《電子技術(shù)實訓(xùn)項目教程》教學(xué)設(shè)計第40頁課題：項目二任務(wù)三常用半導(dǎo)器件的使用授課教師：授課日期：授課班級：教學(xué)目標(biāo)1.掌握晶體二極管、晶體三極管、七段LED數(shù)碼管和集成電路的基本原理、結(jié)構(gòu)和分類；2.掌握晶體二極管、晶體三極管和集成電路的使用技能。工作任務(wù)掌握晶體二極管、晶體三極管和集成電路的使用技能。實訓(xùn)器材表2-3-2工具、材料、儀器工具、儀器材料數(shù)字式萬用表一臺類型不同的晶體二極管5只類型不同的晶體三極管5只標(biāo)簽若干實踐操作基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識（一）常用的半導(dǎo)體器件1.晶體二極管晶體二極管電路文字符號：VD晶體二極管電路圖形符號：1）概述半導(dǎo)體是一種具有特殊性質(zhì)的物質(zhì)，它不像導(dǎo)體一樣能夠完全導(dǎo)電，又不像絕緣體那樣不能導(dǎo)電，它介于兩者之間，所以稱為半導(dǎo)體，硅和鍺是最常見的半導(dǎo)體材料。晶體二極管最明顯的性質(zhì)就是它的單向?qū)щ娞匦?，就是說電流只能從一邊過去，卻不能從另一邊過來(從正極流向負(fù)極)。電路符號形象地表示了晶體二極管的工作電流流動的方向，箭頭所指的方向是正向電流流通的方向。常見的晶體二極管有玻璃封裝的、塑料封裝的和金屬封裝的等幾種。晶體二極管有兩個電極，并且分為正、負(fù)極，一般把極性標(biāo)示在晶體二極管的外殼上。大多數(shù)用一個不同顏色的環(huán)來表示負(fù)極，有的直接標(biāo)上“-”號。大功率晶體二極管多采用金屬封裝，并且有一個螺母以便固定在散熱器上。如圖2-3-1所示為常用三種封裝形式的晶體二極管實物。(a)玻璃封裝晶體二極管(b)塑料封裝晶體二極管(c)金屬封裝晶體二極管圖2-3-1常用三種封裝形式的晶體二極管實物2）分類晶體二極管按其結(jié)構(gòu)可分為三種。（1）點接觸晶體二極管。即由一根很細(xì)的金屬絲熱壓在半導(dǎo)體晶體上制成的，形成一個很小的PN結(jié)。這種晶體二極管只能允許很小的電流通過，所以其的工作頻率高，多用于檢波、小電流整流或高頻開關(guān)電路。（2）面接觸晶體二極管。即采用特殊工藝使P型和N型半導(dǎo)體材料形成一個較大的接觸面，因而它可以通過較大的電流，適用的頻率較低的場合，多用于整流、穩(wěn)壓、低頻開關(guān)電路等方面。（3）平面型晶體二極管。平面晶體二極管的表面被制成平面，其優(yōu)點是性能穩(wěn)定，壽命長，一般用于脈沖及高頻電路中。晶體二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-3-2所示。(a)點接觸晶體二極管(b)面接觸晶體二極管(c)平面型晶體二極管圖2-3-2晶體二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖晶體二極管從PN結(jié)的材料上來分：硅晶體二極管、鍺晶體二極管；按封裝材料來分：玻璃封裝晶體二極管、塑料封裝晶體二極管、金屬封裝晶體二極管；按用途又可分為：檢波晶體二極管、整流晶體二極管、穩(wěn)壓晶體二極管、開關(guān)晶體二極管、發(fā)光晶體二極管和光電晶體二極管等。（1）檢波晶體二極管。檢波晶體二極管，是指能將調(diào)制在高頻信號上的低頻信號檢出來的晶體二極管，它要求結(jié)電容小、反向電流也小。因此，檢波晶體二極管常采用點接觸型晶體二極管。選用檢波晶體二極管時，只要被選晶體二極管的工作頻率滿足實際應(yīng)用電路的要求，并且結(jié)電容較小、反向電流也較小的，一般均可。