1.4 半导体器件

半导体是一种导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，半导体器件包括二极管、晶体管、场效应晶体管及其他一些特殊的半导体器件。常用的半导体材料有硅、锗和砷化镓等。

1.4.1 半导体器件的命名方法

国产半导体器件型号由5部分组成，前3部分的符号意义如表1-6所示。第4部分是数字表示器件的序号，第5部分是用汉语拼音字母表示规格号。

例如2AP9表示N型锗材料普通锗二极管，9为序号。

1.4.2 半导体二极管

半导体二极管由一个PN结、电极引线和外加密封管壳组成，具有单向导电性。其主要作用有稳压、整流、检波、开关和光电转换等。

1.半导体二极管的分类

二极管按材料可分为硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等；按结构不同可分为点接触型二极管和面接触型二极管；按用途可分为整流二极管、稳压二极管、检波二极管和开关二极管等。

二极管的实物外形图如图1-26所示。二极管的电路符号如图1-27所示。

2.主要技术参数

1）最大正向电流I_F：最大正向电流I_F是指二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流。使用时通过二极管的平均电流不能大于这个值，否则将导致二极管损坏。

2）最大反向工作电压U_RM：最大反向工作电压U_RM是指正常工作时，二极管所能承受的反向电压的最大值。一般手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半，以确保管子安全运行。

3）最高工作频率f_M：最高工作频率f_M是指晶体二极管能保持良好工作性能条件下的最高工作频率。

4）反向饱和电流I_S：反向饱和电流I_S是指二极管未击穿时流过二极管的最大反向电流。反向饱和电流越小，管子的单向导电性能越好。

3.常用二极管

（1）整流二极管

整流二极管主要用于整流电路，即把交流电变换成脉动的直流电。整流二极管为面接触型，其结电容较大，因此工作频率范围较窄（3kHz以内）。常用的型号有2CZ型、2DZ型等，还有用于高压和高频整流电路的高压整流堆，如2CGL型、DH26型和2CL51型等。

（2）检波二极管

检波二极管的主要作用是把高频信号中的低频信号检出，其结构为点接触型，其结电容小，一般为锗管。检波二极管常采用玻璃外壳封装，主要型号有2AP型和1N4148（国外型号）等。

（3）稳压二极管

稳压二极管也叫稳压管，它是用特殊工艺制造的面结型硅半导体二极管，其特点是工作在反向击穿区实现稳压；其被反向击穿后，当外加电压减小或消失，PN结能自动恢复而不至于损坏。稳压管主要用于电路的稳压环节和直流电源电路中，常用的有2CW型和2DW型。

（4）变容二极管

变容二极管是利用PN结的电容随外加反向电压而变化的特性制成的，变容二极管工作在反向偏置区，结电容的大小与偏压大小有关。反向偏置电压越大，PN结的绝缘层越宽，其结电容越小。如2CB14型变容二极管，当反向电压在3～25V区间变化时，其结电容在20～30pF变化。它主要用在高频电路中作自动调谐、调频和调相等。

（5）发光二极管

发光二极管简称为LED，具有一个单向导电的PN结，当通过正向电流时，该二极管就发光，将电能转换为光能。它具有体积小，工作电压低，工作电流小，发光均匀稳定、响应速度快及寿命长等特点，广泛应用在显示、指示、遥控和通信等领域。

4.半导体二极管的选用

二极管的选用时，应根据用途和电路的具体要求选择二极管的种类、型号及参数。

选用检波二极管时，主要使工作频率符合电路频率的要求，结电容小的检波效果好，常用的检波二极管有2AP系列。还可以用开关二极管2AK型的代用。

整流二极管主要考虑其最大整流电流、最高反向工作电压是否能满足电路需要，常用的整流二极管有2CP、2CZ系列。

如果在维修电路时，原损坏的二极管型号一时找不到，可考虑代用。代换的方法是弄清楚原二极管的性质和参数，然后换上与其参数相当的其他型号二极管。如检波二极管，代换时只要其工作频率不低于原型号的就可以用。对整流二极管，只要反向电压和整流电流不低于原型号的就可以了。

