第六节 半导体器件
一、二极管
1.二极管的实物、外形和图形符号
二极管实物图如图2-10所示，常用二极管的外形及图形符号如图2-11所示。
2.二极管的选用
1）选用检波二极管时，考虑其正向压降、反向电流、检波效率和损耗、最高工作温度等。如2AP系列用于收音机等电路中的检波电路，利用二极管的单向导电性，检出有用信号，滤去无用信号。
2）选用开关二极管时，必须考虑反向恢复时间、零偏压和结电容等。如2CK系列主要用于高频电路、开关电路、逻辑电路和各种控制电路。
图2-10 二极管实物图
图2-11 常用二极管的外形及图形符号
a）普通二极管 b）稳压二极管 c）发光二极管 d）光敏二极管
3）选用稳压二极管（稳压管）时，必须考虑稳定电压、稳定电流、最大功耗和最大工作电流、动态电阻、电压温度系数等。如2CW、2DW系列主要用于电子仪器仪表中作稳压用。
4）选用整流二极管时，必须考虑最大正向整流电流、最高反向工作电压、最高反向工作电压下的反向电流、最大整流电流下的正向压降等。如IN4007、2CP、2DP、2CZ系列，主要用于电子设备中作整流用。
5）选用发光二极管（LED）时，必须考虑正向工作电流（5mA、10mA、20mA、40mA）、正向工作电压（1.5～3V）、反向击穿电压（≥5V）、极限功耗（50mW、100mW）、发光波长和亮度。如BT系列主要用于显示电路、报警电路。检查发光二极管的方法是用万用表“R×10k”档测正、反向电阻，一般正向电阻应小于30kΩ，反向电阻应大于1MΩ，若正、反向电阻均为零，说明内部击穿短路；若正、反向电阻均为“∞”，说明内部开路。
6）光敏二极管：如2CU、2DU系列，是一种将光照强弱变化转换成电信号的半导体器件。广泛用于光电自动控制。光敏二极管的测量方法：暗阻的测量方法是在无光照的情况下，用黑布盖住，将万用表拨至“R×1k”档，红、黑表笔分别接光敏二极管的引脚，这时万用表读数若为几千欧，则黑表笔所接为正极，红表笔接的是负极，测得的是正向电阻；反之，对调表笔测量反向电阻，一般读数为几百千欧～∞；亮阻的测量方法是在光照的情况下，光敏二极管的反向电阻很小，仅为几百欧。
7）红外发光二极管：D101、D102（SE303）系列，把电能转换成光能，发出一种不可见光，广泛用于遥控家用电器及各种遥控设备中。
8）变容二极管：如2CC1、2CC12、2CC13系列，其结电容随外加反向电压大小而改变，常用于调谐电路。
3.二极管的特性
1）伏—安特性，即电压与电流之间的关系特性曲线。由正向特性和反向特性两部分组成。
2）单向导电特性。二极管两个引脚有正、负极之分，电流只能是从正极流向负极，而不能从负极流向正极。
3）正向电阻小。正向电阻是指二极管正向导通后两个引脚间的电阻（PN结的正向电阻），这一电阻很小。
4）反向电阻大。反向电阻是指二极管处于反向偏置而未击穿时两个引脚之间的电阻（PN结的反向电阻），这一电阻很大，远大于正向电阻。
5）正向压降基本不变。二极管导通后，正极与负极之间的管压降基本不变，正向电流发生很大变化时，正向压降才有微小的变化。
6）管压降温度特性。二极管的正向电压降只是基本不变，不是绝对不变，当温度升高时，其管压降会略有下降。
7）正向电流与正向电阻特性。当正向电流增大时，正向电阻有所减小，正向电流越大，正向电阻越小。
8）正向电流与正向管压降特性。当正向电流增大许多时，正向管压降有所增大，正向电流越大，正向管压降越大。
二、晶体管
1.晶体管的学名叫双极型晶体管，也即俗称的三极管，其实物、外形和图形符号
晶体管实物图、外形及图形符号如图2-12所示。
2.晶体管的特性
1）电流放大特性。各电极电流之间的关系：Ic=（1+β）Ib，Ie=Ib+Ic，β大于几十时，Ib有很小的变化，就会引起Ic很大的变化，具有电流放大功能。
2）晶体管有三种工作状态：截止状态、放大状态、饱和状态。晶体管用于放大信号时，处于放大状态。
3）开关特性。晶体管的集电极和发射极之间相当于开关。当晶体管截止时，它的集电极和发射极之间的内阻很大，相当于开关的断开状态；当晶体管处于饱和状态时，它的集电极和发射极之间的内阻很小，相当于开关的接通状态。
4）集电极与发射极之间内阻有可控特性。晶体管集电极和发射极之间的内阻随基极电流大小的变化而变化。当基极电流越大时，晶体管的这一内阻越小；反之则越大。
5）集电极与发射极之间电压有可控特性。基极电流越大，集电极与发射极之间电压越小；反之则越大。
6）输入特性。它说明了发射结正向偏置电压与基极电流之间的关系。
7）输出特性。它是指在基极电流大小一定时，输出电压UCE与输出电流Ic之间的关系。
8）发射极电压跟随基极电压的特性。当基极电压大小变化时，发射极电压的大小也作相应的变化，基极电压增大，发射极电压增大；基极电压减小，发射极电压减小。并不是基极电压增大多少，发射极电压就增大多少（增大量略有不同），而是相应地跟随着变化。