（2）整流晶體二極管。整流晶體二極管，是指利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，把交流電變換成脈動直流電的晶體二極管。由于整流晶體二極管的工作電流較大，因此它通常采用面接觸型晶體二極管。選用整流晶體二極管時，應(yīng)主要注意被選用晶體二極管的額定正向工作電流必須大于實際工作電流，最高反向工作電壓在實際工作電壓的1.5倍以上的均可選用。（3）穩(wěn)壓晶體二極管。穩(wěn)壓晶體二極管的特點是工作在非破壞性反向擊穿狀態(tài)的硅晶體二極管。由于它采用的是特殊工藝制造，使其工作在反向擊穿狀態(tài)下時不導(dǎo)致?lián)p壞，并且其擊穿是可逆的，即反向擊穿電壓一旦撤消，穩(wěn)壓晶體二極管便能恢復(fù)到原來狀態(tài)。選用穩(wěn)壓晶體二極管時，被選用穩(wěn)壓晶體二極管的穩(wěn)定電壓值應(yīng)能滿足實際應(yīng)用電路的需要，并且工作電流變化時的電流值上限不能超過被選穩(wěn)壓晶體二極管的最大穩(wěn)定電流值。（4）開關(guān)晶體二極管。開關(guān)晶體二極管，除了具有普通晶體二極管的特性外，還具有更小的正向電阻，更大的反向電阻和較小的PN結(jié)電容。選用開關(guān)晶體二極管時，應(yīng)選用正向電壓工作下電阻很小，在反向電壓工作下電阻很大，并且反向恢復(fù)時間短的晶體二極管作為開關(guān)晶體二極管。（5）發(fā)光晶體二極管。發(fā)光晶體二極管和普通晶體二極管一樣，也是由PN結(jié)構(gòu)成。若給它加上足夠的正向電壓時，它就能將電能轉(zhuǎn)換成光能，即發(fā)光。發(fā)光晶體二極管的特點是正向伏安特性和普通晶體二極管相似，但正向工作電壓比普通晶體二極管高，正向電壓約為2V左右。選用發(fā)光晶體二極管，只要是工作電壓穩(wěn)定的電路中任何類型的發(fā)光晶體二極管均可，使用時需要注意不要讓發(fā)光晶體二極管的亮度太高（即工作電流太大），否則會使發(fā)光晶體二極管的壽命縮短。（6）光電晶體二極管。光電晶體二極管是一種常用的光敏器件。光電晶體二極管和晶體二極管結(jié)構(gòu)相似，光電晶體二極管也具有一個PN結(jié)，所不同的是其有一個透明的窗口，以便讓光線照射到PN結(jié)上。光電晶體二極管的特點是具有將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并且在反向工作狀態(tài)時其光電流的大小和光照射強(qiáng)度成正比，光照射越強(qiáng)，光電流越大。選用光電晶體二極管時最主要的參數(shù)是最高工作電壓URM。最高工作電壓是指在無光照、反向電流不超過規(guī)定值（通常為0.1μA）的前提下，光電晶體二極管所允許加的最高反向電壓一般該值為10～50V。幾種常用晶體二極管的實物和圖形符號如圖2-3-3所示。圖2-3-3常用晶體二極管的實物與圖形符號2.七段LED數(shù)碼管電子顯示器件是指將電子信號轉(zhuǎn)換為光電信號的光電轉(zhuǎn)換器件，可用來顯示數(shù)字、符號、文字或圖像。電子顯示器件是電子顯示裝置的關(guān)鍵部件，決定了顯示裝置的性能。模擬電子技術(shù)技能訓(xùn)練中較為常用的是七段數(shù)碼管。常用的七段LED數(shù)碼管如圖2-3-4所示。它是利用發(fā)光晶體二極管的制造工藝，由7個條狀管芯發(fā)光晶體二極管制成。七段LED數(shù)碼管有兩種不同的結(jié)構(gòu)形式，其實物和等效電路分別如圖2-3-4所示。