维修电工与实训第二章

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1、第 二 章 2.1 电 子 元 器 件2.2 元 器 件 的 修 理 常 识 2.1.1 晶 体 二 极 管 1. 二 极 管 的 结 构 、 符 号 、 分 类 和 型 号 （ 1） 二 极 管 的 结 构 、 电 路 符 号 二 极 管 的 内 部 结 构 如 图 2-1（ a） 所 示 。 采 用 掺 杂 工 艺 ，使 锗 或 硅 晶 体 的 一 边 形 成 P型 半 导 体 区 域 ， 另 一 边 形 成 N型 半导 体 区 域 ， 在 P型 半 导 体 与 N型 半 导 体 的 交 界 面 会 形 成 一 个具 有 特 殊 电 性 能 的 薄 层 ， 即 PN结 。 从 P区 引 出

2、 的 电 极 为 正 极（ 或 阳 极 ） ， 从 N区 引 出 的 电 极 为 负 极 （ 或 阴 极 ） 。 二 极 管一 般 用 金 属 、 塑 料 或 玻 璃 材 料 作 为 封 装 外 壳 ， 外 壳 上 印 有 标记 便 于 区 分 正 负 电 极 。 二 极 管 的 电 路 符 号 如 图 2-1（ b） 所 示 ，箭 头 所 指 的 方 向 为 正 向 电 流 流 通 的 方 向 ， 习 惯 用 字 母 V（ 或D） 代 表 二 极 管 。 P N(阳极) 外壳 阴极引线阳极引线 (阳极) (阴极)(阴极) (a) (b) V图 2-1 （ a） 二 极 管 的 内 部 结 构

3、 （ b） 二 极 管 的 电 路 符 号 稳 压 电 源 、 收 音 机 、 电 视 机 等 电 子 产 品 中 各 种 不 同 外 形的 二 极 管 如 图 2-2所 示 。 2AP2CP 2CZ54 2CZ13 2CZ30(c)图 2-2 常 见 二 极 管 外 形 图 （ 2） 二 极 管 的 分 类 、 型 号 常 见 的 二 极 管 分 类 如 下 ： 按 材 料 分 为 硅 二 极 管 和 锗 二 极管 ； 按 PN结 面 积 大 小 分 为 点 接 触 型 、 面 接 触 型 和 平 面 型 ； 按功 能 分 为 整 流 、 稳 压 、 发 光 、 光 电 、 检 波 、 激

4、光 和 变 容 二 极管 等 。 各 种 不 同 类 型 的 二 极 管 ， 国 内 外 都 采 用 规 定 型 号 来 区分 。 如 2CW53表 示 硅 稳 压 二 极 管 ， 2AC1表 示 锗 变 容 二 极 管 等等 。 根 据 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 ， 半 导 体 器 件 型 号 由 五 部分 组 成 ， 其 每 一 部 分 的 含 义 见 表 2-1。 例 如 ： 2SA53表 示 高频 PNP型 三 极 管 ， 1S92表 示 半 导 体 二 极 管 。 表 2-1国 产 半 导 体 器 件 的 型 号 命 名 方 法第 一 部 分 第 二 部 分 第 三

5、 部 分用 数 字 表 示 器件 的电 极 数 目 用 汉 语 拼 音 字母 表 示 器 件 的材 料 和 极 性 用 汉 语 拼 音 字 母表 示 器 件 的 类 别符 号 意义 符 号 意 义 符号 意 义 符 号 意 义2 二极管 ABCD N型 锗 材 料P型 锗 材 料N型 硅 材 料P型 硅 材 料 PVWCZ 普 通 管微 波 管稳 压 管参 量 管整 流 管 LSNUK 整 流 堆隧 道 管阻 尼 管光 电 器 件开 关 管3 三 极管 ABCDE PNP型 锗 材 料NPN型 锗 材 料PNP型 硅 材 料NPN型 硅 材 料化 合 物 材 料 XGDAUK 低 频 小 功

6、率 管 （ fT 3MHz,PC 1W）高 频 小 功 率 管 （ fT 3MHz,PC 1W）低 频 大 功 率 （ fT 3MHz,PC 1W）高 频 大 功 率 （ fT 3MHz,PC 1W）光 电 器 件 开 关 管开 关 管 由 于 目 前 欧 洲 各 国 没 有 明 确 统 一 的 标 准 半 导 体 器 件 型 号命 名 法 ， 故 他 们 大 都 使 用 国 际 电 子 联 合 会 的 标 准 。 例 如 ：3AD50C表 示 低 频 大 功 率 PNP型 锗 管 ； 3DG6E表 示 高 频 小 功 率NPN型 硅 管 。 根 据 美 国 电 子 工 业 协 会 （ EIA

7、） 规 定 的 半 导 体 器 件 型 号 命名 方 法 如 表 2-2所 示 。 例 如 ： 1N4148表 示 开 关 二 极 管 ，2N3464表 示 高 频 大 功 率 NPN型 硅 管 。 表 2 2美 国 半 导 体 器 件 型 号 的 命 名 法第 一 部 分 第 二 部 分 第 三 部 分 第 四 部 分 第 五 部 分用 符 号 表 示器 件 的 等 级 用 数 字 表 示PN结 数 目 用 字 母 表示 材 料 用 数 字 表示 器 件 登记 序 号 用 字 母 表 示同 一 器 件 的不 同 档 次符 号 意 义 符 号 意 义 符 号 意 义 符 号 意 义 符 号 意

8、 义J 军 品 1 二 极 管 N 表 示 不加 热 即半 导 体器 件 2 4位 数字 登 记 顺序 号 A、 B、C 表 示器 件改 进型无 非军品 2 三 极 管 3 四 极 管 日 本 半 导 体 器 件 型 号 共 用 五 部 分 组 成 ， 其 表 示 方 法 如 表 2-3。表 2-3 日 本 半 导 体 器 件 命 名 法 第 一 部 分 第 二 部 分 第 三 部 分 用 数 字 表 示 器 件 的 电 极 数 目 用 字 母 表 示半 导 体 器 件 用 拉 丁 字 母 表 示 器 件 的 结 构 和 类 型符 号 意 义 符 号 意 义 符 号 意 义 0 光 电 器 件

