1.4 半導體器件

半導體是一種導電能力介于導體和絕緣體之間的物質，半導體器件包括二極管、晶體管、場效應晶體管及其他一些特殊的半導體器件。常用的半導體材料有硅、鍺和砷化鎵等。

1.4.1 半導體器件的命名方法

國產半導體器件型號由5部分組成，前3部分的符號意義如表1-6所示。第4部分是數字表示器件的序號，第5部分是用漢語拼音字母表示規格號。

例如2AP9表示N型鍺材料普通鍺二極管，9為序號。

1.4.2 半導體二極管

半導體二極管由一個PN結、電極引線和外加密封管殼組成，具有單向導電性。其主要作用有穩壓、整流、檢波、開關和光電轉換等。

1.半導體二極管的分類

二極管按材料可分為硅二極管、鍺二極管和砷化鎵二極管等；按結構不同可分為點接觸型二極管和面接觸型二極管；按用途可分為整流二極管、穩壓二極管、檢波二極管和開關二極管等。

二極管的實物外形圖如圖1-26所示。二極管的電路符號如圖1-27所示。

2.主要技術參數

1）最大正向電流I_F：最大正向電流I_F是指二極管長期工作時，允許通過的最大正向平均電流。使用時通過二極管的平均電流不能大于這個值，否則將導致二極管損壞。

2）最大反向工作電壓U_RM：最大反向工作電壓U_RM是指正常工作時，二極管所能承受的反向電壓的最大值。一般手冊上給出的最高反向工作電壓約為擊穿電壓的一半，以確保管子安全運行。

3）最高工作頻率f_M：最高工作頻率f_M是指晶體二極管能保持良好工作性能條件下的最高工作頻率。

4）反向飽和電流I_S：反向飽和電流I_S是指二極管未擊穿時流過二極管的最大反向電流。反向飽和電流越小，管子的單向導電性能越好。

3.常用二極管

（1）整流二極管

整流二極管主要用于整流電路，即把交流電變換成脈動的直流電。整流二極管為面接觸型，其結電容較大，因此工作頻率范圍較窄（3kHz以內）。常用的型號有2CZ型、2DZ型等，還有用于高壓和高頻整流電路的高壓整流堆，如2CGL型、DH26型和2CL51型等。

（2）檢波二極管

檢波二極管的主要作用是把高頻信號中的低頻信號檢出，其結構為點接觸型，其結電容小，一般為鍺管。檢波二極管常采用玻璃外殼封裝，主要型號有2AP型和1N4148（國外型號）等。

（3）穩壓二極管

穩壓二極管也叫穩壓管，它是用特殊工藝制造的面結型硅半導體二極管，其特點是工作在反向擊穿區實現穩壓；其被反向擊穿后，當外加電壓減小或消失，PN結能自動恢復而不至于損壞。穩壓管主要用于電路的穩壓環節和直流電源電路中，常用的有2CW型和2DW型。

（4）變容二極管

變容二極管是利用PN結的電容隨外加反向電壓而變化的特性制成的，變容二極管工作在反向偏置區，結電容的大小與偏壓大小有關。反向偏置電壓越大，PN結的絕緣層越寬，其結電容越小。如2CB14型變容二極管，當反向電壓在3～25V區間變化時，其結電容在20～30pF變化。它主要用在高頻電路中作自動調諧、調頻和調相等。

（5）發光二極管

發光二極管簡稱為LED，具有一個單向導電的PN結，當通過正向電流時，該二極管就發光，將電能轉換為光能。它具有體積小，工作電壓低，工作電流小，發光均勻穩定、響應速度快及壽命長等特點，廣泛應用在顯示、指示、遙控和通信等領域。

4.半導體二極管的選用

二極管的選用時，應根據用途和電路的具體要求選擇二極管的種類、型號及參數。

選用檢波二極管時，主要使工作頻率符合電路頻率的要求，結電容小的檢波效果好，常用的檢波二極管有2AP系列。還可以用開關二極管2AK型的代用。

整流二極管主要考慮其最大整流電流、最高反向工作電壓是否能滿足電路需要，常用的整流二極管有2CP、2CZ系列。

如果在維修電路時，原損壞的二極管型號一時找不到，可考慮代用。代換的方法是弄清楚原二極管的性質和參數，然后換上與其參數相當的其他型號二極管。如檢波二極管，代換時只要其工作頻率不低于原型號的就可以用。對整流二極管，只要反向電壓和整流電流不低于原型號的就可以了。

