三极管的识别与检测.docx
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三极管的识别与检测
晶体三极管的识别和检测
晶体三极管又称半导体三极管,简称晶体管或三极管。
在三极管内,有两种载流子:
电子与空穴,它们同时参与导电,故晶体三极管又称为双极型晶体三极管,它的基本功能是具有电流放大作用。
一、结构
NPN和PNP型两类三极管的结构如图。
它有两个PN结(分别称为发射结和集电结),三个区(分别称为发射区、基区和集电区),从三个区域引出三个电极(分别称为发射极e、基极b和集电极c)。
发射极的箭头方向代表发射结正向导通时的电流的实际流向。
为了保证三极管具有良好的电流放大作用,在制造三极管的工艺过程中,必须作到:
①使发射区的掺杂浓度最高,以有效地发射载流子; ②使基区掺杂浓度最小,且区最薄,以有效地传输载流子; ③使集电区面积最大,且掺杂浓度小于发射区,以有效地收集载流子。
半导体三极管亦称双极型晶体管,其种类非常多。
按照结构工艺分类,有PNP和NPN型;按照制造材料分类,有锗管和硅管;按照工作频率分类,有低频管和高频管;一般低频管用以处理频率在3MHz以下的电路中,高频管的工作频率可以达到几百兆赫。
按照允许耗散的功率大小分类,有小功率管和大功率管;一般小功率管的额定功耗在1W以下,而大功率管的额定功耗可达几十瓦以上。
1、共射电流放大系数β:
β值一般在20~200,它是表征三极管电流放大作用的最主要的参数。
2、反向击穿电压值U(BR)CEO:
指基极开路时加在c、e两端电压的最大允许值,一般为几十伏,高压大功率管可达千伏以上。
3、最大集电极电流ICM:
指由于三极管集电极电流IC过大使β值下降到规定允许值时的电流(一般指β值下降到2/3正常值时的IC值)。
实际管子在工作时超过ICM并不一定损坏,但管子的性能将变差。
4、最大管耗PCM:
指根据三极管允许的最高结温而定出的集电结最大允许耗散功率。
在实际工作中三极管的IC与UCE的乘积要小于PCM值,反之则可能烧坏管子。
5、穿透电流ICEO:
指在三极管基极电流IB=0时,流过集电极的电流IC。
它表明基极对集电极电流失控的程度。
小功率硅管的ICEO约为0.1mA,锗管的值要比它大1000倍,大功率硅管的ICEO约为mA数量级。
6、特征频率fT:
指三极管的β值下降到1时所对应的工作频率。
fT的典型值约在100~1000MHz之间,实际工作频率。
二、半导体器件的命名方法
1.中国半导体器件的命名法
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2-15。
表2-15 国产半导体器件的型号命名方法
第一部分
第二部分
第 三 部 分
第四部分
第五部分
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
用数字表示
器件序号
用汉语拼音字
母表示规格号
符号
意义
符号
意 义
符号
意 义
4
5
2
二极管
A
B
C
D
N型锗材料
P型锗材料
N型硅材料
P型硅材料
P
V
W
C
Z
L
S
N
U
K
普通管
微波管
稳压管
参量管
整流管
整流堆
隧道管
阻尼管
光电器件
开关管
3
三极管
A
B
C
D
E
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
X
G
D
A
U
K
低频小功率管(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
I
Y
B
J
可控整流器
体效应器件
雪崩管
阶跃恢复管
CS
BT
FH
PIN
JG
场效应器件
半导体特殊器件
复合管
PIN型管
激光器件
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。
2.美国半导体器件命名法
