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2-任務(wù)2半導(dǎo)體二極管的識(shí)別與檢測(cè)
學(xué)習(xí)情境一 常用半導(dǎo)體器件的識(shí)別與檢測(cè)
任務(wù)二 半導(dǎo)體二極管的識(shí)別與檢測(cè)
一、 任務(wù)目的
1. 了解半導(dǎo)體二極管導(dǎo)電特性； 2. 了解半導(dǎo)體二極管的種類； 3．掌握半導(dǎo)體二極管的識(shí)別與檢測(cè)。 二、任務(wù)的要求及技術(shù)指標(biāo)
1. 了解本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體的區(qū)別； 2．掌握PN結(jié)的形成與單向?qū)щ娦裕?3. 了解半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)類型和型號(hào)。 4．掌握半導(dǎo)體二極管的識(shí)別與檢測(cè)。
三、半導(dǎo)體導(dǎo)電特性介紹
自然界的物質(zhì)就其導(dǎo)電性能可分為導(dǎo)體、絕緣體、和半導(dǎo)體。 導(dǎo)體：導(dǎo)電性能良好的物質(zhì)。如金、銀銅等。 絕緣體：幾乎不導(dǎo)電的物質(zhì)。如陶瓷、橡膠、玻璃等。
半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。如硅、鍺。 半導(dǎo)體一般分為本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體兩種類型。 1．本征半導(dǎo)體
常用的半導(dǎo)體材料有硅（Si）和鍺(Ge) 。這種非常純凈的且原子排列整齊的半導(dǎo)體。 圖1-10所示分別為硅（鍺）的原子結(jié)構(gòu)示意圖及硅（鍺）原子在晶體中的共價(jià)鍵排
圖1-10 共價(jià)鍵示意圖
列。
如果共價(jià)鍵中的價(jià)電子受熱激發(fā)獲得足夠能量，則可擺脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子。這個(gè)電子原來所在的共價(jià)鍵的位置上就留下一個(gè)缺少負(fù)電荷的空位，這個(gè)空位稱為空穴。空穴帶正電。
2. 雜質(zhì)半導(dǎo)體
本征半導(dǎo)體實(shí)際使用價(jià)值不大，但如果在本征半導(dǎo)體中摻入微量的某種雜質(zhì)元素，就形成N型和P型半導(dǎo)體。 （1）N型半導(dǎo)體
在本征半導(dǎo)體（以硅為例）中摻入少量的5價(jià)元素，如磷（P）、砷（As）等。磷原子的最外層有5個(gè)價(jià)電子，其中4個(gè)價(jià)電子與相鄰硅原子的最外層價(jià)電子組成共價(jià)鍵形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，多余的電子很容易受激發(fā)成為自由電子。這種摻入5價(jià)元素的半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體，如圖1-11所示。N型半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電。
（2）P型半導(dǎo)體
在本征半導(dǎo)體（以硅為例）中摻入三價(jià)元素如硼（B），硼原子最外層的3個(gè)價(jià)電子工和相鄰的3個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵后，就留下一下空穴，空穴數(shù)量增多，自由電子則相對(duì)很少，這種摻入3價(jià)元素的半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體，如圖1-12所示。
圖1-11 N型半導(dǎo)體原理圖
圖1-12 P型半導(dǎo)體原理圖
注意：不論是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體都是中性，對(duì)外不顯電性。
