CQ9电子平台大型电子游戏机原理与维修 第一篇半导体二 极管按其结构的不同可分为点接触型和面接触型两类。具体结构见图 1-1-2 。 点接触型二 极管是将一根很细的金属触丝( 如三价元素铝）和一块半导体( 如锗） 熔接后做出相应的电极引线，再外加管壳密封而成，其结构图如图(a）所示。点接触 型二极管的极间电容很小，不能承受高的反向电压和大的电流，往往用来作小电流整 流、高频检波及开关管。面接触型二极管的结构如图(b）所示。这种二极管的 PN 结面 积大，可承受较大的电流，但极间电容也大。这类器件适用于整流，而不宜用于高频 电路中。图(c)为集成电路中的平面型二极管的结构图，图(d)为二极管的代表符号。 （1 ）半导体的 V–I 特性分三部分加以说明： 1. 正向特性：当正向电压较小，正向电流几乎为零。此工作区域称为死区。V th 称 为门坎电压或死区电压 （该电压硅管约为 0.5V ， 锗管为 0.2V) 。 当正向电压大于 V th 时， 内电场削弱CQ9电子平台网站，电流因而迅速增长, 呈现的很小正向电阻。

　　（5 ）稳 压管的主要参数 1. 稳定电压 UZ： UZ 是在规定电流下稳压管的反向击穿电压。 2. 稳定电流 IZ： IZ 是稳压管工作在稳压状态时的参考电流。只要不超过稳 压 管 的额定功率，电流愈大，稳压效果愈好。 3. 额定功耗 PZM： PZM 等于稳压管的稳定电压 UZ 与最大稳定电流 IZM 的乘积。 稳 压 管超过此值时，会因结温升高而损坏。 4. 动态电阻 rZ： rZ 为稳压管工作在稳压区时，稳压管电压的变化量与电流 变 化 量之比，即 。 rZ 愈小，电流变化时 UZ 的变化愈小，稳压性能愈好。 5. 温度系数：表示温度每变化 1°C 稳压值的变化量。 6. 限流电阻：稳压管电路中必须串联一个电阻来限制电流，从而保证稳压管 正 常 工作，故称这个电阻为限流电阻。 （6 ）其 它类型二极管： 发光二极管：具有单向导电性。只有当外加的正向电压使得正向电流足够大 时 才 发光，正向电流愈大，发光愈强。 光 电 二极管：远红外线接收管，是一种光能与电能进行转换的器件。 光 敏 二极管：它是利用 PN 结外加反向电压时，在光线照射下，改变反向电 流和反向电阻， 当没有光照射时， 反向电流很小， 反向电阻很大； 当有光照射时， 反 向 电阻减小，反向电流加大。 暗 电 流：光电二极管在无光照射时的反向电流称为暗电流。 明 电 流：有光照射时的电流称为明电流。 （7 ）半导体器体的型号命名 根据国家标准，半导体器件型号主要由 5 个部分组成，第一部分表示电极数，第 二部分表示材料和极性, 第三部分表示类别， 第四部分表示序号， 第五部分表示规格号。 例如：①PNP 型低频小功率管 ②NPN 型低频小功率管

