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1、 二极管、三极管、光耦本文主要介绍、二极管三极管和光耦的一些基本特性，及一些使用情况介绍。1 二极管1.1二极管的工作原理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
2、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。二极管的符号如图：1.2 二极管的主要参数l 正向电流IF：在额定功率下，允许通过二极管的电流值。l 正向电压降VF：二极管通过额定正向电流时，在两极间所产生的电压降。l 最大整流电流（平均值）IOM：在半波整流连续工作的情况下，允许的最大半波电流的平均值。l 反向击穿电压VB：二极管反向电流急剧增大到出现击穿现象时的反向电压值。l 正向反向峰值电压VRM：二极管正常工作时所允许的反向电压峰值，通常VRM为VB的三分之二或略小一些。l 反向电流IR：在规定的反向电压条件下流过二极管的
3、反向电流值。l 结电容C：电容包括电容和扩散电容，在高频场合下使用时，要求结电容小于某一规定数值。l 最高工作频率FM：二极管具有单向导电性的最高交流信号的频率。1.3 二极管的特性 二极管最主要的特性是单向导电性。其他如下： l 正向特性当正向电压低于某一数值时，正向电流很小，只有当正向电压高于某一值时，二极管才有明显的正向电流，这个电压被称为导通电压，我们又称它为门限电压或死区电压，一般用Uon表示，在室温下，硅管的Uon约为0.6-0.8V，锗管的Uon约为0.1-0.3V，我们一般认为当正向电压大于Uon时，二极管才导通。否则截止。l 反向特性二极管的反向电压一定时，反向电流很小，而且
4、变化不大（反向饱和电流），但反向电压大于某一数值时，反向电流急剧变大，产生击穿。不同型号的二极管的击穿电压差别很大，从几十伏到几千伏。l 温度特性环境温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，反向特性曲线下移，如下图所示。二极管对温度很敏感，在室温附近，温度每升高1度，正向压将减小2-2.5mV，温度每升高10度，反向电流约增加一倍。l 击穿特性当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。这时的反向电压称为反向击穿电压，不同结构、工艺和材料制成的管子，其反向击穿电压值差异很大，可由1伏到几百伏，甚至高达数千伏。l 频率特性由于结电容的存在，当频率高到某一程度时，容抗小到使
5、PN结短路。导致二极管失去单向导电性，不能工作，PN结面积越大，结电容也越大，越不能在高频情况下工作。1.4常用二极管1.4.1 整流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动直流电。整流管因为其正向工作电流较大，工艺上多采用面结型结构，结电容大， 因此整流二极管工作频率一般小于3KHZ。（a）塑料封装 （b）全密封金属结构1.4.2检波二极管： 它式一种利用二极管的单向导电性将高频或中频无线电信号中的低频信号或音频信号取出来的元件，检波是指从调幅波的包络提取调制信号的过程。一般检波二极管采用锗材料点接触型结构，要求正向压降小，检波效率高，结电容小，频率特性好，其外
6、形一般采用玻璃封装EA结构。1.4.3 开关二极管： 二极管从截止到导通称为开通时间，从开通到截止称为反向恢复时间，两者之和称为开关时间。在脉冲数字电路中，用于接通和关断电路的二极管叫开关二极管，它的特点是反向恢复时间短，能满足高频和超高频应用的需要。开关二极管有接触型，平面型和扩散台面型几种，一般IF500毫安的硅开关二极管，多采用全密封环氧树脂，陶瓷片状封装。1.4.4 阻尼二极管： 主要应用于电视机行扫描中做阻尼和升压整流用，要求其承受较高的反向工作电压和峰值电流，且要求正向压降越小越好，因此他是一种特殊的高频高压整流二极管，也可看作是高反压开关二极管的一种。1.4.5 稳压二极管： 稳