當(dāng)P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸以后，由于交界兩側(cè)半導(dǎo)體類型不同，存在電子和空穴的濃度差。這樣，P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散。這樣，在P區(qū)和N區(qū)的接觸面就產(chǎn)生正、負(fù)離子層。這離子層就稱為PN結(jié)。如圖1-13所示。
3.PN結(jié)的特性
(1)PN結(jié)的正向?qū)ㄌ匦?/p>
給PN結(jié)加正向電壓，即P區(qū)接正電源，N區(qū)接負(fù)電源，此時(shí)稱PN結(jié)為正向偏置，如圖1-14所示。
這時(shí)PN結(jié)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，外加電場(chǎng)抵消內(nèi)電場(chǎng)使空間電荷區(qū)變薄，有利于多數(shù)載運(yùn)動(dòng)，形成正向電流，外加電場(chǎng)越強(qiáng)，正向電流越大，這意味PN結(jié)正向電阻變小。
圖1-13 PN結(jié)形成示意圖
1-14 PN結(jié)正向偏置示意圖 圖
(2)PN結(jié)的反向截止特性
圖1-15 PN結(jié)反向偏置示意圖
給PN結(jié)加反向電壓，即電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)，稱PN結(jié)反向偏置，如圖1-15所示。這時(shí)外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同，使內(nèi)電場(chǎng)的作用增強(qiáng)，PN結(jié)變厚，多數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)難于進(jìn)行，有助于少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)，所以電流很少，接近于零，即PN節(jié)反向電阻很大。
綜上所述：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕蚱脮r(shí)，PN結(jié)導(dǎo)通，反向偏置時(shí)，PN結(jié)載止。
四、半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)、類型與符號(hào)介紹
一個(gè)PN結(jié)和加上相應(yīng)的引出線，然后用塑料、玻璃或鐵皮等材料做外殼封裝就成為最簡(jiǎn)單的二極管。二極管按所用材料不同分為鍺管和硅管。接在二極管P區(qū)引出線為陽(yáng)極，接在N區(qū)引出線為陰極。如圖1-16所示。
圖1-16 二極管結(jié)構(gòu)圖
圖1-17 二極管圖形符號(hào)及外觀
二極管有許多類型：從工藝上分為點(diǎn)接觸型和面接觸型；按用途分有整流管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管和開關(guān)二極管，二極管的外形也是多種多樣，如圖1-17。
五、二極管檢測(cè)
1.普通二極管的識(shí)別與檢測(cè) （1）極性的判別
將萬用表置于R×100檔或R×1k檔，兩表筆分別接二極管的兩個(gè)電極，測(cè)出一個(gè)結(jié)果后，對(duì)調(diào)兩表筆，再測(cè)出一個(gè)結(jié)果。兩次測(cè)量的結(jié)果中，有一次測(cè)量出的阻值較大（為反向電阻），一次測(cè)量出的阻值較�。檎螂娮瑁�。在阻值較小的一次測(cè)量中，黑表筆接的是二極管的正極，紅表筆接的是二極管的負(fù)極。
（2）單向?qū)щ娦阅艿臋z測(cè)及好壞的判斷
通常，鍺材料二極管的正向電阻值為1kΩ左右，反向電阻值為300左右。硅材料二極管的電阻值為5 kΩ左右，反向電阻值為∞（無窮大）。正向電阻越小越好，反向電阻越大越好。正、反向電阻值相差越懸殊，說明二極管的單向?qū)щ娞匦栽胶谩?/p>
