1.3 常用电子元器件

1.3.1 电阻器

1.电阻器的作用与分类

电子在物体内做定向运动时会遇到阻力，这种阻力称为电阻。具有一定电阻值的元件称为电阻器，习惯简称为电阻。电阻在电路中一般用大写字母“R”表示。

1）电阻器的作用

电阻器在电子电路中的作用主要有：分压、限流、偏置、滤波（与电容器组合使用）和阻抗匹配等。

2）电阻器的分类

（1）按结构分类。

电阻器按其结构分为固定电阻器和可变电阻器两大类。固定电阻器的阻值是固定不变的，可变电阻器的阻值可以在一定范围内调整，它的标称阻值是最大值，其滑动端到任何一个固定端的阻值在0和最大值之间连续可调。可变电阻器又有可调电阻器（电阻值变化范围小）和电位器两种（电阻值变化范围大）。

（2）按材料分类。

电阻器按其构成材料分为碳膜电阻器、金属膜电阻器、热敏电阻器、实芯碳膜电阻器、碳膜电位器、半可调式电阻器等。

常用电阻器的图形符号如图1-7所示。

2.电阻器的参数与标记

电阻器的主要质量参数包括标称阻值、允许误差和额定功率。

1）电阻器的标称阻值和允许误差

电阻器的单位是欧姆，用字母Ω表示，也常以千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）等表示。换算方法是：1MΩ=103kΩ=106Ω。

电阻器的标称阻值往往和实际阻值不完全相符，有一定误差。电阻器的实际阻值与标称阻值之差的百分比称为电阻器的允许误差。一般电阻器的允许误差分为三个等级：Ⅰ级为±5%；Ⅱ级为±10%；Ⅲ级为±20%。精密电阻器的允许误差为±2%、±1%、±0.5%等。

电阻器的参数标注方法有两种：一种是数标法；另一种是色标法。

（1）数标法。

数标法是用阿拉伯数字在电阻器表面上直接标出其阻值和允许误差等级。对小于1000Ω的阻值只标出数值，不标单位；对kΩ、MΩ只标注k、M。精度等级标Ⅰ级或Ⅱ级，Ⅲ级不标明。如有一只电阻器上标有“47kⅡ”的字样，表示它的标称阻值是47kΩ，允许误差不超过±10%。

（2）色标法。

对体积很小的电阻器和一些合成电阻器，其阻值和误差常用色环来标注。色标法是一种用颜色表示电阻器标称阻值和允许误差的方法。一般用四道色环或五道色环来表示，各种颜色代表不同的数字。四环电阻的四道色环，第一道环和第二道环分别表示电阻器的第一位和第二位有效数字，第三道环表示10的乘方数（10n，n为颜色所表示的数字），第四道环表示允许误差（若无第四道色环，则误差为±20%）。色环电阻的单位一律为Ω。

电阻器的色标位置和倍率关系如表1-4所示。

表1-4 电阻器的色标位置和倍率关系

2）电阻器的额定功率

当电流通过电阻器时，电阻器因消耗功率而发热。电阻器所承受的温度是有限的，若不加以限制，电阻器就会被烧坏，其所能承受的温度用其额定功率来加以限制。电阻器在交直流电路中长期连续工作所允许消耗的最大功率，称为电阻器的额定功率，常用瓦（W）表示。电阻器额定功率的标称值通常有：1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、3W、5W和10W等。

3.电阻器的检测

1）检测固定电阻器

固定电阻器的质量好坏比较容易鉴别。对于常用的碳膜、金属膜电阻器等的阻值可以用普通万用表的电阻挡，合理选择量程直接测量，看其测量阻值与标称阻值是否一致，相差值是否在允许误差的范围之内。

2）检测电位器

电位器的检测方法如下：

（1）检测电位器固定端的阻值。电位器固定端的阻值即为电位器的标称阻值。测量时，选用万用表电阻挡的适当量程，将两表笔分别接在电位器两个固定引脚焊片之间，先测量电位器的总阻值是否与标称阻值相同。若测得的阻值为无穷大或较标称阻值大，则说明该电位器已开路或变质损坏。

（2）检测电位器可变端的阻值。测量电位器活动端和固定端之间的可变电阻值时，将两表笔分别接电位器中心头与两个固定端中的任一端，慢慢转动电位器手柄，使其从一个极端位置旋转至另一个极端位置，正常的电位器，万用表表针指示的电阻值应从标称阻值（或0Ω）连续变化至0Ω（或标称阻值）。整个旋转过程中，表针应平稳变化，而不应有任何跳动现象。若在调节电阻值的过程中，表针有跳动现象，则说明该电位器存在接触不良的故障。

若电位器带有开关，则先检测“开”或“关”，看万用表是否指示“通”或“断”。

1.3.2 电容器

1.电容器的作用与分类

电容器（简称电容）是一种能储存电能的元件。它由两个彼此互相绝缘但又靠近的导体（如金属板或金属箔）组成，这两个导体又叫做电容器的两个极，中间的绝缘物质叫电介质。电容器在电路中一般用大写字母“C”表示。

1）电容器的作用

电容器在电路中起通交流、隔直流、储能、旁路、耦合、滤波等作用。

2）电容器的分类

（1）按结构分类。

电容器按其结构分为固定电容器、可变电容器和微调电容器三类。其中固定电容器包括无极性固定电容器和有极性电解电容器。常用电容器的图形符号如图1-8所示。

（2）按介质分类。

电容器按介质分为陶瓷电容器、云母电容器、纸介电容器、油质电容器、碳膜电容器、薄膜电容器、电解电容器等。

2.电容器的参数与标记

电容器的主要参数有标称容量、允许误差、额定耐压等。

1）电容器的标称容量与允许误差

在电容器上标注的电容容量，称为标称容量。电容的基本单位用法拉（F）表示，其他单位还有：毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）。其换算方法是：1F=103mF=106μF=109nF=1012pF。

电容器上的标称容量与实际容量有一定的偏差，实际容量与标称容量之差的百分比称为允许误差。电容器的允许误差分为三个等级：Ⅰ级为±5%；Ⅱ级为±10%；Ⅲ级为±20%。电解电容器的允许误差可大于±20%。

2）电容器容量和误差的标记方法

电容器容量和误差的标记方法有如下四种。

（1）直标法。

这种标法是将标称容量和误差值直接标在电容器上，如0.22μF±10%。

（2）文字符号法。

采用这种方法时容量的整数部分和小数部分分别写在容量单位标志符号的前面和后面。例如，2.2pF写为2p2，6800pF写为6n8，0.01μF写为10n等。

（3）数码标注法。

用三位数字表示电容器容量大小的标注方法，称为数码标注法。三位数字中前两位数表示电容量的第一、二位有效数字，第三位数字表示前两位有效数字后“0”的个数，这样得到的电容量单位是pF。例如，“243”表示容量为24000pF。

