技能培训专题：电工电子技术之常用半导体器件性能与测试.pptx

,项目8 常用半导体器件性能与测试,任务8.1 二极管的性能与测试 任务8.2 三极管的性能与测试 任务8.3 晶闸管的性能与测试 任务8.4 拓展与训练,项目8 常用半导体器件性能与测试,任务8.1 二极管的性能与测试 8.1.1 PN结与单向导电性 1.N型半导体和P型半导体 自然界中存在的各种不同物质，按其导电能力衡量，可分为导体、半导体和绝缘体三大类。导电性良好的物质称为导体。几乎不导电的物质称为绝缘体。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。,项目8 常用半导体器件性能与测试,物质导电能力的差异是由于物质内部的结构不同。物质由原子组成，原子又由带正电的原子核和带负电的电子组成。 纯净的半导体称为晶体。半导体中存在两种载流子电子和空穴，电子带负电，空穴带正电。 在半导体基片上掺入三价元素形成P型半导体。P型半导体中主要参与导电的载流子是带正电的空穴。 在半导体基片上掺入五价元素形成N型半导体。N型半导体中主要参与导电的载流子是带负电的自由电子。,项目8 常用半导体器件性能与测试,随着掺入杂质浓度的增加、温度升高或光照增强，都将引起半导体的导电能力剧烈增强。人们根据这些特点，制成多种性能的电子元器件，如二极管、三极管等元件。 2.PN结与单向导电性 如果采取工艺措施，在一块本征半导体中掺入不同的杂质，一边做成N型，另一边做成P型，则在P型半导体和N型半导体的交界面上就形成一个特殊的薄层，称为PN结。许多半导体器件都含有PN结。,项目8 常用半导体器件性能与测试,（1）外加正向电压时，正向电流较大。PN结加正向电压的情况，如图8-1所示，即直流电源正极接P区，负极接N区。此时，PN结处于导通状态，导电方向从P区到N区，PN结呈现的电阻称为正向电阻，其值很小，一般为几欧到几百欧。 （2）外加反向电压时，反向电流很小。PN结外加反向电压的情况如图8-2所示。即直流电源正极接N区，负极接P区，PN结基本上处于截止状态。此时的电阻称为反向电阻，其值很大，一般为几千欧至十几千欧。,项目8 常用半导体器件性能与测试,综上所述，PN结外加正向电压时，正向扩散电流较大，PN结呈导通状态，结电阻小；PN结外加反向电压时，反向漂移电流很小，PN结呈截止状态，结电阻很大。因此PN结具有单相导电性。,项目8 常用半导体器件性能与测试,8.1.2 二极管的结构与伏安特性 1.二极管的结构 将一个PN结的两端加上电极引线并用外壳封装起来，就构成一只半导体二极管。不论何种型号、规格的二极管，都有两个电极：由P区引出的电极称为正极；由N区引出的电极，称为负极。,项目8 常用半导体器件性能与测试,2. 二极管的伏安特性 二极管两端所加电压与流过管子的电流之间的关系曲线，称为伏安特性。当外加正向电压很低时，二极管正向电流几乎为零。 只有在外加电压大于某 一数值时，正向电流才 明显增加，这个电压称 为死区电压。,项目8 常用半导体器件性能与测试,1. 额定正向工作电流 额定正向工作电流指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过二极管会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度，就会使管芯过热而损坏。 2. 最大浪涌电流 最大浪涌电流，是允许流过的过量正向电流，它不是正常电流，而是瞬间电流。其值通常是额定正向工作电流的20倍左右。,项目8 常用半导体器件性能与测试,3. 最高反向工作电压 加在二极管两端的反向工作电压高到一定值时，管子将会击穿，失去单向导电能力。 4.反向电流 反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。 5. 反向恢复时间 正向电压变成反向电压时，电流一般不能瞬时截止，要延迟一点时间，这个时间就是反向恢复时间。,项目8 常用半导体器件性能与测试,8.1.4 二极管的识别及其质量检测 1.设别检波二极管 检波二极管的作用是利用其单向导电性将高频或中频无线电信号中的低频信号或音频信号取出来，广泛应用于半导体收音机、收录机、电视机及通信等设备的小信号电路中，其工作频率较高，处理信号幅度较弱。,项目8 常用半导体器件性能与测试,2.识别整流二极管 整流二极管是利用PN结的单向导电特性，把交流电变成脉动直流电。整流二极管漏电流较大,多数采用面接触性料封装的二极管。,项目8 常用半导体器件性能与测试,3.