1.3.2 基本半导体器件

半导体器件类型很多，包括二极管、晶体管、场效应晶体管、晶闸管、单结晶体管等。掌握其功用和工作条件是正确使用和维护电路重要基础。

1.二极管

二极管是由半导体PN结结构（见阅读拓展1）加上引脚封装而成的一种器件，常见二极管外形及其图形符号如图1-31所示。

（1）二极管的类型 二极管种类有很多，按照所用的半导体材料划分，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途划分，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管和开关二极管等。按照管芯结构划分，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管和平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使金属丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个PN结。因为这种方法制造出的PN结面积很小，所以只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波电路等。面接触型二极管的PN结面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），适用于把交流电变换成直流电的整流电路。平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中（见阅读拓展2）。

（2）二极管的功用与导电特性 二极管的伏安特性曲线如图1-32所示。可以看出，二极管具有单向导电性。即在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出，而不能反向流动。

1）正向特性：在电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通。这种连接方式称为正向偏置。必须说明的是，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，此时流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗二极管约为0.2V，硅二极管约为0.6V）以后，二极管才能真正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗二极管约为0.3V，硅二极管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。

2）反向特性：在电路中，将二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中就几乎没有电流流过，处于截止状态，这种连接方式称为反向偏置。不过二极管处于反向偏置时其实仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，此时二极管即失去单向导电特性，这种状态称为二极管的反向击穿。稳压二极管一般工作在反向击穿状态。

（3）二极管的型号与主要参数 二极管的型号由基本四部分组成，例如2AP9型二极管的型号含义如下：

“2”代表二极管。

“A”代表器件的材料，A指N型锗材料（B指P型锗材料，C指N型硅材料，D指P型硅材料）。

“P”代表器件类型，P指普通二极管（Z指整流二极管，K指开关二极管，W指稳压二极管）。

“9”用数字表示同类器件的不同规格。

用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数：

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。因为电流通过二极管时会使管芯发热及温度上升，一旦电流过大，温度超过容许限度（硅二极管为140℃左右，锗二极管为90℃左右）时，就会使管芯过热而损坏。因此，使用时不要超过二极管的额定正向工作电流值。例如常用的IN4001～4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。

2）最高反向工作电压：加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将二极管击穿，使其失去单向导电能力。为了保证二极管的使用安全，规定了最高反向工作电压值，例如IN4001型二极管最高反向工作电压为50V，IN4007型二极管最高反向工作电压为1000V。

3）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。反向电流越小，二极管的单向导电性越好。值得注意的是，反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10℃，反向电流增大一倍。二极管反向电流过高不仅会失去单向导电性，还会使二极管因过热而损坏。在高温下硅二极管比锗二极管具有更好的单向导电性。

（4）二极管的检测 使用万用表可以测试二极管的性能。测试前应先把万用表的转换开关拨到“”档。

1）正向特性测试：把万用表的红表笔（表内正极）搭触二极管的正极，黑表笔（表内负极）搭触待测二极管的负极。万用表示值约几百欧，这就是二极管的正向电阻，一般正向电阻越小越好。若示值为零，说明管芯短路损坏；若示值接近无穷大，说明管芯断路。短路和断路的二极管都不能使用。

2）反向特性测试：把万用表的红表笔搭触二极管的正极，黑表笔搭触二极管的负极。若万用表示值接近无穷大（溢出值1），该二极管就是合格的；若示值小，说明漏电流大，该二极管不能使用。

2.晶体管

晶体管可能比任何其他单一元器件对现代电子技术的作用都大，它是一个三区两结三极的特殊半导体器件，三区是指晶体管有三个不同的掺杂区，分别为集电区、基区和发射区；两结是指其有两个PN结，分别为集电结和发射结；三极是指其有三个电极，分别为集电极c、基极b和发射极e（见阅读拓展1）。常见晶体管外形、结构示意及图形符号如图1-33所示。