（4）色码标注法。

电容器容量的色标法原则上与电阻器色标法相同，其单位为皮法（pF）。

3）电容器的额定耐压

电容器的额定耐压是指在规定的工作温度范围内，电容器能够长时间可靠地工作的最大直流电压（或最大交流电压的有效值）。

3.电容器的检测

1）无极性电容器的检测

对于电容量在0.1μF以上的无极性电容器，可以用万用表的欧姆挡（R×1kΩ）来测量电容器的两极。测量时若表针向右微微摆动，然后再慢慢向左返回，则表明此电容器正常；若表针不动，说明此电容器已经断路。

对于电容量在0.1μF以下的无极性电容器，可以用万用表的欧姆挡（R×10kΩ）来测量电容器的两极，其质量好坏的判别方法同上。

2）电解电容器的检测

电解电容器的容量较大，两极有正、负之分，长脚为正，短脚为负。在电子电路中，电容器正极接高电位，负极接低电位，极性接错了，电容器就会被击穿。

检测时，一般用万用表的欧姆挡（R×1kΩ），红表笔接电容器的负极，黑表笔接电容器的正极，测量时表针首先向右偏转，然后慢慢退回，待指针稳定后得到的阻值是几百千欧姆以上，则说明被测电容器是好的。若指针根本不向右偏转，说明电容器内部已断路或电介质已干涸而失去容量。

3）可变电容器的检测

对可变电容器主要是测其是否发生碰片（短接）现象。选择万用表的电阻挡（R×1kΩ），将表笔分别接在可变电容器的动片和定片的连接片上。旋转电容器动片至某一位置时，若发现有直通（即表针指零）现象，说明可变电容器的动片和定片之间有碰片现象，应予以排除后再使用。

1.3.3 电感器

1.电感器的作用与分类

电感器（简称电感）是指在电子电路中能产生电磁转换功能的电感线圈和各种变压器。它是由导线一圈靠一圈地绕在绝缘管上，导线彼此互相绝缘，而绝缘管可以是空芯的，也可以包含铁芯或磁粉芯。电感器在电路中一般用大写字母“L”表示。

1）电感器的作用

电感器的作用是通直流、阻交流，频率越高，线圈阻抗越大；电感器在电路中与电容器并联组成LC调谐电路，起调谐与选频作用；电感器还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流和抑制电磁波干扰等作用。

2）电感器的分类

按电感器形式分类：固定电感器、可变电感器。

按导磁体性质分类：空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。

按工作性质分类：天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。

按绕线结构分类：单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。

电感器的图形符号如图1-9所示。

2.电感器的主要参数

电感器的主要参数有电感量、感抗、品质因数等。

1）电感量L

电感量L表示线圈本身的固有特性，与电流大小无关。除专门的电感线圈（色码电感）外，电感量一般不专门标注在线圈上，而以特定的名称标注。电感量的单位是亨利，用字母“H”表示，其他单位还有毫亨（mH）和微亨（μH），其换算关系为：1H=103mH=106μH。

2）感抗XL

电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称为感抗XL，单位是欧姆。它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL。

3）品质因素Q

品质因素Q是表示线圈质量的一个物理量，Q为感抗XL与其等效的电阻的比值，即Q=XL/R。由此可见，线圈的感抗越大，损耗电阻越小，其Q值就越高。线圈的Q值越高，回路的损耗越小。线圈的Q值通常为几十至几百。

3.电感器的检测

电感器的精确测量可通过高频g表或电感表进行测量。若不具备以上两种仪表，则可用万用表欧姆挡测量线圈的直流电阻来判断其好坏。若被测电感器的阻值为零，则说明电感器内部绕组有短路故障；但是有许多电感器的阻值很小，只有零点几欧姆，所以最好用电感量测试仪器来测量；若被测电感器阻值为无穷大，则说明电感器的绕组或引出脚于绕组接点处发生了断路故障。

1.3.4 半导体二极管

1.半导体的基本知识

自然界中属于半导体的物质很多，用来制造半导体器件的材料主要是硅（Si）、锗（Ge）和砷化镓（GaAs）等。它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，并且会随着温度、光照或掺入某些杂质而发生显著变化。

1）本征半导体

纯净的半导体称为本征半导体。用于制造半导体器件的纯硅和锗都是四价元素，最外层原子轨道上具有四个电子，称为价电子。在本征硅和锗的单晶中，由于原子排列的有序性，使得每个价电子为相邻原子所共有，形成共价键结构。

在绝对零度（-273℃）时，所有价电子都被束缚在共价键内，晶体中没有自由电子，所以半导体不能导电。在室温或光照下少数价电子可以获得足够的能量摆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，这个空位称为空穴，如图1-10所示，这种现象称为本征激发。本征激发产生的自由电子和空穴是成对出现的。

原子失去价电子后带正电，于是可把空穴看成是一个带正电的粒子。相邻共价键内的价电子在正电荷的吸引下会填补这个空位，使空位发生转移，这种价电子填补空位的运动可以看成空穴在运动。当有电场作用时，价电子定向填补空位，但其运动方向与价电子运动方向相反。自由电子和空穴在运动中相遇时会重新结合而成对消失，这种现象称为复合。温度一定时，自由电子和空穴的产生与复合将达到动态平衡，这时自由电子和空穴的浓度一定。

自由电子和空穴统称为载流子。在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子参与导电，分别形成电子电流和空穴电流，而导体中只有自由电子这一种载流子导电，这是半导体与导体在导电机理上的不同之处。

2）杂质半导体

在本征半导体中掺入微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著的改变。掺入杂质的半导体称为杂质半导体。根据掺入杂质的不同，有N型半导体和P型半导体两种。

（1）N型半导体。

在本征硅（或锗）中掺入少量的五价元素，如磷、砷、锑等，就得到N型半导体。N型半导体中自由电子的数目多于空穴的数目，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子，杂质原子则成为不能移动的带正电荷的离子（又称为空间电荷）。

（2）P型半导体。

在本征硅（或锗）中掺入少量的三价元素，如硼、铝、铟等，就得到P型半导体。P型半导体中空穴的数目多于自由电子的数目，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子，杂质原子则成为不能移动的带负电荷的离子。

在N型半导体和P型半导体中，虽然存在多数载流子和少数载流子，但因空间电荷的存在，使得整个半导体中的正负电荷数是相等的，呈现电中性。

3）PN结的形成及特性

（1）PN结的形成。

采用掺杂工艺，把本征硅（或锗）片的一边做成P型半导体，另一边做成N型半导体。由于P型和N型半导体交界面两侧的两种载流子浓度有很大的差别，因此自由电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这种运动称为扩散运动，如图1-11所示。扩散运动的结果使交界面附近载流子浓度骤减，形成了由不能移动的杂质离子构成的很薄的空间电荷区。随之形成了内电场，如图1-12所示。