當(dāng)各段發(fā)光晶體二極管的陽極連在一起作為公共端時稱為共陽極數(shù)碼管，陰極連在一起作為公共端時稱為共陰極數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管工作時應(yīng)當(dāng)將陽極連電源正極，各驅(qū)動輸入端通過限流電阻接相應(yīng)的譯碼驅(qū)動器的輸出。當(dāng)譯碼驅(qū)動器的輸出為低電平時，數(shù)碼管相應(yīng)的段變亮。共陰極數(shù)碼管的使用與此類似。圖2-3-4七段字形數(shù)碼管與接法七段LED數(shù)碼管各段發(fā)光晶體二極管的伏安特性與普通晶體二極管類似，只是正向壓降稍大，在正向電流達(dá)到適當(dāng)大小時就能發(fā)光。在一定范圍內(nèi)，發(fā)光亮度和正向電流的大小近似成正比，但正向電流應(yīng)小于允許的最大電流，并應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，一般以不超過極限電流的70%為宜。因此，它的驅(qū)動輸入端和譯碼電路或電壓源相連時，應(yīng)當(dāng)串接合適的限流電阻，以免損壞器件。3.晶體三極管晶體三極管電路符號：VT晶體三極管電路圖形符號：1）概述晶體半導(dǎo)體三極管簡稱為晶體三極管，它是模擬電子電路中最主要的器件。它的主要功能是起到電流放大和開關(guān)作用。晶體三極管的核心是兩個互相聯(lián)系的PN結(jié)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)，由3個區(qū)引出的電極分別為發(fā)射極e、基極b、集電極c。按PN結(jié)不同的組合方式，晶體三極管分為NPN型和PNP型兩種。兩種晶體三極管在電路符號上是有區(qū)別的：PNP型管的發(fā)射極箭頭向內(nèi)，NPN型管的發(fā)射極的箭頭向外。2）原理晶體三極管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的電信號變成一定強(qiáng)度的信號，當(dāng)然這種轉(zhuǎn)換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成交流信號的能量。當(dāng)晶體三極管的基極上加一個微小的電流時，在集電極上可以得到一個是注入電流β倍（β稱為晶體三極管的電流放大倍數(shù)）的集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是晶體三極管的放大作用。晶體三極管的種類很多，并且不同型號各有不同的用途。晶體三極管大都是塑料封裝或金屬封裝，常見晶體三極管的實物外觀如圖2-3-5所示。圖2-3-5常見晶體三極管的外形和封裝電子技術(shù)實訓(xùn)中還常用90××系列晶體三極管，包括低頻小功率硅管9012（PNP）、9013（NPN），低噪聲管9014（NPN），高頻小功率管9018（NPN）等。它們的型號一般都標(biāo)在塑殼上，而外形都是TO－92標(biāo)準(zhǔn)封裝，使用時一定要注意區(qū)分各電極。晶體三極管的主要參數(shù)：（1）電流放大系數(shù)β：電流放大系數(shù)是表征晶體三極管電流放大能力的參數(shù)。由于制造工藝的分散性，即使同一型號晶體三極管的β也有很大的差別。常用小功率晶體三極管的β值約在20～150之間，通常以50～80左右為宜。（2）集電極最大允許電流ICM：集電極最大允許電流是指晶體三極管工作時，對其集電極電流的限制。當(dāng)晶體三極管集電極電流超過ICM時晶體三極管的參數(shù)（如β）會明顯下降，并容易造成損壞。