根据美国电子工业协会(EIA)规定的半导体器件型号命名方法如表2-16所示。
表2-16 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 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
例如:
1N4148表示开关二极管,
2N3464表示高频大功率NPN型硅管。
3.日本半导体器件命名法
表2-17 日本半导体器件命名法
第一部分
第二部分
第 三 部 分
第 四 部 分
第 五 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
用2~3位数字表示器件登记顺序号
用拉丁字母表示同一种型号器件的改进型
符号
意 义
符号
意 义
符号
意 义
0
光电器件
S
半导体器件
1
二极管
A
高频PNP型三极管快速开关三极管
2
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
例如:
2SA53表示高频PNP型三极管,
1S92表示半导体二极管。
4.欧洲半导体器件命名法
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。
半导体器件的型号一般由四部分组成,其基本含义如表2-18。
表2-18 欧洲半导体器件命名法
第一部分
第 二 部 分
第 三 部 分
第四部分
用字母表示器件使用的材料
用字母表示器件的类型及主要特性
用数字或字母加数字表示登记号
用字母表示对同一型号器件的改进
符号
意义
符号
意 义
符号
意 义
符号
意 义
符号
意义
A
锗材料
A
检波二极管、开关二极管、混频二极管
P
光敏器件
三
位
数
字
代表半导体器件的登记序号
(同一类型器件使用一个登记号)
A
B
C
D
E
表示同一型号的半导体器件在某一参数方面的分档标志
B
硅材料
B
变容二极管
Q
发光器件
C
砷化镓
C
低频小功率三极管
R
小功率可控硅
D
锑化铟
D
低频大功率三极管
S
小功率开关管
R
复合
材料
E
隧道二极管
T
大功率可控硅
F
高频小功率三极管
U
大功率开关管
一个字母二位数字
代表专用半导体器件的登记序号(同一类型器件使用一个登记号)
G
复合器件、其他器件
X
倍增二极管
H
磁敏二极管
Y
整流二极管
K
霍尔器件
Z
稳压二极管
L
高频大功率三极管
补充说明:
欧洲半导体器件型号除以上基本组成部分外,为进一步标明器件的特性,或对器件进一步分类,有时还加有后缀,后缀用破折号与基本部分分开。
常见的后缀有以下几种。
(1)稳压二极管型号后缀的第一部分是一个字母,用来表示器件标称稳定电压值的允许误差范围。
其代表的意义如表2-19。
表2-19 稳压二极管后缀字母的含义
符 号
A
B
C
D
E
允许误差%
±1
±2
±5
±10
±20
后缀的第二部分是数字,表示稳压二极管的标称稳定电压的整数值;后缀的第三部分是字母V,代表小数点,字母V之后的数字为稳压管标称稳定电压的小数值。
(2)整流二极管和可控硅型号的后缀是数字,表示其最大反向电压值,单位是伏。
例如BZY88-C9V1表示标称稳压值是9.1V、精度为±5%的硅稳压二极管;BTX64-200表示反向耐压为200V的大功率可控硅;BU406D表示大功率硅开关三极管。
三、几种常用半导体三极管的性能
1.常用小功率半导体三极管,常用小功率半导体三极管的特性见表2-20。
表2-20 常用小功率半导体三极管特性
型号
极 限 参 数
直 流 参 数
交流参数
类 型
PCM
(mW)
ICM
(mA)
V(BR)CEO
(V)
ICEO
(uA)
VCE(sat)
(V)
β
fT
(MHz)
Cob
(pF)
CS9011
E
F
G
H
I
300
100
18
0.05
0.3
28
150
3.5
NPN
39
54
72
97
132