内电场将产生两个作用：一方面它会阻碍多子的扩散运动；另一方面将促进少数载流子的漂移运动。起始时内电场较小，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，内电场增强，扩散运动逐渐减弱，漂移运动逐渐加强。外部条件一定时，扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡，这时空间电荷区的宽度一定，内电场一定，形成了所谓的PN结。

（2）PN结的单向导电特性。

加在PN结上的电压称为偏置电压，若P区接电位高端、N区接电位低端，则称PN结加正向电压或正向偏置（简称正偏），如图1-13所示。反之称PN结加反向电压或反向偏置（简称反偏），如图1-14所示。

PN结正偏时，PN结变窄，内电场削弱，呈现很小的电阻，形成较大的正向电流。PN结反偏时，PN结变宽，内电场增强，呈现很大的电阻，反向电流近似为零。因此PN结正偏时导通，反偏时截止，具有单向导电特性。

2.半导体二极管

1）半导体二极管的结构、符号及类型

半导体二极管是由PN结加上电极引线和管壳构成的，是最简单的半导体器件，其结构示意图和电路符号分别如图1-15（a）、（b）所示。接到P型区的引线称为正极（或阳极），接到N型区的引线称为负极（或阴极）。箭头指向为PN结正向导通时的电流方向。

二极管有许多类型。二极管按用途分，有整流、稳压、开关、发光、变容等二极管；按材料分，有硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等；按封装形式分，有塑封及金属封等二极管；按功率分，有大功率、中功率及小功率等；从工艺上分，有点接触型和面接触型。点接触型和面接触型二极管如图1-15（c）、（d）所示，其中点接触型二极管金属丝很细，因而其形成的PN结面积小，不能承受高的反向电压和大的电流，但结电容小，工作频率高，适于做高频检波和脉冲数字电路里的开关元件；面接触型二极管的PN结接触面积较大，结电容较大，一般适用于在较低的频率下工作，由于接触面积大，允许通过较大电流，具有较大功率容量，适用于作整流器件。

2）二极管的特性及参数

（1）二极管的伏安特性。

半导体二极管的核心是PN结，它的特性就是PN结的特性——单向导电性。常利用伏安特性曲线来形象地描述二极管的单向导电性，二极管的伏安特性曲线如图1-16所示（图中虚线为锗管的伏安特性曲线，实线为硅管的伏安特性曲线）。

特性曲线分为两部分：加正向电压时的特性称为正向特性（图中右半部分）；加反向电压时的特性称为反向特性（图中左半部分）。

当二极管承受正向电压小于某一数值（称为死区电压）时，这一区段二极管正向电流很小，几乎等于零。只有当正向电压超过某一数值时，正向电流才明显地增大。正向特性上的这一数值通常称为导通电压，又称为门限电压或死区电压，用Uth表示。死区电压的大小与二极管材料及温度等因素有关。在室温下，硅管的Uth约为0.5V，锗管的Uth约为0.1V。

当正向电压超过死区电压以后，随着电压的升高，正向电流将迅速增大，二极管正向电阻变得很小，电流与电压的关系基本上是一条指数曲线。当二极管完全导通后，正向压降基本维持不变，称为二极管正向导通压降UVD（on）。通常认为，当正向电压UVD＜UVD（on）时，二极管截止；UVD＞UVD（on）时，二极管导通。一般硅管的UVD（on）为0.6～0.8V，锗管的UVD（on）为0.1～0.3V。

当在二极管上加上反向电压时，反向电流的值很小。而且当反向电压超过零点几伏后，反向电流不再随着反向电压而增大，即达到了饱和，这个电流称为反向饱和电流，用符号IR表示。如果使反向电压继续升高，当超过UBR以后，反向电流将急剧增大，这种现象称为击穿，UBR称为反向击穿电压。普通二极管反向击穿电压一般在几十伏以上。二极管击穿以后，不再具有单向导电性。

温度对二极管的特性有显著影响。当温度升高时，扩散运动加强，产生同一正向电流所需的电压减小，故正向特性曲线向左移。当温度升高时，少数载流子数量增加，反向电流将随之增加，故反向特性曲线向下移。

综上所述，温度升高时，二极管的导通压降降低，反向击穿电压减小，反向饱和电流增大。其变化规律是：在室温附近，温度每升高1℃，正向压降减小2～2.5mV；温度每升高10℃，反向电流约增大一倍。

（2）二极管的主要参数。

描述器件的物理量，称为器件的参数。二极管的主要参数如下。

① 最大整流电流IF：指二极管长期运行允许通过的最大正向平均电流。

② 最高反向工作电压UR：工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值，否则二极管可能被击穿。通常取反向击穿电压UBR的1/2～2/3，以确保二极管安全工作。

③ 反向电流IR：指在室温条件下，在二极管两端加上规定的反向电压时，流过管子的反向电流。通常希望IR愈小愈好。反向电流愈小，说明二极管的单向导电性愈好。

④ 最高工作频率fM：fM的值主要取决于PN结结电容的大小，结电容越大，则二极管允许的最高频率越低。工作频率超过fM时，二极管的单向导电性能变坏。

3）晶体二极管的应用

二极管是电子电路中最常用的半导体器件。利用其单向导电性及导通时正向压降很小的特点，可用来进行整流、检波、钳位、限幅、开关，以及元件保护等各项工作。

（1）二极管整流电路。

所谓整流，就是将方向交替变化的交流电变为单一方向的脉动直流电。一个简单的二极管半波整流电路及波形图如图1-17（a）、（b）所示。

由于流过负载的电流和加在负载两端的电压只有半个周期的正弦波，故称半波整流。若二极管为理想二极管，当输入一正弦波时，由图1-17可知：正半周时，二极管导通（相当开关闭合），导通压降为零；负半周时，二极管截止（相当开关打开）。

在形成直流稳压电源的电路中，可以利用二极管构成的桥式整流电路实现全波整流。

（2）二极管钳位。

利用二极管正向导通时压降很小的特性，可组成钳位电路，如图1-18所示。若A点VA=0，二极管VD可正向导通，其压降很小，故F点的电位也被钳制在0V左右，即VF=0。