5.二极管的测试

（1）二极管的极性识别

1）根据标记识别。普通二极管正、负极性一般都标注在其外壳上。标记方法有箭头、色点和色环3种，一般印有色点、色环的一端为负极；箭头所指方向或靠近色环的一端为二极管的负极，另一端为正极。

对于玻璃封装的点接触式二极管，可透过玻璃外壳观察其内部结构来区分极性，金属丝一端为正极，半导体晶片一端为负极；二极管两端形状不同，平头一端为正极，圆头一端为负极；对于发光二极管，长引脚为正极，短引脚为负极。

一般二极管的极性直观识别如图1-28所示。

2）根据正反向电阻识别。将指针万用表选在R×100Ω或R×1kΩ档，两表笔分别接二极管的两个电极。若测出的电阻值较小（硅管为几百欧至几千欧，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（几十千欧至几百千欧），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。

用数字万用表测量时，使用二极管档测量，正向压降小，反向溢出（显示1），红表笔与万用表内电池正极相连。当测量正向压降小时，红表笔所接为二极管的正极。

（2）普通二极管检测

根据二极管的单向导电性可知，其反向电阻远远大于正向电阻。利用万用表欧姆档，测试其正、反向电阻，即可对二极管的性能进行判断。具体过程如下所述。

将指针万用表选在R×100Ω或R×1kΩ档，两表笔分别接二极管的两个电极。若测出的电阻值较小（硅管为几百欧至几千欧，锗管为100Ω～1kΩ），说明是正向导通，当红黑表笔对调后，反向电阻应在几百千欧以上，则可判断该二极管是正常的。

若不知被测的二极管是硅管还是锗管，可根据硅、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。

（3）稳压管的测试

1）极性的判别与普通二极管的判别方法相同。

2）好坏检测。万用表置于R×10kΩ档，黑表笔接稳压管的“-”极，红笔接“+”，若此时的反向电阻很小（与使用R×1kΩ档时的测试值相比校），说明该稳压管正常。

万用表R×10kΩ档的内部电压都在9V以上，若此电压高于稳压管稳压值时，可达到被测稳压管的击穿电压，使其阻值大大减小。如果稳压值高于表内电池电压时，稳压二极管与普通二极管的分辨通过万用表就非常困难。

1.4.3 半导体晶体管

半导体晶体管又称为双极型晶体管，简称为晶体管，由两个PN结，3个电极引线（基极、集电极、发射机）和管壳组成，是一种电流控制型器件。晶体管除具有放大作用外，还能起电子开关、控制等作用。它具有体积小、结构牢固、寿命长和耗电省等优点，被广泛应用于各种电子设备中。

1.晶体管的种类

晶体管的种类很多，按材料不同分为硅晶体管和锗晶体管；按结构分为NPN型晶体管与PNP型晶体管；按工作频率可分为低频管和高频管；按功率分为大功率管、中功率管和小功率管。

常见晶体管的实物外形图如图1-29所示。晶体管的电路符号如图1-30所示。

2.晶体管主要参数

（1）电流放大系数β

晶体管的电流放大系数，是表征晶体管对电流的放大能力，它有静态值和动态值两种。静态值是晶体管的集电极电流I_c和基极电流I_b之比。动态值（β）是晶体管的集电极电流变化值ΔI_c和基极电流变化值ΔI_b之比。在低频时二者很接近。晶体管β 值一般在20～200，值太小，晶体管放大能力差；值太大，晶体管性能不稳定。

（2）集电极最大电流I_CM

集电极电流I_c值较大时，若再增加I_c ，晶体管β值要下降，I_CM是β值下降到额定值的2/3时，所允许通过的最大集电极电流。晶体管在工作时，若超过I_CM并不一定损坏，但管子的性能将变差。

