二极管、三极管的识别与检测

教学目的   

  ☆ 熟悉常用二极管的分类、用途。

  ☆ 熟悉常用二极管参数识别。

☆ 掌握利用数字存储半导体管特性图示仪和万用表检测及故障的判断方法。

知识能力

一、二极管的结构及符号

将PN结加上金属引脚和外壳后，就成了二极管，如图Ⅱ-1（a）所示，图Ⅱ-1（b）是它的符号。二极管内部就是一个PN结，我们将与P区相连的电极称正极，与N区相连的电路称为负极，由于PN结具有单向导电性，所以二极管也具有单向导电性。

二极管按材料不同分硅和锗二极管；按其结构不同可分为点接触型和面接触型两类。

图Ⅱ-1 普通二极管的结构与符号             图Ⅱ-2 常见二极管的外形

二极管的实际种类较多，这样电路中的成品元件在外形上有较大区别。如图Ⅱ-2所示为常见二极管的外形。如何从元件形式上区分正负极，是我们首先关注的。外表上看，对于锥形二极管来说，锥端为负极，圆端为正极，如图Ⅱ-2(b)所示；对于圆柱形二极管来说，常在一端用色环或色点表示负极，另一端为正极，如图Ⅱ-2(a)、(d)、(e)所示；对于球冠形二极管，如图Ⅱ-2(f)、(g)所示，长脚表示正极，短脚表示负极。

二极管的种类与用途较多，为在绘制电路图时便于区分与描述，人为规定了二极管的图形符号。对于不同种类的二极管，规定了不同的符号。如图Ⅱ-3所示为几种二极管图形符号。

图Ⅱ-3 二极管图形符号

二、二极管的主要性能参数

二极管的特性可以通过其参数来描述，实际应用中可以通过元器件手册来查找，并依据参数合理选择二极管。二极管参数较多，常用的有最高反向电压、最大整流电流、反向电流、最高工作频率等参数。

1. 最大整流电流IF

最大整流电流是一项普通参数，指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。使用时如果超过这一值，将有可能烧坏二极管。不同二极管的最大整流电流是不同的，例如2CZ56D型最大整流电流为3A，2CZ83D型最大整流电流为0.3A。

在实际中，只要知道了电流的耗电电流，就可以与最大整流电流参数比较，从而选用合适型号的管子。在选用时为保证管子不被烧坏，一般要求所选最大整流电流应大于电路耗电电流的2倍以上。

2. 反向电流IR

反向电流指二极管未击穿时的反向电流值，其值愈小，二极管的单向导电性能愈好，但其值会随温度的升高而增加。

3. 最高反向工作电压URM

最高反向工作电压是指二极管正常工作时允许承受的最大反向工作电压。一般是击穿电压的一半或三分之二。二极管实际使用时承受的反向电压不应超过此值，以免发生击穿现象。

4. 最高工作频率fM

最高工作频率指保证二极管单向导电性的最高工作频率。由于电容效应，相当于在二极管两端并联了一个电容，通过的信号频率超过这一值时单向导电性变差，此值主要取决于PN结结电容的大小。

三、特殊二极管

二极管的种类很多，应用范围很广，主要是利用它的单向导电性。可用于整流、检波、限幅、箝位、元件保护和在数字电路中作开关使用。常用的特殊二极管有稳压二极管，发光二极管、光电二极管和变容二极管等。

1.稳压二极管

稳压管是一种较常用特殊二极管，在电路中与适当的限流电阻配合具有稳定电压的功能, 如图Ⅱ-3(b)。与普通二极管相比，主要区别是稳压管的反向击穿特性比普通二极管的更陡，在稳压管的反向击穿区，电流可以在较大的范围内变化，而电压的变化很小，稳压管就是利用这一特性，在电路中起到稳压的作用。正常工作时，稳压管应工作在PN结的反向击穿状态，通过限流电阻适当的反向电流的大小，能保证稳压管在反向击穿状态下不会因过热而损坏。

稳压二极管的主要参数：①稳定电压UZ，因工艺方面的原因，稳压管的稳定电压离散性较大，即使是同一型号的管子UZ也不尽相同，使用时应根据实际情况选用；②稳定电流IZ，实际应用时一般要求电流至少等于此值；③动态电阻rZ，越小稳压效果越好；④最大稳定电流IZM，保证稳压管不被热击穿允许通过的最大反向电流；⑤额定功率PZ（PZ=UZIZM）管子不发生热击穿的最大耗散功率。

2. 发光二极管

发光二极管是一种能将电信号转换为光信号的二极管，也称为发射二极管,如图Ⅱ-3 (e)。当发光二极管的PN结加上正向电压时，管子导通并发光，常用于信号指示、数字和字符显示。根据发出的光可见与否，可分为可见光发光二极管（LED）和不可见光发光二极管（如红外线法光二极管）。

