度、管子是否有散热器等条件相关。
根据5-7式可在输出特性曲线上作出三极管的允许功耗线，如图5-8所示。
功耗线的左下方为安全工作区，右上方为过损耗区。
（3）反向击穿电压UBR（CEO）
反向击穿电压UBR（CEO）是指基极开路时，加在集电极与发射极之间的最大允许电压。
使用中如果管子两端的电压UCE＞UBR（CEO），集电极电流IC将急剧增大，这种现象称为击穿。
管子击穿将造成三极管永久性的损坏。
三极管电路在电源EC的值选得过大时，有可能会出现，当管子截止时，UCE＞UBR（CEO）导致三极管击穿而损坏的现象。
一般情况下，三极管电路的电源电压EC应小于1/2UBR（CEO）。
4、温度对三极管参数的影响
几乎所有的三极管参数都与温度有关，因此不容忽视。
温度对下列的三个参数影响最大。
（1）对β的影响：
三极管的β随温度的升高将增大，温度每上升l℃，β值约增大0.5～1％，其结果是在相同的IB情况下，集电极电流IC随温度上升而增大。
（2）对反向饱和电流ICEO的影响：
ICEO是由少数载流子漂移运动形成的，它与环境温度关系很大，ICEO随温度上升会急剧增加。
温度上升10℃，ICEO将增加一倍。
由于硅管的ICEO很小，所以，温度对硅管ICEO的影响不大。
（3）对发射结电压ube的影响：
和二极管的正向特性一样，温度上升1℃，ube将下降2～2.5mV。
综上所述，随着温度的上升，β值将增大，iC也将增大，uCE将下降，这对三极管放大作用不利，使用中应采取相应的措施克服温度的影响。
第四节半导体器件的检测
一、晶体二极管的检测
1．检测小功率晶体二极管 A判别正、负电极 （a）观察外壳上的的符号标记。
通常在二极管的外壳上标有二极管的符号，带有三角形箭头的一端为正极，另一端是负极。
印有色环的一端为负。
（b）观察外壳上的色点。
在点接触二极管的外壳上，通常标有极性色点（白色或红色）。
一般标有色点的一端即为正极。
还有的二极管上标有色环，带色环的一端则为负极。
（c）以阻值较小的一次测量为准，黑表笔所接的一端为正极，红表笔所接的一端则为负极。
（d）数字万用表的二极管挡也可测量，好的二极管其正向导通压降，硅管一般在0.7V左右，
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