9、 S 半 导 体器 件 A 高 频 PNP型 三 极 管 快 速 开 关 三 极 管 三 极 管 B 低 频 大 功 率 PNP管3 有 三 个 PN结 的 器 件 C 高 频 及 快 速 开 关 NPN三 极 管D 低 频 大 功 率 NPN管F P控 制 极 可 控 硅G N控 制 极 可 控 硅H N基 极 单 结 管J P沟 道 场 效 应 管K N沟 道 场 效 应 管M 双 向 可 控 硅 2. 二 极 管 的 重 要 特 性 单 向 导 电 性 (1)加 正 向 电 压 导 通 如 果 将 电 源 正 极 与 二 极 管 正 极 相连 ， 电 源 负 极 与 二 极 管 负 极

10、相 连 ， 称 为 正 向 偏 置 ， 简 称 正偏 。 此 时 二 极 管 内 部 呈 现 较 小 的 电 阻 ， 有 较 大 电 流 通 过 ，二 极 管 状 态 为 正 向 导 通 状 态 。 (2)加 反 向 电 压 截 止 如 果 将 电 源 正 极 与 二 极 管 负 极 相连 ， 电 源 负 极 与 二 极 管 正 极 相 连 ， 称 为 反 向 偏 置 ， 简 称 反偏 。 此 时 二 极 管 内 部 呈 现 较 大 的 电 阻 ， 几 乎 无 电 流 通 过 ，二 极 管 状 态 为 反 向 截 止 状 态 。 由 上 可 知 ， 二 极 管 加 正 偏 压时 导 通 ， 加

11、 反 偏 压 时 截 止 ， 即 单 向 导 电 性 是 二 极 管 最 重 要的 特 性 。 3. 二 极 管 的 伏 安 特 性 加 在 二 极 管 两 端 的 电 压 VD和 流 过 二 极 管 的 电 流 ID之 间 的关 系 称 为 二 极 管 的 伏 安 特 性 ， 利 用 晶 体 管 特 性 图 示 仪 能 方便 地 测 出 VD与 ID关 系 曲 线 ， 即 伏 安 特 性 曲 线 ， 见 图 2-3。 0.2 0.4 0.6 0.8O5 101530U (BR)C C DD IR A A B B 硅锗iV/m A uV/V (A)5 图 2-3 二 极 管 的 伏 安 特 性

12、 曲 线 （ 1） 正 向 特 性 正 向 伏 安 特 性 曲 线 指 VV IV坐 标 系 的 第一 象 限 部 分 ， 其 主 要 特 点 是 ： 外 加 电 压 较 小 时 ， 二 极 管 呈 现 的 电 阻 较 大 ， 正 向 电流 几 乎 为 零 ， 曲 线 OA（ 或 OA ） 段 称 为 死 区 ， 对 应 的 死 区电 压 值 ， 硅 管 为 0.5伏 左 右 ， 锗 管 为 0.2伏 左 右 。 正 向 电 压 VV超 过 死 区 电 压 时 ， PN结 内 电 场 几 乎 被 抵消 ， 二 极 管 呈 现 的 电 阻 很 小 ， 正 向 电 流 ID增 长 很 快 ， 二

13、极管 正 向 导 通 。 AB（ 或 A B ） 段 特 性 曲 线 陡 直 ， VV IV关 系近 似 于 线 性 ， 此 段 称 为 导 通 区 。 导 通 后 二 极 管 两 端 的 正 向压 降 （ 或 管 压 降 ） 近 似 认 为 是 导 通 电 压 。 一 般 硅 管 为 0.7伏左 右 ， 锗 管 为 0.3伏 左 右 。 这 个 电 压 较 稳 定 ， 几 乎 不 随 流 过的 电 流 变 化 。 （ 2） 反 向 特 性 反 向 伏 安 特 性 曲 线 指 VV IV坐 标 系 的第 三 象 限 部 分 ， 它 的 主 要 特 点 是 ： 当 二 极 管 承 受 反 向 电

14、 压 VR时 ， 加 强 了 PN结 内 电 场 ，使 二 极 管 呈 现 很 大 电 阻 ， 此 时 仅 有 极 小 的 反 向 电 流 IR。 曲线 OC（ 或 OC ） 段 称 为 反 向 截 止 区 ， 此 处 的 IR称 为 反 向 饱和 电 流 或 反 向 漏 电 流 。 实 际 应 用 中 IR越 小 越 好 。 一 般 硅 二极 管 的 IR在 几 十 微 安 以 下 ， 锗 二 极 管 的 IR达 几 百 微 安 ， 大 功率 二 极 管 则 更 大 些 。 反 向 击 穿 区 当 反 向 电 压 增 大 到 超 过 某 个 值 （ 图 中C或 C 点 ） ， 反 向 电 流

15、 急 剧 增 大 ， 这 种 现 象 叫 反 向 击 穿 。CD（ 或 C D ） 段 称 为 反 向 击 穿 区 ， C（ 或 C ） 点 对 应 的电 压 叫 反 向 击 穿 电 压 VBR。 击 穿 后 电 流 过 大 将 使 管 子 损 坏 ，所 以 除 稳 压 管 外 ， 加 在 二 极 管 上 的 反 向 电 压 不 允 许 超 过 击穿 电 压 。 4. 二 极 管 的 主 要 技 术 参 数 及 选 择 （ 1） 主 要 参 数 不 同 类 型 的 二 极 管 有 不 同 参 数 供 选 用者 参 考 ， 在 实 际 应 用 中 最 主 要 的 参 数 如 下 ： 最 大 整

16、流 电 流 IFM 又 称 为 额 定 工 作 电 流 ， 是 二 极 管长 期 运 行 时 允 许 通 过 的 最 大 正 向 平 均 电 流 。 如 果 实 际 工 作时 的 正 向 平 均 电 流 值 超 过 IFM， 二 极 管 内 的 PN结 会 过 分 发 热而 损 坏 。 不 同 型 号 的 二 极 管 IFM参 数 悬 殊 很 大 。 一 些 大 电 流的 二 极 管 要 求 使 用 散 热 片 ， 且 它 的 IFM是 指 带 有 规 定 散 热 片条 件 下 的 参 数 值 ， 选 用 时 要 注 意 实 际 工 作 电 流 要 比 I FM小 得较 多 才 安 全 。 最