若測(cè)得二極管的正、反向電阻值均接近0或阻值較小，則說明該二極管內(nèi)部已擊穿短路或漏電損壞。若測(cè)得二極管的正、反向電阻值均為無窮大，則說明該二極管已開路損壞。
（3）反向擊穿電壓的檢測(cè)
二極管反向擊穿電壓（耐壓值）可以用晶體管直流參數(shù)測(cè)試表測(cè)量。其方法是：測(cè)量二極管時(shí)，應(yīng)將測(cè)試表的“NPN/PNP”選擇鍵設(shè)置為NPN狀態(tài)，再將被測(cè)二極管的正極接測(cè)試表的“C”插孔內(nèi)，負(fù)極插入測(cè)試表的“e”插孔，然后按下“V”鍵，測(cè)試表即可指示出二極管的反向擊穿電壓值。
也可用兆歐表和萬用表來測(cè)量二極管的反向擊穿電壓、測(cè)量時(shí)被測(cè)二極管的負(fù)極與兆歐表的正極相接，將二極管的正極與兆歐表的負(fù)極相連，同時(shí)用萬用表（置于合適的直流電壓檔）監(jiān)測(cè)二極管兩端的電壓。搖動(dòng)兆歐表手柄（應(yīng)由慢逐漸加快），待二極管兩端電壓穩(wěn)定而不再上升時(shí)，此電壓值即是二極管的反向擊穿電壓。
2、發(fā)光二極管的識(shí)別與檢測(cè) （1）單色發(fā)光二極管的檢測(cè) ①目測(cè)極性
判別紅外發(fā)光二極管的正、負(fù)電極。紅外發(fā)光二極管有兩個(gè)引腳，通常長(zhǎng)引腳為正極，短引腳為負(fù)極。因紅外發(fā)光二極管呈透明狀，所以管殼內(nèi)的電極清晰可見，內(nèi)部電極較寬較大的一個(gè)為負(fù)極，而較窄且小的一個(gè)為正極。
②用指針式萬用表檢測(cè)極性
在萬用表外部附接一節(jié)1.5V干電池，將萬用表置R×10或R×100擋。這種接法就相當(dāng)于給萬用表串接上了1.5V電壓，使檢測(cè)電壓增加至3V(發(fā)光二極管的開啟電壓為2V)。檢測(cè)時(shí)，用萬用表兩表筆輪換接觸發(fā)光二極管的兩管腳。若管子性能良好，必定有一次能正常發(fā)光，此時(shí)，黑表筆所接的為正極，紅表筆所接的為負(fù)極。
（2）紅外發(fā)光二極管的檢測(cè)
將萬用表置于R×1K擋，測(cè)量紅外發(fā)光二極管的正、反向電阻，通常，正向電阻應(yīng)在30K左右，反向電阻要在500K以上，這樣的管子才可正常使用。要求反向電阻越大越好。
（3）紅外接收二極管的檢測(cè) ① 識(shí)別管腳極性
目測(cè)（從外觀上識(shí)別）。常見的紅外接收二極管外觀顏色呈黑色。識(shí)別引腳時(shí)，面對(duì)受光窗口，從左至右，分別為正極和負(fù)極。另外，在紅外接收二極管的管體頂端有一個(gè)小斜切平面，通常帶有此斜切平面一端的引腳為負(fù)極，另一端為正極。
用萬用表檢測(cè)（指針式）。將萬用表置于R×1K擋，用來判別普通二極管正、負(fù)電極的方法進(jìn)行檢查，即交換紅、黑表筆兩次測(cè)量管子兩引腳間的電阻值，正常時(shí)，所得阻值應(yīng)為一大一小。以阻值較小的一次為準(zhǔn)，紅表筆所接的管腳為負(fù)極，黑表筆所接的管腳為正極。
②檢測(cè)性能好壞
用萬用表電阻擋測(cè)量紅外接收二極管正、反向電阻，根據(jù)正、反向電阻值的大小，即可初步判定紅外接收二極管的好壞。
3、穩(wěn)壓二極管的識(shí)別與檢測(cè) （1）判別穩(wěn)壓二極管的極性
目測(cè)（從外形上看）。金屬封裝穩(wěn)壓二極管管體的正極一端為平面形，負(fù)極一端為半圓面形。塑封穩(wěn)壓二極管管體上印有彩色標(biāo)記的一端為負(fù)極，另一端為正極。
用萬用表檢測(cè)（指針式）。測(cè)量的方法與普通二極管相同，即用萬用表R×1k檔，將兩表筆分別接穩(wěn)壓二極管的兩個(gè)電極，測(cè)出一個(gè)結(jié)果后，再對(duì)調(diào)兩表筆進(jìn)行測(cè)量。在兩次測(cè)量結(jié)果中，阻值較小那一次，黑表筆接的是穩(wěn)壓二極管的正極，紅表筆接的是穩(wěn)壓二極管的負(fù)極。
判別穩(wěn)壓二極管的好壞。若測(cè)得穩(wěn)壓二極管的正、反向電阻均很小或均為無窮大，則說明該二極管已擊穿或開路損壞。
（2） 穩(wěn)壓值的測(cè)量
