電子技術(shù)的基本知識

一、半導(dǎo)體

1、半導(dǎo)體的有關(guān)概念

1）半導(dǎo)體

半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的一種物體。純凈的半導(dǎo)體是四價元素，呈晶體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部原子按一定規(guī)律整齊排列。在高溫或光照下，其電子沖破束縛，成為自由電子。電子跑出后留下的空位稱為空穴。半導(dǎo)體有電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電兩種形式。硅、鍺、硒以及大多數(shù)金屬氧化物和硫化物都是半導(dǎo)體。

2）晶體

凡是原子按照一定規(guī)律、連續(xù)整齊地排列著的物體都稱為晶體。半導(dǎo)體一般都具有這種結(jié)構(gòu)，所以半導(dǎo)體也被稱為晶體。

3）本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體是完全純凈的(不含任何其它元素)、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體內(nèi)部電子和空穴的數(shù)量在任何情況下總是相等的。如鍺單晶、硅單晶就是本征半導(dǎo)體。

4）半導(dǎo)體摻雜

摻雜是指在本征半導(dǎo)體中摻進(jìn)一定類型和數(shù)量的其它元素（五價元素或三價元素），摻進(jìn)去的其它元素為雜質(zhì)。摻雜的目的是改善半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，即摻雜后使半導(dǎo)體在原有“電子-空穴對”的基礎(chǔ)上，增加大量的電子或空穴。

5）N型半導(dǎo)體

如果本征半導(dǎo)體摻進(jìn)某種（五價元素，如磷）微量的雜質(zhì)后能獲得大量電子，則摻有這種雜質(zhì)的半導(dǎo)體就稱為“電子型半導(dǎo)體”或“N型半導(dǎo)體”。在N型半導(dǎo)體中，除“電子-空穴對”提供的載流子外。主要的、大量的是電子載流子。因此電子稱為多數(shù)載流子，而空穴則稱為少數(shù)載流子。

6）P型半導(dǎo)體

如果本征半導(dǎo)體摻進(jìn)某種（三價元素，如硼）微量的雜質(zhì)后能獲得大量空穴，則這種半導(dǎo)體就稱為“空穴型半導(dǎo)體”或“P型半導(dǎo)體”。在P型半導(dǎo)體中，除“電子-空穴對”提供的載流子外，主要的、大量的是空穴載流子，所以空穴稱為多數(shù)載流子，而電子則稱為少數(shù)載流子。

7）PN結(jié)

將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體用特殊工藝結(jié)合在一起時，由于P型半導(dǎo)體中的空穴多，N型半導(dǎo)體中的電子多，在交界面上，多數(shù)載流子就要分別向?qū)Ψ綌U(kuò)散，在交界處的兩側(cè)形成帶電荷的薄層，稱為空間電荷區(qū)，又稱為PN結(jié)。

2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

1）PN結(jié)空間電荷區(qū)的一邊帶正電，另一邊帶負(fù)電,產(chǎn)生了PN結(jié)的內(nèi)電場，其方向為由N區(qū)的正電荷區(qū)指向P區(qū)的負(fù)電荷區(qū)，阻礙了P區(qū)空穴進(jìn)一步向N區(qū)擴(kuò)散和N區(qū)電子向P區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散。

2）如果把PN結(jié)的P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極，如上圖(a)，外加電場方向與內(nèi)電場相反，并且外電場很強(qiáng)，這樣，在外電場作用下，兩側(cè)的多數(shù)載流子不斷越過PN結(jié)，形成正向電流。這種接法稱為 PN結(jié)的正向連接。PN結(jié)對正向電流的阻礙作用很小，電流容易通過。相反，如果把外電源反接，如上圖(b)，則外電場方向與PN結(jié)內(nèi)電場的方向一致，因而加強(qiáng)了對多數(shù)載流子的阻擋作用，使得PN結(jié)中流過的電流極小，這一電流又稱為反向漏電流。PN結(jié)加反向電壓時對電流的阻礙作用，從外部看，反映出PN結(jié)的反向電阻很大，這就是半導(dǎo)體PN結(jié)具有單向?qū)щ娦缘幕驹怼?/p>

3、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

1）在純凈的半導(dǎo)體內(nèi)部，電子載流子(簡稱電子)和空穴載流子(簡稱空穴)是成對地存在的，稱“電子-空穴對”。在外電場作用下，空穴沿電場方向移動，電子逆電場方向移動。

