任務二 常見晶體管、集成電路的封裝認識

活動一 常見晶體二極管的參數、分類與封裝

1.二極管的基本參數

二極管的基本參數主要有最大平均整流電流、最高反向工作電壓、反向電流和最高工作頻率等。

（1）最大平均整流電流IF(AV)

最大平均整流電流IF(AV)是指二極管長期工作時，允許通過的最大正向平均電流。它與PN結的面積、材料及散熱條件有關。實際應用時，工作電流應小于IF(AV)，否則可能導致結溫過高而燒毀PN結。

（2）最高反向工作電壓VRM

最高反向工作電壓VRM是指二極管反向運用時，所允許加的最大反向電壓。實際應用時，當反向電壓增加到擊穿電壓VBR時，二極管可能被擊穿損壞，因而VRM通常取為（1/2～2/3）VBR。

（3）反向電流IR

反向電流IR是指二極管未被反向擊穿時的反向電流。理論上IR=IR(sat)，但考慮表面漏電等因素，實際上IR稍大一些。IR越小，表明二極管的單向導電性能越好。另外，IR與溫度密切相關，使用時應注意。

（4）最高工作頻率fM

最高工作頻率fM是指二極管正常工作時，允許通過交流信號的最高頻率。實際應用時，不要超過此值，否則二極管的單向導電性將顯著退化。fM的大小主要由二極管的電容效應來決定。

2.二極管的分類

（1）按結構分類

半導體二極管主要是依靠PN結工作的，與PN結不可分割的點接觸型和肖特基型，也被列入一般的二極管的范圍內。因此根據PN結構造面的特點，把晶體二極管分類如下。

?點接觸型二極管

點接觸型二極管是在鍺或硅材料的單晶片上壓觸一根金屬針后，再通過電流法而形成的。因此，其PN結的靜電容量小，適用于高頻電路。但是，與面結型相比較，點接觸型二極管正向特性和反向特性都差，因此，不能使用于大電流和整流。因為其構造簡單，所以價格便宜，廣泛應用于小信號的檢波、整流、調制、混頻和限幅等場合。

?合金型二極管

合金型二極管是在N型鍺或硅的單晶片上，通過添加合金銦、鋁等金屬的方法制作PN結而形成的。正向電壓降小，適于大電流整流，因其PN結的靜電容量大，所以不適于高頻檢波和高頻整流。

?擴散型二極管

擴散型二極管是在高溫的P型雜質氣體中，加熱N型鍺或硅的單晶片，使單晶片表面的一部分變成P型。以此法形成的二極管因PN結正向電壓降小，適用于大電流整流。

?平面型二極管

平面型二極管的PN結是在半導體單晶片（主要是N型硅單晶片）上，擴散P型雜質，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型硅單晶片上僅選擇性地擴散一部分而形成的。它由于半導體表面被制作得平整，故而得名，由于PN結的表面被氧化膜覆蓋，因此具有穩定性好和壽命長等特點，主要用做小電流開關管。

（2）根據用途分類

?檢波二極管

就原理而言，從輸入信號中取出調制信號是檢波，以整流電流的大小（100mA）作為界限，通常把輸出電流小于100mA的叫檢波。鍺材料點接觸型檢波二極管工作頻率可達400MHz，正向壓降小，結電容小，檢波效率高，頻率特性好。類似點觸型那樣檢波用的二極管，除用于檢波外，還能夠用于限幅、削波、調制、混頻和開關等電路。

?整流二極管

就原理而言，從輸入交流中得到輸出的直流是整流。以整流電流的大小作為界限，通常把輸出電流大于100mA的叫整流。整流二極管通常是面結型，工作頻率小于1kHz，最高反向電壓為25～3000V，可分多擋。

?限幅二極管

大多數二極管都能作為限幅使用，也有像保護儀表用的高頻齊納管那樣的專用限幅二極管。為了使這些二極管具有特別強的限制尖銳振幅的作用，通常會使用硅材料制造二極管。

?開關二極管

開關二極管是一種可在小電流下（10mA左右）進行邏輯運算，以及在數百毫安下用于磁芯激勵的二極管。小電流開關二極管通常有點接觸型和鍵型等，也有在高溫下還能工作的硅擴散型、臺面型和平面型。開關二極管的特長是開關速度快。肖特基型二極管的開關時間特短，因而是理想的開關二極管。