解：

图（a）：将VD断开，以O点为电位参考点，VD的阳极电位为-6V，阴极电位为-12V，故VD处于正向偏置而导通，UAO=-6V。

图（b）：将VD断开，以O点为电位参考点，VD的阳极电位为-15V，阴极电位为-12V，VD被反向偏置而截止，UAO=-12V。

图（c）：VD1、VD2属于共阴极连接。对VD1有阳极电位为0V，VD2的阳极电位为-15V，故VD1优先导通，此后使VA=0V，故VD2反偏而截止，UAO=0V。

图（d）：VD1、VD2属于共阳极连接。对VD1有阴极电位为0V，VD2的阴极电位为-6V，故VD2优先导通，此后使VA=-6V；故VD1反偏而截止，UAO=-6V。

（3）二极管限幅电路。

限幅电路也称为削波电路。当输入信号电压在一定范围内变化时，输出电压也随着输入电压相应地变化；当输入电压高于某一个数值时，输出电压保持不变，这就是限幅电路（限制输出信号幅度的电路称为限幅电路）。常用于波形变换和整形电路。

解：

当-Us2＜ui＜Us1时，VD1、VD2都处于反向偏置而截止，因此i=0，uO=ui。当ui＞Us1时，VD1处于正向偏置而导通，使输出电压保持在Us1。

当ui＜-Us2时，VD2处于正向偏置而导通，输出电压保持在-Us2。所以输出电压uO被限制在+Us1与-Us2之间，即|uO|≤5V。输入、输出波形如图1-20（b）所示。

（4）二极管开关电路。

在开关电路中，利用二极管的单向导电性使其成为一个较理想的电子开关，广泛应用于计算机、电视机、通信设备、家用音响、影碟机、仪器仪表、控制电路及各类高频电路中。

解：

（1）当u1=0V和u2=5V时，VD1为正向偏置，uO=0V（因二极管是理想的），此时VD2的阴极电位为5V，阳极为0V，处于反向偏置，故VD2截止。

（2）以此类推，将u1和u2的其余三种组合及输出电压列于表1-5中。

表1-5 四种组合及输出电压值

4）特种二极管

前面主要讨论了普通二极管，另外还有一些特殊用途的二极管，如稳压二极管、发光二极管、光电二极管和变容二极管等。

（1）稳压二极管。

① 稳压二极管的稳压特性。

稳压二极管简称稳压管，是一种用特殊工艺制造的面接触型硅半导体二极管，可以稳定地工作于击穿区而不损坏。稳压二极管的外形、内部结构均与普通二极管相似，其电路符号、伏安特性曲线如图1-22所示。

从伏安特性曲线可以看到，稳压管正向偏压时，其特性和普通二极管一样；反向偏压时，开始一段和二极管一样，当反向电压大到一定数值时，反向电流突然上升，这一特性称为反向击穿特性，比普通二极管陡直。稳压管利用反向击穿区内电流在很大范围内变化，而管子两端的电压却变化很小的特性进行稳压。

② 稳压二极管的主要参数。

●稳定电压UZ：稳定电压UZ即反向击穿电压。

●稳定电流IZ：稳定电流IZ是指稳压管工作至稳压状态时流过的电流。当稳压管稳定电流小于最小稳定电流IZmin时，没有稳定作用；大于最大稳定电流IZmax时，管子因过流而损坏。所以稳压管正常工作时的电流应大于IZmin而小于IZmax。

●稳压管额定功耗PZM：保证稳压管安全工作所允许的最大功耗。使用时不允许超过此值。其大小为：

PZM=UZ·IZmax

③ 稳压二极管的应用。

稳压二极管稳压电路如图1-23所示。当电路的输入电压发生变化或负载的大小变化时，负载两端的电压因稳压管的存在而基本不变。限流电阻R不仅保护稳压管，而且还起着调整电压的作用，正是稳压管和限流电阻的相互配合，才稳定了输出电压。具体的稳压过程见项目4单元2硅稳压管组成的并联型稳压电路。

解：当UI=+20V时，VDZ1反向击穿稳压，UVDZ1=6.3V，VDZ2正向导通，UVD（on）=0.7V，则UO=6.3+0.7=7V；同理，UI=-20V时，UO=-7V。

（2）发光二极管。

发光二极管与普通二极管一样，也是由PN结构成的，同样具有单向导电性。当外加反偏电压时，二极管截止，不发光；当外加正偏电压时导通，因流过正向电流而发光。发光二极管能发红光、黄光、绿光、蓝光及紫光等，是一种把电能转换成光能的半导体器件。电路符号如图1-25所示。

发光二极管的导通电压比普通二极管大，一般在1.7～2.4V之间。具有体积小、省电、工作电压低、抗冲击振动、寿命长、单色性好、响应速度快等优点。工作在5V以下，电源电压可以为交流或脉冲信号。常用做微型计算机、电视机、音响设备、仪器仪表中的电源和信号的指示器，也可做成数字形状，用于显示数字。

（3）光电二极管。

光电二极管也叫光敏二极管，是一种光接收器件，其PN结工作在反偏状态。它的结构和一般二极管相似，也具有单向导电性。光电二极管的PN结被封装在透明玻璃外壳中，其PN结装在管子的顶部，可以直接受到光的照射。光电二极管的电路符号如图1-26所示。

原理：光电二极管的管壳上有一个玻璃窗口以便接受光照。当窗口受到光照时，就形成反向电流，通过接在回路中的电阻RL就可获得电压信号，从而实现了光电转换。

应用：用于光的测量和光电自动控制系统，如光纤通信中的光接收机、电视机和家庭音响的遥控接收；大面积的光电二极管可用来作为能源，即光电池；线性光电器件统称为光电耦，可以实现光与电的线性转换，在信号传送和图形图像处理领域有广泛的应用。利用光电二极管制成光电传感器，可以把非电信号转变为电信号，以便控制其他电子器件。

5）二极管的检测与选用

（1）普通二极管的测试。

① 判别极性。将数字万用表置于R×100或R×1k挡，两表笔分别接二极管的两个电极，若测出的电阻值较小（硅管为几百欧姆至几千欧姆，锗管为100Ω～1kΩ），说明二极管正向导通，此时红表笔接的是二极管的正极，黑表笔接的是二极管的负极；若测出的电阻值较大（几十千欧姆至几百千欧姆），说明二极管反向截止，此时黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的是二极管的负极。

② 判别好坏。如果两表笔对换位置测量的电阻值一个比较大，一个比较小，说明二极管是正常的；如果测量的两个电阻值都很小，说明二极管内部PN结击穿或已短路；如果测量的两个电阻值都很大，说明二极管内部已断路。