5.二極管的測試

（1）二極管的極性識別

1）根據標記識別。普通二極管正、負極性一般都標注在其外殼上。標記方法有箭頭、色點和色環3種，一般印有色點、色環的一端為負極；箭頭所指方向或靠近色環的一端為二極管的負極，另一端為正極。

對于玻璃封裝的點接觸式二極管，可透過玻璃外殼觀察其內部結構來區分極性，金屬絲一端為正極，半導體晶片一端為負極；二極管兩端形狀不同，平頭一端為正極，圓頭一端為負極；對于發光二極管，長引腳為正極，短引腳為負極。

一般二極管的極性直觀識別如圖1-28所示。

2）根據正反向電阻識別。將指針萬用表選在R×100Ω或R×1kΩ檔，兩表筆分別接二極管的兩個電極。若測出的電阻值較小（硅管為幾百歐至幾千歐，鍺管為100Ω～1kΩ），說明是正向導通，此時黑表筆接的是二極管的正極，紅表筆接的則是負極；若測出的電阻值較大（幾十千歐至幾百千歐），為反向截止，此時紅表筆接的是二極管的正極，黑表筆為負極。

用數字萬用表測量時，使用二極管檔測量，正向壓降小，反向溢出（顯示1），紅表筆與萬用表內電池正極相連。當測量正向壓降小時，紅表筆所接為二極管的正極。

（2）普通二極管檢測

根據二極管的單向導電性可知，其反向電阻遠遠大于正向電阻。利用萬用表歐姆檔，測試其正、反向電阻，即可對二極管的性能進行判斷。具體過程如下所述。

將指針萬用表選在R×100Ω或R×1kΩ檔，兩表筆分別接二極管的兩個電極。若測出的電阻值較小（硅管為幾百歐至幾千歐，鍺管為100Ω～1kΩ），說明是正向導通，當紅黑表筆對調后，反向電阻應在幾百千歐以上，則可判斷該二極管是正常的。

若不知被測的二極管是硅管還是鍺管，可根據硅、鍺管的導通壓降不同的原理來判別。將二極管接在電路中，當其導通時，用萬用表測其正向壓降，硅管一般為0.6～0.7V，鍺管為0.1～0.3V。

（3）穩壓管的測試

1）極性的判別與普通二極管的判別方法相同。

2）好壞檢測。萬用表置于R×10kΩ檔，黑表筆接穩壓管的“-”極，紅筆接“+”，若此時的反向電阻很小（與使用R×1kΩ檔時的測試值相比校），說明該穩壓管正常。

萬用表R×10kΩ檔的內部電壓都在9V以上，若此電壓高于穩壓管穩壓值時，可達到被測穩壓管的擊穿電壓，使其阻值大大減小。如果穩壓值高于表內電池電壓時，穩壓二極管與普通二極管的分辨通過萬用表就非常困難。

1.4.3 半導體晶體管

半導體晶體管又稱為雙極型晶體管，簡稱為晶體管，由兩個PN結，3個電極引線（基極、集電極、發射機）和管殼組成，是一種電流控制型器件。晶體管除具有放大作用外，還能起電子開關、控制等作用。它具有體積小、結構牢固、壽命長和耗電省等優點，被廣泛應用于各種電子設備中。

1.晶體管的種類

晶體管的種類很多，按材料不同分為硅晶體管和鍺晶體管；按結構分為NPN型晶體管與PNP型晶體管；按工作頻率可分為低頻管和高頻管；按功率分為大功率管、中功率管和小功率管。

常見晶體管的實物外形圖如圖1-29所示。晶體管的電路符號如圖1-30所示。

2.晶體管主要參數

（1）電流放大系數β

晶體管的電流放大系數，是表征晶體管對電流的放大能力，它有靜態值和動態值兩種。靜態值是晶體管的集電極電流I_c和基極電流I_b之比。動態值（β）是晶體管的集電極電流變化值ΔI_c和基極電流變化值ΔI_b之比。在低頻時二者很接近。晶體管β 值一般在20～200，值太小，晶體管放大能力差；值太大，晶體管性能不穩定。