17、 高 反 向 工 作 电 压 VRM又 称 为 额 定 工 作 电 压 ， 是 二 极管 允 许 承 受 的 反 向 工 作 电 压 峰 值 。 为 了 确 保 二 极 管 安 全 稳定 工 作 ， 通 常 标 定 的 VRM是 反 向 击 穿 电 压 的 1/3至 1/2。 反 向 饱 和 电 流 IR又 称 为 反 向 漏 电 流 ， 指 管 子 未 进 入击 穿 区 时 的 反 向 电 流 ， 其 值 越 小 管 子 的 单 向 导 电 性 能 越 好 。温 度 增 加 时 ， 二 极 管 的 反 向 电 流 会 急 剧 增 大 。 一 般 硅 二 极管 超 过 150 、 锗 二 极

18、管 超 过 90 时 ， 会 因 反 向 电 流 急 剧 增大 而 造 成 热 击 穿 ， 因 此 使 用 时 要 注 意 温 度 对 管 子 的 影 响 。 最 高 工 作 频 率 fM是 保 证 管 子 正 常 工 作 时 的 最 高 频 率 。二 极 管 的 PN结 具 有 结 电 容 ， 随 着 工 作 频 率 的 升 高 结 电 容 充放 电 的 影 响 将 加 剧 ， 进 而 影 响 二 极 管 的 单 向 导 电 性 。 一 般小 电 流 二 极 管 的 f M高 达 几 百 MHZ， 而 大 电 流 的 整 流 管 仅 有 几KHZ。 （ 2） 器 件 手 册 的 使 用 二

19、极 管 类 型 非 常 多 ， 并 且 有 很多 的 参 数 都 可 从 不 同 侧 面 反 映 管 子 的 性 能 。 从 晶 体 管 手 册中 可 以 查 出 常 用 国 产 、 进 口 二 极 管 的 技 术 参 数 和 使 用 资 料 ，这 些 是 正 确 使 用 二 极 管 的 依 据 。 通 常 晶 体 管 手 册 包 含 以 下基 本 内 容 ： 器 件 型 号 、 主 要 参 数 、 主 要 用 途 和 器 件 外 形 等 。表 2-5列 举 了 几 种 典 型 二 极 管 的 技 术 参 数 。 表 2-5 典 型 二 极 管 的 技 术 参 数型 号 最 大 整 流电 流I

20、FM/mA 最 高 反 向工 作 电 压VRM/V 反 向 饱 和电 流 I R / mA 最 高 工 作频 率fM/MHZ 主 要 用途2AP32CK842CP312CZ55C 25 100 250 1000 30 30 25 100 0.25 1 300 0.01 150 003 检 波 管 开 关 管 整 流 管 整 流 管 2.1.2 晶 体 三 极 管 1.三 极 管 的 结 构 、 分 类 及 符 号 （ 1） 三 极 管 的 外 形 半 导 体 三 极 管 亦 称 双 极 型 晶 体 三 极 管 ， 简 称 晶 体 管 。功 率 不 同 的 三 极 管 体 积 和 封 装 形 式

21、 也 不 一 样 ， 近 年 来 生 产的 小 、 中 功 率 管 多 采 用 硅 酮 塑 料 封 装 ； 大 功 率 管 多 采 用 金属 封 装 ， 且 其 外 壳 和 散 热 器 连 成 一 体 便 于 散 热 。 常 见 的 三极 管 外 形 如 图 2-4所 示 。 图 2-4 常 见 的 三 极 管 外 形 （ 2） 三 极 管 的 结 构 、 符 号 （ a） NPN型 （ b） PNP 型图 25 三 极 管 的 结 构 和 符 号 晶 体 三 极 管 的 核 心 是 两 个 靠 得 很 近 的 PN结 ， 如 图 2-5所 示 。 内 部 有 三 个 半 导 体 区 ： 发

22、射 区 、 基 区 、 集 电 区 ， 对应 的 三 个 电 极 分 别 为 发 射 极 e、 基 极 b、 集 电 极 c； 由 三 个 区域 半 导 体 类 型 的 不 同 ， 三 极 管 分 为 PNP型 和 NPN型 ； 发 射区 和 基 区 之 间 的 PN结 称 为 发 射 结 IC, 基 区 和 集 电 区 之 间 的PN称 为 集 电 结 IC。 注 意 ： 由 三 极 管 制 造 工 艺 的 特 殊 性 知 ，三 极 管 并 不 是 两 个 PN结 的 简 单 组 合 ， 使 用 时 不 能 用 两 个 二极 管 代 替 ， 也 不 能 将 发 射 极 和 集 电 极 对 调

23、 使 用 。 （ 3） 三 极 管 的 分 类 和 命 名 三 极 管 的 种 类 很 多 ， 一 般 有 以 下 几 种 分 类 ： 按 照 结 构工 艺 分 为 NPN 型 和 PNP型 （ 目 前 国 产 的 硅 三 极 管 多 为 NPN 型 ， 锗 三 极 管 多 为 PNP型 ） ； 按 所 用 半 导 体 的 材 料 分 为 硅三 极 管 和 锗 三 极 管 （ 由 于 硅 管 温 度 稳 定 性 好 ， 所 以 在 自 控设 备 中 常 用 硅 管 ） ； 按 允 许 耗 散 的 功 率 大 小 分 为 大 功 率 管（ 耗 散 功 率 大 于 几 十 瓦 ） 和 小 功 率

24、管 （ 耗 散 功 率 小 于 1瓦 ） ；按 工 作 频 率 不 同 分 为 高 频 管 （ f 3MHZ且 高 频 管 的 工 作 频 率可 以 达 到 几 百 兆 赫 ） 和 低 频 管 （ f3MHZ） ； 按 用 途 分 为 普 通三 极 管 和 开 关 三 极 管 等 。 三 极 管 型 号 的 具 体 识 别 方 法 见 表2-1。 2. 三 极 管 的 工 作 电 压 和 主 要 参 数 三 极 管 工 作 时 ， 通 常 在 其 发 射 结 Je上 加 正 偏 电 压 ， 在集 电 结 Jc上 加 反 偏 电 压 。 加 在 基 极 和 发 射 极 间 的 电 压 叫 偏置