（2）稳压二极管的测试。

① 判别极性。与普通二极管的判别方法相同。

② 判别好坏。将数字万用表置于R×10k挡，黑表笔接二极管的“+”极，红表笔接二极管的“-”极；若此时的反向电阻很小，说明该稳压管正常。

1.3.5 半导体三极管

半导体三极管（简称BJT）通常指双极型三极管，又称晶体管或简称为三极管。它们常常是组成各种电子电路的核心器件。

1.三极管的结构与类型

1）三极管的结构

三极管是由2个PN结、3个杂质半导体区域组成的，因杂质半导体有P型、N型两种，所以三极管的组成形式有NPN型和PNP型两种。结构示意图和电路符号如图1-27（a）、（b）所示。

无论是NPN型管还是PNP型管，它们内部均含有三个区：发射区、基区、集电区。从三个区各引出一个金属电极分别称为发射极（e）、基极（b）和集电极（c）；同时在三个区的两个交界处形成两个PN结，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结，集电区与基区之间形成的PN结称为集电结。三极管的电路符号中的箭头方向表示发射结正向偏置时的电流方向。

2）三极管的类型

三极管的种类很多，按制造三极管基片的材料不同，分为锗管和硅管两大类，目前国内生产的硅管多为NPN型（3D系列），锗管多为PNP型（3A系列）；按频率特性分为高频管和低频管；按功率大小分为大功率管、中功率管和小功率管。实际应用中采用NPN型三极管较多，所以在以后的讨论中均以NPN型三极管为例加以讨论，所得结论对于PNP三极管同样适用。常见三极管的外形结构如图1-28所示。

2.三极管的电流分配与放大作用

NPN型三极管内部存在两个PN结，表面看来，似乎相当于两个二极管背靠背地串联在一起。但是，假设将两个单独的二极管背靠背地连接起来，将会发现它们并不具有放大作用。为了使三极管实现放大，还必须由三极管的内部结构和外部所加电源的极性两方面的条件来保证。

从三极管的内部结构来看，主要有以下特点。发射区：掺杂浓度最高，多数载流子浓度很高。基区：基区做得很薄，通常只有几微米到几十微米，而且掺杂比较少，则基区中多数载流子的浓度很低。集电区：集电结截面积最大，掺杂浓度居中，收集从发射区到基区再到集电区的载流子。

三极管实现放大作用的外部条件是发射结正向偏置，集电结反向偏置。满足NPN型三极管外部条件的电路如图1-29所示。

1）三极管内部载流子的运动

在满足上述内部和外部条件的情况下，三极管内部载流子的运动规律如图1-30所示，三极管内部载流子运动有以下三个过程。

（1）发射：由于发射结正向偏置，因而发射区发射出大量的电子。这些电子越过发射结到达基区，形成发射极电流IE。同时，基区多数载流子也向发射区扩散，但由于基区很薄，可以不考虑这个电流。因此，可以认为三极管发射结电流主要是电子流。

（2）复合和扩散：基区的多子空穴会和从发射区扩散过来的电子产生复合运动而形成基极电流IBN，但是，因为基区空穴的浓度比较低，而且基区很薄，所以到达基区的电子与空穴复合的机会很小，因而基极电流比发射极电流小得多。大多数电子在基区中由于浓度差的作用会继续扩散，到达靠近集电结的一侧。扩散的电子流与复合的电子流的比例决定了三极管的放大能力。

（3）收集：由于集电结反向偏置，外电场的方向将阻止集电区中的多子电子向基区运动，但是却有利于将基区中扩散过来的电子收集到集电极而形成集电极电流ICN。另外，集电区的少数载流子空穴也会产生漂移运动，流向基区，形成很小的反向饱和电流ICBO。

2）三极管的电流分配关系

由图1-30可知：

IB=IBN-ICBO

IC=ICN+ICBO

IE=ICN+IBN

整理以上三式得：

IE=IC+IB　　（1-1）

式（1-1）说明，在三极管中发射极电流IE，等于集电极电流IC和基极电流IB之和。对于PNP型三极管，三个电极产生的电流方向正好和NPN型三极管相反。三极管三个电极的电流分配关系可用图1-31表示。

3）三极管的电流放大作用

由图1-30可知，当发射结正向偏置电压改变时，即基极电流改变时，发射区注入载流子数将跟随改变，从而使集电极电流IC产生相应的变化，由于IBIC，因此IB很小的变化就能引起IC较大的变化，这就是三极管的电流放大作用。通常用集电极电流IC与基极电流IB之比值来反映三极管的放大能力。

当ICBO可以忽略时，上式可简化为：

称为三极管共发射极电路的直流电流放大系数。

三极管的发射极和集电极一般不能调换使用。因为集电区的掺杂浓度较发射区低，如把集电极当做发射极来用，则扩散到基区的载流子的数量将严重不足，就会使集电极电流和电流放大系数大为降低。

3.三极管的特性曲线

三极管的特性曲线是指各电极间电压和电流之间的关系曲线。双极型三极管有三个电极，其中两个作为输入，两个作为输出，这样必然有一个电极是公共电极，该电极既处于输入回路之中，也处于输出回路之中。根据所选公共电极的不同，三极管有以下三种基本接法（组态），分别称为共基极、共发射极和共集电极接法。三种连接方法如图1-32（a）、（b）、（c）所示。

其中，共发射极接法更具代表性，所以我们主要讨论共发射极伏安特性曲线。共发射极三极管特性曲线的测试电路如图1-33所示。

1）输入特性曲线

三极管的输入特性曲线如图1-34所示。

由图1-34可见曲线形状与二极管的伏安特性相类似，只不过uCE=1V的输入特性曲线比uCE=0的曲线向右移动了一段距离，即uCE增大，曲线向右移。实际使用时，由于uCE总是大于1V，所以有用的还是uCE＞1V的那条特性曲线。

2）输出特性曲线

三极管的输出特性曲线如图1-35所示。该曲线是指当iB一定时，输出回路中的iC与uCE之间的关系曲线，用函数式可表示为：

根据三极管工作状态不同可将输出特性分为截止区、放大区和饱和区三个区域。

（1）截止区：一般将iB≤0μA的区域称为截止区，在图中为iB=0的一条曲线的以下部分。此时iC也近似为零。三极管集电极与发射极之间接近开路，类似开关断开状态，各极电流都基本上等于零。三极管工作在截止区时，发射结和集电结均反向偏置。

（2）放大区：在iB=0μA的特性曲线上方，各条输出特性曲线近似平行于横轴的曲线簇部分为放大区。uCE在1V以上，iC不随着uCE变化，呈现恒流特性。在放大区iC的大小随iB变化，iC≈βiB。此时，发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置，三极管处于放大状态。观察曲线簇可以看出放大区有以下两个特点。

① 对应同一个iB，|uCE| 增加时，iC基本不变。说明集电极电压对集电极电流的影响很小。这是因为uCE超过一定数值（约1V）以后，集电极的电场已足够强，能使发射区注入到基区的载流子绝大部分到达集电区，故uCE再增加，对iC的影响也不大了。