2）半導(dǎo)體內(nèi)部的“電子-空穴對”會隨外界溫度升高或光照強(qiáng)度增加而明顯增加，使導(dǎo)電能力增強(qiáng)。

3）絕對零度時，“電子-空穴對”消失，半導(dǎo)體失去導(dǎo)電能力，相當(dāng)于絕緣體。

4）在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力將成萬倍增加。

二、二極管

1、二極管的結(jié)構(gòu)和符號

晶體二極管簡稱二極管，是在本征半導(dǎo)體基片上利用摻雜生成一個P區(qū)和一個N區(qū)，并在P區(qū)和N區(qū)安上電極引線，再用外殼(管殼)封裝加固后構(gòu)成的。如下圖所示，安于P區(qū)的電極稱為陽極，安于N區(qū)的電極稱為陰極。二極管的符號如下圖中的4所示。

2、二極管的分類

1）根據(jù)基片材料分類

根據(jù)基片材料不同，二極管分為鍺二極管和硅二極管。鍺二極管以本征鍺材料為基片，硅二極管以本征硅材料為基片。

（1）鍺管的閥電壓或死區(qū)電壓比硅管小。一般鍺管在0.2V左右，硅管在0.5V左右，因此在二極管導(dǎo)通期間硅管的管壓降比鍺管大；

（2）鍺管的反向電流要比硅管大幾十甚至幾百倍；

（3）鍺管受溫度的影響比硅管大；

（4）從PN結(jié)的允許工作溫度來看，硅管可達(dá)150-200℃；而鍺管只能在100℃左右的范圍內(nèi)使用。因此在同樣的PN結(jié)面積條件下，硅管允許通過的電流比鍺管大，所以大功率二極管都用硅制造。

2）根據(jù)用途分類

二極管根據(jù)用途來分，有普通二極管(作檢波和小電流整流用)、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、整流二極管、阻尼二極管、雙基極二極管、溫度補償二極管、隧道二極管、體效應(yīng)二極管、光電二極管等近20種。

3、二極管的型號組成

二極管的型號由四部分組成。

1）第一部分用數(shù)字表示。

“2”表示二極管(如是三極管，則用數(shù)字“3”)。

2）第二部分用字母表示所用的材料。

A為N型鍺材料；B為P型鍺材料；C為N型硅材料；D為P型硅材料。

3）第三部分用漢語拼音字母表示器件類型。

P為普通管；V為微波管；W為穩(wěn)壓管；Z為整流管；S為隧道管；U為光電管；K為開關(guān)管。

4）第四部分用數(shù)字表示器件序號。

2CP10為硅普通二極管；2AK1為鍺開關(guān)二極管；2CZ12為硅整流二極管。

4、二極管的特性

二極管的主要特性是單向?qū)щ娦裕?dāng)陽極處于高電位，陰極處于低電位時，二極管正向?qū)?，即處于低阻狀態(tài)。當(dāng)陽極處于低電位，陰極處于高電位時，二極管反向截止，即處于高阻狀態(tài)。二極管的特性可用兩種方式來說明，一種是用伏安特性曲線，另一種是二極管的額定參數(shù)。

1）二極管的伏安特性

用來描述加在二極管兩個電極間的電壓U和通過二極管的電流I之間的伏安特性曲線，如下圖所示。

二極管實質(zhì)上是一個PN結(jié)，它的基本特性是單向?qū)щ娦裕虼硕O管的伏安特性分為正向連接和反向連接兩種情況。

（1）二極管正向連接時如外加電壓很低，電路中基本上沒有電流通過，二極管的這種狀態(tài)稱為截止。但當(dāng)外加電壓增大到一定值時，二極管開始有電流通過，并且電流隨外電壓極微的增加而很快增長，二極管這種狀態(tài)稱為導(dǎo)通。正向連接時的伏安特性也稱正向特性。

二極管由截止進(jìn)入到導(dǎo)通所需的電壓稱二極管的閥電壓，一般鍺二極管在0.2V左右，硅二極管在0.5V左右。

（2）二極管反向連接時由少數(shù)載流子的漂移運動形成很小的反向電流。在反向電壓很低時，反向電流隨反向電壓的增加而增加。但當(dāng)反向電壓增加到某一值(視不同的管子而不同)后的一段范圍內(nèi)，反向電壓增加，反向電流基本不再增加，這是因為為數(shù)不多的少數(shù)載流子在電場作用下基本上都已參與了漂移運動的緣故。因此反向電流又稱為反向飽和電流。但當(dāng)反向電壓增加到超過某一范圍后，反向電流突然大增，二極管失去單向?qū)щ娦?，這種現(xiàn)象稱為擊穿。二極管一經(jīng)擊穿，便不能再恢復(fù)其單向?qū)щ娦?。使二極管擊穿的電壓稱反向擊穿電壓。二極管反向連接時的伏安特性稱為反向特性。

2）二極管的額定參數(shù)