识别稳压二极管 稳压二极管，是指利用PN结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成起稳压作用的二极管，如图8-7所示为稳压二极管。,项目8 常用半导体器件性能与测试,4.识别发光二极管 与白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低；工作电流很小；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制电流强弱方控制发光的强弱。,项目8 常用半导体器件性能与测试,5.识别光电二极管 光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。,项目8 常用半导体器件性能与测试,6.识别变容二极管 变容二极管的作用是利用PN结之间电容可变的原理制成的半导体器件，在高频调谐、通信等电路中作可变电容器使用。变容二极管属于反偏压二极管，改变其PN结上的反向偏压，即可改变PN结电容量。反向偏压越高，结电容则越少，反向偏压与结电容之间的关系是非线性的。,项目8 常用半导体器件性能与测试,7. 二极管的简易测试 （1）使用指针式万用表判断二极管的正负极 将万用表欧姆档的量程拨到R1K、R100档，并将两表笔分别接到二极管两端。正向偏置时，黑表笔所接的那一端是二极管的正极。,项目8 常用半导体器件性能与测试,（2）使用指针式万用表检查二极管的好坏 测得二极管的正反向电阻相差越大越好，若测得正反向电阻均为无穷大，则表明二极管内部断路。如果测得正、反向电阻均为零，此时表明二极管被击穿或短路。 （3）使用数字万用表判断二极管的正负极 将万用表的红黑表笔分别与被测二极管的两个引脚相接。测量结果若在1V以下，红表笔所接为二极管正极，黑表笔为负极；若显示1V，则黑表笔所接为正极，红表笔为负极。,项目8 常用半导体器件性能与测试,（4）使用数字万用表检查二极管的好坏 红黑表笔分别与被测二极管的两个引脚相接时，如果两个方向均显示超量程，则二极管开路；若两个方向均显示0V,则二极管击穿、短路。,项目8 常用半导体器件性能与测试,8.1.5 二极管应用电路分析 1.钳位 二极管钳位电路是指由两个二极管反向并联组成的，一次只能有一个二极管导通，而另一个处于截止状态，那么它的正反向压降就会被钳制在二极管正向导通压降0.50.7V以下， 从而起到保护电路的目的。,项目8 常用半导体器件性能与测试,2.限幅 设输入电压ui为正弦波，其幅值大于0.7V。当ui处于正半周，且ui小于0.7V时，二极管均截止，输出电压等于ui；当ui大于0.7V时，VD1导通，输出电压为0.7V。当ui处于负半周，且ui大于负0.7V时，二极管均截止，输出电压 等于ui；当ui小于负0.7V 时，VD2导通，输出电压 为负0.7V。,项目8 常用半导体器件性能与测试,3.稳压 利用二极管正向导通时，在一定电流范围内，管子两端电压变化不大的特点，可组成正向稳压电路。,项目8 常用半导体器件性能与测试,2.三极管的分类 三极管的种类很多，通常按以下方法进行分类。 （1）按工作频率分有低频三极管、高频三极管和超高频三极管。 （2）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。 （3）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。,项目8 常用半导体器件性能与测试,（4）按功率分有小功率三极管、中功率三极管、大功率三极管。 （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。 8.2.2 三极管的电流放大作用 如图8-18所示为NPN三极管的结构，由于内部存在两个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连接起来，将会发现它们并不具有放大作用,项目8 常用半导体器件性能与测试,第二，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，则基区中多子的浓度很低。NPN三极管的基区为P型，浓度相对很低。 三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。 由于发射结正向偏置，因而外加电场有利于多数载流子的扩散运动。又因为发射区的多子电子的浓度很高，于是发射区发射出大量的电子。这些电子越过发射结到达基区，形成电子电流,项目8 常用半导体器件性能与测试,电子到达基区后，因为基区为P型，其中的多子是空穴，所以从发射区扩散过来的电子和空穴产生复合运动而形成基极电流，基区被复合掉的空穴由外电源不断进行补充。