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1、文件名称：常用模拟器件设计指南编号：版本：V1.0常用模拟器件设计指南共31页目录1目的12范围13二极管应用指南13.1二极管工作原理和特性13.1.1二极管工作原理13.1.2二极管的特性13.2二极管的常用分类和参数23.2.1二极管的常用分类23.2.2二极管的主要参数33.3二极管的典型设计应用43.3.1典型设计应用43.3.2二极管好坏测试83.3.3应用要点94三极管的应用指南94.1三极管的工作原理和特性94.1.1三极管的内部结构94.1.2三极管的特性曲线104.2三极管的常用分类和参数134.2.1三极管的常用分类134.2.2三极管的交流参数、134.2.3三极管的直
2、流参数134.2.4三极管的极限参数144.2.5温度对三极管参数的影响154.3三极管的典型设计和应用154.3.1三极管的典型应用154.3.2应用要点185MOS管的应用指南185.1MOS管的工作原理、特性参数185.1.1MOS管基本结构185.1.2增强型NMOS的工作原理195.2MOS管特性曲线和参数205.3MOS管的典型设计和应用215.3.1MOS管的典型设计215.3.2MOS管的应用要点236运放的应用指南246.1运放的工作原理246.2运放的常用分类和参数246.2.1运放的常用分类246.2.2运放的主要参数256.3运放的典型设计和应用266.3.1运放的典型
3、应用266.3.2运放的引用要点307附录31参考文献31-A1-常用模拟器件设计指南1 目的本规范用于指导研发人员正确、可靠的应用常用的模拟器件，同时也会给出一些典型的参考实例。公司目前常用的模拟器件，主要是TI、ON等一些大家厂家的模拟器件，设计选型时尽可能选用公司已有的优选器件。 具体的选型请参考相关器件的选型指南。2 范围本规范简要介绍了模拟器件的基础知识，包括二极管、三极管、MOS管和运放，罗列了它们应用注意事项。本规范适用于所有硬件工程师。3 二极管应用指南3.1 二极管工作原理和特性3.1.1 二极管工作原理二极管又称晶体二极管，简称二极管(diode)：它只往一个方向传送电流的
4、电子零件。它是一种具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空
5、穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。p-n结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。 二极管的管压降：硅二极管（不发光类型）正向管压降0.7V，发光二极管正向管压降为随不同发光颜色而不同。 3.1.2 二极管的特性二极管的电压与电流不是线性关系，所以在将不同的二极管并联的时候要接相适应的电阻。二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。 1) 正向特性。 在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正
6、向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门坎电压”，又称“死区电压”，锗管约为0.1V，硅管约为0.5V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.6V），称为二极管的“正向压降”。 2) 反向特性。 在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单
7、方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。其典型的特性曲线如下：uv/V015105 （A ） iv/mAABBA-5IR0.2 0.4 0.6 0.8CDDC-30-U（BR） 硅 锗 图2.1 二极管伏安特性曲线3.2 二极管的常用分类和参数3.2.1 二极管的常用分类1) 整流二极管利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。 2) 开关元件 二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。3) 限幅二极管 二极管正向导通后，它的正向
8、压降基本保持不变（硅管为0.6V，锗管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。大多数二极管能作为限幅使用。4) 续流二极管 在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起续流作用。 5) 检波二极管 在收音机中起检波作用。就原理而言，从输入信号中取出调制信号是检波，以整流电流的大小（100mA）作为界线通常把输出电流小于100mA的叫检波。 6) 稳压二极管稳压二极管是代替稳压电子二极管的产品。是反向击穿特性曲线急骤变化的二极管，二极管工作时的端电压（又称齐纳电压）从3V左右到150V，按每隔10%，能划分成许多等级。在功率方面，也有从200mW至100W以
9、上的产品。工作在反向击穿状态，硅材料制作，动态电阻RZ很小。7) 肖特基二极管 它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管，其正向起始电压较低。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微，所以其频率响仅为RC时间常数限制，因而，它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。3.2.2 二极管的主要参数 用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对应用者而言，必须了解以下几个主要参数： 1) 最大整流电流 是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。因为电流通过管子时会使管芯发热，温
10、度上升，温度超过容许限度（硅管为141左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以在规定散热条件下，二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。例如，常用的IN40014007型硅二极管的额定正向工作电流为1A。 2) 最高反向工作电压 加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。 3) 反向电流 反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切
11、的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为5uA，温度升高到75时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。 4) 动态电阻Rd 二极管特性曲线静态工作点Q附近电压的变化与相应电流的变化量之比。 3.3 二极管的典型设计应用3.3.1 典型设计应用在二极管的设计使用中，首先我们要根据设计的需求选用不同种类和特性的二极管，下面
12、给出一些二极管的常用实例。1) 整流二极管整流二极管有很多分类，有快恢复二极管和超快恢复二极管等区分，主要是开关应用场合的开关频率。其典型的应用如下图所示： 图2.2 整流二极管其主要作用是将脉冲电压整成稳定的直流电压。该电路使用过程中请注意二极管的耐压和最大电流，以及过热可能引起的损伤。 2) 稳压二极管稳压二极管是工作在反向击穿状态，其应用要注意两点：一是击穿电压；二是最小击穿电流。如果击穿电压不够，稳压二极管会不工作；如果最小击穿电流不够，该输出电压是可变的，不是稳定的输出电压。其应用实例如下： 图2.3：稳压二极管该电路可以输出一个稳定的5.6V的电压。该电路使用中要注意两点：一是稳压
13、二极管的功耗问题，就是说最大输出功率问题，如果选用不当，可能会因为过热引起二极管的烧毁。二是最小击穿电流问题，当击穿电流没有到达稳压管的最小击穿电流时，稳压管的输出电压是不正常，也是不稳定的。3) 续流二极管续流二极管一般是应用在感性的电路中，其作用是由于电感的电流不能突变，关断后需要给电感存储的能量有一个释放回路，其典型应用如下： 图2.4：续流二极管续流二极管选择时候要注意一个问题就是二极管的耐压问题，建议选用是正常工作电压的3倍以上的耐压。4) 限幅二极管限幅二极管的作用主要是保护器件的输入不超过限定的幅值，以免对后续器件造成损伤，其典型应用如下： 图2.5：限幅二极管在一些精密设计的场
14、合，限幅二极管可考虑选用低压降的肖特基二极管（0.3V压降），以便更稳定精确的限幅，保护后续器件。 5) 发光二极管发光二极管一般是做信号的状态指示用，如用作通信状态，电源状态等相关指示。典型应用如下： 图2.6：发光二极管 发光二极管应用中，一般要注意控制好点灯电流，通常的发光二极管1mA2mA足够点亮了，电流不易过大，电流过大会对发光二极管的试用寿命造成影响。为了保护发光二极管，设计时建议在二极管两端并一只0.01uF电容。 6）保护二极管TVS保护二极管一般用在板内或板外的通信接口电路中，常见有RS232、RS485、GPS对时等相关的通信接口电路中 图2.7 TVS保护 TVS保护原理是利用PN击穿后形成的保护，用来吸收尖峰电压或浪涌电流，在选取TVS时，要考虑一个重要的参数：结电容。 通信速率越高，对结电容的要求越高，要求结电容越小，过高的结电容会引起通信异常、甚至通信不上。 7）以太网保护二极管