不同類型的二極管因用途、工作條件或使用要求等的不同，額定參數(shù)也各不相同。普通二極管的主要額定參數(shù)有:

（1）最大整流電流ICM

最大整流電流是指二極管長期工作時允許通過的最大正向平均電流。

當(dāng)工作電流超過此允許值時，PN結(jié)會因過熱而使管子損壞(PN結(jié)因過熱而損壞，稱熱擊穿)。

（2）最高反向工作電壓URM

最高反向工作電壓是指二極管不被擊穿所允許的最高反向電壓，一般規(guī)定最高反向工作電壓為反向擊穿電壓的1/2～1/3。

（3）最大反向電流

最大反向電流是指在規(guī)定溫度下，二極管加上最高反向工作電壓時的反向電流值。此值越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶?。溫度升高時，反向電流會顯著增加。

（4）最高工作頻率

最高工作頻率取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小，結(jié)電容越大，二極管允許的最高頻率越低。

除上述參數(shù)外，還有最大瞬時電流、最高使用溫度等。

5、溫度對二極管特性的影響

溫度變化時，對二極管的正向電流、反向電流、閥電壓、反向擊穿電壓等都有影響。

1）溫度升高時，正、反向電流增大，閥電壓降低、反向擊穿電壓降低。溫度降低時，上述各項將作相反變化。

2）由于上述各項都反映在伏安特性曲線上，所以只要觀察一下上圖所示曲線就可看出溫度變化對二極管特性和上述各項參數(shù)的影響。與硅二極管相比，鍺二極管受溫度變化的影響要大得多。

6、二極管的選用

1）要正確選用二極管，首先應(yīng)根據(jù)用途決定管子的類型(例如作整流用時，根據(jù)功率大小選用普通管或整流管)、鍺管還是硅管；

2）根據(jù)工作電路的實際參數(shù)(如電壓、 電阻等)選用額定值合適的管子。由于半導(dǎo)體器件的離散性，在管子接入電路前要對管子的主要參數(shù)進(jìn)行測試。

7、二極管使用注意事項

1）二極管使用中電流不能超過最大正向電流，電壓不能超過最高反向工作電壓（峰值），否則會損壞。

2）二極管在電路中的連接要可靠，焊接時宜使用45W以下的電烙鐵，并且焊接速度要快，不能使二極管因過熱而損壞。

8、二極管好壞和極性的判別

1）判別二極管的好壞

（1）將萬用表置于Rx100或Rx1k檔，黑表筆接二極管正極，紅表筆接二極管負(fù)極，這時正向電阻值一般在幾十歐到幾百歐之間。紅、黑表筆對調(diào)后，反向電阻的阻值應(yīng)在幾百千歐以上。測量結(jié)果符合上述情況，則可初步判斷被測二極管是好的。

（2）如果測量結(jié)果阻值都很小，接近零歐姆，說明被測二極管內(nèi)部PN結(jié)擊穿或已短路；反之，如阻值都很大，接近無窮，說明被測二極管內(nèi)部已斷路。以上兩種情況均說明被測二極管已損壞，不能使用。

2）判斷二極管的極性

同上述方法，當(dāng)阻值小時，即為二極管的正向電阻，黑表筆接的一端為二極管正極，紅表筆接的一端為二極管負(fù)極；當(dāng)阻值大時，即為二極管的反向電阻，黑表筆接的一端為二極管負(fù)極，紅表筆接的一端為二極管正極。

3）注意事項

用萬用表測量二極管時不能用Rx10k檔，因為萬用表高阻檔使用的電池電壓高，這個電壓超過了某些檢波二極管的最高反向電壓，會將二極管擊穿。測量時一般也不用Rx1或Rx10檔，因為歐姆表的內(nèi)阻很小，和二極管正向連接時電流很大，容易把二極管燒壞。

三、三極管

1、三極管的結(jié)構(gòu)和符號

1）半導(dǎo)體三極管又稱雙極性晶體管（BJT）。它是在一塊鍺基片或硅基片上分別制作出兩個P區(qū)、一個N區(qū)或兩個N區(qū)、一個P區(qū)，然后再從這幾個區(qū)分別引出電極而成。有兩個P區(qū)的管子稱PNP三極管，有兩個N區(qū)的管子稱NPN三極管。其結(jié)構(gòu)示意圖與對應(yīng)的符號如下圖所示。

從上圖可以看出，無論是PNP三極管還是NPN三極管都有兩個PN結(jié)，分別稱為發(fā)射結(jié)與集電結(jié)。三個電極分別稱發(fā)射極(e)、基極 (b)和集電極(c)。

