1.4 半导体分立元器件

半导体元器件主要是以硅、锗等半导体材料制作而成的电子元器件，具有体积小、质量小、耗电省、寿命长、工作可靠等一系列优点，应用十分广泛。

1.4.1 半导体分立元器件的型号命名

按国家标准GB249—74的规定，国产半导体分立元器件的型号命名由5部分组成，第一部分为半导体元器件的电极数，用数字表示，2代表二极管，3代表三极管；第二部分为半导体元器件的材料和极性，用字母表示，有A、B、C、D、E几种；第三部分为半导体的类别，用字母表示，如整流管用“整”字汉语拼音的第一个字母“Z”表示；第四部分为序号，用数字表示；第五部分为规格，用字母表示。有些特殊半导体元器件，如场效应管、复合管、激光管元器件等没有第一、第二部分，只有第三、第四、第五部分。半导体元器件型号的各部分含义如表1.9所示。

1.4.2 半导体二极管的类型与检测

半导体二极管（简称二极管）按材料可分为硅和锗两种；按结构可分为点接触型和面接触型；按用途可分为整流管、稳压管、检波管和开关管等。常用二极管的外形及图形符号如图1.9所示。

1. 常用二极管的类型

（1）整流二极管。整流二极管（简称整流管），主要用在整流电路中，即把交流电变换成脉动的直流电，工作在正向导通区和反向截止区之间。整流管为面接触型，结电容较大，因此能够通过较大的电流，但只适合在较低频率下工作（3kHz以内）。有时也利用整流管的正向特性，当稳压管用。

（2）稳压二极管。稳压二极管（简称稳压管）主要用在直流电源和需稳压的电路中，作用是稳定电压，工作在反向击穿区，它的特点是反向击穿区的伏安特性曲线很陡（越陡稳压性能越好），以致在较大的电流变化时其两端电压基本不变，故能实现稳压。稳压管在使用时一定要串限流电阻，防止过电流烧坏管子。

（3）发光二极管。发光二极管（简称发光管）英文名称缩写为LED，其作用是将电信号转换成光信号，工作在正向导通区。发光管常用砷化镓或磷化镓等材料制成，材料不同发光颜色不同，常见的有红色、黄色、绿色、蓝色、白色等发光管，另有变色和红外发光管。发光管的外形有圆形、长方形、三角形、正方形、组合形、特殊形等，工作电流为5～20mA，工作时压降为1.5～3.5V。发光管使用时也要串接限流电阻。发光管广泛应用在家电、仪器等设备上，用于信息显示。

（4）光电二极管。光电二极管（简称光电管）也称光敏管，其作用是将光的强弱变化转换成电流（电压）变化，它是在反向偏压下工作的。光敏管是运用半导体的光敏特性原理制成的，其特点是：光敏管在强光下的电阻小，得到的反向电流大（称光电流或亮电流）；在黑暗下的电阻大，得到的反向电流小（称暗电流）。光电管的PN结面积较大，且留有透光口，常用在光电转换控制器或测光传感器中。光电管的亮、暗电流相差越大越好。

（5）检波二极管。检波二极管（简称检波管）主要用在检波电路中，它与低通滤波器一起把高频信号中的调制信号还原出来，工作区域与整流管相同。检波管为点接触型，结电容小，适合在高频小电流下工作。检波管常为锗管，采用玻璃外壳封装。

（6）变容二极管。变容二极管（简称变容管）相当于一个压控可变电容，其作用是将电压的变化转换成电容量的变化，工作在反向截止区。变容管是利用PN结的结电容随反向电压的升高而减小的原理制成的，如2CB14型变容管，当电压在-3～-25V变化时，结电容在20～3pF变化。由于结电容一般不大，所以变容管主要在高频的压控振荡电路中作为谐振电容器使用，如电视机高频头中的输入回路及本振回路的振荡电容器。

2. 二极管的主要参数

（1）最大整流电流IF。二极管长时间正常工作时允许通过的最大正向电流，称为最大整流电流。因为电流通过二极管时会使管子发热，如果电流超过最大整流电流，二极管会因过热而烧坏。

（2）最高反向工作电压URM。二极管长期正常工作时，两端允许的最高反向电压，称为二极管的耐压值。如果反向电压超过该值，二极管会有击穿的危险。在晶体管手册中，给出的最高反向工作电压一般是击穿电压的一半。

（3）反向饱和电流IS。二极管在规定的温度和最高反向工作电压作用下流过的反向电流，称为反向饱和电流。反向饱和电流越小，二极管的性能越好。反向饱和电流的大小与二极管的材料和温度有关，硅管比锗管在高温下具有较好的稳定性。