（2）集電極最大電流I_CM

集電極電流I_c值較大時，若再增加I_c ，晶體管β值要下降，I_CM是β值下降到額定值的2/3時，所允許通過的最大集電極電流。晶體管在工作時，若超過I_CM并不一定損壞，但管子的性能將變差。

（3）集電極最大允許耗散功率P_CM

集電極最大允許耗散功率P_CM是指根據晶體管允許的最高結溫而定出的集電結最大允許耗散功率。當晶體管的集電結通過電流時，因功率損耗要產生熱量，使其結溫升高。若耗散功率過大，將導致集電結燒壞。在實際工作中晶體管的I_c與U_CE的乘積要小于P_CM值，反之則可能燒壞管子。

（4）穿透電流I_CEO

指在晶體管基極電流I_b=0時，流過集電極的電流I_c。它表明基極對集電極電流失控的程度。小功率硅管的I_CEO約為0.1mA，鍺管的值要比它大1000倍左右，大功率硅管的I_CEO約為mA數量級。

3.晶體管的檢測

（1）根據引腳排列規律進行識別晶體管

常用的小功率晶體管有金屬外殼封裝和塑料封裝兩種，可直接觀察出3個電極e、b、c。但仍需進一步判斷管型和管子的好壞，一般可用萬用表進行判別。

① 等腰三角形排列，識別時引腳向上，使三角形正好在上個半圓內，從左角起，按順時針方向分別為e、b、c，如圖1-31a所示。

② 在管殼外沿有一個突出部，由此突出部按順時針方向分別為e、b、c，如圖1-31b所示。

③ 塑料封裝晶體管的引腳判斷圖1-31c所示晶體管，將其引腳朝下，頂部切角對著觀察者，則從左至右排列為：發射極e、基極b和集電極c。

④ 圖1-31d所示晶體管是裝有金屬散熱片的晶體管，判定時，其引腳朝下，將其印有型號的一面對著觀察者，散熱片的一面為背面，則從左至右排列為：基極b，集電極c，發射極e。

⑤ 大功率晶體管的兩個引腳為b、e，c是基面，如圖1-31e所示。

（2）指針萬用表檢測晶體管

1）判斷基極與管型。

對于PNP型晶體管，c、e極分別為其內部兩個PN結的正極，b極為它們共同的負極，而對于NPN型晶體管而言，則正好相反，c、e極分別為兩個PN結的負極，而b極則為它們共用的正極，根據PN結正向電阻小反向電阻大的特性就可以很方便地判斷基極和管子的類型。

具體方法為，將萬用表撥在R×100或R×1kΩ檔上。黑表筆接觸某一引腳，用紅表筆分別接另外兩個引腳，若二次測得都是幾十至上百千歐的高阻值時，則黑表筆所接觸的引腳即為基極，且晶體管的管型為NPN型。若用上述方法二次測量都是幾百歐的低阻值時，則黑表筆所接觸的引腳就是基極，且晶體管的管型為PNP型，確定晶體管的基極如圖1-32所示。

2）判別發射極和集電極。

由于晶體管在制作時，兩個P區或兩個N區的摻雜濃度不同，如果發射極、集電極使用正確，晶體管具有很強的放大能力，反之，如果發射極、集電極互換使用，則放大能力非常弱，由此即可把管子的發射極、集電極區別開來。

在已經判斷晶體管基極和類型情況下，任意假設另外兩個電極為c、e，判別c、e時，以NPN為例，確定晶體管的集電極如圖1-33所示。先將萬用表撥在R×100或R×1kΩ檔上，將萬用表紅表筆接假設的集電極，黑表筆接假設的發射極，用潮濕的手指將基極與假設的集電極引腳捏在一起（注意不要讓兩極直接相碰），注意觀察萬用表指針正偏的幅度。然后將兩個引腳對調，重復上述測量步驟。比較兩次測量中表針向右擺動的幅度，擺動幅度小的一次。紅表筆接的是發射極，另一端是集電極。如果是PNP晶體管，則正好相反。

3）硅管與鍺管的判斷。

① 電阻法。硅管和鍺管的PN結正向電阻是不一樣的，硅管的正向電阻大，為5kΩ 左右；鍺管的正向電阻小，約為500Ω。利用這一特性就可以很方便地判別一只晶體管是硅管還是鍺管。