2）三極管結(jié)構(gòu)上的特點是基區(qū)的厚度極薄，摻雜很輕；發(fā)射區(qū)的尺寸比集電區(qū)小，但集電區(qū)的摻雜比發(fā)射區(qū)輕。一般NPN三極管以硅管居多，而PNP三極管以鍺管居多。

2、三極管的功能

1）放大作用

三極管的主要功能是放大作用，根據(jù)不同需要，可組成電流放大、電壓放大、功率放大、直流放大等不同電路。

三極管加上工作電壓后有三個電流通過三極管，即發(fā)射極電流、基極電流和集電極電流。發(fā)射極電流等于基極電流和集電極電流之和。當(dāng)基極電流有微小變化時，集電極電流相應(yīng)有一較大的變化，這就是三極管的電流放大作用。

為說明三極管的電流放大作用，如下圖所示，在NPN三極管的三個電極上加適當(dāng)?shù)碾妷骸?/p>

（1）在上圖所示的電壓極性作用下，發(fā)射結(jié)處于正向連接(稱正偏)，當(dāng)電壓Ube大于發(fā)射結(jié)閥電壓時，PN結(jié)導(dǎo)通，發(fā)射極(N區(qū))的大量電子載流子進(jìn)入基區(qū)，由于基區(qū)摻雜輕，只有少量的空穴載流子，因此進(jìn)入基區(qū)的電子只有很少一部分能與基區(qū)的空穴相復(fù)合，而大量的電子仍繼續(xù)向前擴(kuò)散(即向基區(qū)靠近集電區(qū)一側(cè)擴(kuò)散)。這些基區(qū)的電子在基區(qū)(P區(qū))中充當(dāng)著少數(shù)載流子的角色。由于集電結(jié)處于反偏，因此這些在基區(qū)中的電子以漂移運動的方式進(jìn)入到集電區(qū)，并被集電區(qū)所收集。

（2）發(fā)射區(qū)電子進(jìn)入基區(qū)后，與基區(qū)空穴復(fù)合掉一部分，這部分電子又被基極正電源Eb拉走，形成基極電流Ib；從發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)后又漂移到集電區(qū)的電子，被集電極正電源Ec拉走形成集電極電流Ic。這兩部分電子被正電源拉走后，又回到發(fā)射區(qū)，從而形成發(fā)射極電流Ie。不難看出：Ie=Ic+Ib。

（3）由于漂移到集電區(qū)的電子數(shù)比在基區(qū)復(fù)合掉的電子數(shù)多得多，因此形成的集電極電流Ie>>基極電流Ib。

Ib改變，使Ie隨之而變的作用稱三極管的電流控制作用。但被控量Ie的變化比控制量Ib的變化要大得多，工程上將這種以小控大的作用稱之為放大。電子技術(shù)領(lǐng)域里把這種以小電流控制大電流的作用稱為電流放大作用。

2）開關(guān)功能

利用三極管在飽和區(qū)和截止區(qū)的工作狀態(tài)組成開關(guān)電路，這在脈沖數(shù)字電路中得到廣泛應(yīng)用。

3、三極管的主要參數(shù)

1）電流放大系數(shù)

電流放大系數(shù)用來表征三極管的電流放大能力，可分為靜態(tài)電流放大系數(shù)和動態(tài)電流放大系數(shù)。由于特性曲線的非線性，所以只有在特性曲線近于水平的部分，Ic隨Ib成正比的變化，β值才可認(rèn)為基本恒定。常用的三極管，其β值約在20-100之間。

2）極間反向電流

在三極管中，除了多數(shù)載流子的運動以外，還有少數(shù)載流子的運動，這些少數(shù)載流子的運動所形成的電流稱極間反向電流。由于少數(shù)載流子受溫度的影響較大，因此極間反向電流對三極管的工作有一定的影響。影響較大的極間反向電流有以下兩種。

（1）集電極反向電流(集-基極反向飽和電流)Icbo

當(dāng)發(fā)射極開路時，如下圖 (a)所示，由于Ec>>Eb，所以集電極處于反偏，集電區(qū)內(nèi)的少數(shù)載流子空穴在反向電場作用下將向基區(qū)漂移。從而形成集-基極反向飽和電流Icbo。飽和電流Icbo的大小表征著三極管質(zhì)量的好壞。良好的三極管，Icbo應(yīng)該很小。在室溫下，鍺管的Icbo約幾十微安；小功率硅管的Icbo則在IuA以下，從這點說明硅管的熱穩(wěn)定比鍺管好。Icbo的大小幾乎與外加電壓無關(guān)，但受溫度影響較大，溫度升高時Icbo將增大。