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少，因而基极电流比发射极电流小得多。大多数电子在基区中继续扩散，到达靠近集电结的一侧。,项目8 常用半导体器件性能与测试,8.2.3 三极管的主要参数 1.电流放大系数 表征三极管电流放大能力的参数。通常以100左右为宜。 2.集电极最大允许电流ICM 集电极最大允许电流ICM。ICM是指三极管的参数变化不允许超过允许值时的最大集电极电流。当电流超过ICM时，管子的性能显著下降，集电结温度上升，甚至烧坏管子。,项目8 常用半导体器件性能与测试,3.集电极最大允许耗散功率PCM 为了限制集电结温升不超过允许值而规定的最大值，该值除了与集电极有关外，还与集电极和发射极之间的电压有关。 4.集电极、发射极之间反向击穿电压U(BR)CEO 三极管基极开路时，允许加到C-E极间的最大电压。一般三极管为几十伏，高反压的管子的反向击穿电压大到上千伏。,项目8 常用半导体器件性能与测试,5.穿透电流ICEO 穿透电流是衡量一个管子好坏的重要指标，穿透电流大，三极管电流中非受控成分大，管子性能差。由于穿透电流是由少子飘移形成，因此受温度影响大，温度上升，穿透电流增大很快。 8.2.4 三极管的识别及其质量检测 1.三极管的外形特征 （1）小功率三极管有金属外壳和塑料外壳两种，如图8-20所示为金属外壳和塑料外壳三极管。,项目8 常用半导体器件性能与测试,2.三极管的简单测试 （1）判断三极管的管型及基极 将万用表拨至RX100档或RX1K档，调零。 用黑表笔接触某一管脚，红表笔分别接触另外两个管脚，如表头读数都很小，则与黑表笔接触的管脚是基极，同时可知此三极管为NPN型，且第二脚为基极。若用红表笔接触某一管脚，而黑表笔分别接触另外两个管脚，表头读数同样都很小时，则与红表笔接触的管脚是基极，同时可知此三极管为PNP型。,项目8 常用半导体器件性能与测试,（2）判断三极管的集电极和发射极、估测电流放大系 将万用表拨至RX100档或RX1K档，调零。 以NPN管为例。确定基极后，假定其余的两只管脚中的一只是集电极，将黑表笔接到此脚上，红表笔接到假设的发射极上。在基极与假设的集电极之间并接一只100千欧的电阻，观察并记下并联电阻前后表针的偏转角度。然后再假设另外一只脚为集电极，做同样的测试并记下并联电阻前后表针的偏转角度。,项目8 常用半导体器件性能与测试,8.2.5 三极管的三种工作状态 1.放大状态 当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数Ic/Ib，这时三极管处放大状态。此时二者的关系为ICIB。该式体现了三极管的电流放大作用。对于NPN三极管,工作在放大区时UBE0.7V,而UBC0。,项目8 常用半导体器件性能与测试,2.饱和状态 当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。此时三极管失去了放大作用,ICIB或ICIB关系不成立。,项目8 常用半导体器件性能与测试,一般认为UCEUNE,即UCB0时,三极管处于临界饱和状态,当UCEUBE时称为过饱和。三极管饱和时的管压降用UCES表示。在深度饱和时,小功率管管压降通常小于0.3V。三极管工作在饱和区时,发射结和集电结都处于正向偏置状态。对NPN三极管,UBE0,UBC0。,项目8 常用半导体器件性能与测试,3.截止状态 加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。由于各极电流都基本上等于零,因而此时三极管没有放大作用。当发射结反向偏置时,发射区不再向基区注入电子,则三极管处于截止状态。所以,在截止区,三极管的两个结均处于反向偏置状态。NPN三极管,UBE0,UBC0。,项目8 常用半导体器件性能与测试,任务8.3 晶闸管的性能与测试 晶闸管是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅，1957年美国通用电气公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化，晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极:阳极，阴极和门极，晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。