25、电 压 ， 一 般 硅 管 为 0.7V左 右 ， 锗 管 为 0.3V左 右 ， 加 在 集电 极 和 基 极 间 的 电 压 一 般 为 几 伏 到 几 十 伏 。 三 极 管 的 种 类 很 多 ， 从 晶 体 管 手 册 中 可 查 出 三 极 管 的型 号 、 主 要 参 数 、 主 要 用 途 和 外 形 等 ， 这 些 技 术 资 料 是 正确 选 用 三 极 管 的 主 要 依 据 。 总 的 来 说 ， 有 以 下 几 类 常 用 参数 ： （ 1） 共 发 射 极 电 流 放 大 系 数 共 发 射 极 直 流 电 流 放 大系 数 （ 或 hFE） ， 共 发 射 极 交

26、 流 电 流 放 大 系 数 （ 或 hfe） ，同 一 个 三 极 管 在 相 同 条 件 下 hfe略 大 于 hFE， 但 应 用 时 二 者 可相 互 代 替 。 （ 2） 极 间 反 向 饱 和 电 流 集 电 极 基 极 间 反 向 饱 和 电流 ICBO， 集 电 极 发 射 极 间 反 向 饱 和 电 流 ICEO（ 又 称 穿 透 电流 ） 。 ICEO=（ 1+ ） ICBO。 （ 3） 极 限 参 数 集 电 极 最 大 允 许 电 流 ICN（ 当 IC超 过ICM 将 下 降 到 不 能 工 作 的 地 步 ） ； 集 电 极 最 大 允 许 耗 散 功率 PCM（

27、PC=IC VCE超 过 此 值 三 极 管 会 过 热 而 烧 坏 ） ； 集 电极 发 射 极 间 反 向 击 穿 电 压 V （ BR） CEO， 当 基 极 开 路 时 ， 集 射 极 间 电 压 超 过 此 值 后 会 由 电 击 穿 导 致 热 击 穿 而 损 坏 管 子 。 3. 三 极 管 内 电 流 分 配 和 电 流 放 大 作 用 三 极 管 各 极 电 流 分 配 关 系 为 ： IE=IB+IC其 中 ， 由 于 IB远小 于 IC， 所 以 IE IC； 三 极 管 具 有 电 流 放 大 作 用 ： 共 发 射 极 电 流 放 大 系 数 ， = I C / I

28、B ， = I C / I B ； 4. 三 极 管 的 工 作 特 性在 模 拟 电 路 中 ， 三 极 管 应 用 较 多 的 是 共 发 射 极 电 路 ，输 入 电 压 VBE与 输 入 电 流 IB间 的 数 量 关 系 称 为 三 极 管 的 输 入特 性 ； 输 出 电 压 V CE与 输 出 电 流 IC间 的 数 量 关 系 称 为 三 极 管的 输 出 特 性 ； 三 极 管 的 输 入 输 出 特 性 ， 统 称 为 三 极 管 的 工作 特 性 。 三 极 管 的 输 入 、 输 出 特 性 曲 线 如 图 2 6（ a） 、（ b） 。 25 02040 608010

29、0 0.2 0.4 0.6 0.8 uBE/V iB/A u CE0 u CE1V (a) 0 2 4 6 8 10截止区 放大区 100806040 iB0A20 饱和区iC/m A uCE/V(b) （ a） 输 入 特 性 曲 线 （ b） 输 出 特 性 曲 线 图 2-6 三 极 管 共 发 射 极 特 性 曲 线 由 三 极 管 输 入 特 性 曲 线 看 出 ： 当 VBE很 小 时 ， IB=0， 三 极管 时 截 止 的 ， 只 有 在 VBE大 于 三 极 管 的 门 坎 电 压 （ 硅 管 约 0.5伏 ， 锗 管 约 0.2伏 ） 后 ， 三 极 管 才 产 生 IB开

30、 始 导 通 。 导 通 后 的IB迅 速 增 大 ， 但 VBE变 化 很 小 ， 此 时 的 VBE值 称 为 三 极 管 工 作 时的 发 射 结 正 向 压 降 或 导 通 电 压 值 （ 硅 管 约 为 0.7伏 ， 锗 管 约 为0.3伏 ） 。 由 此 分 析 ， 三 极 管 的 输 入 特 性 曲 线 是 非 线 性 的 。 通 常 把 三 极 管 输 出 特 性 曲 线 分 成 三 个 工 作 区 来 分 析 其工 作 状 态 ， 即 放 大 区 、 截 止 区 和 饱 和 区 。 截 止 区 是 图 2-6（ b） 中 iB=0曲 线 下 方 的 区 域 ， 三 极 管 处

31、 于 截 止 状 态 。 在iB=0时 ， iC并 非 为 零 ， 这 时 电 流 就 是 穿 透 电 流 ICEO； 饱 和 区 在uCE较 小 的 区 域 ， 此 区 域 三 极 管 iC不 随 iB增 大 而 变 化 ， 即 处 于饱 和 状 态 ， 饱 和 时 的 uCE值 称 为 饱 和 压 降 VCES（ 小 功 率 硅 管约 0.3伏 ， 锗 管 欲 0.1伏 ） ； 放 大 区 在 截 止 区 和 饱 和 区 之 间 ，此 区 域 内 三 极 管 iC受 iB的 控 制 ， 即 iC= iB， 具 有 电 流 放大 作 用 ， 三 极 管 处 于 放 大 状 态 。 且 iB一

32、 定 时 ， IC不 随 VCE变 化而 保 持 恒 定 ， 这 种 现 象 称 三 极 管 的 恒 流 特 性 。 由 上 述 特 性 总 结 ， 三 极 管 工 作 的 外 部 条 件 为 ： 当 三 极管 的 发 射 结 正 偏 ， 集 电 结 反 偏 时 处 于 放 大 状 态 ； 发 射 结 反偏 （ 或 零 偏 ） 时 ， 处 于 截 止 状 态 ； 发 射 结 正 偏 ， 集 电 结 正偏 时 ， 处 于 饱 和 状 态 。 注 ： 工 作 的 内 部 条 件 由 三 极 管 制 造工 艺 决 定 。 2.1.3 晶 闸 管 晶 闸 管 是 晶 体 闸 流 管 的 简 称 ， 又