3. 光电二极管

光电二极管又称为光敏二极管和接收二极管，如图Ⅱ-3(f)。使用时工作在反向偏置状态，在光照情况下，反向电流（也称光电流）随光照强度的增强而增大。

4. 变容二极管

变容二极管具有可变电容的特性，如图Ⅱ-3(c)。变容二极管工作在反向偏置状态下，电容大小与反向电压的大小成反比。

四、半导体元器件型号命名方法

 常见二极管表面均标有其型号（采用数字或字母组成），我国二极管命名由五部分组成，如图Ⅱ-4所示。

图Ⅱ-4 二极管命名方式

二极管型号详细命名规则参见表Ⅱ-1。

表Ⅱ-1                             二极管命名规则

1. 普通二极管正反向阻值

锗二极管的正向电阻为几百欧～千欧，反向电阻应为几百千欧以上。硅二极管正向阻值为几千欧，反向电阻接近∞。不论何种材料的二极管，正、反向阻值相差越多,表明二极管的性能越好。若正、反向阻值相差不大，或正向电阻太大表明二极管性能变质，此二极管不宜选用；若正向阻值为∞，表明二极管已经开路；若测得的反向电阻很小，甚至为零，说明二极管已击穿。一般来说硅管正向阻值大于6kΩ，锗管正向阻值大于1kΩ时即可判断为变质。实际测量中可参看下表Ⅱ-2所示阻值。

表Ⅱ-2             常见二极管正、反向阻值表（MF47型万用表测得）

2. 普通二极管的识别检测

二极管的极性可直观识别。其正负极都标在外壳上，标注形式有的是电路符号，有的用色点或标志环来表示，有的借助二极管的外形特征来识别。也可用万用表判别二极管极性，如图Ⅱ-5所示。通常用万用表的R×100或R×1k挡，测试前要注意调零。用红黑表笔同时接触二极管的两根引线，然后对调表笔重新测量。

图Ⅱ-5 用万用表测量二极管极性

检测小功率二极管的正反向电阻，不宜使用R×1或R×10k挡，前者流过二极管的正向电流较大，可能烧坏管子；后者加在二极管两端的反向电压太高，易将管子击穿。在所测阻值小的那次测量中，黑表笔所接的是二极管的正极，红表笔所接的是二极管的负极。晶体二极管正、反向电阻相差越大越好。两者相差越大，就表明二极管的单向导电特性越好；如果二极管的正、反向电阻值很相近，表明管子已坏。若正、反向电阻都很大，则明管子内部已断路，不能使用。

3. 稳压二极管的识别检测

稳压二极管在反向击穿前的导电特性与一般二极管相似，因而可以通过检测正反向电阻的方法来判别极性。然后将万用表拨至R×10k挡上，黑表笔接二极管的负极，红表笔接二极管的正极，若此时测的反向电阻值变得很小，说明该管为稳压二极管；若测的反向电阻仍很大，说明该管为普通二极管。

技能能力

六、任务内容

1．普通二极管、稳压管、发光二极管、光电二极管的分类及技术参数认识。

2．普通二极管、稳压管、发光二极管、光电二极管测量。

七、仪表及材料准备

YB4805数字存储半导体管特性图示仪、MF47型万用表、普通二极管、稳压管等各种型号二极管若干。

八、操作步骤

1．分类

根据所给半导体器件的外形，对其进行简单分类。

2．识别

根据外观及标识，读出已经分类的二极管的材料、类型与引脚极性等参数项，然后记录下来。

3．二极管的测量

（1）利用数字存储半导体管特性图示仪测量二极管的相关参数并记录。

（2）利用万用表测量二极管的正、反向阻值并判断正负极。

（3）利用万用表判断给出二极管器件的好坏。

九、评分标准（见表Ⅱ-3）

表Ⅱ-3                                     评分标准

任务目的   

  ☆ 熟悉常用三极管的分类、用途。

  ☆ 熟悉常用三极管参数识别。

☆ 掌握利用万用表检测判断三极管好坏方法。

知识能力

一、三极管结构与分类

 一块半导体基片上，形成两个PN结、三个导电区，分别引出三个电极。中间的导电区称基区，引出的电极为基极B。两边分别是发射区和集电区，分别引出的电极为发射极E和集电极C，两个PN结分别称发射结和集电结。如图Ⅱ-6所示，如果两边是N区中间为P区，称为NPN型三极管；如果两边是P区中间是N区，称为PNP型三极管。