（2）穿透電流(集-射極穿透電流)Iceo

基極開路時集電結(jié)處于反偏，發(fā)射結(jié)處于正偏，此時通過集電極的電流好似直接從發(fā)射區(qū)穿透到集電區(qū)的，故稱其為穿透電流，如上圖(b)所示。對這種情況下的載流子進(jìn)行分析，可得到穿透電流Iceo與集-基極反向飽和電流Icbo的關(guān)系式

Iceo=Iceo+βIcbo=(1+β)Icbo

由于Iceo的存在，所以集電極電流應(yīng)為

Ic=βIb+Iceo=βIb+(1+β)Icbo

可見集電極電流Ic受Icbo、Iceo及β的影響。而這些量又受溫度的影響，因此要使三極管的穩(wěn)定性好，管子的極間反向電流應(yīng)盡量小，而β也不宜過大。

3）極限參數(shù)

（1）集電極最大允許電流ICM

集電極電流超過一定值后，β值要下降。當(dāng)β下降到正常值三分之二時的集電極電流稱集電極最大允許電流I CM 。當(dāng)Ic>ICM時，管子雖不一定損壞，但β值下降得太多。

（2）集-射極擊穿電壓 BUceo

基極開路時，加在集-射極間的最大允許電壓稱集-射極擊穿電壓BUceo。溫度升高時，BUceo要降低。

（3）集電極最大允許耗散功率PCM

由于集電極電流流經(jīng)集電結(jié)時會產(chǎn)生熱量，使結(jié)溫升高，并引起參數(shù)變化。當(dāng)三極管受熱而引起的參數(shù)變化不超過允許值時，集電極所消耗的最大功率稱集電極最大允許耗散功率P CM 。

4、溫度對三極管參數(shù)的影響

溫度變化時對三極管參數(shù)的影響主要有以下方面：

1）對發(fā)射結(jié)閥電壓和輸入特性的影響

溫度升高時，閥電壓降低，輸入特性左移；溫度降低時，則作相反的變化。如下圖(a)所示。

2）對Icbo的影響

溫度升高時Icbo增大，Ic也隨之增大；反之，Icbo減小，Ic也減小，如上圖(b)所示。對硅管來說，Icbo很小，所以與鍺管相比，其影響極微。

3）對電流放大系數(shù)的影響

溫度升高時，電流放大系數(shù)也將隨之增大。關(guān)于這一點，從上圖(b)的輸出特性曲線中也可以看出。

5、三極管使用注意事項

1）組成放大電路的三極管必須有足夠的放大倍數(shù)，但放大倍數(shù)也不宜過大，放大倍數(shù)過大會使電路的穩(wěn)定性變差。

2）集電極和發(fā)射極之間的反向電流要小，反向電流越大三極管工作越不穩(wěn)定。

3）使用中集電極最大允許電流、集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓、集電極最大耗散功率不能超過其極限參數(shù)。

6、三極管的極性判別

1）基極判別

將萬用表選擇開關(guān)撥在歐姆檔，量程選用Rx100或Rx1k。用萬用表的兩根表筆分別對三個電極中的任何兩個進(jìn)行正接、反接各測一次。如測得電阻均較大，則剩下的電極(未參加測量的那個極)即為基極。

2）管型判別

基極判定后，用萬用表的黑筆(表內(nèi)電池的正極)接到基極，用紅筆分別測另外兩個電極。如測得的電阻都很大，則該管為PNP型；如測得的電阻均較小，則該管為NPN型。

3）發(fā)射極與集電極的判別

（1）對于PNP型三極管，將紅表筆接到假定集電極上，黑表筆接另一未知管腳，右手手指蘸點水，用拇指和食指捏住紅表筆和集電極，用中指碰基極，這樣通過手的電阻給三極管加正向偏流，使三極管導(dǎo)通，記下萬用表指示的阻值。然后再假定另一管腳為集電極，用同樣的方法測試，記下并比較兩阻值，其中阻值小的一次假定集電極是正確的。這是因為發(fā)射區(qū)產(chǎn)摻雜重，集電區(qū)摻雜輕。測得的電阻小，表示Iceo大；而測得的電阻大，則表示Iceo小。即紅表筆所接的管腳是集電極，黑表筆所接的管腳是發(fā)射極。

（2）對于NPN型三極管，將紅、黑兩只表筆對調(diào)，用同樣的方法測試。

7、三極管的三種連接方式

BJT是一個三端電流放大器件，在組成四端網(wǎng)絡(luò)時，勢必要有一個電極作為輸入與輸出信號的公共端，另外兩個電極分別是輸入端和輸出端。根據(jù)所選公共端電極的不同，有三種連接方式，如下圖所示：

四、可控硅(晶閘管)