（3）集電極最大允許耗散功率PCM：晶體三極管導(dǎo)通時集電極電流引起的功率損耗會使反向偏置的集電結(jié)發(fā)熱。為了限制集電結(jié)溫升不超過允許值而規(guī)定了最大值PCM，該值除了與集電極電流有關(guān)外，還與集電極和發(fā)射極之間的電壓有關(guān)。晶體三極管工作時損耗若超過PCM，集電結(jié)會因溫度過高而燒毀。（4）集電極、發(fā)射極之間反向擊穿電壓U（BR）CEO：是指晶體管基極開路時，集電極和發(fā)射極之間能夠承受的最大電壓。實際值超過此值時，將會導(dǎo)致晶體管被擊穿而損壞。4.集成電路1）概述集成電路是一種采用特殊工藝，將晶體管、電阻、電容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件，由于其密封包裝、體積小、集成度高、性能穩(wěn)定、可靠性好，在電子裝置中得到了廣泛地應(yīng)用。英文縮寫為IC，也俗稱集成芯片。2）分類集成電路的種類很多，按功能可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路（模擬集成電路又有線性和非線性之分）；按導(dǎo)電類型可分為單極型和雙極型集成電路；按制作工藝可分為半導(dǎo)體集成電路、薄膜集成電路、厚膜集成電路和混合膜集成電路。集成電路根據(jù)內(nèi)部的集成度分為超大規(guī)模和大規(guī)模、中規(guī)模、小規(guī)模三類。其封裝又有許多形式?！半p列直插”和“單列直插”的最為常見。而消費類電子產(chǎn)品中用軟封裝的IC多為貼片封裝形式。如圖2-3-6為各種集成電路的實物外形圖。圖2-3-6各種集成電路實物外形數(shù)字集成電路產(chǎn)品的種類有很多種。數(shù)字集成電路構(gòu)成了各種邏輯電路，如各種門電路、編譯碼器、觸發(fā)器、計數(shù)器、寄存器等，它們廣泛地應(yīng)用在生活中的方方面面，小至電子表，大至計算機(jī)，都是由數(shù)字集成電路構(gòu)成的，結(jié)構(gòu)上，可分成TTL型和CMOS型兩類。如圖2-3-7（a）所示數(shù)字集成電路實物圖。(a)數(shù)字集成電路(b)模擬集成電路(c)音樂集成電路圖2-3-7三類常用集成電路的實物模擬集成電路被廣泛地應(yīng)用在各種視聽設(shè)備中。實際上，模擬集成電路在應(yīng)用上比數(shù)字集成電路復(fù)雜些。模擬集成電路一般需要一定數(shù)量的外圍元件配合它工作。這是因為集成電路制作工藝上的限制，也是為了讓集成電路更多地適應(yīng)于不同的應(yīng)用電路。如圖2-3-7（b）所示為模擬集成電路實物圖。音樂集成電路和語言集成電路在電子制作中經(jīng)常用到，一般簡稱為語言片和音樂片。它們基本都是軟包封，即芯片直接用黑膠封裝在一小塊電路板上。語音IC一般還需要少量外圍元件才能工作，它們可直接焊到這塊電路板上。如圖2-3-7（c）所示為音樂集成電路實物圖。（二）晶體二極管、晶體三極管和集成電路的識別、檢測技能1.晶體二極管極性的識別、檢測技能一般情況下，晶體二極管有色點的一端為正極，如2AP1、2AP7，2AP11、2AP17等。如果是透明玻璃殼封裝的晶體二極管，可直接看出極性，即內(nèi)部連觸絲的一端是正極，連半導(dǎo)體片的一端是負(fù)極。塑料封裝的晶體二極管有圓環(huán)標(biāo)志的是負(fù)極，如1N4000系列。這兩類晶體二極管外形及負(fù)極標(biāo)示如圖2-3-8所示。圖2-3-8玻璃、塑封晶體二極管外形及負(fù)極無標(biāo)記的晶體二極管，則可用數(shù)字式萬用表電阻擋來判別正、負(fù)極，判別技能如圖2-2-6所示。