將萬用表撥到R×100檔或R×1kΩ檔。測NPN型晶體管時，萬用表的黑表筆接基極，紅表筆接集電極或發射極，如果萬用表的指針在表盤的右端，指示的阻值較小，那么所測的管子是鍺管；如果萬用表的指針在表盤中間或偏右，指示的阻值較大，則所測的管子是硅管。對于PNP型晶體管，萬用表的紅表筆接基極，黑表筆接集電極或發射極。

② 測管壓降法。也可以用測管壓降的方法，鍺管的發射結正向壓降一般為0.3V左右，硅管的發射結正向壓降一般為0.7V左右。

（3）數字萬用表檢測晶體管

數字萬用表電阻檔的測試電流很小，所以，不適于檢測晶體管，應使用二極管檔或者h_FE檔進行測試。

1）數字萬用表檢測晶體管基極。

將數字萬用表撥至二極管檔，紅表筆固定任接某個引腳不動，用黑表筆依次接觸另外兩個引腳，在兩次測量中數字表都顯示560左右時，紅表筆接的電極為基極，且該晶體管為NPN型。否則，紅表筆換一只引腳重測。

如果將數字萬用表撥至二極管檔，黑表筆固定任接某個引腳不動，用紅表筆依次接觸另外兩個引腳，在兩次測量中數字表都顯示560左右時，則黑表筆接的電極為基極，且該晶體管為PNP型。否則，黑表筆換一只引腳重測。

2）利用h_FE檔判別集電極和發射極。

h _FE是晶體管的直流放大系數，目前數字萬用表都有h_FE檔測試功能，萬用表上也有晶體管插孔，他們按晶體管電極的順序排列，共分為兩組，分別對應NPN型和PNP型，可以利用該功能方便的檢測出晶體管的集電極和發射極。方法如下：

先判定晶體管的類型并找出基極。

將萬用表功能旋鈕旋至h_FE檔，將找出的基極按該晶體管的類型插入對應類型的基極插孔，共有兩種插法，每插入1次，讀出萬用表的h_FE讀數，比較兩次的值。較大的一次數值的晶體管的電極符合萬用表上的排列順序，由此確定晶體管的集電極和發射極。

通過此方法也測試出了晶體管的放大倍數。

3）晶體管好壞的判斷。

① 測晶體管各PN結是否損壞。通過萬用表測量其發射極、集電極的正向壓降和反向壓降來判定。如果測得的正向壓降與反向壓降相似且幾乎為零，說明晶體管已經短路，反之說明已經斷路。

② 測反向飽和電流。對于NPN管，用萬用表黑表筆接集電極、紅表筆接發射極，其阻值應大于幾十千歐，此值越大說明這個晶體管的穩定性越好。對于PNP為例，用萬用表紅表筆接集電極，黑表筆接發射極，其阻值應大于幾十千歐，此值越小說明這個晶體管的穩定性越差。

注意：數字萬用表的紅表筆內部為正，黑表筆內部為負。

（4）大功率晶體管的檢測方法

利用萬用表檢測中、小功率晶體管的極性、管型及性能的各種方法，對檢測大功率晶體管來說，原則上是適用的。但是，由于大功率晶體管的工作電流比較大，因而其PN結的面積也較大。PN結較大，其反向飽和電流（I_CBO、I_EBO、I_CEO ）也必然增大。所以，如像測量中、小功率晶體管極間電阻那樣，使用萬用表的R×1kΩ檔測量，必然使測得的電阻值很小，好像極間短路一樣，這很容易造成誤判，特別是測量鍺大功率晶體管時，更是如此。為了避免這種誤判發生，通常流使用 R×1或 R×10檔檢測大功率晶體管。下面具體加以介紹。

1）判斷質量好壞。

將萬用表置于R×1或R×10檔，具體可參照測量小、小功率晶體管結電阻的方法，也有6種不同狀態的測量。其中發射結的正向電阻值比較低，其他4種接法的阻值較高。

用R×1檔測量低阻值時，對硅管來說，萬用表指針應指在中間偏右一點的位置，而對鍺管來說，指針則應向右偏轉至近0處。測高阻時，對硅管而言，萬用表指針應基本停在無窮大位置不動；而對鍺管而言，表針向右偏轉不應超過滿刻度的1/4處，否則表明管子質量較差或已經損壞。