（3）集电极最大允许耗散功率P_CM

集电极最大允许耗散功率P_CM是指根据晶体管允许的最高结温而定出的集电结最大允许耗散功率。当晶体管的集电结通过电流时，因功率损耗要产生热量，使其结温升高。若耗散功率过大，将导致集电结烧坏。在实际工作中晶体管的I_c与U_CE的乘积要小于P_CM值，反之则可能烧坏管子。

（4）穿透电流I_CEO

指在晶体管基极电流I_b=0时，流过集电极的电流I_c。它表明基极对集电极电流失控的程度。小功率硅管的I_CEO约为0.1mA，锗管的值要比它大1000倍左右，大功率硅管的I_CEO约为mA数量级。

3.晶体管的检测

（1）根据引脚排列规律进行识别晶体管

常用的小功率晶体管有金属外壳封装和塑料封装两种，可直接观察出3个电极e、b、c。但仍需进一步判断管型和管子的好坏，一般可用万用表进行判别。

① 等腰三角形排列，识别时引脚向上，使三角形正好在上个半圆内，从左角起，按顺时针方向分别为e、b、c，如图1-31a所示。

② 在管壳外沿有一个突出部，由此突出部按顺时针方向分别为e、b、c，如图1-31b所示。

③ 塑料封装晶体管的引脚判断图1-31c所示晶体管，将其引脚朝下，顶部切角对着观察者，则从左至右排列为：发射极e、基极b和集电极c。

④ 图1-31d所示晶体管是装有金属散热片的晶体管，判定时，其引脚朝下，将其印有型号的一面对着观察者，散热片的一面为背面，则从左至右排列为：基极b，集电极c，发射极e。

⑤ 大功率晶体管的两个引脚为b、e，c是基面，如图1-31e所示。

（2）指针万用表检测晶体管

1）判断基极与管型。

对于PNP型晶体管，c、e极分别为其内部两个PN结的正极，b极为它们共同的负极，而对于NPN型晶体管而言，则正好相反，c、e极分别为两个PN结的负极，而b极则为它们共用的正极，根据PN结正向电阻小反向电阻大的特性就可以很方便地判断基极和管子的类型。

具体方法为，将万用表拨在R×100或R×1kΩ档上。黑表笔接触某一引脚，用红表笔分别接另外两个引脚，若二次测得都是几十至上百千欧的高阻值时，则黑表笔所接触的引脚即为基极，且晶体管的管型为NPN型。若用上述方法二次测量都是几百欧的低阻值时，则黑表笔所接触的引脚就是基极，且晶体管的管型为PNP型，确定晶体管的基极如图1-32所示。

2）判别发射极和集电极。

由于晶体管在制作时，两个P区或两个N区的掺杂浓度不同，如果发射极、集电极使用正确，晶体管具有很强的放大能力，反之，如果发射极、集电极互换使用，则放大能力非常弱，由此即可把管子的发射极、集电极区别开来。

在已经判断晶体管基极和类型情况下，任意假设另外两个电极为c、e，判别c、e时，以NPN为例，确定晶体管的集电极如图1-33所示。先将万用表拨在R×100或R×1kΩ档上，将万用表红表笔接假设的集电极，黑表笔接假设的发射极，用潮湿的手指将基极与假设的集电极引脚捏在一起（注意不要让两极直接相碰），注意观察万用表指针正偏的幅度。然后将两个引脚对调，重复上述测量步骤。比较两次测量中表针向右摆动的幅度，摆动幅度小的一次。红表笔接的是发射极，另一端是集电极。如果是PNP晶体管，则正好相反。

3）硅管与锗管的判断。

① 电阻法。硅管和锗管的PN结正向电阻是不一样的，硅管的正向电阻大，为5kΩ 左右；锗管的正向电阻小，约为500Ω。利用这一特性就可以很方便地判别一只晶体管是硅管还是锗管。