　　半导体器件是器件的导电性介于良导电体与绝缘体之间，是利用半导体材料 特殊电特性来完成特定功能的电子器件。通常，这些半导体材料是硅、锗或砷化 镓 ， 可用作整流器、振荡器、发光器、放大器、测光器等器材。 为了与集成电路相区另，有时也称为分立器件，半导体器件主要有二端器件 和 三端器 件两大类。绝大部分二端器件（即晶体二极管）的基本结构是一个 PN 结。利用不同的半导体材料、采用不同的工艺和几何结构，制造出种类繁多、功 能用途各异的晶体二极管，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能 量转换。晶体二极管的频率覆盖范围可从低频、高频、微波、毫米波、红外直至 光 波 。三端器件一般是有源器件，典型代表是各种晶体管（又称晶体三极管） 。 晶 体 管又可以分为双极型晶体管和场效应晶体管两 类 。 根据用途的不同，晶体 管可分为功率晶体管微波晶体管和低噪声晶体管。除了作为放大、振荡、开关用 的一般晶体管外，还有一些特殊用途的晶体管百度文库如光晶体管、磁敏晶体管，场效 应传感器等。这些器件既能把一些环境因素的信息转换为电信号，又有一般晶体 管 的 放大作用得到较大的输出信号。 此外，还有一些特殊器件，如单结晶体管可用于产生锯齿波，可控硅可用于 各种大电流的控制电路，电荷耦合器件可用作摄橡器件或信息存储器件等。在通 信和雷达等军事装备中，主要靠高灵敏度、低噪声的半导体接收器件接收微弱信 号。随着微波通信技术的迅速发展，微波半导件低噪声器件发展很快，工作频率 不 断 提高，而噪声系数不断下降。微波半导体 器 件由于性能优异、体积小、重 量 轻 和功耗低等特性，在电子电路中已得到广泛的应用。

　　二极管的检测请看本书附录一《常用电子元器件测量与好坏判断》 ，二极管的替换 请看本书附录八《常用晶体管查询手册》 。

　　导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。具有三个电极，能起放大、振荡 或开关等作用的半导体电子器件。 半导体电子器件， 有两个 PN 结组成， 组成一个 PNP(或 NPN) 结构见图 1-1-3。 中间的 N 区( 或 P 区)叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条 电极引线，分别叫基极 b 、 发射极 e 和集电极 c 。 电子三极管分别为屏极、 栅极、阴极。 晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管，而每一种又有 NPN 型

　　图 1-1-2 二极管结构图 2. 反向特性：由于是少数载流形成反向饱和电流，所以其数值很小，当温度升高 时，反向电流将随之急剧增。 3. 反向击穿特性：当反向电压增加到一定大小时，反向电流剧增，二极管的反向 击穿。其原因和 PN 击穿相同。器件的参数是对其特性的定量描述，也是我们正确使用 和合理选择器件的依据。 （2 ）半导体二极管主要参数有： 1 ．最大整流电流 I F 。指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，它是由 PN 结的结面积和外界散热条件决定的。 实际应用时， 二极管的平均电流不能超过此值， 并要满足散热条件，否则会烧坏二极管。 2. 最大反向工作电压 VR 。指二极管的使用时所允许加的最大反向电压，超过此值 二极管就有发生反向击穿的危险。通常取反向击穿电压的一半作为 U R。 3. 反向电流 IR 。指二极管击穿时的反向电流值。此值越小，二极管的单向导电性 越好。此值与温度有密切关系，在高温运行时要特别注意。 4.最高工作频率 fM 。主要由 PN 结的结电容大小决定，超过此值，二极管的单向导 电性将不能很好地体现。由于制造工艺的限制，即使是同一型号的管子，参数的分散 性也很大，手册上往往是给出参数的范围。 （3 ）二 极管的伏安特性 点接触型二极管：通过的电流小，结电容小，适用于高频电路和开 关 电 路 。 面接触型 二极管：结面积较大时可以通过较大电流，适用于大功率整流，结 面 积 较小时，用于数字电路中的开关管。 （4 ）二 极管的主要参数 1. 最大整流电流 IF ：指二极管长期工作，允许通过的最大直流电流。 2. 最高反向工作电压 UR ：指二极管正常使用允许加的最高反向电压。 3. 稳压管：稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管。当稳压管 外 加 反向电压的数值大到一定程度时则击穿。