2）檢測放大能力。

檢測大功率晶體管放大能力及漏電流如圖1-34所示。將萬用表置于R×1檔，電阻R_b阻值為500Ω～1kΩ左右。測量時，先不接入電阻R_b ，即讓被測管基極B懸空，測量集電極和發射極之間的電阻值，萬用表指示出的電阻值應該在無窮大位置（鍺管稍小一些）。如果未接R_b時，阻值很小甚至接近于零，說明被測大功率晶體管漏電流太大，或已擊穿損壞。然后，再把電阻R_b接在基極B和集電極C之間，萬用表指針應明顯向右擺動，擺幅越大，說明被測管子的放大能力越強。如果萬用表指針向右擺動的幅度比未接電阻R_b時大不了多少，則表明被測管子的放大能力很小或者已經損壞，根本無放大能力。

3）檢測反向漏電流I_CEO。

檢測大功率晶體管I_CEO如圖1-35所示。使用12V的直流穩壓電源。R為一只510Ω的電阻。將萬用表置于直流10mA電流檔。電路接通后，萬用表指示的電流值即為被測管的I_CEO值。

1.4.4 場效應晶體管

場效應晶體管與晶體管一樣也有3個極，分別是漏極（D）、源極（S）和柵極（G）。場效應晶體管是通過改變輸入電壓來控制輸出電流的，它是電壓控制器件。它的輸入電阻高，具有溫度特性好、抗干擾能力強、便于集成等優點，被廣泛應用于各種電子產品中。

1.場效應晶體管的分類

場效應晶體管可分為結型場效應晶體管（JFET）和絕緣柵場效應晶體管（MOS）。結型場效應晶體管又分為N溝道和P溝道兩種；絕緣柵型場效應晶體管除有N溝道和P溝道之分外，還有增強型與耗盡型之分。

場效應晶體管其溝道為N型半導體材料的，稱為N溝道場效應晶體管，反之，為P溝道場效應晶體管。場效應晶體管的分類如圖1-36所示。

場效應晶體管的電路符號如圖1-37所示。

2.場效應晶體管使用常識

1）為保證場效應晶體管安全可靠地工作，使用中不要超過器件的極限參數。

2）絕緣柵管保存時應將各電極引線短接，由于MOS管柵極具有極高的絕緣強度，因此柵極不允許開路，否則會感應出很高電壓的靜電，而將其擊穿。

3）焊接時應將電烙鐵的外殼接地或切斷電源趁熱焊接。

4）測試時儀表應良好接地，不允許有漏電現象。

5）當場效應晶體管使用在要求輸入電阻較高的場合，還應采取防潮措施，以免它受潮氣的影響使輸入電阻大大降低。

6）對于結型場效應晶體管，柵、源間的電壓極性不能接反，否則PN結將正偏而不能正常工作，有時可能燒壞器件。

3.場效應晶體管的測試

下面以結型場效應晶體管（JFET）為例說明有關測試方法。

（1）場效應晶體管的柵極判別

根據PN結的正、反向電阻值不同的，可以很方便地測試出結型場效應晶體管的G、D、S極。

方法一：將萬用表置于R×1kΩ檔，任選兩電極，分別測出它們之間的正、反向電阻。若正、反向的電阻相等（約幾千歐），則該兩極為漏極D和源極S（結型場效應晶體管的D、S極可互換）余下的則為柵極G。

方法二：用萬用表的黑筆任接一個電極，另一表筆依次接觸其余兩個電極，測其阻值。若兩次測得的阻值近似相等，則該黑筆接的為柵極G，余下的兩個為D極和S極。

（2）放大倍數的測量

將萬用表置于R×1kΩ或R×100Ω檔，兩只表筆分別接觸D極和S極，用手靠近或接觸G極，此時表針右擺，且擺動幅度越大，放大倍數越大。

（3）判別JEET的好壞

檢查兩個PN結的單向導電性，PN結正常，管子是好的，否則為壞的。測漏、源間的電阻R_DS，應約為幾千歐；若R_DS→0或R_DS→∞，則管子已損壞。測R_DS時，用手靠近柵極G，表針應有明顯擺動，擺幅越大，管子的性能越好。