将万用表拨到R×100档或R×1kΩ档。测NPN型晶体管时，万用表的黑表笔接基极，红表笔接集电极或发射极，如果万用表的指针在表盘的右端，指示的阻值较小，那么所测的管子是锗管；如果万用表的指针在表盘中间或偏右，指示的阻值较大，则所测的管子是硅管。对于PNP型晶体管，万用表的红表笔接基极，黑表笔接集电极或发射极。

② 测管压降法。也可以用测管压降的方法，锗管的发射结正向压降一般为0.3V左右，硅管的发射结正向压降一般为0.7V左右。

（3）数字万用表检测晶体管

数字万用表电阻档的测试电流很小，所以，不适于检测晶体管，应使用二极管档或者h_FE档进行测试。

1）数字万用表检测晶体管基极。

将数字万用表拨至二极管档，红表笔固定任接某个引脚不动，用黑表笔依次接触另外两个引脚，在两次测量中数字表都显示560左右时，红表笔接的电极为基极，且该晶体管为NPN型。否则，红表笔换一只引脚重测。

如果将数字万用表拨至二极管档，黑表笔固定任接某个引脚不动，用红表笔依次接触另外两个引脚，在两次测量中数字表都显示560左右时，则黑表笔接的电极为基极，且该晶体管为PNP型。否则，黑表笔换一只引脚重测。

2）利用h_FE档判别集电极和发射极。

h _FE是晶体管的直流放大系数，目前数字万用表都有h_FE档测试功能，万用表上也有晶体管插孔，他们按晶体管电极的顺序排列，共分为两组，分别对应NPN型和PNP型，可以利用该功能方便的检测出晶体管的集电极和发射极。方法如下：

先判定晶体管的类型并找出基极。

将万用表功能旋钮旋至h_FE档，将找出的基极按该晶体管的类型插入对应类型的基极插孔，共有两种插法，每插入1次，读出万用表的h_FE读数，比较两次的值。较大的一次数值的晶体管的电极符合万用表上的排列顺序，由此确定晶体管的集电极和发射极。

通过此方法也测试出了晶体管的放大倍数。

3）晶体管好坏的判断。

① 测晶体管各PN结是否损坏。通过万用表测量其发射极、集电极的正向压降和反向压降来判定。如果测得的正向压降与反向压降相似且几乎为零，说明晶体管已经短路，反之说明已经断路。

② 测反向饱和电流。对于NPN管，用万用表黑表笔接集电极、红表笔接发射极，其阻值应大于几十千欧，此值越大说明这个晶体管的稳定性越好。对于PNP为例，用万用表红表笔接集电极，黑表笔接发射极，其阻值应大于几十千欧，此值越小说明这个晶体管的稳定性越差。

注意：数字万用表的红表笔内部为正，黑表笔内部为负。

（4）大功率晶体管的检测方法

利用万用表检测中、小功率晶体管的极性、管型及性能的各种方法，对检测大功率晶体管来说，原则上是适用的。但是，由于大功率晶体管的工作电流比较大，因而其PN结的面积也较大。PN结较大，其反向饱和电流（I_CBO、I_EBO、I_CEO ）也必然增大。所以，如像测量中、小功率晶体管极间电阻那样，使用万用表的R×1kΩ档测量，必然使测得的电阻值很小，好像极间短路一样，这很容易造成误判，特别是测量锗大功率晶体管时，更是如此。为了避免这种误判发生，通常流使用 R×1或 R×10档检测大功率晶体管。下面具体加以介绍。

1）判断质量好坏。

将万用表置于R×1或R×10档，具体可参照测量小、小功率晶体管结电阻的方法，也有6种不同状态的测量。其中发射结的正向电阻值比较低，其他4种接法的阻值较高。

用R×1档测量低阻值时，对硅管来说，万用表指针应指在中间偏右一点的位置，而对锗管来说，指针则应向右偏转至近0处。测高阻时，对硅管而言，万用表指针应基本停在无穷大位置不动；而对锗管而言，表针向右偏转不应超过满刻度的1/4处，否则表明管子质量较差或已经损坏。