　　杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的。 N 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。 当 P 型和 N 型半导体接触时， 在界面附近空穴从 P 型半导体向 N 型半导体扩散，电子从 N 型半导体向 P 型半导 体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段 距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。 P 型半 导体一边的空间电荷是负离子，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子 在 界 面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。 在 PN 结上外加一电压，如果 P 型一边接正极，N 型一边接负极，电流便从 P 型一边流向 N 型一边， 空穴和电子都向界面运动， 使空间电荷区变窄， 甚至消失， 电流可以顺利通过。如果 N 型一边接外加电压的正极， P 型一边接负极，则空穴 和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是 PN 结 的 单向导电性。 PN 结电容： PN 结加反向电压时，空间电荷区中的正负电荷构成一个电容性 的器件， 它的电容量随外加电压改变。 在集成电路中一般利用 PN 结的势垒电容， 即 让 PN 结电容。 根 据 PN 结的材料、掺杂分布、几何结构和偏置条件的不同，利用其基本特 性 可 以制造多种功能的晶体二极管。如利用 PN 结单向导电性可以制作整流二极 管、检波二极管和开关二极管，利用击穿特性制作稳压二极管和雪崩二极管；利 用 高 掺杂 PN 结隧道效应制作隧道二极管；利用结电容随外电压变化效应制作变 容 二 极管。使半导体的光电效应与 PN 结相结合还可以制作多种光电器件。如利 用 前 向偏置异质结的载流子注入与复合可以制造半导体激光二极管与半导体发 光 二 极管；利用光辐射对 PN 结反向电流的调制作用可以制成光电探测器；利用 光 生 伏特效应可制成太阳电池。此外，利用两个 PN 结之间的相互作用可以产生 放大，振荡等多种电子功能。 PN 结是构成双极型晶体管和场效应晶体管的核心， 是 现 代电子技术的基础。在晶体管中广泛被应用。

　　和 PNP 型两种结构形式。但使用最多的是硅 NPN 和 PNP 两种三极管，两者除了电源极 性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍 NPN 硅管的电流放大原理。

　　图 1-1-3 三极管结构图 对于 NPN 管，它是由两块 N 型半导体中间夹着一块 P 型半导体所组成，发射区与 基区之间形成的 PN 结称为发射结,而集电区与基区形成的 PN 结称为集电结,三条引线 分别称为发射极 e 、基极 b 和集电极 c ，当 b 点电位高于 e 点电位零点几伏时，发射结 处于正偏状态，而 C 点电位高于 b 点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源 Ec 要高于基极电源 Ebo 。 在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做 得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正确，发 射区的多数载流子（电子）极基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向 对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这 股电子流称为发射极电流 Ie 。 由于基区很薄, 加上集电结的反偏，注入基区的电子大部 分越过集电结进入集电区而形成集电集电流 Ic ，只剩下很少（1-10% ）的电子在基区的 空穴进行复合， 被复合掉的基区空穴由基极电源 Eb 重新补给， 从而形成了基极电流 Ibo. 根据电流连续性原理得： Ie=IbIc 这就是说，在基极补充一个很小的 Ib ，就可以在集电极上得到一个较大的 Ic ，这 就是所谓电流放大作用，Ic 与 Ib 是维持一定的比例关系， 即：β1=Ic/Ib 式中：β-- 称为直流放大倍数， 集电极电流的变化量△Ic 与基极电流的变化量△Ib 之比为： β= △Ic/ △Ib 式中 β-- 称为交流电流放大倍数，由于低频时 β1 和 β 的数值相差不大，所以有 时为了方便起见，对两者不作严格区分，β 值约为几十至一百多。

　　在一块半导体片上，通过特殊的工艺操作，使它的一边变成 P 型（空穴导电型） ， 另一边变成 N 型（电子导电型） ，则在 P 型和 N 型半导体的交界面两侧，会形成一个带 电薄层见图 1-1-1Z 中间区域，该层称为 PN 结。

　　图 1-1-1 PN 结 P 型半导体：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体 内 部 形成带正电的空穴。 N 型半导体：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体 内 部 形成带负电的自由电子。 由图 1-1-1 可以看出，P 型半导体和 N 型半导体组合起来就是半导 体二 极 管 ， 将在下节课重点讲述。在 P 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离