對于絕緣柵型場效應晶體管而言，因其易被感應電荷擊穿，所以，不便于測量。

1.4.5 集成電路

集成電路（IC）是利用半導體工藝和薄膜工藝將一些晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元器件及連線制作在同一半導體晶片或介質基片上，然后封裝在一個管殼內，成為具有特定功能的電路。集成電路與分立元器件相比，具有體積小、重量輕、引出線和焊接點少、壽命長、可靠性高、性能好等優點，同時成本低，便于大規模生產。在電子產品中得到廣泛的應用。

1.集成電路的分類

集成電路按其功能、結構的不同，分為模擬集成電路和數字集成電路兩大類。按制作工藝分為半導體集成電路和膜集成電路。膜集成電路又分為厚膜、集成電路和薄膜集成電路。按集成度高低的不同分為小規模集成電路、中規模集成電路、大規模集成電路和超大規模集成電路。集成電路按導電類型分為雙極型集成電路和單極型集成電路。

雙極型集成電路的制作工藝復雜，功耗較大，代表集成電路有TTL、ECL、HTL、LST-TL和STTL等類型。單極型集成電路的制作工藝簡單，功耗也較低，易于制成大規模集成電路，代表集成電路有CMOS、NMOS和PMOS等類型。

2.集成電路的封裝形式

集成電路的封裝形式有圓形金屬外殼封裝、扁平形陶瓷或塑料外殼封裝、雙列直插型陶瓷或塑料封裝和單列直插式封裝等，如圖1-38所示。

3.引腳識別

集成電路引出腳排列順序的標志一般有色點、凹槽、管鍵及封裝時壓出的圓形標志。

對于圓頂封裝的集成電路（一般為圓形和菱形金屬外殼封裝），在識別引腳時，應先將集成電路的引出腳朝上，找出其標記。常見的定位標記有鎖口突耳、定位孔及引腳不均勻排列等。引出腳的順序由定位標記對應的引腳開始，按順時針方向依次數為引腳①、②、③、④等。

對于單列直插式集成電路，識別其引腳時應使引腳向下，面對型號或定位標記，自定位標記對應一側的第一只引腳數起，依次為①、②、③、④…此類集成電路上的定位標記一般為色點、凹坑、小孔、線條、色帶和缺角等。

對于雙列直插式集成電路，識別其引腳時，若引腳向下，即其型號、商標向上，定位標記在左邊，則從左下角第1只引腳開始，按逆時針方向，依次為①、②、③、④等。

4.使用注意事項

集成電路結構復雜，功能多、體積小、價格貴、安裝與拆卸麻煩，在選購、檢測時應十分仔細，以免造成不必要的損失。使用時注意以下幾點。

1）集成電路在使用時不允許超過極限參數。

2）集成電路內部包含幾千甚至上萬個PN結，因此，它對工作溫度很敏感，其各項指標都是在27℃下測出。環境溫度過低不利于其正常工作。

3）在手工焊接集成電路時，不得使用功率大于45W的電烙鐵，連續焊接時間不能超過10s。

4）MOS集成電路要防止靜電感應擊穿。焊接時要保證電烙鐵外殼可靠接地，必要時，焊接者還應帶防靜電手環，穿防靜電服裝和防靜電鞋。在存放MOS集成電路時，必須將其在金屬盒內或用金屬箔包起來，防止外界電場將其擊穿。

5.集成電路的檢測方法

（1）電阻檢測法

對沒有裝入電路的集成電路，用萬用表測各引腳對地的正反向電阻，并與參考資料或與另一只同類型相比較，從而判斷該集成電路的好壞。

（2）電壓檢測方法

在電路中使用的集成電路，用萬用表的直流電壓檔，測量集成電路各引腳對地的電壓，將測出的結果與該集成電路參考資料所提供的標準電壓值進行比較，從而判斷是該集成電路有問題，還是集成電路的外圍電路元器件有問題。

在初步檢測之后，如懷疑某一集成電路有故障時，也可以用一塊好的同類型的集成電路進行替代測試，該方法直接、見效快，但拆焊麻煩，且易損壞集成電路和電路板。