2）检测放大能力。

检测大功率晶体管放大能力及漏电流如图1-34所示。将万用表置于R×1档，电阻R_b阻值为500Ω～1kΩ左右。测量时，先不接入电阻R_b ，即让被测管基极B悬空，测量集电极和发射极之间的电阻值，万用表指示出的电阻值应该在无穷大位置（锗管稍小一些）。如果未接R_b时，阻值很小甚至接近于零，说明被测大功率晶体管漏电流太大，或已击穿损坏。然后，再把电阻R_b接在基极B和集电极C之间，万用表指针应明显向右摆动，摆幅越大，说明被测管子的放大能力越强。如果万用表指针向右摆动的幅度比未接电阻R_b时大不了多少，则表明被测管子的放大能力很小或者已经损坏，根本无放大能力。

3）检测反向漏电流I_CEO。

检测大功率晶体管I_CEO如图1-35所示。使用12V的直流稳压电源。R为一只510Ω的电阻。将万用表置于直流10mA电流档。电路接通后，万用表指示的电流值即为被测管的I_CEO值。

1.4.4 场效应晶体管

场效应晶体管与晶体管一样也有3个极，分别是漏极（D）、源极（S）和栅极（G）。场效应晶体管是通过改变输入电压来控制输出电流的，它是电压控制器件。它的输入电阻高，具有温度特性好、抗干扰能力强、便于集成等优点，被广泛应用于各种电子产品中。

1.场效应晶体管的分类

场效应晶体管可分为结型场效应晶体管（JFET）和绝缘栅场效应晶体管（MOS）。结型场效应晶体管又分为N沟道和P沟道两种；绝缘栅型场效应晶体管除有N沟道和P沟道之分外，还有增强型与耗尽型之分。

场效应晶体管其沟道为N型半导体材料的，称为N沟道场效应晶体管，反之，为P沟道场效应晶体管。场效应晶体管的分类如图1-36所示。

场效应晶体管的电路符号如图1-37所示。

2.场效应晶体管使用常识

1）为保证场效应晶体管安全可靠地工作，使用中不要超过器件的极限参数。

2）绝缘栅管保存时应将各电极引线短接，由于MOS管栅极具有极高的绝缘强度，因此栅极不允许开路，否则会感应出很高电压的静电，而将其击穿。

3）焊接时应将电烙铁的外壳接地或切断电源趁热焊接。

4）测试时仪表应良好接地，不允许有漏电现象。

5）当场效应晶体管使用在要求输入电阻较高的场合，还应采取防潮措施，以免它受潮气的影响使输入电阻大大降低。

6）对于结型场效应晶体管，栅、源间的电压极性不能接反，否则PN结将正偏而不能正常工作，有时可能烧坏器件。

3.场效应晶体管的测试

下面以结型场效应晶体管（JFET）为例说明有关测试方法。

（1）场效应晶体管的栅极判别

根据PN结的正、反向电阻值不同的，可以很方便地测试出结型场效应晶体管的G、D、S极。

方法一：将万用表置于R×1kΩ档，任选两电极，分别测出它们之间的正、反向电阻。若正、反向的电阻相等（约几千欧），则该两极为漏极D和源极S（结型场效应晶体管的D、S极可互换）余下的则为栅极G。

方法二：用万用表的黑笔任接一个电极，另一表笔依次接触其余两个电极，测其阻值。若两次测得的阻值近似相等，则该黑笔接的为栅极G，余下的两个为D极和S极。

（2）放大倍数的测量

将万用表置于R×1kΩ或R×100Ω档，两只表笔分别接触D极和S极，用手靠近或接触G极，此时表针右摆，且摆动幅度越大，放大倍数越大。

（3）判别JEET的好坏

检查两个PN结的单向导电性，PN结正常，管子是好的，否则为坏的。测漏、源间的电阻R_DS，应约为几千欧；若R_DS→0或R_DS→∞，则管子已损坏。测R_DS时，用手靠近栅极G，表针应有明显摆动，摆幅越大，管子的性能越好。