（1）晶体管的类型 按晶体管所用半导体材料来分，有硅管和锗管两种；按晶体管的导电极性来分，有PNP型和NPN型两种；按功率大小来分，有小功率管、中功率管和大功率管三种（功率在1W以上的为大功率管）；按频率来分，有低频管和高频管两种（工作频率在3MHz以上的为高频管）；按结构工艺来分，主要有合金管和平面管两种；按用途分，有放大管和开关管两种。另外，从晶体管的封装材料来分有金属封装、玻璃封装、和硅酮塑料封装。

（2）晶体管的功用 晶体管具有电流放大作用和开关作用，应用于不同的工作场合。

1）晶体管的电流放大作用：当晶体管的基极和发射极间加上适当的正向偏置电压（硅晶体管约0.5～0.7V，锗晶体管约0.1～0.2V）时，只要集电极和发射极间具有适当的正向电压（≥1V，即保持基极和集电极反向偏置），晶体管就具有由基极电流i_b控制集电极电流i_c的作用，且其关系为

式（1-28）中β为晶体管的电流放大倍数，晶体管的电流放大功能可用等效电路图来描述，如图1-34与图1-35所示。

2）晶体管的开关作用：当晶体管的基极和发射极间加上反偏电压时，晶体管的集电极和发射极间将被阻断，无法通过电流，此时晶体管集电极和发射极间相当于一个被u_be控制而关断的开关；当晶体管的基极和发射极间加上＞0.7V的正向偏置电压时，晶体管的集电极和发射极间将会导通，其电压维持在0.1～0.3V，并与通过电流无关，此时晶体管集电极和发射极间相当于一个被u_be控制而导通的开关。这就是晶体管的开关作用。

NPN型晶体管具有开关作用的条件及其等效电路如图1-36所示。PNP型晶体管的开关条件读者可自行查阅相关资料。

（3）晶体管的型号与主要参数

1）国家标准对晶体管的命名方法如下（以3DG110B为例）：

“3”指晶体管。

“D”指半导体材料。A为PNP型锗晶体管，B为NPN型锗晶体管，C为PNP型硅晶体管，D为NPN型硅晶体管。

“G”指半导体器件的类型。X为低频小功率晶体管，D为低频大功率晶体管，G为高频小功率晶体管，A为高频大功率管，K为开关管。

“110”指同种器件型号中的序号。

“B”指同一型号中的不同规格。

2）晶体管的主要参数如下：

直流放大系数。反映晶体管电流放大能力强弱的参数，。

交流放大系数β。反映晶体管电流放大能力强弱的参数。当放大电路的输入信号是正弦信号时，可直接用正弦量的瞬时值表示，即。

另外，晶体管的主要参数还有集电极-基极反向饱和电流I_cbo、穿透电流I_ceo、集电极最大允许电流I_cm、集电极-基极反向击穿电压U_（br）cbo、发射极-基极反向击穿电压U_（br）ebo、集电极-发射极反向击穿电压U_（br）ceo、集电极最大允许耗散功率。这些参数对晶体管的使用具有重要意义，可阅读相关参考教材进行了解。

（4）晶体管的检测

1）晶体管的类型检测：晶体管的基极和发射极间与基极和集电极间相当于两个二极管，故可用万用表的“”档位检测晶体管的类型（NPN和PNP），并判断其是否击穿损坏。方法是两两检测管脚间的正反向电阻，基极和发射和基极和集电极间应符合二极管的导通条件，并由此可反推出晶体管的基极和晶体管类型，如图1-37所示。而集电极和发射极间正反向均不导通为正常，否则为击穿损坏。

2）晶体管的放大倍数检测：将万用表转换至“hFE”位置，将晶体管上已检测出的基极插入对应测试孔B中，其他两极分别插入测试孔C、E，然后保持基极插入位置不变，其他两极位置调换，则测得放大倍数大的为正确连接，如图1-38所示。若两次测得的放大倍数相近且均很小，则该晶体管不能使用。

思考题

1）二极管有什么特性？在电路中二极管有哪些应用？

2）如何判别二极管是否损坏？

3）晶体管有何功能？如何判别晶体管的类别、管脚与好坏？

技能训练

用万用表检测综合项目一中的各二极管、晶体管的参数，并判别其质量好坏。