電子技術與元器件的基礎知識第二章電子技術與元器件的基礎知識2.1電子元器件2.2元器件的修理常識2.1電子元器件2.1.1晶體二極管

1.二極管的結構、符號、分類和型號（1）二極管的結構、電路符號二極管的內部結構如圖2-1（a）所示。采用摻雜工藝，使鍺或硅晶體的一邊形成P型半導體區域，另一邊形成N型半導體區域，在P型半導體與N型半導體的交界面會形成一個具有特殊電性能的薄層，即PN結。從P區引出的電極為正極（或陽極），從N區引出的電極為負極（或陰極）。二極管一般用金屬、塑料或玻璃材料作為封裝外殼，外殼上印有標記便于區分正負電極。二極管的電路符號如圖2-1（b）所示，箭頭所指的方向為正向電流流通的方向，習慣用字母V（或D）代表二極管。2.1電子元器件穩壓電源、收音機、電視機等電子產品中各種不同外形的二極管如圖2-2所示。

圖2-2常見二極管外形圖2.1電子元器件（2）二極管的分類、型號常見的二極管分類如下：按材料分為硅二極管和鍺二極管；按PN結面積大小分為點接觸型、面接觸型和平面型；按功能分為整流、穩壓、發光、光電、檢波、激光和變容二極管等。各種不同類型的二極管，國內外都采用規定型號來區分。如2CW53表示硅穩壓二極管，2AC1表示鍺變容二極管等等。根據中華人民共和國國家標準，半導體器件型號由五部分組成，其每一部分的含義見表2-1。例如：2SA53表示高頻PNP型三極管，1S92表示半導體二極管。2.1電子元器件表2-1國產半導體器件的型號命名方法第一部分第二部分第三部分用數字表示器件的電極數目用漢語拼音字母表示器件的材料和極性用漢語拼音字母表示器件的類別符號意義符號意義符號意義符號意義2二極管ABCDN型鍺材料P型鍺材料N型硅材料P型硅材料PVWCZ普通管微波管穩壓管參量管整流管LSNUK整流堆隧道管阻尼管光電器件開關管3三極管ABCDEPNP型鍺材料NPN型鍺材料PNP型硅材料NPN型硅材料化合物材料XGDAUK低頻小功率管（fT＞3MHz,PC＜1W）高頻小功率管（fT≥3MHz,PC＜1W）低頻大功率（fT≤3MHz,PC≥1W）高頻大功率（fT≥3MHz,PC≥1W）光電器件開關管開關管2.1電子元器件表2—2美國半導體器件型號的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號表示器件的等級用數字表示PN結數目用字母表示材料用數字表示器件登記序號用字母表示同一器件的不同檔次符號意義符號意義符號意義符號意義符號意義J軍品1二極管N表示不加熱即半導體器件2～4位數字登記順序號A、B、C表示器件改進型無非軍品

2三極管

3四極管2.1電子元器件日本半導體器件型號共用五部分組成，其表示方法如表2-3。表2-3日本半導體器件命名法第一部分第二部分第三部分用數字表示器件的電極數目用字母表示半導體器件

用拉丁字母表示器件的結構和類型符號意義符號意義符號意義0光電器件S

半導體器件A高頻PNP型三極管快速開關三極管

三極管B低頻大功率PNP管3有三個PN結的器件C高頻及快速開關NPN三極管D低頻大功率NPN管FP控制極可控硅GN控制極可控硅HN基極單結管JP溝道場效應管KN溝道場效應管M雙向可控硅2.1電子元器件