詳見“項目二常用電子元器件識別和檢測任務(wù)二數(shù)字式萬用表的使用”。2.晶體三極管管型和電極的識別、檢測技能（1）目測識別晶體三極管管型的技能一般情況下晶體三極管的管型可從管殼上標(biāo)注的型號來識別。依照部頒標(biāo)準(zhǔn)，晶體三極管型號的第二位(字母)，A、C表示PNP管型，B、D表示NPN管型，例如：3AX為PNP型低頻小功率管、3BX為NPN型低頻小功率管；3CG為PNP型高頻小功率管、3DG為NPN型高頻小功率管；3AD為PNP型低頻大功率管、3DD為NPN型低頻大功率管；3CA為PNP型高頻大功率管、3DA為NPN型高頻大功率管。詳見表2-3-1。此外，國內(nèi)普遍使用的9011～9018系列高頻小功率管，除9012和9015為PNP管外，其余均為NPN型管。國內(nèi)常用中小功率晶體三極管有金屬圓殼和塑料封裝（半柱形）兩種外形，如圖2-3-9所示為三種典型的晶體三極管外形和電極（引腳）排列方式。圖2-3-9常用晶體三極管外形及電極排列（2）用數(shù)字式萬用表電阻擋檢測、識別晶體三極管的技能晶體三極管內(nèi)部有兩個PN結(jié)，可用數(shù)字式萬用表二極管擋分辨e、b、c三個極。在型號標(biāo)注模糊的情況下，也可用此法判別管型。首先將數(shù)字萬用表置于測試晶體二極管擋，用數(shù)字萬用表的紅表筆接觸晶體三極管的其中一個電極，而用萬用表黑表筆去測試其余的電極，直到測試出如下結(jié)果：①如果晶體三極管的黑表筆接其中一個電極，而用紅表筆測其它兩個電極都導(dǎo)通有電壓顯示，那么此晶體三極管為PNP晶體三極管，且黑表筆所接的電極為晶體三極管的基極b，用上述方法測試時數(shù)字萬用表的紅表筆接其中一個電極的電壓稍高，那么此電極為晶體三極管的發(fā)射極e，剩下的電壓偏低的那個電極為集電極c。②如果晶體三極管的紅表筆接其中一個電極，而用黑表筆測其它兩個電極都導(dǎo)通有電壓顯示，那么此晶體三極管為NPN晶體三極管，且紅表筆所接的電極為晶體三極管的基極b，用上述方法測試時萬用表的黑表筆接其中一個電極的電壓稍高，那么此電極為晶體三極管的發(fā)射極e，剩下的電壓偏低的那個電極為集電極c。3.集成電路的引腳識別的技能（1）圓型封裝集成電路引腳排列：將管底對準(zhǔn)自己，從管鍵（凸起為參考標(biāo)記）順時針讀引腳，如圖2-3-10（a）所示。（2）單列直插式封裝集成電路引腳排列：以正面（印有型號商標(biāo)的一面）朝向自己，引腳朝下，以缺口、凹槽或色點作為引腳參考標(biāo)志，引腳編號順序一般從左到右排列，（需要注意的如果型號后有后綴字母R，則引腳排列由引腳參考標(biāo)志自右向左排列）。如圖2-3-11（b）所示。(a)圓形集成電路引腳排列(b)單列直插式集成電路引腳排列(c)雙列直插式集成電路引腳排列圖2-3-10常見封裝形式集成電路引腳的排列示意圖（3）雙列直插式封裝集成電路引腳排列：雙列直插式封裝是集成電路最常用的封裝形式，其引腳標(biāo)志有半圓形豁口標(biāo)志線、標(biāo)志圓點等，一般由半圓形豁口就可以確定各引腳的位置。集成電路引腳朝上，以參考標(biāo)志為準(zhǔn)，引腳編號按順時針排列；如果集成電路引腳朝下，以參考標(biāo)志為準(zhǔn)，引腳編號按逆時針排列，如圖2-3-10（c）所示。技能訓(xùn)練1.晶體二極管型號、類型和作用的識別技能將準(zhǔn)備的5只晶體二極管編號，識別其型號、類型和作用并將結(jié)果記入表2-4-3中。表2-4-3晶體二極管型號、類型和作用的識別技能編號型號類型作用123452.晶體二極管電極的判別技能利用數(shù)字式萬用表再次逐個檢測每個晶體二極管的電極，并將結(jié)果記入表2-4-4中。表2-3-4