CS9012
E
F
G
H
600
500
25
0.5
0.6
64
150
PNP
78
96
118
144
CS9013
E
F
G
H
400
500
25
0.5
0.6
64
150
NPN
78
96
118
144
CS9014
A
B
C
D
300
100
18
0.05
0.3
60
150
NPN
60
100
200
400
CS9015
A
B
C
D
310
600
100
18
0.05
0.5
60
50
6
PNP
0.7
60
100
100
200
400
CS9016
310
25
20
0.05
0.3
28~97
500
NPN
CS9017
310
100
12
0.05
0.5
28~72
600
2
NPN
CS9018
310
100
12
0.05
0.5
28~72
700
NPN
8050
1000
1500
25
85~300
100
NPN
8550
1000
1500
25
85~300
100
PNP
2.常用大功率三极管
大功率三极管具有输出功率大、反向耐压高等特点,主要用于功率放大、电源变换、低频开关等电路中。
常用的大功率三极管型号及特性如表2-21所示。
表2-21 常用大功率三极管的主要参数
型 号
极限参数
直流参数
交流参数
NPN
PNP
PCM(W)
ICM(A)
U(BR)CEO(V)
β
fM(MHz)
2N5758
2N6226
150
6
100
25~100
1
2N5759
2N6227
120
20~80
2N5760
2N6228
140
15~60
2N6058
2N8053
100
8
60
≥1000
4
2N8058
2N8054
80
2N3713
2N3789
150
10
60
≥15
4
2N3714
2N3790
80
2N5832
2N6228
100
25~100
1
2N5633
2N6230
120
20~80
2N5634
2N6231
140
15~60
2N6282
2N6285
60
20
60
750~18k
4
2N5303
2N5745
140
80
15~60
200
2N6284
2N6287
160
100
750~18k
4
2N5031
2N4398
200
30
40
15~60
2
2N5032
2N4399
60
2N6327
2N6330
80
6~30
3
2N6328
2N6331
100
四、半导体三极管的正确使用
1.半导体三极管的管脚判别
在安装半导体三极管之前,首先搞清楚三极管的管脚排列。
一方面可以通过查手册获得,另一方面也可利用电子仪器进行测量,下面讲一下利用万用表判定三极管管脚的方法。
首先判定PNP型和NPN型晶体管:
用万用表的R×1k(或R×100)档,用黑表笔接三极管的任一管脚,用红表笔分别接其他两管脚。
若表针指示的两阻值均很大,那么黑表笔所接的那个管脚是PNP型管的基极;如果万用表指示的两个阻值均很小,那么黑表笔所接的管脚是NPN型的基极;如果表针指示的阻值一个很大,一个很小,那么黑表笔所接的管脚不是基极。
需要新换一个管脚重试,直到满足要求为止。
进一步判定三极管集电极和发射极:
首先假定一个管脚是集电极,另一个管脚是发射极;对NPN于型三极管,黑表笔接假定是集电极的管脚,红表笔接假定是发射极的管脚(对于PNP型管,万用表的红、黑表笔对调);然后用大拇指将基极和假定集电极连接(注意两管脚不能短接),这时记录下万用表的测量值;最后反过来,把原先假定的管脚对调,重新记录下万用表的读数,两次测量值较小的黑表笔所接的管脚是集电极(对于PNP型管,则红表笔所接的是集电极)。
2.半导体三极管性能测试
在三极管安装前首先要对其性能进行测试。
条件允许可以使用晶体管图示仪,亦可以使用普通万用表对晶体管进行粗略测量。
(1)估测穿透电流ICEO:
用万用表R×1k档,对于PNP型管,红表笔接集电极,黑表笔接发射极(对于NPN型管则相反),此时测得阻值在几十到几百千欧以上。