33、 叫 做 可 控 硅 。 是 一 种以 硅 单 晶 为 基 本 材 料 的 P1N1P2N2四 层 叁 端 器 件 ， 创 制 于1957年 ， 由 于 它 特 性 类 似 于 真 空 闸 流 管 ， 所 以 国 际 上 通 称为 硅 晶 体 闸 流 管 ， 简 称 晶 闸 管 T。 又 由 于 晶 闸 管 最 初 应 用 于可 控 整 流 方 面 所 以 又 称 为 硅 可 控 整 流 元 件 ， 简 称 为 可 控 硅(SCR)。 结 构 上 分 为 单 向 晶 闸 管 、 双 向 晶 闸 管 、 快 速 晶 闸管 、 可 关 断 晶 闸 管 、 逆 导 晶 闸 管 和 光 控 晶 闸 管

34、 等 ， 是 一 种大 功 率 的 半 导 体 器 件 ； 外 形 上 分 为 螺 栓 形 、 平 板 形 和 平 底形 。 下 面 介 绍 单 向 晶 闸 管 。 图 2-7（ a） 、 （ b） 、 （ c） 是常 见 单 向 晶 闸 管 外 形 图 。 （ a） 小 功 率 （ b） 中 功 率 （ c） 大 功 率 管图 2-7 单 向 晶 闸 管 外 形 图 单 向 晶 闸 管 的 结 构 和 符 号 如 图 2-8（ a） 、 （ b） 所 示 。 内 部 结 构 有四 层 半 导 体 区 、 三 个 PN结 ， 外 部 有 三 个 引 脚 即 阳 极 A、 阴 极 K和 控 制

35、极（ 又 称 门 极 ） G。 晶 闸 管 导 通 必 须 具 备 两 个 条 件 ： 即 在 阳 极 、 阴 极 间 加正 偏 压 ， 同 时 在 控 制 极 和 阴 极 间 加 正 向 触 发 电 压 。 管 子 一 旦 导 通 后 门极 即 失 去 控 制 作 用 ， 无 论 门 极 有 无 电 压 ， 管 子 仍 然 保 持 导 通 状 态 。 关断 晶 闸 管 有 两 种 方 法 ： 一 是 将 阳 极 电 压 降 低 到 足 够 小 或 瞬 间 反 向 电 压 ；二 是 将 阳 极 瞬 间 开 路 。 （ a） 内 部 结 构 （ b） 符 号 图 2-8 单 向 晶 闸 管 的

36、结 构 和 符 号 单 向 晶 闸 管 的 工 作 原 理 及 基 本 特 性 ： 晶 闸 管 是 P1N1P2N2四 层 叁 端 结 构 元 件 ， 共 有 三 个 PN结 ， 分 析 原 理 时 ， 可 以 把 它 看 作 由 一 个 PNP管 和 一 个 NPN管 所 组 成 ， 其 等 效 图 解 如 图 2-9所 示 。图 2-9 可 控 硅 等 效 图 解 当 阳 极 A加 上 正 向 电 压 时 ， BG1和 BG2管 均 处 于 放 大 状态 。 此 时 ， 如 果 从 控 制 极 G输 入 一 个 正 向 触 发 信 号 ， BG2便有 基 流 ib2流 过 ， 经 BG2放

37、 大 ， 其 集 电 极 电 流 ic2=2ib2。 因 为BG2的 集 电 极 直 接 与 BG1的 基 极 相 连 ， 所 以 ib1=ic2。 此 时 ，电 流 ic2再 经 BG1放 大 ， 于 是 BG1的 集 电 极 电 流ic1=1ib1=12ib2。 这 个 电 流 又 流 回 到 BG2的 基 极 ， 形 成 正 反馈 ， 使 ib2不 断 增 大 ， 如 此 正 反 馈 循 环 的 结 果 ， 两 个 管 子 的电 流 剧 增 ， 使 可 控 硅 饱 和 导 通 。 由 于 BG1和 BG2所 构 成 的正 反 馈 作 用 ， 所 以 一 旦 可 控 硅 导 通 后 ， 即

38、 使 控 制 极 G的 电流 消 失 了 ， 可 控 硅 仍 然 能 够 维 持 导 通 状 态 ， 由 于 触 发 信 号只 起 触 发 作 用 ， 没 有 关 断 功 能 ， 所 以 这 种 可 控 硅 是 不 可 关断 的 。 由 于 可 控 硅 只 有 导 通 和 关 断 两 种 工 作 状 态 ， 所 以 它具 有 开 关 特 性 ， 这 种 特 性 需 要 一 定 的 条 件 才 能 转 化 。 晶 闸 管 的 优 点 很 多 ， 例 如 ： 具 有 容 量 大 、 效 率 高 、 成本 低 、 重 量 轻 、 体 积 小 、 控 制 灵 敏 等 优 点 ； 以 小 功 率 控 制

39、大 功 率 ， 功 率 放 大 倍 数 高 达 几 十 万 倍 ， 可 实 现 小 信 号 功 率对 大 信 号 功 率 的 变 换 和 控 制 ； 在 脉 冲 数 字 电 路 中 可 作 为 功率 开 关 管 使 用 ； 反 应 极 快 ， 在 微 秒 级 内 开 通 、 关 断 ； 无 触点 运 行 ， 无 火 花 、 无 噪 音 等 。 缺 点 ： 抗 干 扰 能 力 和 过 载 能力 较 差 ， 工 作 电 路 较 复 杂 ， 静 态 及 动 态 的 过 载 能 力 较 差 ，容 易 受 干 扰 而 误 导 通 。 2.2.1 元 器 件 的 检 测 和 故 障 分 析 元 器 件 的

40、 检 测 是 维 修 电 工 的 一 项 基 本 功 ， 如 何 准 确 有效 地 检 测 元 器 件 的 相 关 参 数 ， 判 断 元 器 件 是 否 正 常 ， 没 有千 篇 一 律 的 方 法 ， 必 须 根 据 不 同 的 元 器 件 采 用 不 同 的 方 法 ，从 而 判 断 元 器 件 是 否 正 常 。 特 别 对 初 学 者 来 说 ， 熟 练 掌 握常 用 元 器 件 的 检 测 方 法 是 很 必 要 的 ， 以 下 介 绍 常 用 电 子 元器 件 的 检 测 方 法 供 读 者 参 考 。 2.2.1.1 二 极 管 的 检 测 和 故 障 分 析 从 外 形 上