② 对应同一个uCE值，iB增加，iC显著增加，并且iC的变量ΔiC与iB的变量ΔiB基本为正比关系（曲线簇等间距）。说明iC受iB的控制，ΔiC与ΔiB保持线性关系，而且ΔiCΔiB，具有电流放大作用。

（3）饱和区：曲线靠近纵轴附近，各条输出特性曲线的上升部分属于饱和区。在这个区域，不同iB值的各条特性曲线几乎重叠在一起，iC与iB不成比例，它随uCE的增加而迅速上升。

一般认为UCE=UBE，即UCB=0时，三极管处于临界饱和状态，临界饱和线如图1-35所示的虚线；当UCE＜UBE时称为饱和状态。三极管饱和时C、E之间的压降称为饱和压降，用UCES表示。在深度饱和时，小功率管管压降通常小于0.3V。三极管集电极与发射极之间接近短路，类似开关接通状态。

三极管工作在饱和区时，发射结和集电结均正向偏置。

表1-6 两个三极管的引脚电位

解：NPN型三极管工作在放大区时，集电极电位最高，发射极电位最低，UBE＞0；PNP型三极管工作在放大区时，发射极电位最高，集电极电位最低，UBE＜0。基极电位始终处于中间位置。

硅管：基极电位与发射极电位大约相差0.6V或0.7V。锗管：基极电位与发射极电位大约相差0.2V或0.3V。由此可知：

三极管Ⅰ，NPN型，硅管，1—B、2—E、3—C。

三极管Ⅱ，PNP型，锗管，1—C、2—B、3—E。

解：由BJT的电极B的UB=-6V，电极C的UC=-6.2V，电极A的UA=-9V，基极电位始终处于发射极和集电极的中间位置，故电极C是基极。又由于锗BJT的|UBE|≈0.2V，硅BJT的|UBE|≈0.7V，根据BJT工作在放大区时，必须保证发射结正偏、集电结反偏的条件可知，电极B是发射极，电极A是集电极，且此BJT为PNP管。

解：

（a）放大区。因发射结正偏，集电结反偏。

（b）放大区。因发射结正偏，集电结反偏。

（c）饱和区。因发射结正偏，集电结零偏。

（d）截止区。因发射结未导通。

（e）饱和区。因发射结正偏，集电结正偏。

4.三极管的主要参数

1）电流放大系数

把集电极电流的变化量与基极电流的变化量之比定义为三极管的共发射极交流电流放大系数β，其表达式为：

静态（直流）电流放大系数为（参见式（1-2））。

β和含义不同，但在输出特性曲线近于水平且曲线间距基本相等的部分，同时在忽略ICBO的情况下，两者数值较为接近，并且可以认为基本恒定，所以对β和一般不做严格区分。

2）极间反向电流

（1）集电极-基极反向饱和电流ICBO。ICBO表示发射极开路，c、b间加上一定反向电压时的反向电流。它只决定于温度和少数载流子的浓度。在一定温度下，这个反向电流基本上是个常数，所以称为反向饱和电流。一般ICBO的值很小，小功率硅管的ICBO小于1μA，而小功率锗管的ICBO约为10μA。因此，在温度变化范围大的工作环境应选用硅管。

（2）集电极-发射极反向饱和电流ICEO。ICEO表示基极开路，c、e间加上一定反向电压时的集电极电流。这个电流从集电区穿过基区流至发射区，所以又叫穿透电流。

ICEO和ICBO都是衡量三极管质量的重要参数，由于ICEO比ICBO大得多，测量起来比较容易，所以我们常常把测量ICEO作为判断管子质量的重要依据。小功率硅管的ICEO在几微安以下，而小功率锗管的ICEO则大得多，约为几十微安以上。还需注意，ICEO和ICBO一样，也随温度的增加而增加。这两项数值越小，管子质量越高。

3）极限参数

（1）集电极最大允许电流ICM。三极管的电流放大系数β值与工作电流有关，工作电流太大，β就下降，使三极管的性能下降，也使放大的信号产生严重失真。一般定义当β值下降为正常值的1/3～2/3时所对应的IC值为ICM。当IC＞ICM时，可导致三极管损坏。

（2）集电极-发射极间的击穿电压U（BR）CEO。U（BR）CEO是指基极开路时集电极-发射极间的反向击穿电压，这个电压的大小与三极管的穿透电流ICEO直接相联系，当管子的UCE增加时，ICEO明显增大，导致集电结出现雪崩击穿。

（3）集电极最大允许功率损耗PCM。PCM表示集电结上允许损耗功率的最大值。超过此值就会使管子性能变坏或烧毁。根据规定的PC=ICUCE＜PCM值可以做出一条PCM曲线，如图1-36所示。由PCM、ICM和U（BR）CEO包围的区域为三极管安全工作区。

4）温度对三极管的特性与参数的影响

由于半导体的载流子浓度受温度影响，因而三极管的参数也会受温度的影响。这将严重影响到三极管电路的热稳定性。通常三极管的如下参数受温度影响比较明显。

（1）温度对uBE的影响。

三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性曲线相似，温度升高，曲线左移，如图1-37所示。在iB相同的条件下，输入特性随温度升高而左移，使uBE减小。温度每升高1℃，uBE就减小2～2.5mV。

（2）温度对ICBO的影响。ICBO是由少数载流子形成的。当温度上升时，少数载流子增加，故ICBO也上升。其变化规律是：温度每上升10℃，ICBO约上升1倍。ICEO随温度的变化规律大致与ICBO相同。在输出特性曲线上，温度上升，曲线上移，如图1-38所示。

（3）温度对β的影响。

β随温度的升高而增大，变化的规律是：温度每升高1℃，β值增大0.5%～1%。在输出特性曲线上，曲线间的距离随温度升高而增大。

综上所述，温度对uBE、ICBO、β的影响，均使IC随温度上升而增加，这将严重影响三极管的工作状态。

5.三极管的检测

（1）三极管极性和基极的判断。

将数字万用表量程开关置于“”挡位，用万用表的红表笔接三极管的某一引脚（假设它是基极），用黑表笔分别接另外两个引脚。如果显示的两个阻值都很小，说明这个三极管是NPN型的，红表笔所接的引脚是NPN型管的基极；如果显示的两个阻值都很大，说明这个三极管是PNP型的，红表笔所接的引脚是PNP型管的基极。如果两个阻值一个很大，一个很小，说明红表笔所接的引脚一定不是三极管的基极，这时要换另一个引脚重新检测，直到出现上述特点，判断出基极。