?變容二極管

用于自動頻率控制（AFC）和調諧用的小功率二極管被稱為變容二極管。它通過施加反向電壓，使其PN結的靜電容量發生變化。因此，常被用于自動頻率控制、掃描振蕩、調頻和調諧等情況。雖然通常采用的是硅擴散型二極管，但是也可采用合金擴散型、外延結合型、雙重擴散型等特殊二極管，因為這些二極管對于電壓而言，其靜電容量的變化率特別大。結電容隨反向電壓VR變化，可取代可變電容，用做調諧回路、振蕩電路、鎖相環路，常用于電視機高頻頭的頻道轉換和調諧電路，多以硅材料制作。

?穩壓二極管

穩壓二極管是反向擊穿特性曲線急劇變化的二極管，可作為控制電壓和標準電壓使用。二極管工作時的端電壓（又稱齊納電壓）從3V至150V可劃分成許多等級。在功率方面，也有從200mW至100W以上的產品。穩壓二極管工作在反向擊穿狀態，使用硅材料制作，動態電阻RZ的值很小。

?阻尼二極管

阻尼二極管具有較高的反向工作電壓和峰值電流，正向壓降小。高頻高壓整流二極管，用在CRT監視器行掃描電路中做阻尼和升壓整流用。

?瞬變電壓抑制二極管

瞬變電壓抑制二極管TVP管可對電路進行快速過壓保護，分雙極型和單極型兩種，按峰值功率（500～5000W）和電壓（8.2～5000V）分類，在高速球和云臺總線輸入電路中有廣泛應用。

?發光二極管

發光二極管用磷化鎵、磷砷化鎵材料制成，體積小，正向驅動發光。它工作電壓低，工作電流小，發光均勻，壽命長，可發紅、綠、藍、黃單色光，用新型材料做的還可以發白光，現已用于照明領域。其中的紅外發光二極管在安防系統的主動紅外探測器、主動紅外探照燈等設備中有廣泛應用。

3.二極管的封裝

常見的幾種二極管中有玻璃封裝、塑料封裝和金屬封裝等。大功率二極管多采用金屬封裝，并且有個螺帽以便固定在散熱器上。圖1-34是發光二極管，圖1-35是整流二極管，圖1-36是開關二極管和穩壓二極管，圖1-37是大電流整流二極管，圖1-38是快速恢復整流二極管，圖1-39是貼片安裝二極管，圖1-40是整流橋堆，圖1-41是幾種常見二極管的符號。

實訓項目1-7：二極管測量實訓

將萬用表分別置R×10、R×100、R×1k擋，觀察晶體二極管2AP9、2CP10、IN4001、IN4148的正反向電阻阻值變化情況，并將判別、測量情況填入表1-10。

活動二 常見晶體三極管的封裝與識別

1.三極管主要參數

三極管主要參數有集電極-基極反向飽和電流、集電極-發射極反向電流、發射極-基極反向電流、直流電流放大系數β等10多項。

1）集電極-基極反向飽和電流ICBO：當發射極開路（IE=0）時，基極和集電極之間加上規定的反向電壓VCB時的集電極反向電流。它只與溫度有關，在一定溫度下是個常數，所以稱為集電極-基極的反向飽和電流。

2）集電極-發射極反向電流ICEO（穿透電流）：當基極開路（IB=0）時，集電極和發射極之間加上規定反向電壓VCE時的集電極電流。其值越小，性能越穩定，鍺管的ICEO比硅管大。

3）發射極-基極反向電流IEBO：集電極開路時，在發射極與基極之間加上規定的反向電壓時發射極的電流。它實際上是發射結的反向飽和電流。

4）直流電流放大系數β（或hEF）：這是指共發射接法，沒有交流信號輸入時，集電極輸出的直流電流與基極輸入的直流電流的比值，即β=IC/IB。

5）截止頻率fβ、fα：當β下降到低頻時的0.707倍時，就是共發射極的截止頻率fβ；當α下降到低頻時的0.707倍的頻率，就是共基極的截止頻率fα。fβ、fα是表明管子頻率特性的重要參數，它們之間的關系為fβ≈（1-α）fα。

6）特征頻率fT：因為頻率f上升時，β就會下降，當β下降到1時，對應的f就是fT。fT是全面地反映晶體管的高頻放大性能的重要參數。

7）集電極最大允許電流ICM：當集電極電流IC增加到某一數值，引起β值下降到額定值的2/3或1/2時，這時的IC值稱為ICM。所以當IC超過ICM時，雖然不致使管子損壞，但β值會顯著下降，影響放大質量。

8）集電極-基極擊穿電壓BVCBO：當發射極開路時，集電結的反向擊穿電壓稱為BVCBO。

9）發射極-基極反向擊穿電壓BVEBO：當集電極開路時，發射結的反向擊穿電壓稱為BVEBO。

10）集電極-發射極擊穿電壓BVCEO：當基極開路時，加在集電極和發射極之間的最大允許電壓。使用時如果VCE＞BVCEO，管子就會被擊穿。

11）集電極最大允許耗散功率PCM：集電極流過IC，溫度要升高，管子因受熱而引起參數的變化不超過允許值時的最大集電極耗散功率稱為PCM。管子實際的耗散功率為集電極直流電壓和電流的乘積，即PC=UCE×IC，使用時應使PC＜PCM。PCM與散熱條件有關，增加散熱片可提高PCM。