,项目8 常用半导体器件性能与测试,晶闸管的符号与二极管相似，只是在其阴极处增加一个控制极，在控制极上加控制信号时晶闸管才可能导通。 2.晶闸管的工作原理 晶闸管在工作过程中，它的阳极（A）和阴极（K）与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。,项目8 常用半导体器件性能与测试,（1）晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于反向阻断状态。 （2）晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态，这就是晶闸管的闸流特性，即可控特性。 （3）晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。,项目8 常用半导体器件性能与测试,（4）晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。 3.识别单向晶闸管的管脚 单向晶闸管的管脚识别：万用表选电阻RX1挡，用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑表笔的引脚为控制极G，红表笔的引脚为阴极K，另一空脚为阳极A。此时将黑表笔接已判断了的阳极A，红表笔仍接阴极K。,项目8 常用半导体器件性能与测试,4.检测单向晶闸管的性能 （1）万用表拨至电阻挡R1k或R10k挡，测阴极与阳极之间的正反向电阻，此两个阻值均应很大。电阻值越大，表明正反向漏电电流愈小。如果测得的阻值很低，或近于无穷大，说明晶闸管已经击穿短路或已经开路。 （2）用R1k或R10k挡测阳极与控制极之间的电阻，正反向测量阻值均应几千欧以上,若电阻值很小表明晶闸管击穿短路。,项目8 常用半导体器件性能与测试,（3）用R1k或R100挡，测控制极和阴极之间的PN结的正反向电阻在几千欧左右，如出现正向阻值接近于零值或为无穷大，表明控制极与阴极之间的PN结已经损坏。 （4）万用表选电阻R1挡，将黑表笔接阳极，红表笔仍接阴极，此时万用表指针应不动。红表笔接阴极不动，黑表笔在不离开阳极的同时用表笔尖去瞬间短接控制极。如阳极接黑表笔，阴极接红表笔时，万用表指针发生偏转，说明该单向晶闸管已击穿损坏。,项目8 常用半导体器件性能与测试,2.识别双向晶闸管的管脚 （1）直观识别。双向晶闸管的管脚多数是按第一主电极、第二主电极、控制极的顺序从左至右排列。 （2）用万用表判别。分别测量任意两只管脚的电阻，出现小电阻时，没有与表笔相连的管脚是第二主电极。假设余下的两只管脚中的一只为控制极，另一只为第一主电极，黑表笔接第二主电极，红表笔接假设的第一主电极，短接第二主电极和控制极，如果表针偏转，说明假设正确；如果表针不动，说明假设错误，重新假设后重复上述操作。,项目8 常用半导体器件性能与测试,成型时必须注意一下几点： （1）所有元器件引线均不得从根部弯曲。由于元器件制造工艺上的原因，引线根部容易折断。因而引线折弯处应距根部1.5mm以上。 （2）弯曲一般不要成死角，圆弧半径应大于引线直径的1倍2倍。 （3）要尽量将有字符的元器件面置于容易观察的位置。 （4）引线成型后，元器件本体不得破裂，表面封装不得有破坏，引线的镀层不得有破损。,项目8 常用半导体器件性能与测试,3.元器件的插装 电子元器件插装通常是指将插装元件的引线插入印制电路板上相应的安装孔内。分为手工插装和自动插装两种。 （1）手工插装 手工插装多用于科研或小批量生产，有两种方法：一种是一块印制电路板所需全部元器件由一人负责插装；另一种是采用传送带的方式多人流水作业完成插装。,项目8 常用半导体器件性能与测试,（2）自动插装 自动插装采用自动插装机完成插装。根据印制板上元件的位置，由事先编制出的相应程序控制自动插装机插装。插装机的插件夹具有自动打弯机构，能将插入的元件牢固地固定在印制板上，提高了印制电路板的焊接强度。自动插装机消除了由手工插装所带来的误插、漏插等错差，保证了产品的质量，提高了生产效率。,项目8 常用半导体器件性能与测试,8.4.2 表面元器件的安装 表面安装元器件也称贴片元器件，可以直接贴装在印制电路板的表面，将电极焊接在与元器件同一面的焊盘上。常用的有片式电阻、电容、电感、晶体管、集成电路等。 表面元器件采用自动贴片机进行自动安装，即在元件的引脚上粘上特制的含锡粉的粘贴胶，使用贴装机将器件粘贴在电路板上，然后加热使锡粉熔化焊接。由于其效率高，可靠性好，综合成本低，便于大批量生产，在电子设备生产中得到广泛应用。,项目8 常用半导体器件性能与测试,谢谢！,