1、可控硅的結(jié)構(gòu)和符號

1）可控硅也稱晶閘管，它是一個具有三個PN結(jié)的四層三端結(jié)構(gòu)，如下圖(a)所示：

它有三個電極，分別稱為陽極(A)、陰極(K)和控制極(門極)(G)。

2）可控硅的圖形符號如上圖(b)。

2、可控硅的工作狀態(tài)

可控硅和二極管一樣，有兩種工作狀態(tài)：導(dǎo)通和截止。

1）截止?fàn)顟B(tài)

截止又稱反向阻斷，條件是施加反向電壓，即它的陽極與電源的負(fù)極相連、陰極與電源的正極相連。

2）導(dǎo)通狀態(tài)

可控硅導(dǎo)通的條件，除了像二極管一樣必須具有足夠大的正向電源以外，還必須在控制極與陰極基之間施加一個足夠大的正向觸發(fā)電壓(稱觸發(fā)信號)。可控硅尚未導(dǎo)通時的狀態(tài)稱正向阻斷。

3、可控硅的工作原理

1）根據(jù)可控硅的結(jié)構(gòu)，可以把它看成由NPN型晶體管T?和PNP型晶體管T?所組成。如下圖所示：

2）可控硅陽極加上正向電壓U A 、控制極加上正向電壓UG時，如下圖所示：

晶體管T?處于正向偏置，由UG產(chǎn)生的控制極電流I G (即T?管的基極電流Ib?)，T?的集電極電流Ic?=β?IG 。Ic?既是T?管的集電極電流又是T?管的基極電流。而T?管的集電極電流Ic?=β?Ic?=β?β?I~G~。如不計T?管的基極電流，則T?管的發(fā)射極電流Ie?≈Ic?=β?β?I~G~。這一Ie?又反過來作為T?管的基極電流(此時Ib?=Ie?+Ic)，再一次放大。這樣反復(fù)循環(huán)，形成了強(qiáng)烈的正反饋，使兩個晶體管很快達(dá)到飽和，可控硅導(dǎo)通。可控硅導(dǎo)通后，A、K間的壓降(管壓降)很小，電源電壓幾乎全部作用在負(fù)載R上，可控硅中就有負(fù)載電流通過。

由于Ie?>>I G ，所以可控硅一經(jīng)導(dǎo)通，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠自身的正反饋作用來維持，即使IG消失，可控硅仍處于導(dǎo)通狀態(tài)。

4、可控硅的特性

1）可控硅的特性主要是指它的伏安特性，即當(dāng)IG為某定值時，陽極電壓UA與陽極電流IA之間的關(guān)系曲線。下圖(a)所示是I G =0時的伏安特性。

這條曲線說明：當(dāng)陽極為正，且UA較低時，三個PN結(jié)中的T?處于反偏，此時只有很小的電流通過管子，稱正向漏電流，相當(dāng)于二極管反向連接時的反向飽和電流。因此當(dāng)陽極電流(正向電流)增加時，它基本保持不變，此時可控硅處于正向阻斷狀態(tài)。但當(dāng)陽極電壓增加到某一值時，漏電流突然大增，可控硅由阻斷狀態(tài)突然導(dǎo)通，陽極電流大增(其值取決于負(fù)載電阻R的大小)，而管壓降僅1V左右。可控硅從正向阻斷突然轉(zhuǎn)向?qū)〞r的陽極電壓稱正向轉(zhuǎn)折電壓U BO ?？煽毓鑼?dǎo)通后逐漸減小正向電壓，正向電流隨之減小。當(dāng)電流減小到某值時，可控硅從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為阻斷狀態(tài)。能保持可控硅繼續(xù)導(dǎo)通的最小正向電流稱維持電流I H 。當(dāng)正向電流H時，可控硅正向阻斷。

2）當(dāng)可控硅加上反向電壓時(A接電源負(fù)極)，J?、J?兩個PN結(jié)反偏，可控硅處于反向阻斷狀態(tài)，此時通過可控硅的電流稱反向漏電流。由于可控硅導(dǎo)通需要兩個條件，因此在第一個條件未滿足的情況下(可控硅反偏)，即使加上I G ，它也不會導(dǎo)通。但當(dāng)反向電壓增加到某一值時，反向電流急劇增大。這種情況稱為可控硅的反向擊穿，與之對應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓U BR 。

3）上圖(b)所示的曲線是在不同IG時的伏安特性，從曲線可以看出，不同IG時的差異僅在于正向轉(zhuǎn)折電壓。IG越大，正向轉(zhuǎn)折電壓越低。

4）以上I G =0時的導(dǎo)通是不允許的，它可能導(dǎo)致管子的損壞，而我們所指的導(dǎo)通是在正向電壓作用下，IG為某一定值(足夠大)的導(dǎo)通，是正常情況下的導(dǎo)通。