2.二極管的重要特性—單向導電性(1)加正向電壓導通如果將電源正極與二極管正極相連，電源負極與二極管負極相連，稱為正向偏置，簡稱正偏。此時二極管內部呈現較小的電阻，有較大電流通過，二極管狀態為正向導通狀態。(2)加反向電壓截止如果將電源正極與二極管負極相連，電源負極與二極管正極相連，稱為反向偏置，簡稱反偏。此時二極管內部呈現較大的電阻，幾乎無電流通過，二極管狀態為反向截止狀態。由上可知，二極管加正偏壓時導通，加反偏壓時截止，即單向導電性是二極管最重要的特性。2.1電子元器件（1）正向特性正向伏安特性曲線指VV—IV坐標系的第一象限部分，其主要特點是：①外加電壓較小時，二極管呈現的電阻較大，正向電流幾乎為零，曲線OA（或OAˊ）段稱為死區，對應的死區電壓值，硅管為0.5伏左右，鍺管為0.2伏左右。②正向電壓VV超過死區電壓時，PN結內電場幾乎被抵消，二極管呈現的電阻很小，正向電流ID增長很快，二極管正向導通。AB（或AˊBˊ）段特性曲線陡直，VV～IV關系近似于線性，此段稱為導通區。導通后二極管兩端的正向壓降（或管壓降）近似認為是導通電壓。一般硅管為0.7伏左右，鍺管為0.3伏左右。這個電壓較穩定，幾乎不隨流過的電流變化。2.1電子元器件（2）反向特性反向伏安特性曲線指VV～IV坐標系的第三象限部分，它的主要特點是：①當二極管承受反向電壓VR時，加強了PN結內電場，使二極管呈現很大電阻，此時僅有極小的反向電流IR。曲線OC（或OCˊ）段稱為反向截止區，此處的IR稱為反向飽和電流或反向漏電流。實際應用中IR越小越好。一般硅二極管的IR在幾十微安以下，鍺二極管的IR達幾百微安，大功率二極管則更大些。②反向擊穿區當反向電壓增大到超過某個值（圖中C或C’點），反向電流急劇增大，這種現象叫反向擊穿。CD（或C’D’）段稱為反向擊穿區，C（或C’）點對應的電壓叫反向擊穿電壓VBR。擊穿后電流過大將使管子損壞，所以除穩壓管外，加在二極管上的反向電壓不允許超過擊穿電壓。2.1電子元器件4.二極管的主要技術參數及選擇（1）主要參數不同類型的二極管有不同參數供選用者參考，在實際應用中最主要的參數如下：①最大整流電流IFM

又稱為額定工作電流，是二極管長期運行時允許通過的最大正向平均電流。如果實際工作時的正向平均電流值超過IFM，二極管內的PN結會過分發熱而損壞。不同型號的二極管IFM參數懸殊很大。一些大電流的二極管要求使用散熱片，且它的IFM是指帶有規定散熱片條件下的參數值，選用時要注意實際工作電流要比IFM小得較多才安全。2.1電子元器件（2）器件手冊的使用二極管類型非常多，并且有很多的參數都可從不同側面反映管子的性能。從晶體管手冊中可以查出常用國產、進口二極管的技術參數和使用資料，這些是正確使用二極管的依據。通常晶體管手冊包含以下基本內容：器件型號、主要參數、主要用途和器件外形等。表2-5列舉了幾種典型二極管的技術參數。

2.1電子元器件表2-5典型二極管的技術參數型號最大整流電流IFM/mA

最高反向工作電壓VRM/V反向飽和電流IR/mA最高工作頻率fM/MHZ主要用途2AP32CK842CP312CZ55C25100250100030≥3025100≤0.25≤1≤300≤0.01

150

003

檢波管開關管整流管整流管2.1電子元器件2.1.2晶體三極管

三極管的結構、分類及符號

（1）三極管的外形半導體三極管亦稱雙極型晶體三極管，簡稱晶體管。功率不同的三極管體積和封裝形式也不一樣，近年來生產的小、中功率管多采用硅酮塑料封裝；大功率管多采用金屬封裝，且其外殼和散熱器連成一體便于散熱。常見的三極管外形如圖2-4所示。

圖2-4常見的三極管外形2.1電子元器件晶體三極管的核心是兩個靠得很近的PN結，如圖2-5所示。內部有三個半導體區：發射區、基區、集電區，對應的三個電極分別為發射極e、基極b、集電極c；由三個區域半導體類型的不同，三極管分為PNP型和NPN型；發射區和基區之間的PN結稱為發射結IC,基區和集電區之間的PN稱為集電結IC。注意：由三極管制造工藝的特殊性知，三極管并不是兩個PN結的簡單組合，使用時不能用兩個二極管代替，也不能將發射極和集電極對調使用。2.1電子元器件（3）三極管的分類和命名三極管的種類很多，一般有以下幾種分類：按照結構工藝分為NPN型和PNP型（目前國產的硅三極管多為NPN型，鍺三極管多為PNP型）；按所用半導體的材料分為硅三極管和鍺三極管（由于硅管溫度穩定性好，所以在自控設備中常用硅管）；按允許耗散的功率大小分為大功率管（耗散功率大于幾十瓦）和小功率管（耗散功率小于1瓦）；按工作頻率不同分為高頻管（f≥3MHZ且高頻管的工作頻率可以達到幾百兆赫）和低頻管（f<3MHZ）；按用途分為普通三極管和開關三極管等。三極管型號的具體識別方法見表2-1。2.1電子元器件2.三極管的工作電壓和主要參數三極管工作時，通常在其發射結Je上加正偏電壓，在集電結Jc上加反偏電壓。加在基極和發射極間的電壓叫偏置電壓，一般硅管為0.7V左右，鍺管為0.3V左右，加在集電極和基極間的電壓一般為幾伏到幾十伏。三極管的種類很多，從晶體管手冊中可查出三極管的型號、主要參數、主要用途和外形等，這些技術資料是正確選用三極管的主要依據。總的來說，有以下幾類常用參數：2.1電子元器件3.三極管內電流分配和電流放大作用三極管各極電流分配關系為：IE=IB+IC其中，由于IB遠小于IC，所以IE≈IC；三極管具有電流放大作用：共發射極電流放大系數，β=IC/IB，β=ΔIC/ΔIB；