41、判 断 二 极 管 管 脚 如 图 2-10所 示 。 阴 极 阳 极 图 2-10普 通 整 流 管 （ 1N4007型 ） 管 脚 图 可 以 用 晶 体 管 特 性 图 示 仪 对 二 极 管 作 较 准 确 的 测 量 。为 操 作 方 便 ， 基 于 二 极 管 的 单 向 导 电 性 原 理 ， 实 践 中 常 用万 用 表 来 检 测 判 别 其 管 脚 和 性 能 。 操 作 如 下 ： 先 将 万 用 表 调 至 欧 姆 挡 的 R 1K或 R 100（ 此 时 黑 表 笔接 内 部 电 池 的 正 极 ， 红 表 笔 接 内 部 电 池 的 负 极 ） ； 然 后 将万 用

42、 表 的 红 、 黑 表 笔 分 别 接 到 二 极 管 两 端 ， 若 测 得 电 阻 较小 （ 几 千 欧 以 下 ） ， 再 将 红 、 黑 表 笔 对 调 后 接 于 二 极 管 两端 时 ， 测 得 的 电 阻 较 大 （ 几 百 千 欧 ） ， 则 可 判 断 该 管 质 量较 好 ， 且 测 得 电 阻 较 小 的 那 次 黑 表 笔 接 的 是 二 极 管 的 阳 极 。 故 障 分 析 ： 若 上 述 检 测 中 二 极 管 的 正 、 反 向 电 阻 都 很 小 ，甚 至 为 零 ， 表 明 管 子 内 部 短 路 ； 若 测 得 二 极 管 的 正 、 反 向电 阻 都

43、很 大 ， 表 明 内 部 已 断 路 。 实 用 时 根 据 情 况 也 可 用 其 他 方 法 ， 举 例 如 下 ： （ 1） 检 测 1N400 型 二 极 管 平 时 装 配 和 检 修 各 类电 子 电 器 的 整 流 电 源 时 ， 1N400 型 二 极 管 的 应 用 是 相当 多 的 。 检 测 二 极 管 性 能 采 用 电 筒 电 路 ， 能 迅 速 地 判 断 其好 坏 。 让 电 池 的 正 极 先 、 后 接 二 极 管 两 脚 ， 如 果 电 珠 一 次发 出 微 弱 光 ， 另 一 次 不 发 光 ， 则 电 珠 发 光 那 次 电 池 正 极 处接 的 是

44、二 极 管 阳 极 ， 不 发 光 的 那 次 是 二 极 管 的 阴 极 ， 同 时也 说 明 该 二 极 管 性 能 良 好 ； 如 果 电 池 正 极 碰 触 二 极 管 任 一脚 小 电 珠 都 能 发 光 ， 说 明 此 二 极 管 内 部 已 短 路 ； 若 电 珠 都不 亮 ， 则 二 极 管 内 部 已 断 路 。 注 意 ： 此 法 不 能 确 定 二 极 管的 耐 压 。 （ 2） 检 测 发 光 二 极 管 发 光 二 极 管 因 其 工 作 电 压 低 ，所 以 用 电 筒 电 路 能 直 观 地 判 断 其 性 能 和 质 量 好 坏 。 如 果 将待 测 发 光 二

45、 极 管 跨 接 入 电 路 后 发 光 二 极 管 不 点 亮 ， 而 将 其调 换 极 性 后 再 次 接 入 电 路 时 ， 发 光 管 微 微 发 光 ， 那 么 证 明该 管 性 能 良 好 ， 同 时 可 以 判 断 发 光 管 与 电 池 负 极 相 接 的 管脚 即 为 发 光 管 的 负 极 ， 另 一 脚 为 正 极 。 但 如 果 通 过 上 述 两次 接 入 电 路 二 极 管 均 不 发 光 点 燃 ， 则 说 明 该 管 已 坏 。 但 反过 来 说 ， 如 发 光 管 两 次 接 入 电 路 ， 虽 然 发 光 管 均 不 亮 ， 但电 路 中 的 小 电 珠 却

46、 已 闪 亮 发 光 ， 则 说 明 该 发 光 管 内 部 已 击穿 导 通 。 （ 3） 检 测 光 电 二 极 管 光 电 二 极 管 是 一 种 能 把 光 照 强弱 的 变 化 转 换 为 电 信 号 的 半 导 体 器 件 。 其 顶 端 有 一 个 能 射入 光 线 的 窗 口 ， 光 线 通 过 窗 口 照 射 到 管 芯 上 ， 在 光 的 激 发下 ， 光 电 二 极 管 产 生 大 量 “ 光 生 载 流 子 ” ， 光 电 二 极 管 的反 向 电 流 大 大 增 加 使 内 阻 减 小 。 常 用 的 光 电 二 极 管 为 2CU、2DU型 。 其 正 向 电 阻

47、不 随 光 照 强 弱 而 变 化 （ 约 为 几 千 欧 ） ；反 向 电 阻 在 无 光 时 约 200K ， 受 光 照 射 时 光 线 越 强 反 向 电阻 越 小 ， 小 到 几 百 欧 ， 去 除 光 照 反 向 电 阻 立 即 恢 复 到 无 光时 的 阻 值 。 根 据 上 述 原 理 用 万 用 表 检 测 即 可 。 2.2.1.2 三 极 管 检 测 和 故 障 分 析 普 通 三 极 管 的 管 脚 排 列 如 图 2-11所 示 。 图 211普 通 三 极 管 的 管 脚 图 可 以 用 晶 体 管 特 性 图 示 仪 对 三 极 管 作 较 准 确 的 测 量 。

48、为 操 作 方 便 ， 基 于 三 极 管 的 内 部 结 构 （ “ 三 区 两 结 ” ） ，常 用 万 用 表 来 检 测 判 别 其 管 脚 及 性 能 。 操 作 如 下 ： 对 于 功率 在 1W以 下 的 中 小 功 率 三 极 管 ， 可 用 万 用 表 的 R 1K或R 100挡 测 量 ， 对 于 功 率 在 1W以 上 的 大 功 率 三 极 管 ， 用 万用 表 的 R 10或 R 1挡 测 量 。 1. 用 万 用 表 判 别 管 脚 和 管 型 第 一 步 ： 判 别 基 极 和 管 型 用 黑 表 笔 接 触 某 一 管 脚 ， 用 红 表 笔 分别 接 触 另