图Ⅱ-6  NPN与PNP三极管的结构与符号

（1）按材料和极性分有硅材料的NPN与PNP三极管、锗材料的NPN与PNP三极管。

（2）按用途分有高 、中频放大管、低频放大管、低噪声放大管、光电管、开关管、高反压管、达林顿管、带阻尼的三极管等。

（3）按功率分有小功率三极管、中功率三极管、大功率三极管。

（4）按工作频率分有低频三极管、高频三极管和超高频三极管。

（5）按制作工艺分有平面型三极管、合金型三极管、扩散型三极管。

（6）按外型封装的不同可分为金属封装三极管、玻璃封装三极管、陶瓷封装三极管、塑料封装三极管等。

二、三极管引脚的辨识

 三极管有E、B、C（或e、b、c）三个引脚（或电极）。在三个引脚的排列上，由于不同国家和地区生产封装形式的不同，在排列上有B、C、E排列形式，E、B、C排列形式和C、B、E排列形式。使用过程我们可以根据其封装形式的不同加以区别。

 1. 金属圆柱形封装

 图Ⅱ-7所示为常见金属圆柱形封装三极管引脚排列的一般规律，在引出电极的平面上有一个管耳，是辨认电极的标记，将电极正对自己，有管耳处顺时针方向就是E、B、C三个电极。

图Ⅱ-7金属圆柱形三极管引脚排列

 2. 金属菱形封装

 金属菱形封装三极管多为大、中功率管，如图Ⅱ-8所示。将引脚面正对自己，与金属封装外壳相连的电极为C极，按图中位置左电极为B极，右电极为C极。

图Ⅱ-8金属菱形封装电极排列

    3. 塑料半圆柱形封装

 对于塑料半圆柱形封装的三极管其电极排列比较杂乱，如图Ⅱ-9所示。但也不外乎B、C、E排列形式，E、B、C排列形式和C、B、E排列形式三种，为准确定位三个电极，建议实际应用时利用万用表进行测量判断。

图Ⅱ-9塑料半圆柱形封装电极排列

    4. 塑料矩形封装

 对于塑料矩形封装三极管电极排列，将带有型号标记的一面正对自己，电极向下，从左至右依次为B、C、E三个电极，如图Ⅱ-10所示。

图Ⅱ-10塑料矩形封装电极排列

三、三极管的主要性能参数

 三极管的性能常用有关参数来表述，同时也作为工程应用中选用三极管主要依据。常用主要参数有：电流放大系数、电流参数、电压参数和功率参数等。

 1. 电流放大系数

 三极管电流放大系数分为直流电流放大系数与交流电流放大系数。直流电流放大系数定义为集电极电流IC与基极电流IB之比；交流电流放大系数定义为集电极电流变化量ΔiC与基极电流变化量ΔiB之比。显然两者定义是不同的，分别反映了静态与动态时的电流放大特性，两者的取值是不同的。但在实际使用中，随着制造工艺的提高两者差别逐渐减小，以此当工作电流不大的情况下，可认为两者相等而不加区分。

 2. 集电极最大的允许电流ICM

 集电极最大的允许电流ICM是指三极管参数发生变化不超过允许值时的导通最大电流，它是三极管的一项极限参数。当三极管工作电流超过时，会引起电流放大系数的减小，三极管放大能力下降，甚至烧毁管子，以此使用中集电极电流不可超过这一参数。

 3. 集电极反向饱和电流ICBO

集电极反向饱和电流ICBO是指E极断开，C、B两极加反向电压时，流过集电结的反向电流。因为加反向电压后，集电结本应处于截止状态，但PN结总存在微小的反向电流，我们希望此值越小越好，因此ICBO又是一项标志三极管性能与质量的参数。一个好的三极管此值应很小，一般来说，硅管比锗管小，高频管比低频管小，例如小功率硅管的ICBO小于1μA。

 4. C-E极穿透电流ICEO

C-E极穿透电流ICEO是指B极断开，C、E极加电压时，两极的导通电流，又称穿透电流，此值也是衡量三极管质量的一项参数。例如好的小功率三极管ICEO一般小于500μA。

 5. 反向击穿电压U(BR)CEO

反向击穿电压U(BR)CEO是指基极开路时，集电极、发射极间的最大允许电压，此参数也是三极管的一项极限参数。工作时，UCE应小于此值，以免击穿。若温度升高U(BR)CEO降低，应留有一定余量。

6. 集电极最大允许功耗PCM 

当集电极电流通过集电极时，要消耗功率而发热，若温度过高将引起三极管参数的变化，甚至会烧毁管子。因此在使用中，不可超过此值。PCM的值与温度有关，温度越高PCM值越小。为提高工作安全性能，常在用散热装置。