4.三極管的工作特性

在模擬電路中，三極管應用較多的是共發射極電路，輸入電壓VBE與輸入電流IB間的數量關系稱為三極管的輸入特性；輸出電壓VCE與輸出電流IC間的數量關系稱為三極管的輸出特性；三極管的輸入輸出特性，統稱為三極管的工作特性。三極管的輸入、輸出特性曲線如圖2—6（a）、（b）。2.1電子元器件（a）輸入特性曲線（b）輸出特性曲線

圖2-6三極管共發射極特性曲線由三極管輸入特性曲線看出：當VBE很小時，IB=0，三極管時截止的，只有在VBE大于三極管的門坎電壓（硅管約0.5伏，鍺管約0.2伏）后，三極管才產生IB開始導通。導通后的IB迅速增大，但VBE變化很小，此時的VBE值稱為三極管工作時的發射結正向壓降或導通電壓值（硅管約為0.7伏，鍺管約為0.3伏）。由此分析，三極管的輸入特性曲線是非線性的。2.1電子元器件通常把三極管輸出特性曲線分成三個工作區來分析其工作狀態，即放大區、截止區和飽和區。截止區是圖2-6（b）中iB=0曲線下方的區域，三極管處于截止狀態。在iB=0時，iC并非為零，這時電流就是穿透電流ICEO；飽和區在uCE較小的區域，此區域三極管iC不隨iB增大而變化，即處于飽和狀態，飽和時的uCE值稱為飽和壓降VCES（小功率硅管約0.3伏，鍺管欲0.1伏）；放大區在截止區和飽和區之間，此區域內三極管iC受iB的控制，即ΔiC=βΔiB，具有電流放大作用，三極管處于放大狀態。且iB一定時，IC不隨VCE變化而保持恒定，這種現象稱三極管的恒流特性。由上述特性總結，三極管工作的外部條件為：當三極管的發射結正偏，集電結反偏時處于放大狀態；發射結反偏（或零偏）時，處于截止狀態；發射結正偏，集電結正偏時，處于飽和狀態。注：工作的內部條件由三極管制造工藝決定。2.1電子元器件（a）小功率（b）中功率（c）大功率管圖2-7單向晶閘管外形圖2.1電子元器件

單向晶閘管的結構和符號如圖2-8（a）、（b）所示。內部結構有四層半導體區、三個PN結，外部有三個引腳即陽極A、陰極K和控制極（又稱門極）G。晶閘管導通必須具備兩個條件：即在陽極、陰極間加正偏壓，同時在控制極和陰極間加正向觸發電壓。管子一旦導通后門極即失去控制作用，無論門極有無電壓，管子仍然保持導通狀態。關斷晶閘管有兩種方法：一是將陽極電壓降低到足夠小或瞬間反向電壓；二是將陽極瞬間開路。（a）內部結構（b）符號圖2-8單向晶閘管的結構和符號2.1電子元器件單向晶閘管的工作原理及基本特性：晶閘管是P1N1P2N2四層叁端結構元件，共有三個PN結，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成，其等效圖解如圖2-9所示。圖2-9可控硅等效圖解2.1電子元器件當陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發信號，BG2便有基流ib2流過，經BG2放大，其集電極電流ic2=β2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時，電流ic2再經BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到BG2的基極，形成正反饋，使ib2不斷增大，如此正反饋循環的結果，兩個管子的電流劇增，使可控硅飽和導通。由于BG1和BG2所構成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態，由于觸發信號只起觸發作用，沒有關斷功能，所以這種可控硅是不可關斷的。由于可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態，所以它具有開關特性，這種特性需要一定的條件才能轉化。2.1電子元器件晶閘管的優點很多，例如：具有容量大、效率高、成本低、重量輕、體積小、控制靈敏等優點；以小功率控制大功率，功率放大倍數高達幾十萬倍，可實現小信號功率對大信號功率的變換和控制；在脈沖數字電路中可作為功率開關管使用；反應極快，在微秒級內開通、關斷；無觸點運行，無火花、無噪音等。缺點：抗干擾能力和過載能力較差，工作電路較復雜，靜態及動態的過載能力較差，容易受干擾而誤導通。2.2元器件的修理常識