对于绝缘栅型场效应晶体管而言，因其易被感应电荷击穿，所以，不便于测量。

1.4.5 集成电路

集成电路（IC）是利用半导体工艺和薄膜工艺将一些晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元器件及连线制作在同一半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有特定功能的电路。集成电路与分立元器件相比，具有体积小、重量轻、引出线和焊接点少、寿命长、可靠性高、性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。在电子产品中得到广泛的应用。

1.集成电路的分类

集成电路按其功能、结构的不同，分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。按制作工艺分为半导体集成电路和膜集成电路。膜集成电路又分为厚膜、集成电路和薄膜集成电路。按集成度高低的不同分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路。集成电路按导电类型分为双极型集成电路和单极型集成电路。

双极型集成电路的制作工艺复杂，功耗较大，代表集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL和STTL等类型。单极型集成电路的制作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，代表集成电路有CMOS、NMOS和PMOS等类型。

2.集成电路的封装形式

集成电路的封装形式有圆形金属外壳封装、扁平形陶瓷或塑料外壳封装、双列直插型陶瓷或塑料封装和单列直插式封装等，如图1-38所示。

3.引脚识别

集成电路引出脚排列顺序的标志一般有色点、凹槽、管键及封装时压出的圆形标志。

对于圆顶封装的集成电路（一般为圆形和菱形金属外壳封装），在识别引脚时，应先将集成电路的引出脚朝上，找出其标记。常见的定位标记有锁口突耳、定位孔及引脚不均匀排列等。引出脚的顺序由定位标记对应的引脚开始，按顺时针方向依次数为引脚①、②、③、④等。

对于单列直插式集成电路，识别其引脚时应使引脚向下，面对型号或定位标记，自定位标记对应一侧的第一只引脚数起，依次为①、②、③、④…此类集成电路上的定位标记一般为色点、凹坑、小孔、线条、色带和缺角等。

对于双列直插式集成电路，识别其引脚时，若引脚向下，即其型号、商标向上，定位标记在左边，则从左下角第1只引脚开始，按逆时针方向，依次为①、②、③、④等。

4.使用注意事项

集成电路结构复杂，功能多、体积小、价格贵、安装与拆卸麻烦，在选购、检测时应十分仔细，以免造成不必要的损失。使用时注意以下几点。

1）集成电路在使用时不允许超过极限参数。

2）集成电路内部包含几千甚至上万个PN结，因此，它对工作温度很敏感，其各项指标都是在27℃下测出。环境温度过低不利于其正常工作。

3）在手工焊接集成电路时，不得使用功率大于45W的电烙铁，连续焊接时间不能超过10s。

4）MOS集成电路要防止静电感应击穿。焊接时要保证电烙铁外壳可靠接地，必要时，焊接者还应带防静电手环，穿防静电服装和防静电鞋。在存放MOS集成电路时，必须将其在金属盒内或用金属箔包起来，防止外界电场将其击穿。

5.集成电路的检测方法

（1）电阻检测法

对没有装入电路的集成电路，用万用表测各引脚对地的正反向电阻，并与参考资料或与另一只同类型相比较，从而判断该集成电路的好坏。

（2）电压检测方法

在电路中使用的集成电路，用万用表的直流电压档，测量集成电路各引脚对地的电压，将测出的结果与该集成电路参考资料所提供的标准电压值进行比较，从而判断是该集成电路有问题，还是集成电路的外围电路元器件有问题。

在初步检测之后，如怀疑某一集成电路有故障时，也可以用一块好的同类型的集成电路进行替代测试，该方法直接、见效快，但拆焊麻烦，且易损坏集成电路和电路板。