四、三极管的检测及电极判断

 1．管型判别

判别三极管管型时可将其看成是两个二极管。将万用表拨在R×100（或R×1k挡），先找基极。用黑表笔接触三极管的一根引脚，红表笔分别接触两外两根引脚，测的一组（两个）电阻值；黑表笔依次换接三极管其余两个引脚，重复上述操作，又测的两组电阻值。将所测的电阻值进行比较，当某一组中的两个电阻值基本相同时，黑表笔所接的引脚为三极管的基极。若该组两个阻值为三组中的最小，则说明被测管NPN型；若该组两个阻值为三组中的最大，则说明被测管PNP型

2. 三极管的电极判别

判别三极管的电极既是要准确辨别出E、B、C三个电极与引脚的对应关系。

（1）采用外观识别法

如图Ⅱ-11所示：利用三极管的三根引脚分布规律来识别三极管管脚，(a）外壳为集电极；(b）靠近标记处为发射极；（c）e、b、c组成等腰三角形。

图Ⅱ-11 引脚外观识别法

（2）用万用表（以MF47型为例）进行测量判断。

基极的判别：将万用表置于R×1K挡，用黑表笔接三极管的任意一极，再用红表笔分别去接触另外两个电极测其正、反向电阻，直到出现测得的两个电阻都很大（在测量过程中，如果出现一个阻值很大，另一个阻值很小，此时就需将黑表笔换一个电极再测），此时黑表笔所接电极就是三极管的基极B，而且为PNP型管子。当测得的两个阻值都很小时，黑表笔所接就为基极，而且为NPN型管子。

集电极、发射极的判别。对待测管子，可先用前述方法确定管子的基极B，然后置万用表为R×1K挡，再测剩余两个电极的阻值。先假设某电极为C极，并用一阻值较大的电阻（例如100kΩ）接在B极与假设的C极端，如图Ⅱ-12所示。对调表笔各测一次，在阻值较小的一次测量中，对PNP型管子红表比所接为集电极，黑表笔所接为发射极，对于NPN型管红表笔所接为发射极，黑表笔所接为集电极。

图Ⅱ-12 集电极与发射极的判别

 3. 电流放大系数的测量

在没有三极管参数手册的情况下，电流放大系数可通过万用表进行测量。对于很多指针和数字式万用表都有专门测量放大倍数hFE的功能。在确定好三极管的三个电极以后，可直接进行测量。但一定要按照万用表的“使用说明书”做好校正工作。先将万用表打到R×1k档，表笔短接使指针调零，再档位打到hFE档，即可测量。

另外万用表的hFE档还提供了快速判断C、E的方法：先判断出B极后插入对应b孔内，将其余两极分别交换位置插入万用表c、e孔内，读数较大一次c孔内为C极，e孔内为E极。

 4. 三极管常见故障

三极管常见故障主要有极间短路、开路和管子变质。对于短路故障常表现为C-E极和B-E极短路，无论哪两个电极间短路，通过万用表测量都会呈现出很小的电阻，甚至极间电阻为零。出现短路后只能更换管子，但应先排除电路自身的故障才可代换以免造成故障扩大；开路故障主要指C-E极、B-C极、B-E极间无导通电流，用万用表测量极间阻值为∞，例如电路所加电流或电压超过极限参数时，造成管子被烧坏开路；三极管的变质主要指各种参数发生变化而偏离了正常值，此时将造成电路噪声系数变大、放大系数减小、穿透电流变大、耐压值变小等。

五、半导体元器件型号命名方法

 常见三极管的表面均标有其型号（采用数字或字母组成），其命名规则与二极管类似。三极管型号详细命名规则参看表Ⅱ-4。如3DG12C表示NPN型硅材料高频小功率三极管。

表Ⅱ-4                                       三极管命名规则

六、任务内容

1．低频三极管、高频三极管、开关三极管、复合三极管的分类及技术参数认识。

2．低频三极管、高频三极管、开关三极管、复合三极管测量。

七、仪表及材料准备

YB4805数字存储半导体管特性图示仪、、MF47型万用表1块、低频三极管、高频三极管、开关三极管、复合三极管等各型号三级管若干。

八、操作步骤

1．分类

根据所给半导体器件的外形，对其进行简单分类。

2．识别

根据外观及标识，读出已经分类的二极管、三极管的材料、类型与引脚极性等参数项，记录在实训报告中。

    3．三极管的测量

（1）利用数字存储半导体管特性图示仪测量三极管的相关参数并记录。

（2）根据元器件的封装形式判断其三极管3个极性。

（3）用万用表判断三极管管型。

（4）用万用表判断三极管3个极性。

（5）用万用表判断三极管放大系数。

八、评分标准（见表Ⅱ-5）

表Ⅱ-5                                           评分标准