5、可控硅的主要參數(shù)

1）額定正向平均電流IF

在環(huán)境溫度≯40℃和標(biāo)準(zhǔn)散熱及全導(dǎo)通(交流電使陽極為正的半個周期內(nèi)，可控硅均處于導(dǎo)通狀態(tài)，稱全導(dǎo)通)條件下，可控硅可以持續(xù)通過的工頻正弦半波電流平均值，稱為額定正向平均電流。通常所說的若干安培(A)的可控硅，這若干安培就是指這個電流(I F )；

2）正向阻斷峰值電壓PFV

在控制極斷開和正向阻斷的條件下，可重復(fù)加于可控硅的正向峰值電壓稱正向阻斷峰值電壓，規(guī)定它比正向轉(zhuǎn)折電壓UBO小100V。通常所說的可控硅耐壓，就是指這個電壓(P FV )。

3）反向阻斷峰值電壓PRV

在控制極斷開時，可以重復(fù)加在可控硅元件上的反向峰值電壓，稱反向阻斷峰值電壓。規(guī)定它比反向擊穿電壓小100V。PRV和PFV一般相等，統(tǒng)稱“可控硅的峰值電壓”。

除上述三個主要參數(shù)外，還有控制極觸發(fā)電壓、控制極觸發(fā)電流、維持電流、正反向平均漏電流等。

6、可控硅的常見應(yīng)用

可控硅用途非常廣泛，常見的應(yīng)用有以下幾種:

1）可控硅整流

下圖(a)是單相半波可控硅整流電路。與二極管整流電路相比，其輸出電壓的大小，可以用改變控制極觸發(fā)信號的輸入時刻來加以改變。即改變下圖(b)中的α角。α角稱控制角，圖中的β角稱導(dǎo)通角?？刂平潜硎究煽毓柙谡螂妷合虏粚?dǎo)通的范圍，而導(dǎo)通角則表示正向電壓下導(dǎo)通的范圍。單相半波可控整流電路的電壓與電流波形如下圖(b)所示。

2）可控硅開關(guān)

在下圖所示的電路中，當(dāng)可控硅控制極未加控制信號時，可控硅處于阻斷狀態(tài)，電路不通。當(dāng)控制極加上觸發(fā)信號后，可控硅導(dǎo)通，電路中就有電流通過。可見此處可控硅起著開關(guān)的作用，稱為可控硅開關(guān)。但是在這個電路中，可控硅一旦導(dǎo)通就無法關(guān)斷，所以還要另設(shè)使可控硅關(guān)斷的輔助電路。

3）可控硅交流調(diào)壓器

（1）下圖(a)是單相可控硅調(diào)壓電路。其中SCR?和SCR?可分別在交流電的正、負(fù)半周導(dǎo)通。而是否能導(dǎo)通則取決于控制極有無觸發(fā)信號和觸發(fā)信號加入的時間(即控制角α的大小)。

（2）改變控制角大小的控制方法稱移相控制；而以有無觸發(fā)信號進(jìn)行控制的方法稱零位控制，兩種控制所輸出交流電壓的波形分別如下圖(b)、(c)所示。

（3）控制角越大，輸出交流電壓就越小；在一個工作周期內(nèi)，不導(dǎo)通的周期數(shù)越多，輸出交流電壓也就越小。

7、可控硅(晶閘管)好壞的判斷

1）初步判斷

（1）將萬用表歐姆擋置于R×10檔，測量陽極與陰極之間和陽極與控制極之間的正、反向電阻，正常值都應(yīng)在幾百千歐以上；控制極和陰極之間正向電阻約數(shù)十歐到數(shù)百歐。可初步判斷晶閘管是好的。如發(fā)現(xiàn)任何兩個極短路或?qū)﹃帢O斷路，則晶閘管已經(jīng)損壞。

（2）注意事項：測量時，特別是測量控制極和陰極的阻值時，絕不允許使用萬用表R×10k檔，以防表內(nèi)高壓擊穿控制極的PN結(jié)。

2）接線試驗

合上開關(guān)QS時，小燈泡不亮，再按一下按鈕SB，小燈泡如果發(fā)亮，說明晶閘管良好，能夠投入電路工作。

8、可控硅的常用保護(hù)

可控硅元件的主要弱點是承受過電流和過電壓的能力很差，即使短時間的過電流和過電壓，也可能導(dǎo)致可控硅的損壞，所以必須對它采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。

1）過電流保護(hù)

可控硅出現(xiàn)過電流的主要原因是過載、線路短路和誤觸發(fā)。過電流保護(hù)有以下幾種:

（1）快速熔斷器

快速熔斷器中的熔絲是銀質(zhì)的，只要選用適當(dāng)，在同樣的過電流倍數(shù)下，它可以在可控硅損壞前先熔斷，從而保護(hù)了可控硅。

（2）過電流繼電器

當(dāng)電流超過過電流繼電器的整定值時，過電流繼電器就會動作，切斷被保護(hù)電路。但由于繼電器動作到切斷電路需要一定的時間，所以只能用作可控硅的過載保護(hù)。

（3）過載截止保護(hù)

利用過電流的信號將可控硅的觸發(fā)信號后移，或使可控硅的導(dǎo)通角減小，或干脆停止觸發(fā)等保護(hù)可控硅的方法稱過載截止保護(hù)。

2）過電壓保護(hù)

過電壓可能導(dǎo)致可控硅的擊穿，其主要原因是由于電路中電元件的通斷、熔斷器熔斷或可控硅在導(dǎo)通與截止間的轉(zhuǎn)換，有時也可能是因遭受雷擊。對過電壓保護(hù)可采用以下兩種措施:

（1）阻容保護(hù)

阻容保護(hù)就是電阻和電容串聯(lián)后，接在可控硅電路中的一種過電壓保護(hù)方式。其實質(zhì)是利用電容器兩端電壓不能突變和電容器的電場儲能以及電阻是耗能元件的特性，把過電壓的能量變成電場能量儲 存在電場中，并利用電阻把這部分能量消耗掉。

（2）硒堆保護(hù)

硒堆由硒整流片疊成(用CP表示)。當(dāng)硒堆上的電壓超過規(guī)定值時，硒堆擊穿，達(dá)到抑制過電壓對可控硅的沖擊。過電壓消失后，硒堆由擊穿狀態(tài)恢復(fù)到正常。

五、邏輯門電路

1、基本概念

1）門電路

門電路是數(shù)字電路的基本單元部件，如果把電路的輸入信號看作“條件”，把輸出信號看作“結(jié)果”，當(dāng)“條件”具備時，“結(jié)果”就會發(fā)生。

2）邏輯門電路

門電路輸入和輸出之間存在一定的邏輯關(guān)系，所以門電路又稱邏輯門電路，是實現(xiàn)一定邏輯關(guān)系的開關(guān)電路。

3）基本門電路

實現(xiàn)基本邏輯關(guān)系的電路稱為基本門電路，有與門、或門和非門。而復(fù)合門電路由三種基本門電路組成。

4）正、負(fù)邏輯

在數(shù)字系統(tǒng)中，電位的高、低與數(shù)字信號1、0相對應(yīng)。對應(yīng)的方法稱為邏輯約定。1表示高電平，0表示低電平，約定為正邏輯；0表示高電平，1表示低電平，約定為負(fù)邏輯。一般無特殊說明時均采用正邏輯。

2、基本門電路

1）與門電路

（1）二極管與門電路

如上圖，與門電路可由二極管和電阻組成。A、B全部輸入低電平時，二極管D A 、DB加正向電壓導(dǎo)通，F(xiàn)端輸出低電平；A、B兩端電位相異時，由于二極管D A 、DB的陽極連在一起，所以陰極輸入低電位的先導(dǎo)通，并將F端電位鉗位在低電平，而另一個則因加反向電壓而截止，隔離了輸入高電平對輸出F端的影響，使F端始終保持低電平；A、B兩端全部輸入高電平時，二極管D A 、DB仍因加正向電壓而導(dǎo)通，F(xiàn)端輸出高電平。

（2）與門電路的邏輯功能為：輸入有0，輸出為0；輸入全1，輸出為1。

2）或門電路

（1）二極管或門電路

如上圖，在二極管組成的或門電路中， 因為D A 、DB兩個二極管的陰極連在一起，所以只要A、B端有一個或一個以上為高電平，F(xiàn)端輸出就為高電平；只有輸入全為低電平時，輸出才為低電平。

（2）或門電路的邏輯功能為：輸入有1，輸出為1；輸入全0，輸出為0。

3）非門電路

（1）晶體管非門電路

a、如上圖，在晶體管組成的非門電路中，只有一個輸入端和一個輸出端，當(dāng)A端輸入低電平時，晶體管截止，集電極輸出F端的電壓為高電平；反之，A端輸入高電平時，晶體管飽和，F(xiàn)端為低電平。

b、電路中負(fù)電源UBB的作用是：保證A端為低電平時，晶體管能很可靠截止。

c、電源UD和二極管D的作用是：組成鉗位電路，保證晶體管截止時輸出電壓值為規(guī)定的高電平。

（2）非門電路的邏輯功能為：輸入為0，輸出為1；輸入為1，輸出為0。