若阻值很小,说明穿透电流大,已接近击穿,稳定性差;若阻值为零,表示管子已经击穿;若阻值无穷大,表示管子内部断路;若阻值不稳定或阻值逐渐下降,表示管子噪声大、不稳定,不宜采用。
(2)估测电流放大系数β:
用万用表的R×1k(或R×100)档。
如果测PNP型管,可以用潮湿的手指捏住集电极和基极代替。
若是测NPN型管,则红、黑表笔对调。
对比手指断开和捏住时的电阻值,两个读数相差越大,表示该晶体管的β值越高;如果相差很小或不动,则表示该管已失去放大作用。
如果使用数字万用表,可直接将三极管插入测量管座中,三极管的β值可直接显示出来。
3.使用半导体三极管应注意的事项
(1)使用三极管时,不得有两项以上的参数同时达到极限值。
(2)焊接时,应使用低熔点焊锡。
管脚引线不应短于10mm,焊接动作要快,每根引脚焊接时间不应超过两秒。
(3)三极管在焊入电路时,应先接通基极,再接入发射极,最后接入集电极。
拆下时,应按相反次序,以免烧坏管子。
在电路通电的情况下,不得断开基极引线,以免损坏管子。
(4)使用三极管时,要固定好,以免因振动而发生短路或接触不良,并且不应靠近发热元件。
(5)功率三极管应加装有足够大的散热器。
五、三极管的检测方法与经验
1中、小功率三极管的检测
A已知型号和管脚排列的三极管,可按下述方法来判断其性能好坏
(a)测量极间电阻:
将万用表置于R×100或R×1K挡,按照红、黑表笔的六种不同接法进行测试。
其中,发射结和集电结的正向电阻值比较低,其他四种接法测得的电阻值都很高,约为几百千欧至无穷大。
但不管是低阻还是高阻,硅材料三极管的极间电阻要比锗材料三极管的极间电阻大得多。
(b)三极管的穿透电流ICEO的数值近似等于管子的倍数β和集电结的反向电流ICBO的乘积:
ICBO随着环境温度的升高而增长很快,ICBO的增加必然造成ICEO的增大。
而ICEO的增大将直接影响管子工作的稳定性,所以在使用中应尽量选用ICEO小的管子。
通过用万用表电阻直接测量三极管e-c极之间的电阻方法,可间接估计ICEO的大小,具体方法如下:
万用表电阻的量程一般选用R×100或R×1K挡,对于PNP管,黑表管接e极,红表笔接c极,对于NPN型三极管,黑表笔接c极,红表笔接e极。
要求测得的电阻越大越好。
e-c间的阻值越大,说明管子的ICEO越小;反之,所测阻值越小,说明被测管的ICEO越大。
一般说来,中、小功率硅管、锗材料低频管,其阻值应分别在几百千欧、几十千欧及十几千欧以上,如果阻值很小或测试时万用表指针来回晃动,则表明ICEO很大,管子的性能不稳定。
(c)测量放大能力(β):
目前有些型号的万用表具有测量三极管hFE的刻度线及其测试插座,可以很方便地测量三极管的放大倍数。
先将万用表量程开关拨到ADJ位置,把红、黑表笔短接,调整调零旋钮,使万用表指针指示为零,然后将量程开关拨到hFE位置,并使两短接的表笔分开,把被测三极管插入测试插座,即可从hFE刻度线上读出管子的放大倍数。
另外:
有此型号的中、小功率三极管,生产厂家直接在其管壳顶部标示出不同色点来表明管子的放大倍数β值,其颜色和β值的对应关系如表所示,但要注意,各厂家所用色标并不一定完全相同。
国产三极管用颜色表示放大倍数时,一般颜色与放大倍数对应关系如下:
颜色
棕
红
橙
黄
绿
兰
紫
hFE
7-15
15-25
25-40
40-55
55-80
80-120
B检测判别电极
(a)判定基极:
用万用表R×100或R×1k挡测量三极管三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。
当用第一根表笔接某一电极,而第二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值时,则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。