2.2.1元器件的檢測和故障分析元器件的檢測是維修電工的一項基本功，如何準確有效地檢測元器件的相關參數，判斷元器件是否正常，沒有千篇一律的方法，必須根據不同的元器件采用不同的方法，從而判斷元器件是否正常。特別對初學者來說，熟練掌握常用元器件的檢測方法是很必要的，以下介紹常用電子元器件的檢測方法供讀者參考。2.2元器件的修理常識

2.2.1.1二極管的檢測和故障分析

從外形上判斷二極管管腳如圖2-10所示。

陰極

陽極

圖2-10普通整流管（1N4007型）管腳圖2.2元器件的修理常識

可以用晶體管特性圖示儀對二極管作較準確的測量。為操作方便，基于二極管的單向導電性原理，實踐中常用萬用表來檢測判別其管腳和性能。操作如下：先將萬用表調至歐姆擋的R×1K或R×100（此時黑表筆接內部電池的正極，紅表筆接內部電池的負極）；然后將萬用表的紅、黑表筆分別接到二極管兩端，若測得電阻較?。◣浊W以下），再將紅、黑表筆對調后接于二極管兩端時，測得的電阻較大（幾百千歐），則可判斷該管質量較好，且測得電阻較小的那次黑表筆接的是二極管的陽極。故障分析：若上述檢測中二極管的正、反向電阻都很小，甚至為零，表明管子內部短路；若測得二極管的正、反向電阻都很大，表明內部已斷路。

2.2元器件的修理常識

實用時根據情況也可用其他方法，舉例如下：（1）檢測1N400××型二極管平時裝配和檢修各類電子電器的整流電源時，1N400××型二極管的應用是相當多的。檢測二極管性能采用電筒電路，能迅速地判斷其好壞。讓電池的正極先、后接二極管兩腳，如果電珠一次發出微弱光，另一次不發光，則電珠發光那次電池正極處接的是二極管陽極，不發光的那次是二極管的陰極，同時也說明該二極管性能良好；如果電池正極碰觸二極管任一腳小電珠都能發光，說明此二極管內部已短路；若電珠都不亮，則二極管內部已斷路。注意：此法不能確定二極管的耐壓。2.2元器件的修理常識

（2）檢測發光二極管發光二極管因其工作電壓低，所以用電筒電路能直觀地判斷其性能和質量好壞。如果將待測發光二極管跨接入電路后發光二極管不點亮，而將其調換極性后再次接入電路時，發光管微微發光，那么證明該管性能良好，同時可以判斷發光管與電池負極相接的管腳即為發光管的負極，另一腳為正極。但如果通過上述兩次接入電路二極管均不發光點燃，則說明該管已壞。但反過來說，如發光管兩次接入電路，雖然發光管均不亮，但電路中的小電珠卻已閃亮發光，則說明該發光管內部已擊穿導通。2.2元器件的修理常識

（3）檢測光電二極管光電二極管是一種能把光照強弱的變化轉換為電信號的半導體器件。其頂端有一個能射入光線的窗口，光線通過窗口照射到管芯上，在光的激發下，光電二極管產生大量“光生載流子”，光電二極管的反向電流大大增加使內阻減小。常用的光電二極管為2CU、2DU型。其正向電阻不隨光照強弱而變化（約為幾千歐）；反向電阻在無光時約200KΩ，受光照射時光線越強反向電阻越小，小到幾百歐，去除光照反向電阻立即恢復到無光時的阻值。根據上述原理用萬用表檢測即可。2.2元器件的修理常識

2.2.1.2三極管檢測和故障分析

普通三極管的管腳排列如圖2-11所示。

圖2—11普通三極管的管腳圖可以用晶體管特性圖示儀對三極管作較準確的測量。為操作方便，基于三極管的內部結構（“三區兩結”），常用萬用表來檢測判別其管腳及性能。操作如下：對于功率在1W以下的中小功率三極管，可用萬用表的R×1K或R×100擋測量，對于功率在1W以上的大功率三極管，用萬用表的R×10或R×1擋測量。2.2元器件的修理常識