3. 二极管引脚的判别及检测

二极管的型号一般标注在二极管上，知道了型号就可以通过查晶体管使用手册知道其电参数，有的二极管在外壳上面有极性的色标，从而可判断出正、负极。二极管的质量主要是由生产厂家控制的。二极管可以用万用表测量来判断其极性和好坏。

（1）普通二极管的检测。普通二极管外壳上均印有型号和标记。标记方法有箭头、色点、色环3种，箭头所指方向或靠近色环的一端为二极管的负极，有色点的一端为正极。若型号和标记脱落时，可用万用表的欧姆挡进行判别，其原理是根据二极管的单向导电性，其反向电阻远远大于正向电阻。检测具体过程如下。

① 判别极性：将万用表选在R × 100挡或R × 1k挡，两表笔分别接二极管的两个电极。若测出的电阻值较小（硅管为几百欧姆到几千欧姆，锗管为100Ω～1kΩ），说明是正向导通，此时黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的则是负极；若测出的电阻值较大（几十千欧姆到几百千欧姆），为反向截止，此时红表笔接的是二极管的正极，黑表笔为负极。

② 检查好坏：可通过测量正、反向电阻来判断二极管的好坏。一般小功率硅二极管正向电阻为几百千欧姆到几兆欧姆，锗管约为100Ω～1kΩ。

③ 判别硅、锗管：若不知被测的二极管是硅管还是锗管，可根据硅管、锗管的导通压降不同的原理来判别。将二极管接在电路中，当其导通时，用万用表测其正向压降，硅管一般为0.6～0.7V，锗管为0.1～0.3V。

（2）稳压管的检测。

① 极性的判别：与普通二极管的判别方法相同。

② 检查好坏：万用表置于R × 10k挡，黑表笔接稳压管的“-”极，红笔接“+”极。若此时的反向电阻很小（与使用R×1k挡时的检测值相比校），说明该稳压管正常。因为万用表R×10k挡的内部电压都在9V以上，可达到被测稳压管的击穿电压，使其阻值大大减小。

1.4.3 半导体三极管的类型与检测

半导体三极管又称双极型晶体管，简称三极管，是一种电流控制型元器件，最基本的作用是放大，它具有体积小、结构牢固、寿命长、耗电省等优点，被广泛应用于各种电子设备中。常用三极管的外形与图形符号如图1.10所示。

1. 三极管的种类

三极管主要有NP N型和P NP型两类。一般可以根据命名法从三极管管壳上面的符号识别出它的型号和类型。例如，三极管的管壳上印的是3DG6，表明它是NPN型高频小功率硅三极管。同时，为了能直观地表明三极管的放大倍数，常在三极管的外壳上标注不同的色标。可以从管壳上色标的颜色来判断管子的电流放大倍数β值的大致范围，如表1.10所示。

（1）普通小功率三极管。普通小功率三极管，常见的有半圆柱形塑胶封装和帽子形金属封装，一般在小信号电路中做放大、开关和信号处理用。高频三极管为点结型，低频三极管为面结型，根据半导体材料，目前以硅管居多。

（2）普通大功率三极管。普通大功率三极管，常见的有扁平形塑胶封装和菱形铁壳封装等，外形要比小功率管大得多，电极引出脚粗大，管体上有固定散热片的螺丝孔，有些大功率管的外壳与集电极相通。大功率管用在需要大功率输出的电路中，如音响的末级功放管、电源的调整管等。

（3）达林顿管。达林顿管又称复合管，由两个三极管复合而成，有普通型和带保护型两种，内部结构如图1.11所示。

图1.11中（a）和（b）是复合管普通型；（c）和（d）是保护型，保护电阻R1和R2分别是几千欧姆和几十欧姆，VD是阻尼二极管。复合管的极性由前面的三极管极性决定，电流放大倍数是两个三极管放大倍数的乘积。复合管的开关速度快、增益高、导通彻底，特别适用于大功率的开关电路和驱动电路上，如电极调速、逆变电路、继电器驱动、LED显示屏驱动等。

（4）带阻尼行输出管。行输出管是电视机、彩色显示器的一个关键器件，工作在行描电路的输出级，简称行管，它的作用是与逆程电容、阻尼二极管、行偏转线圈一起形成锯齿波水平扫描电流，并通过行输出变压器产生所需的高压、中压和低压。带阻尼的行输出管内集成了阻尼二极管VD和一只保护电阻R1，大功率管基本都是NP N型，结构如图1.12所示。行输出管的耐压要求在1kV以上，所以都有较大的散热片。

（5）三极管阵列。三极管阵列是一种将若干个三极管封装在一起，构成外形类似集成电路的器件。在电路中有较多应用，可以简化线路设计，如图1.13所示的ULN2003外形图与俯视图。