49、两 个 管 脚 ， 用 此 方 法 几 次 试 探 ， 如 表 头 电 阻 读 数 都 很 小 ， 则与 黑 表 笔 接 触 的 管 脚 是 基 极 ， 同 时 可 确 定 为 NPN型 三 极 管 ； 若 用 红 表笔 接 触 某 一 管 脚 ， 用 黑 表 笔 分 别 接 触 另 两 个 管 脚 ， 如 表 头 读 数 都 很 小 ，则 与 红 表 笔 接 触 的 管 脚 是 基 极 ， 同 时 可 确 定 为 PNP型 三 极 管 。 第 二 步 ： 判 别 发 射 极 e和 集 电 极 c以 NPN型 三 极 管 为 例 ， 当 基 极 确定 后 ， 假 设 余 下 的 两 脚 中 的

50、 一 脚 是 集 电 极 ， 将 黑 表 笔 接 到 此 脚 上 ， 红表 笔 接 到 余 下 的 假 设 发 射 极 上 ， 用 稍 潮 湿 的 手 捏 在 基 极 和 假 设 的 集 电极 之 间 （ 注 意 ： b、 e极 不 要 相 碰 ） ， 观 察 并 计 下 此 时 的 阻 值 。 再 把 两脚 作 相 反 假 设 ， 用 同 样 的 方 法 测 试 并 计 下 阻 值 。 比 较 两 次 读 数 大 小 ，则 阻 值 小 的 那 次 黑 表 笔 接 的 就 是 NPN管 的 集 电 极 c， 余 下 的 一 脚 便 是 发射 极 e。 判 别 PNP型 三 极 管 方 法 同

51、上 ， 但 必 须 把 上 述 表 笔 极 性 对 调 一 下测 试 。 估 测 三 极 管 的 电 流 放 大 系 数 把 万 用 表 拨 到 相 应 的 欧 姆 挡 ， 测量 集 电 极 与 发 射 极 间 的 电 阻 ， 再 用 潮 手 捏 在 基 极 b与 集 电 极 e之 间 （ 潮手 代 替 基 极 偏 置 电 阻 R B， 约 100K 左 右 ） ， 观 察 指 针 摆 动 幅 度 大 小 ，摆 动 越 大 则 越 大 。 2. 用 万 用 表 直 接 测 量 一 般 的 万 用 表 都 有 测 的 功 能 ， 将 万 用 表 拨 到 HFE挡 ， 三 极 管 插 入测 试 孔

52、 中 即 可 从 刻 度 盘 上 直 读 值 。 若 c、 e极 未 知 ， 只 要 将 c、 e对 调以 下 测 两 次 ， 指 针 偏 转 较 大 的 那 次 插 脚 正 确 ， 且 从 表 插 孔 旁 边 标 记 即可 判 别 出 c极 和 e极 。 实 践 小 经 验 ： 对 于 常 用 的 小 功 率 三 极 管 而 言 ， 如 9013、 9014等 三极 管 ， 也 可 以 利 用 电 筒 电 路 ， 快 速 地 粗 测 其 性 能 判 断 好 坏 。 将 电 路 中的 电 池 正 极 接 三 极 管 的 基 极 ， 电 池 的 负 极 分 别 碰 触 三 极 管 的 集 电 极

53、 与发 射 极 。 如 果 在 碰 触 集 电 极 时 电 珠 即 发 光 呈 暗 红 色 亮 光 ， 而 碰 触 发 射极 时 电 珠 也 发 亮 光 ， 则 证 明 该 管 性 能 基 本 良 好 。 若 碰 触 集 电 极 或 发 射极 时 ， 只 有 其 中 一 次 电 珠 不 亮 ， 则 说 明 该 管 的 一 个 电 极 存 在 断 路 。 但当 电 池 负 极 碰 触 集 电 极 和 发 射 极 时 ， 电 珠 均 不 发 光 ， 那 么 证 明 该 管 内部 已 开 路 。 2.2.1.3 单 向 晶 闸 管 检 测 单 向 晶 闸 管 的 管 脚 排 列 如 图 2-12所

54、示 。 图 2-12晶 闸 管 的 管 脚 排 列 1. 电 极 检 测 判 别 由 晶 闸 管 内 部 结 构 知 ， 控 制 极 G和 阴 极 K间 是 一 个 PN结 ， 而 GA和 AK间 存 在 反 向 的 PN结 。 检 测 时 先 将 万 用 表 拨到 R 1K挡 ， 假 定 晶 闸 管 某 一 端 为 控 制 极 G且 接 上 黑 表 笔 ，然 后 用 红 表 笔 分 别 触 及 另 外 两 脚 ， 若 有 一 次 正 向 导 通 ， 则假 定 的 控 制 极 是 对 的 ， 而 导 通 的 那 次 红 表 笔 接 的 是 阴 极 K。余 下 的 一 极 是 阳 极 A。 如

55、果 两 次 都 不 导 通 ， 则 假 定 错 误 ， 再重 新 设 定 检 测 。 2. 质 量 判 别 应 用 电 筒 电 路 亦 能 估 测 可 控 硅 管 子 的 好 坏 及 导 通 和 阻断 情 况 。 将 单 向 可 控 硅 的 阴 极 与 电 池 负 极 相 连 接 ， 阳 极 A与 电 池 正 极 相 接 ， 这 时 电 路 中 的 小 电 珠 若 无 光 亮 ， 则 证 明可 控 硅 的 正 向 阻 断 性 能 基 本 良 好 。 再 找 一 根 细 导 线 将 电 池的 正 极 端 与 可 控 硅 的 控 制 电 极 （ G） 迅 速 碰 触 一 下 ， 这 时电 珠 若

56、闪 光 发 亮 ， 则 说 明 可 控 硅 的 导 通 性 能 良 好 。 若 导 线碰 触 时 电 珠 不 亮 ， 或 小 电 珠 瞬 间 闪 亮 一 下 又 即 刻 熄 灭 ， 则说 明 该 管 的 导 通 能 力 很 差 ， 根 本 无 法 导 通 。 故 障 分 析 如 果 GK之 间 的 正 、 反 向 电 阻 都 等 于 零 ，或 GK与 AK之 间 的 正 、 反 向 电 阻 都 很 小 ， 说 明 晶 闸 管 内 部短 路 ； 如 果 GK之 间 的 正 、 反 向 电 阻 都 为 无 穷 大 ， 说 明 晶 闸管 内 部 断 路 。 2.2.2 元 器 件 的 替 代 在 维