1.用萬用表判別管腳和管型第一步：判別基極和管型用黑表筆接觸某一管腳，用紅表筆分別接觸另兩個管腳，用此方法幾次試探，如表頭電阻讀數都很小，則與黑表筆接觸的管腳是基極，同時可確定為NPN型三極管；若用紅表筆接觸某一管腳，用黑表筆分別接觸另兩個管腳，如表頭讀數都很小，則與紅表筆接觸的管腳是基極，同時可確定為PNP型三極管。第二步：判別發射極e和集電極c以NPN型三極管為例，當基極確定后，假設余下的兩腳中的一腳是集電極，將黑表筆接到此腳上，紅表筆接到余下的假設發射極上，用稍潮濕的手捏在基極和假設的集電極之間（注意：b、e極不要相碰），觀察并計下此時的阻值。再把兩腳作相反假設，用同樣的方法測試并計下阻值。比較兩次讀數大小，則阻值小的那次黑表筆接的就是NPN管的集電極c，余下的一腳便是發射極e。判別PNP型三極管方法同上，但必須把上述表筆極性對調一下測試。估測三極管的電流放大系數β

把萬用表撥到相應的歐姆擋，測量集電極與發射極間的電阻，再用潮手捏在基極b與集電極e之間（潮手代替基極偏置電阻RB，約100KΩ左右），觀察指針擺動幅度大小，擺動越大則β越大。2.2元器件的修理常識

2.用萬用表直接測量一般的萬用表都有測β的功能，將萬用表撥到HFE擋，三極管插入測試孔中即可從刻度盤上直讀β值。若c、e極未知，只要將c、e對調以下測兩次，指針偏轉較大的那次插腳正確，且從表插孔旁邊標記即可判別出c極和e極。實踐小經驗：對于常用的小功率三極管而言，如9013、9014等三極管，也可以利用電筒電路，快速地粗測其性能判斷好壞。將電路中的電池正極接三極管的基極，電池的負極分別碰觸三極管的集電極與發射極。如果在碰觸集電極時電珠即發光呈暗紅色亮光，而碰觸發射極時電珠也發亮光，則證明該管性能基本良好。若碰觸集電極或發射極時，只有其中一次電珠不亮，則說明該管的一個電極存在斷路。但當電池負極碰觸集電極和發射極時，電珠均不發光，那么證明該管內部已開路。

2.2元器件的修理常識

2.2.1.3單向晶閘管檢測單向晶閘管的管腳排列如圖2-12所示。

圖2-12晶閘管的管腳排列2.2元器件的修理常識

1.電極檢測判別由晶閘管內部結構知，控制極G和陰極K間是一個PN結，而GA和AK間存在反向的PN結。檢測時先將萬用表撥到R×1K擋，假定晶閘管某一端為控制極G且接上黑表筆，然后用紅表筆分別觸及另外兩腳，若有一次正向導通，則假定的控制極是對的，而導通的那次紅表筆接的是陰極K。余下的一極是陽極A。如果兩次都不導通，則假定錯誤，再重新設定檢測。2.2元器件的修理常識

2.質量判別應用電筒電路亦能估測可控硅管子的好壞及導通和阻斷情況。將單向可控硅的陰極Ｋ與電池負極相連接，陽極A與電池正極相接，這時電路中的小電珠若無光亮，則證明可控硅的正向阻斷性能基本良好。再找一根細導線將電池的正極端與可控硅的控制電極（G）迅速碰觸一下，這時電珠若閃光發亮，則說明可控硅的導通性能良好。若導線碰觸時電珠不亮，或小電珠瞬間閃亮一下又即刻熄滅，則說明該管的導通能力很差，根本無法導通。故障分析如果GK之間的正、反向電阻都等于零，或GK與AK之間的正、反向電阻都很小，說明晶閘管內部短路；如果GK之間的正、反向電阻都為無窮大，說明晶閘管內部斷路。2.2元器件的修理常識

2.2.2元器件的替代

在維修中若已判斷某一器件損壞，如果現有或能購到同樣的器件并將其換上最好，但有時很難買到同樣的器件，此時則應考慮替代的問題。

1.半導體器件的替代替代之前應確認元器件是否已損壞。因為半導體器件不如電容電阻那樣耐焊易拆卸，在拆卸中，人為損壞較多。記錄下各電極的位置，再將器件取下，并再次確認原器件是否損壞，在確認已損壞時，應記錄下器件的型號、制造廠家。最好的替代是同一制造廠家、同一型號的產品。如果不具備這一條件，應通過器件手冊查找元器件的主要參數。再根據這些主要參數選擇替代品，替代品應符合下述2.2元器件的修理常識

幾個條件：材料相同，即鍺－鍺、硅－硅替代；極性相同，即PNP－PNP、NPN－NPN替代；種類相同，三極管－三極管、場效應管－場效應管替代；主要特性相同，如最大直