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您的位置网站首页>>跟我学电子>>初识二极管和三极管等半导体器件
责任编辑:刘昆山

  一、二极管

   二极管最明显的性质就是它的单向导电特性,就是说电流只能从一边过去,却不能从另一边过来(从正极流向负极)。

  常见的几种二极管如图所示。其中有玻璃封装的、塑料封装的和金属封装的等几种。上 图中是二极管的电路符号,像它的名字,二极管有两个电极,并且分为正负极,一般把极性标示在二极管的外壳上。大多数用一个不同颜色的环来表示负极,有的直接标上“-”号。大功率二极管多采用金属封装,并且有个螺帽以便固定在散热器上。
  利用二极管单向导电的特性,常用二极管作整流器,把交流电变为直流电,即只让交流电的正半周(或负半周)通过,再用电容器滤波形成平滑的直流。事实上好多电器的电源部分都是这样的。二极管也用来做检波器,把高频信号中的有用信号“检出来”,老式收音机中会有一个“检波二极管”,一般用2AP9型锗管。
  二极管的类型也有好几种,对于电子制作来说,常常用到以下的二极管: 用于稳压的稳压二极管,用于数字电路的开关二极管,用于调谐的变容二极管,以及光电二极管等,最常看见的是发光二极管。

整流二极管



发光二极管

  二、 三极管

   半导体三极管也称为晶体三极管,可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的,而三极管由两个PN结构成,共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。由于不同的组合方式,形成了一种是NPN型的三极管,另一种是PNP型的三极管。

  三极管的种类很多,并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装,常见三极管的外观如图,大的很大,小的很小。三极管的电路符号有两种:有一个箭头的电极是发射极,箭头朝外的是NPN型三极管,而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。


  电子制作中常用的三极管有90××系列,包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP),低噪声管9014(NPN),高频小功率管9018(NPN)等。它们的型号一般都标在塑壳上,而样子都一样,都是TO-92标准封装。

中功率三极管

大功率三极管(外壳是集电极)

  三、三极管的电流放大原理

  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和PNP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。


  NPN管的结构图,它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成,从图可见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。
  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Eb。
  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)很容易地截越过发射结构互相向反方各扩散,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极电流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=Ib+Ic
  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, 当然,当Ib很大时可能使得电源无法让Ic达到β1*Ib,这就是饱和状态,当Ib很小时会使得Ic很小,认为是没有导通,这就是截止状态。
  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。
  三极管是一种电流放大器件,但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用,通过电阻转变为电压放大作用。

   常见小功率管参数:

  四、动手实践

  根据前面所学的知识理解并焊接以下电路。

   光控自动照明灯

  电路原理:
  R1和R2构成分压电路,当环境光线较强时,光敏电阻阻值较小,R2上的电压较小,无法使三极管Q1导通,此时三极管的集电极没有电流通过,发光二极管DS不亮。当光线较暗时,光敏电阻R2上的电压较大,Q1导通,从而使得DS发光。
  元件选择
  Q1选择常用的9013,必要时可以用两个并联在一起,DS选用高亮度的发光二极管,R1选用多圈电位器,R2选用常用的塑封光敏电阻。
  电路调试:
  连接好电路后,用小螺丝刀调节R1的阻值大小,使得光线较亮时发光二极管熄灭,较暗时发光二极管点亮。
  相关知识点:三极管
  三极管可以看做是一个电流控制器,也就是说使用基极较小的电流控制通过集电极的电流。三极管有一个参数叫直流放大倍数β,就是说如果基极流过的电流是Ib则流过集电极的电流Ic=β*Ib。这样一来就实现了放大的功能。这个例子中利用的是三极管放大的极限状态,要么让Ic很大,要么让Ic几乎为0。这样一来就相当于一个开关了。下一个例子中我们要到利用三极管的放大作用。
  对于NPN型的硅三极管,当基极和发射极之间的电压高于0.7伏时,就称之为导通,
  这时,基极就有电流通过了,就可以控制集电极的电流了。PNP型的刚好相反,基极和发射极之间的电压要小于-0.7伏,才能导通。

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