2.三極管的分類

晶體三極管的種類很多，分類方法也有多種。下面按用途、頻率、功率、材料等進行分類。

1）按材料和極性分有硅材料的NPN與PNP三極管和鍺材料的NPN與PNP三極管。

2）按用途分有高/中頻放大管、低頻放大管、低噪聲放大管、光電管、開關管、高反壓管、達林頓管、帶阻尼三極管等。

3）按功率分有小功率三極管、中功率三極管、大功率三極管。

4）按工作頻率分有低頻三極管、高頻三極管和超高頻三極管。

5）按制作工藝分有平面型三極管、合金型三極管、擴散型三極管。

6）按外形封裝的不同可分為金屬封裝三極管、玻璃封裝三極管、陶瓷封裝三極管、塑料封裝三極管等。

7）按工作原理分有雙極型三極管和場效應三極管。

3.場效應管認識

（1）場效應管分類

按溝道半導體材料的不同，場效應管可分為結型和絕緣柵型兩種，它們又各分為N溝道和P溝道兩種。若按導電方式來劃分，場效應管可分成耗盡型與增強型。結型場效應管均為耗盡型，絕緣柵型場效應管既有耗盡型的，也有增強型的。

場效應晶體管可分為結場效應晶體管和MOS場效應晶體管。而MOS場效應晶體管又分為N溝耗盡型和增強型，P溝耗盡型和增強型四大類，如圖1-42所示。

（2）場效應管的基本參數

場效應管的基本參數有飽和漏源電流、夾斷電壓、開啟電壓和跨導等。

1）飽和漏源電流IDSS是指在結型或耗盡型絕緣柵場效應管中，柵極電壓UGS=0時的漏源電流。

2）夾斷電壓U是指在結型或耗盡型絕緣柵場效應管中，使漏源間剛好截止時的柵極電壓。

3）開啟電壓UT是指在增強型絕緣柵場效管中，使漏源間剛好導通時的柵極電壓。

4）跨導gM是表示柵源電壓UGS對漏極電流ID的控制能力，即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。gM是衡量場效應管放大能力的重要參數。

5）漏源擊穿電壓BUDS是指柵源電壓UGS一定時，場效應管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項極限參數，加在場效應管上的工作電壓必須小于BUDS。

6）最大耗散功率PDSM也是一項極限參數，是指場效應管性能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率。使用時，場效應管實際功耗應小于PDSM并留有一定余量。

7）最大漏源電流IDSM是一項極限參數，是指場效應管正常工作時，漏源間所允許通過的最大電流。場效應管的工作電流不應超過IDSM。

4.晶體管封裝形式

（1）TO-92封裝

大部分小功率三極管、小功率場效應管、小功率可控硅、小電流穩壓集成電路等都采用這種封裝形式。例如，2SC9013、2SC9015、2SK30A、MCR100-6/K06、78L12等，如圖1-43所示。

（2）TO-220封裝

部分大功率三極管、場效應管、可控硅、三端穩壓集成電路采用這種封裝形式，如圖1-44所示。它們有自帶散熱器絕緣和自帶散熱器不絕緣兩種結構，如TIP41、IRF540、LM7812、BTA16-1000B等。這種封裝為了便于散熱還可以配上專用散熱器，如圖1-45所示。

（3）TO-18封裝

部分中小功率三極管、光電三極管采用這種封裝形式。這種封裝的外殼是金屬的，故又稱金屬封裝，多用于軍用產品和工業控制設備中，如3DG6、2N5179等，如圖1-46所示。

（4）TO-3和TO-3p封裝

許多大功率三極管、場效應管采用這種封裝形式。其中TO-3是金屬封裝，金屬外殼是C極或D極，如3DD15C，2SD870、2SD951，如圖1-47所示。

TO-3P是樹脂封裝，有自帶散熱器絕緣和自帶散熱器不絕緣兩種結構，如2SC5200、2SD1879、2SK2753、2SD1881等，如圖1-48所示。

活動三 常見集成電路的封裝與識別

目前集成電路種類繁多，封裝形式也多種多樣，常見的有金屬圓形封裝DIP8、DIP14、DIP16、DIP24、TO-220、TO-3、BGA、軟封裝等，如表1-11所示。集成電路引腳定義如圖1-49所示。