这时,要注意万用表表笔的极性,如果红表笔接的是基极b。
黑表笔分别接在其他两极时,测得的阻值都较小,则可判定被测三极管为PNP型管;如果黑表笔接的是基极b,红表笔分别接触其他两极时,测得的阻值较小,则被测三极管为NPN型管。
(b)判定集电极c和发射极e:
(以PNP为例)将万用表置于R×100或R×1K挡,红表笔基极b,用黑表笔分别接触另外两个管脚时,所测得的两个电阻值会是一个大一些,一个小一些。
在阻值小的一次测量中,黑表笔所接管脚为集电极;在阻值较大的一次测量中,黑表笔所接管脚为发射极。
C判别高频管与低频管
高频管的截止频率大于3MHz,而低频管的截止频率则小于3MHz,一般情况下,二者是不能互换的。
D在路电压检测判断法
在实际应用中、小功率三极管多直接焊接在印刷电路板上,由于元件的安装密度大,拆卸比较麻烦,所以在检测时常常通过用万用表直流电压挡,去测量被测三极管各引脚的电压值,来推断其工作是否正常,进而判断其好坏。
2大功率晶体三极管的检测
利用万用表检测中、小功率三极管的极性、管型及性能的各种方法,对检测大功率三极管来说基本上适用。
但是,由于大功率三极管的工作电流比较大,因而其PN结的面积也较大。
PN结较大,其反向饱和电流也必然增大。
所以,若像测量中、小功率三极管极间电阻那样,使用万用表的R×1k挡测量,必然测得的电阻值很小,好像极间短路一样,所以通常使用R×10或R×1挡检测大功率三极管。
3普通达林顿管的检测
用万用表对普通达林顿管的检测包括识别电极、区分PNP和NPN类型、估测放大能力等项内容。
因为达林顿管的E-B极之间包含多个发射结,所以应该使用万用表能提供较高电压的R×10K挡进行测量。
4大功率达林顿管的检测
检测大功率达林顿管的方法与检测普通达林顿管基本相同。
但由于大功率达林顿管内部设置了V3、R1、R2等保护和泄放漏电流元件,所以在检测量应将这些元件对测量数据的影响加以区分,以免造成误判。
具体可按下述几个步骤进行:
A用万用表R×10K挡测量B、C之间PN结电阻值,应明显测出具有单向导电性能。
正、反向电阻值应有较大差异。
B在大功率达林顿管B-E之间有两个PN结,并且接有电阻R1和R2。
用万用表电阻挡检测时,当正向测量时,测到的阻值是B-E结正向电阻与R1、R2阻值并联的结果;当反向测量时,发射结截止,测出的则是(R1+R2)电阻之和,大约为几百欧,且阻值固定,不随电阻挡位的变换而改变。
但需要注意的是,有些大功率达林顿管在R1、R2、上还并有二极管,此时所测得的则不是(R1+R2)之和,而是(R1+R2)与两只二极管正向电阻之和的并联电阻值。
5带阻尼行输出三极管的检测
将万用表置于R×1挡,通过单独测量带阻尼行输出三极管各电极之间的电阻值,即可判断其是否正常。
具体测试原理,方法及步骤如下:
A将红表笔接E,黑表笔接B,此时相当于测量大功率管B-E结的等效二极管与保护电阻R并联后的阻值,由于等效二极管的正向电阻较小,而保护电阻R的阻值一般也仅有20~50,所以,二者并联后的阻值也较小;反之,将表笔对调,即红表笔接B,黑表笔接E,则测得的是大功率管B-E结等效二极管的反向电阻值与保护电阻R的并联阻值,由于等效二极管反向电阻值较大,所以,此时测得的阻值即是保护电阻R的值,此值仍然较小。
B将红表笔接C,黑表笔接B,此时相当于测量管内大功率管B-C结等效二极管的正向电阻,一般测得的阻值也较小;将红、黑表笔对调,即将红表笔接B,黑表笔接C,则相当于测量管内大功率管B-C结等效二极管的反向电阻,测得的阻值通常为无穷大。
C将红表笔接E,黑表笔接C,相当于测量管内阻尼二极管的反向电阻,测得的阻值一般都较大,约300~∞;将红、黑表笔对调,即红表笔接C,黑表笔接E,则相当于测量管内阻尼二极管的正向电阻,测得的阻值一般都较小,约几欧至几十欧。
黄凯
2006-11-26制作
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