好的穩(wěn)壓管還要有個(gè)準(zhǔn)確的穩(wěn)壓值，業(yè)余條件下怎么估測(cè)出這個(gè)穩(wěn)壓值呢？不難，再去找一塊指針表來就可以了。方法是：先將一塊表置于R×10k檔，其黑、紅表筆分別接在穩(wěn)壓管的陰極和陽(yáng)極，這時(shí)就模擬出穩(wěn)壓管的實(shí)際工作狀態(tài)，再取另一塊表置于電壓檔V×10V或V×50V（根據(jù)穩(wěn)壓值選量程）上，將紅、黑表筆分別搭接到剛才那塊表的的黑、紅表筆上，這時(shí)測(cè)出的電壓值就基本上是這個(gè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。說“基本上”，是因?yàn)榈谝粔K表對(duì)
穩(wěn)壓管的偏置電流相對(duì)正常使用時(shí)的偏置電流稍小些，所以測(cè)出的穩(wěn)壓值會(huì)稍偏大一點(diǎn)，但基本相差不大。
這個(gè)方法只可估測(cè)穩(wěn)壓值小于指針表高壓電池電壓的穩(wěn)壓管。如果穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值太高，就只能用外加電源的方法來測(cè)量了（這樣看來，我們?cè)谶x用指針表時(shí)，選用高壓電池電壓為15V的要比9V的更適用些）。
穩(wěn)壓二極管的外型與普通二極管相似，極性判斷方法與普通二極管相同。 穩(wěn)壓值的判斷：
1.5 k?
也可用低于1000V的兆歐表為穩(wěn)壓二極管提供測(cè)試電源。其方法是：將兆歐表正端與穩(wěn)壓二極管的負(fù)極相接，兆歐表的負(fù)端與穩(wěn)壓二極管的正極相接后，按規(guī)定勻速搖動(dòng)兆歐表手柄，同時(shí)用萬用表監(jiān)測(cè)穩(wěn)壓二極管兩端電壓值（萬用表的電壓檔應(yīng)視穩(wěn)定電壓值的大小而定），待萬用表的指示電壓指示穩(wěn)定時(shí)，此電壓值便是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓值。
若測(cè)量穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓值忽高忽低，則說明該二極管的性不穩(wěn)定。 （3）用指針式萬用表檢測(cè) ①在 R ? 100或 R ? 1 k 擋測(cè)量
②正反向電阻各測(cè)量一次， 測(cè)量時(shí)手不要接觸引腳。
③一般硅管正向電阻為幾千歐，鍺管正向電阻為幾百歐；反向電阻為幾百千歐。正反向電阻相差不大為劣質(zhì)管。
④正反向電阻都是無窮大或零則二極管內(nèi)部斷路或短路。
圖1-18 穩(wěn)壓管檢測(cè)
圖1-19 用指針式萬用表檢測(cè)
4、用數(shù)字萬用表檢測(cè)二極管
將數(shù)字萬用表?yè)苤痢岸䴓O管、蜂嗚”擋，紅表筆對(duì)黑表筆有+2．8V的電壓，此時(shí)數(shù)字萬用表顯示的是所測(cè)二極管的壓降(單位為mv)。正常情況下，正向測(cè)量時(shí)壓降為300～700，反向測(cè)量時(shí)為溢出"1”。若正反測(cè)量均顯示“000”，說明二極管短路；正向測(cè)量顯示溢出“1”，說明二極管開路(某些硅堆正向壓降有可能顯示溢出)。另外，此法可用來辨別硅管和鍺管。若正向測(cè)量的壓降范圍為500～800，則所測(cè)二極管為硅管；若壓降范圍為150-300，則所測(cè)二極管為鍺管。
三極管各結(jié)通斷的判別，NPN和PNP的判斷，各極的判斷均能用此法來進(jìn)行，而且很方便。
用數(shù)字式萬用表檢測(cè)：
圖1-20 用數(shù)字式萬用表檢測(cè)
任務(wù)工單
評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)
任務(wù)二 半導(dǎo)體二極管識(shí)別與檢測(cè)考核要求與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
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