2. 三极管的检测

常用的小功率管有金属外壳封装和塑料封装两种，可直接观测出3个电极——发射极（e）、基极（b）、集电极（c）。但不能只看出3个电极就说明管子的一切问题，仍需进一步判断管型和管子的好坏。一般可用万用表的“R×100”挡和“R×1k”挡来进行判别。

（1）基极和管型的判断：将黑表笔接任一极，红表笔分别依次接另外两极。若在两次测量中表针均偏转很大（说明管子的PN结已通，电阻较小），则黑笔接的电极为基极（b），同时该管为NP N型；反之，将表笔对调（红表笔接任一极），重复以上操作，则也可确定管子的基极（b），其管型为P NP型。

（2）管子好坏的判断：若在以上操作中无一电极满足上述现象，则说明管子已坏。也可用万用表的hFE挡来进行判别。当管型确定后，将三极管插入“NPN”或“PNP”插孔，将万用表置于hFE挡，若hFE（β）值不正常（如为零或大于300），则说明管子已坏。

1.4.4 场效应管的类型与检测

场效应晶体管简称场效应管（FET），又称单极型晶体管，它属于电压控制型半导体元器件。其特点是输入电阻很高（106～1015Ω）、噪声小、功耗低、无二次击穿现象，受温度和辐射影响小，特别适用于要求高灵敏度和低噪声的电路。场效应管和三极管一样都能实现信号的控制和放大，但由于它们的构造和工作原理截然不同，所以二者的差别很大。在某些特殊应用方面，场效应管优于三极管，是三极管所无法替代的。

1. 场效应管的类型

场效应管分为结型（JEET）和绝缘栅型（MOS）。结型场效应管又分为N沟道和P沟道两种；绝缘栅型场效应管除有N沟道和P沟道之分外，还有增强型与耗尽型之分。

场效应管的电路图形符号如图1.14所示。

场效应管和三极管二者的比较情况如表1.11所示。

2. 场效应管的特点

场效应管和双极性三极管都具有放大作用，但在性能上有一定的差别，它与三极管相比具有如下特点。

（1）场效应管是电压控制器件，它通过UGS来控制ID；而三极管是电流控制器件，通过IB控制IC。

（2）场效应管放大信号时的输入端电流极小，因此它的输入电阻很高，能达到1010Ω以上；而三极管放大信号时基极总有电流，所以输入电阻较小，一般为几千欧姆。因为场效应管的这个特点，所以在存放、取用、焊接时，要特别注意感应电荷可能击穿管子造成损坏。绝缘栅场效应管存放时要将3只引脚短路，焊接时电烙铁要可靠接地，最好拔下插头，并先焊栅极以避免栅极悬空。

（3）场效应管是利用多数载流子导电的；而三极管导电既有多数载流子也有少数载流子，因为少数载流子浓度容易受温度、辐射等影响，所以三极管的热稳定性、抗辐射等性能要比场效应管强得多。

（4）场效应管在结构上是对称的，它的漏极和源极可以互换，耗尽型绝缘栅管的栅极电压可正可负，灵活性比双极型三极管强。

（5）场效应管因其输入的高阻抗常用在电路的输入级，因其具有电子管的声音效果，常用在音响的末级功放；三极管放大电路的电压放大系数要大于场效应管，三极管的安装工艺要求低于场效应管，所以三极管在各种电路中都有广泛应用。

（6）场效应管和三极管虽然都有放大和开关功能，但场效应管还可以在微电流、低电压条件下工作，且便于集成，所以广泛应用在大规模和超大规模集成电路中。

3. 结型场效应管的检测

（1）极性及管型的判别：用万用表R×1kΩ挡尝试测量，如果某只引脚与另外两只引脚之间都存在单向导电性，则该脚为栅极G，管子是结型场效应管；如果用万用表黑表笔接栅极，红表笔分别去接另外两只引脚，若两次测出的阻值都较小，则该管为N沟道，否则为P沟道。当栅极确定后，由于结型场效应管结构上的对称性，原则上另两只引脚可任意定为源极S和漏极D。

（2）好坏的判别：好的结型场效应管，其G极与D极、G极与S极之间应该有单向导电性，D极与S极之间的正、反向电阻应相等，为几千欧姆。可以用万用表估测结型场效应管的放大能力，方法是：在两表笔分别接D极和S极的情况下用手触及G极，指针应发生偏转，偏转角度越大，放大能力越强；交换表笔后再测一次，比较两次指针偏转角度大小，偏转大的那次所加到管子上的电压极性更适合管子工作，或者说这时更适宜确定D极和S极，即对于N沟道管这时接黑表笔的定为D极，P沟道管接黑表笔的定为S极。

绝缘栅场效应管由于容易受到感应电压的危害，一般不用万用表检测，而用专用检测仪检测。