57、 修 中 若 已 判 断 某 一 器 件 损 坏 ， 如 果 现 有 或 能 购 到同 样 的 器 件 并 将 其 换 上 最 好 ， 但 有 时 很 难 买 到 同 样 的 器 件 ，此 时 则 应 考 虑 替 代 的 问 题 。 1. 半 导 体 器 件 的 替 代 替 代 之 前 应 确 认 元 器 件 是 否 已 损 坏 。 因 为 半 导 体 器 件不 如 电 容 电 阻 那 样 耐 焊 易 拆 卸 ， 在 拆 卸 中 ， 人 为 损 坏 较 多 。记 录 下 各 电 极 的 位 置 ， 再 将 器 件 取 下 ， 并 再 次 确 认 原 器 件是 否 损 坏 ， 在 确 认 已 损

58、 坏 时 ， 应 记 录 下 器 件 的 型 号 、 制 造厂 家 。 最 好 的 替 代 是 同 一 制 造 厂 家 、 同 一 型 号 的 产 品 。 如果 不 具 备 这 一 条 件 ， 应 通 过 器 件 手 册 查 找 元 器 件 的 主 要 参数 。 再 根 据 这 些 主 要 参 数 选 择 替 代 品 ， 替 代 品 应 符 合 下 述 几 个 条 件 ： 材 料 相 同 ， 即 锗 锗 、 硅 硅 替 代 ； 极 性 相 同 ， 即 PNPPNP、 NPN NPN替 代 ； 种 类 相 同 ， 三 极 管 三 极 管 、 场 效 应 管 场效 应 管 替 代 ； 主 要 特

59、性 相 同 ， 如 最 大 直 流 耗 散 功 率 为 PCM： 替 代 品 的 PCM应 大 于 或 等 于 原 器 件 ， 而 且 应 进 行 测 量 和 计 算 原 器 件 在 线 路 中 实 际 功耗 PC， 以 保 证 替 代 品 的 PCM PC。 最 大 允 许 直 流 电 流 （ ICM） ： 替 代 器 件的 ICM应 大 于 或 等 于 原 器 件 ， 而 且 也 应 实 测 计 算 实 际 电 流 IC， 以 保 证 ICM IC。 最 高 耐 压 ： 替 代 器 件 的 几 个 主 要 参 数 如 晶 体 管 的 UCBO、 UCEO、UBEO等 应 大 于 原 来 管

60、 子 。 频 率 特 性 ： 替 代 器 件 的 主 要 参 数 如 fT或 fab应 大于 或 等 于 原 器 件 。 一 般 来 说 ， 满 足 上 述 4个 条 件 即 可 替 代 。 但 在 某 些 场合 ， 如 低 噪 声 放 大 ， 还 应 考 虑 开 关 参 数 ， 有 的 要 考 虑 直 流 电 流 放 大 系数 。 对 于 大 功 率 器 件 ， 应 考 虑 安 装 尺 寸 及 散 热 片 安 装 的 问 题 。 如 果 一时 找 不 到 合 适 的 替 代 品 ， 可 以 用 满 足 特 性 要 求 的 高 频 管 替 代 低 频 管 ，用 开 关 管 替 代 高 频 管

61、， 用 低 放 大 倍 数 组 成 达 林 顿 电 路 替 代 高 放 大 倍 数 的 管 子 等 。 2. 电 容 器 的 替 代 在 数 控 设 备 中 ， 特 殊 电 容 用 得 很 少 。 一 般 来 说 ， 电 容的 介 质 材 料 并 不 重 要 ， 仅 关 心 其 标 称 容 量 及 耐 压 。 在 振 荡 、定 时 、 带 通 滤 波 等 电 容 中 ， 对 容 量 的 要 求 较 高 ， 应 用 相 同容 量 的 电 容 替 代 。 在 其 余 的 电 路 中 ， 对 容 量 的 要 求 不 高 ，可 用 相 近 容 量 的 电 容 替 代 。 作 为 滤 波 电 容 ， 则

62、 对 容 量 的 要求 要 宽 一 些 。 电 解 电 容 应 注 意 耐 压 及 正 负 极 性 。 3.电 阻 器 的 替 代 在 数 字 电 路 中 ， 除 振 荡 、 定 时 、 分 压 等 电 路 外 ， 对 阻值 的 要 求 范 围 往 往 较 宽 ， 多 采 用 金 属 膜 电 阻 ， 只 要 满 足 额定 功 率 即 可 。 在 线 性 电 路 中 ， 多 用 精 密 电 阻 ， 替 代 时 应 用相 应 精 度 、 阻 值 的 电 阻 。 有 一 点 提 醒 维 修 人 员 注 意 ： 不 同 制 造 厂 家 生 产 的 同 型号 产 品 ， 其 性 能 有 时 相 差 甚

63、远 ， 应 以 器 件 手 册 为 准 。 4. 集 成 电 路 的 替 代 替 代 之 前 应 确 认 原 集 成 电 路 已 损 坏 。 因 为 焊 在 线 路 板上 的 集 成 电 路 完 整 拆 卸 较 为 困 难 ， 人 为 损 坏 较 多 。 由 于 集成 电 路 已 形 成 标 准 化 ， 因 此 ， 替 代 比 较 简 单 ， 只 要 系 列 、序 号 相 同 ， 可 不 论 制 造 厂 家 而 直 接 替 代 。 在 TLL电 路 中 ，当 工 作 电 压 为 +5V时 ， 各 系 列 可 以 互 换 ， 但 首 先 应 考 虑 速 度问 题 ， 应 以 高 代 低 。 以

64、低 代 高 时 ， 应 考 虑 能 否 适 应 线 路 的要 求 。 在 CMOS电 路 中 ， 互 换 时 除 考 虑 速 度 外 ， 还 应 考 虑使 用 的 工 作 电 压 。 CMOS电 路 中 的 74HCT系 列 可 直 接 替 代LS TTL电 路 。 最 好 是 用 同 厂 商 同 型 号 的 器 件 予 以 替 换 。一 般 说 来 ， 不 同 厂 商 制 造 的 器 件 ， 在 型 号 字 头 相 同 、 序 号相 同 时 可 以 替 ， 有 些 器 件 虽 然 型 号 字 头 不 同 ， 但 序 号 相 同的 也 可 以 替 代 。 在 寻 找 替 代 器 件 时 ， 应 根 据 器 件 手 册 提 供的 特 性 参 数 查 找 同 类 品 或 类 似 品 。