3.晶体管选用
1）选用晶体管时，必须考虑电流放大倍数β、反向电流ICBO、ICEO，反向击穿电压BVCEO、最大允许集电极电流ICM、集电极最大允许耗散功率PCM、频率参数fa、fβ、fT，开关参数td、tr、ts、tf等参数。根据不同的频率，功率的大小，电路工作状态和不同的要求，选择晶体管。常用的晶体管如下：
图2-12 晶体管
a）实物图 b）外形及图形符号
①用于低频小功率放大的晶体管，选用锗管，3AX系列、3BX系列。
②用于高频小功率放大的晶体管，选用锗管，3AG系列；硅管，3CG、3DG系列。
③用于低频大功率放大的晶体管，选用锗管，3AD系列；硅管，3DD系列。
④用于高频大功率放大的晶体管，选用硅管，3DA系列。
⑤用于开关电路的晶体管，选用锗管，3AK系列；硅管，3DK系列。
2）管型与电极的判别。根据PN结的单向导电性，把万用表置于“R×10”或“R×100”档，分别测量两个PN结的正、反向电阻，即可判别管的类型和基极。方法是，黑表笔接触被测管的任一电极不动，红表笔分别接触另外两个电极，若被测电阻为几百欧时，则被测管子为NPN型，黑表笔接触的电极是基极B。在C、B间跨接一个100kΩ电阻，两次测量（表笔对调一次）BC间电阻，阻值小的那一次，黑表笔接的是C极，另一个为E极。反之，红表笔与黑表笔交换，则被测管是PNP型，红表笔接触的电极是B极。
3）二极管、晶体管的质量鉴别。
①二极管的质量鉴别：用“R×100”档测量。
硅管：正向电阻400Ω左右，反向电阻∞，为优质管。
锗管：正向电阻200Ω左右，测反向电阻指针略动，为优质管。
正反向电阻均为“∞”或为“0”，则为坏管。
②晶体管由两个PN结组成，测量方法与二极管相似。
三、晶闸管
晶闸管的种类很多，常用的有单向和双向晶闸管。晶闸管的外形、结构与图形符号如图2-13所示。晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件，它是具有三个PN结的四层结构，图2-13a是晶闸管的外形图，图2-13b是内部结构示意图。从图2-13b看出，晶闸管的一端是一个螺栓，这是阳极引出端，同时可以利用它固定散热片；另一端有两根引出线，其中粗的一根是阴极引线，细的是门极引线。图2-13c是晶闸管的图形符号。
图2-13 晶闸管的外形、结构与图形符号
a）外形 b）结构 c）图形符号
晶闸管的参数有通态平均电流IT（AV）、正向重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM是选择单向晶闸管的主要参数。工作在大电流场合下的晶闸管，应加装散热器，保证散热器与晶闸管的良好接触，便于热量散发。
晶闸管的导通条件：阳极与阴极间加正向电压，门极加正向触发脉冲信号。
晶闸管的电极判别分直观法和测试法。
1）直观法判别的方法是：引脚“一”字形排列，将有标识的平面对着自己，三个引脚从左到右依次为阴极（K）、门极（G）、阳极（A）。
2）万用表测量法：单向晶闸管测量，将万用表置于“R×1k”档，先假定一个电极为门极，接黑表笔，然后用红表笔分别接触另外两个电极，若有一次出现正向导通，则假定的门极是正确的，而导通时红表笔接触的电极是阴极，余下的一个是阳极。若两次均不导通，可重新设定。晶闸管的正向电阻一般为几到几百欧，反向电阻很大。
3）双向晶闸管的测量：将万用表置于“R×100”档，用黑表笔接触任一电极，红表笔接触另两电极，指针不动，则说明黑表笔接触的是主电极T2，若红表笔接触一个电极，指针不动，接触另一电极，指针偏转，则黑表笔接触的不是T2，换另一个重新测量，直到找到T2为止。T1和G之间是由两个PN结反向并联形成的，按二极管的判别方法进行。利用万用表的“R×1k”或“R×10k”档，测量T1与T2间的正、反向电阻，指针指在“∞”处不动；测量T2与G的正、反向电阻，指针略有摆动，但仍在“∞”处，均属于正常。
四、场效应晶体管
场效应晶体管是电压型控制器件，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、没有二次击穿、受温度和辐射影响小等特点，适用于高灵敏、低噪声电路。场效应晶体管分结型和绝缘栅型。
场效应晶体管的选择：根据场效应晶体管的主要参数进行选择，当信号源内阻高或信号源为超高频低噪声弱信号，希望得到好的放大作用和较低的噪声系数时，可选用场效应晶体管。
使用场效应晶体管注意事项：
1）存放和焊接绝缘栅场效应晶体管时必须将它的引脚短路，避免受外电场作用而击穿。焊接时用25W以下有良好接地的内热式电烙铁。
2）场效应晶体管互导的大小与工作区有关，Ugs越低，Gm越高。
3）结型场效应晶体管的源、漏极可以互换。
4）在要求输入电阻高的场合下使用，应采取防潮措施，以免输入电阻下降。