（2）三极管的集电极和发射极的判断。

将数字万用表量程开关置于“hFE”挡位，将三极管按极性分别插入NPN型和PNP型三极管的插孔内，已判断出来的基极一定要插入相应的基极插孔内。如果万用表显示的数值较大，说明三极管的三个极和插孔旁标注的三个极是对应的，可以由此分辨三极管的发射极和集电极，显示读数为晶体三极管β的近似值；如果万用表显示的数值很小，说明三极管的发射极和集电极正好插反了。

1.3.6 场效应管

由于半导体三极管工作在放大状态时，必须保证发射结正偏，故输入端始终存在输入电流。改变输入电流就可改变输出电流，所以三极管是电流控制器件，因而三极管组成的放大器，其输入电阻不高。

场效应管（简称FET）是通过改变输入电压（即利用电场效应）来控制输出电流的，属于电压控制器件，它不吸收信号源电流，不消耗信号源功率，因此输入电阻十分高，可高达上百兆欧。除此之外，场效应管还具有温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等优点，所以得到了广泛的应用。

半导体三极管参与导电的是两种载流子：电子和空穴，所以又称为双极性三极管。场效应管仅依靠一种极性的载流子导电，所以又称为单极性三极管。

根据结构不同，场效应管可以分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（IGFET）或称MOS型场效应管两大类。根据场效应管制造工艺和材料的不同，又可分为N型沟道场效应管和P型沟道场效应管。MOS场效应管具有制造工艺简单、成本低、功耗小等优点，因而广泛应用于集成电路中，特别是在大规模和超大规模集成电路中得到了广泛的应用。

1.结型场效应管

1）结构及符号

结型场效应管也是具有PN结的半导体器件，图1-39（a）绘出了N沟道结型场效应管的结构（平面）示意图。它是用一块N型半导体材料做衬底，在其两侧做出两个杂质浓度很高的P型区，形成两个PN结。从两边的P型区引出两个电极并联在一起，成为栅极（G），在N型衬底材料的两端各引出一个电极，分别称为漏极（D）和源极（S）。两个PN结中间的N型区域称为导电沟道，它是漏、源极之间电子流通的途径。这种结构的管子被称为N型沟道结型场效应管，它的代表符号如图1-39（b）所示。

如果用P型半导体材料做衬底，则可构成P沟道结型场效应管，其代表符号如图1-39（c）所示。N沟道和P沟道结型场效应管符号上的区别，在于栅极的箭头方向不同，但都要由P区指向N区。

2）工作原理

现以N沟道结型场效应管为例讨论外加电场是如何来控制场效应管的电流的。如图1-40所示，场效应管工作时它的两个PN结始终要加反向电压。对于N沟道，各极间的外加电压变为UGS≤0，漏源之间加正向电压，即UDS＞0。

当G、S两极间电压UGS改变时，沟道两侧耗尽层的宽度也随着改变，由于沟道宽度的变化，导致沟道电阻值的改变，从而实现了利用电压UGS来控制电流ID的目的。

（1）UGS对ID的控制作用。

当UGS=0时，场效应管两侧的PN结均处于零偏置，形成两个耗尽层，如图1-41（a）所示。此时耗尽层最薄，导电沟道最宽，沟道电阻最小。

当|UGS|值增大时，栅源之间反偏电压增大，PN结的耗尽层增宽，如图1-41（b）所示。导致导电沟道变窄，沟道电阻增大。

当|UGS|值增大到使两侧耗尽层相遇时，导电沟道全部夹断，如图1-41（c）所示。沟道电阻趋于无穷大。对应的栅源电压UGS称为场效应管的夹断电压，用UGS（off）来表示。

由以上的分析可知，改变栅源电压UGS的大小，可以有效地控制导电沟道的宽窄，也就能控制沟道电阻的大小。如果在漏极和源极之间加上固定的正向电压UDS，则N型导电沟道中的多数载流子（电子）便从源极通过导电沟道向漏极做漂移运动，从而形成漏极电流ID。

显然，在漏源电压UDS一定时，ID的大小是由导电沟道的宽窄（即电阻的大小）决定的，当UGS=UGS（off）时，ID≈0。于是我们得出结论：栅源电压UGS对漏极电流ID有控制作用。这种利用电压所产生的电场控制半导体中电流的效应，称为“场效应”，场效应管因此得名。

（2）UGS为一定值时，UDS对ID的控制作用。

UGS一定时UDS大小对导电沟道的影响如图1-42（a）、（b）所示。

当UGS为一定值时，随着UDS逐渐增加，一方面沟道电场强度加大，有利于漏极电流ID增加；另一方面，有了UDS，就在由源极经沟道到漏极组成的N型半导体区域中，产生了一个沿沟道的电位梯度，在从源极到漏极的不同位置上，栅极与沟道之间的电位差是不相等的，离源极愈远，电位差愈大，加到该处PN结的反向电压也愈大，耗尽层也愈向N型半导体中心扩展，使靠近漏极处的导电沟道比靠近源极处要窄，导电沟道呈楔形，如图1-42（a）所示。

当UDS继续增加，使漏栅间的电位差加大，靠近漏端电位差最大，耗尽层也最宽。当两耗尽层在A点相遇时，如图1-42（b）所示，称为预夹断。沟道一旦在A点预夹断后，随着UDS上升，夹断长度会略有增加，即自A点向源极方向延伸，但由于夹断处电场强度也增大，所以仍能将电子拉过夹断区（实际耗尽层），形成漏极电流。实际上，夹断区并非完全将沟道夹断，而是允许电子在它的窄缝中以较高的速度流过，在源极一侧的速度则较低，保证沟道内电流的连续性。当UDS增大，夹断区长度变长时，限制了ID的增加，形成了ID虽略有增加但基本恒定的特点。

3）场效应管的特性曲线

（1）转移特性。

所谓转移特性是在一定漏源电压UDS下，栅源电压UGS对漏极电流ID的控制特性，即转移特性曲线如图1-43所示。

从图1-43中可以看出UGS对ID的控制作用。UGS=0时的ID，称为栅源短路时漏极饱和电流，记为IDSS。使ID=0时的栅源电压就是夹断电压（栅源截止电压）UGS（off）。

为了使栅源电压对沟道宽度及漏极电流有效地进行控制，PN结一定要反偏，所以在N沟道JFET中，UGS必须为负值。

（2）输出特性。

输出特性（也叫漏极特性）是指在栅源电压UGS一定时，漏极电流ID与漏源电压UDS之间的关系。即

图1-44给出了某N沟道结型场效应管的输出特性。从图中可以看出，管子的工作状态可分为可变电阻区、恒流区和击穿区这三个区域。

① 可变电阻区：特性曲线上升的部分称为可变电阻区。在此区内，UDS较小，ID随UDS的增加而近于直线上升，管子的工作状态相当于一个电阻，而且这个电阻的大小又随栅源电压UGS的大小变化而变，所以把这个区域称为可变电阻区。

② 恒流区：曲线近于水平的部分称为恒流区（又称饱和区）。在此区内，UDS增加，ID基本不变（对应同一UGS），管子的工作状态相当于一个“恒流源”，所以把这部分区域称为恒流区。

在恒流区内，ID随UGS的大小而改变，曲线的间隔反映出UGS对ID的控制能力。从这种意义来讲，恒流区又可称为线性放大区。场效应管做放大运用时，一般就工作在这个区域。

③ 击穿区：特性曲线快速上翘部分称为击穿区。在此区内，UDS较大，ID剧增，出现了击穿现象。场效应管工作时，不允许进入这个区域。

此外，当UGS＜UGS（off）时，ID=0称为截止区（图中未画出）。因此也可以认为输出特性有四个区。

2.绝缘栅型场效应管

绝缘栅型场效应管的栅极与漏极、源极及沟道是绝缘的，输入电阻可高达1014Ω以上。由于这种场效应管是由金属、氧化物和半导体组成的，故称MOS管。MOS管可分为N沟道和P沟道两种。按照工作方式不同可以分为增强型和耗尽型两类。

1）N沟道增强型MOS场效应管

（1）结构及符号。

N沟道增强型绝缘栅场效应管的结构如图1-45（a）所示。它以一块掺杂浓度较低，电阻率较高的P型硅半导体薄片做衬底，利用扩散的方法在P型硅中形成两个高掺杂的N+区，然后在P型硅表面覆盖一层很薄的二氧化硅绝缘层，并在二氧化硅的表面及N+型区的表面上分别安置三个铝电极，分别称为栅极（G）、源极（S）和漏极（D）。这就形成了N沟道MOS管。

由于栅极与源极、漏极均无电接触，故称绝缘栅极。图1-45（b）是N沟道MOS管的符号。箭头方向表示由P（衬底）指向N（沟道）。

如果以N型硅做衬底，可制成P沟道MOS管，如图1-45（c）所示。对于P沟道MOS管，其箭头方向与N沟道MOS管相反。

（2）工作原理。

在图1-45（a）中，如果将栅、源极短路（即栅源电压UGS=0），源区（N+型）、衬底（P型）和漏区（N+型）就形成两个背靠背的PN结，那么不论漏、源极间加的电压极性如何，总会有一个PN结呈反向偏置，致使漏、源之间的电阻很大，不能形成导电沟道，漏、源极间将无电流。如果在栅、源极间加上一个正电源UGS，并将衬底与源极相连，如图1-46所示。在正栅源电压UGS的作用下，介质中便产生一个垂直于P型衬底表面的由栅极指向衬底的电场，这个电场是排斥空穴而吸引电子的。当UGS较小时，吸引到衬底表面上的电子数很少，并被衬底表层的大量空穴复合掉，直至UGS增加超过某一临界电压时，这些电子在栅极附近的P型硅表面形成了一个N型薄层，通常把这个N型薄层称为反型层。这个反型层实际上就组成了漏极和源极间的N型导电沟道，若此时加上漏源电压UDS，就会产生ID。形成反型层的临界电压，称为栅源阈电压（或称为开启电压），用UGS（th）表示。显然，N型导电沟道的厚薄是由栅源电压UGS的大小决定的。于是，我们得出结论：栅源电压UGS能够控制漏极电流ID。

当UGS＞UGS（th）时，外加较小的UDS时，漏极电流ID将随UDS上升迅速增大，但由于沟道存在电位梯度，因此沟道厚度是不均匀的，靠近源端厚，靠近漏端薄，沟道呈楔形。当UDS增大到一定数值（如UGD=UGS-UDS=UGS（th））时，靠近漏端沟道被夹断，UDS继续增加，将形成一夹断区。和JFET相类似，沟道被夹断后，UDS上升，ID趋于饱和。

（3）特性曲线。

N沟道增强型绝缘栅场效应管的特性曲线如图1-47所示。图1-47（a）的转移特性是在UDS为某一固定值的条件下测出的，当UGS＜UGS（th）时，ID=0；当UGS≥UGS（th）时，导电沟道形成，并且ID随UGS的增大而增大。图1-47（b）为输出特性，同结型场效应管的情况类似。

2）N沟道耗尽型MOS场效应管

N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的结构和增强型基本相同，只是在制作这种管子时，预先在二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子。这样，即使在UGS=0时，由于正离子的作用，也能在P型衬底表面形成感生沟道，将源区和漏区连接起来，如图1-48所示。当漏、源极之间加上正电压UDS时，就会有较大的漏极电流ID。如果UGS为负，介质中的电场被削弱，使N型沟道中感应的负电荷减少，沟道变薄（电阻增大），因而ID减小。当UGS继续变负，等于某一阈值电压时，沟道将全部消失，ID=0，管子进入截止状态。

耗尽型绝缘栅场效应管的符号如图1-49所示。图1-49（a）为N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的符号，图1-49（b）为P沟道耗尽型绝缘栅场效应管的符号。二者的区别只是衬底U的箭头方向不同。

N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的特性曲线如图1-50所示。

3.场效应管的主要参数

（1）开启电压UGS（th）：当UDS为常数时，形成ID所需的最小|UGS|值，称开启电压。

（2）夹断电压UGS（off）：在UDS固定时，使ID为某一微小电流（如1μA）所需的UGS值。

（3）低频跨导gm：当UDS为定值时，漏极电流ID的变化量ΔID与引起这个变化的栅源电压UGS的变化量ΔUGS的比值，即

（4）漏源击穿电压U（BR）GS：指漏源间能承受的最大电压，当UDS值超过U（BR）GS值时，漏源间发生击穿，ID开始急剧增加。

（5）最大耗散功率PDM：PD=IDUDS＜PDM，指允许耗散在管子上的最大功率，其大小受管子最高工作温度限制。

（6）最大漏极电流IDM：管子工作时，ID不允许超过这个值。

4.场效应管的检测

结型场效应管的引脚识别如下。

（1）判定栅极G：将万用表拨至R×1kΩ挡，用万用表的负表笔任意接一电极，另一只表笔依次去接触其余的两个极，测其电阻。若两次测得的电阻值近似相等，则负表笔所接触的为栅极，另外两电极为漏极和源极。若两次测出的电阻都很大，则为N沟道；若两次测得的阻值都很小，则为P沟道。

（2）判定源极S、漏极D：一般结型场效应管的源极与漏极在制造工艺上是对称的，所以，当栅极G确定后，对于源极S、漏极D不一定要判别，这两个极可以互换使用。