7、压二极管的正向曲线与普通二极管相仿，但反向曲线比普通二极管低的多。其击穿点处，曲线弯折特别尖锐，反向电流剧增， 但电压几乎保持不便，只要在外电路中设置限流措施，使稳压管始终保持在允许功耗内，就不会损坏管子，稳压管的反向击穿是可逆的，而普通二极管的击穿是不可逆的。稳压二极管多采用硅材料制成。由于稳压二极管的击穿机理上的区别，一般认为稳压管在5V以下属于齐纳击穿，7V以上属于雪崩击穿，5-6V两者兼而有之。小于5伏时，具有负温度系数，大于7伏时，具有正温度系数，在5-6伏时，温度系数则接近0。由于稳压管的反向电流小于IZmin时不稳压，大于IZmax时会超过额定功耗而损坏，所以在稳压管电路中必须串
8、联一个电阻来限制电流，从而保证稳压管正常工作，故称这个电阻为限流电阻。下图是稳压管稳压电路：（救）（新）稳压电路 图形符号硅稳压管伏安特性曲线1.4.6瞬变电压抑制二极管： 瞬变电压抑制二极管简称为TVP管（transient-voltage-suppressor）他是在稳压管的工艺基础上发展起来的，主要应用于对电压的快速过压保护，TVP管按照其峰值脉冲功率可以分为四类：500W，1000W,1500W,5000W。每类按照其标称电压分为35种，最小击穿电压为8.2V，最大为200V.TVP管在瞬间高能量冲击时，能以极高的速度从高阻改变为低阻，从而吸收一个极大的电流，将管子的电压钳位在一个预定
9、的数值上，钳位时间仅仅10（-12）秒。1.4.7 变容二极管： 变容二极管是利用PN结电容随外加反向偏压变化的特性制成。在零偏压时，结电容最大， 临近击穿时，结电容最小。 两者之比则为其结电容变化比。从导通曲线可以看出，结电容变化呈现非线性。变容二极管一般总是接在谐振回路使用，以取代传统的可变电容，因此必须要有足够的Q值，显然，随着频率的升高，Q降低，因此定义为Q=1时为截止频率。使用时必须低于截止频率。变容二极管图形符号1.4.8 双基极二极管： 双基极二极管是具有两个基极和一个发射极的三端负阻半导体器件。他只有一个PN结， 所以又称为单结晶体管。双基极二极管主要应用于各种张驰震荡器， 定
10、时电压读出电路，具有频率易调，温度特性好的优点。分压比：当发射极开路时，基极B1,B2之间相当于一个电阻,其值为RB1,RB2之和，若加一个电压，则俩电阻间相当于一个分压器。1.4.9 快速二极管快速二极管的工作原理与普通二极管是相同的，但由于普通二极管工作在开关状态下的反向恢复时间较长，约45s，不能适应高频开关电路的要求。快速二极管主要应用于高频整流电路、高频开关电源、高频阻容吸收电路、逆变电路等，其反向恢复时间可达10ns。快速二极管主要包括肖特基二极管和快恢复二极管。1.4.10 发光二极管发光二极管包括：可见光、不可见光、激光等不同类型。发光二极管发光颜色有红、绿、黄、橙等色。外形和
11、符号如图所示。发光二极管具有单向导电性。只有当外加的正向电压使得正向电流足够大时才发光，它开启电压比普通二极管大，红色的在1.61.8V之间，绿色的约为2V。正向电流愈大，发光愈强。发光二极管驱动电压低、功耗小、寿命长、可靠性高。在使用发光二极管时应注意两点：一是若用直流电源电压驱动发光二极管时，在电路中一定要串联限流电阻，以防止通过发光二极管的电流过大而烧坏管子；二是发光二极管的反向击穿电压比较低，一般仅有几伏。1.4.11光电二极管光电二极管是远红外线接收管，是一种光能与电能进行转换的器件。PN结型光电二极管将接收到的光的变化转换成电流的变化。外形和符号如下图所示。光电二极管的伏安特性如右
12、下图所示。它是利用PN结外加反向电压时，在光线照射下，改变反向电流和反向电阻，当没有光照射时，反向电流很小，反向电阻很大；当有光照射时，反向电阻减小，反向电流加大。光电二极管在无光照射时的反向电流称为暗电流，有光照射时的电流称为明电流。2 三极管按放大原理的不同，三极管分为双极性三极管（BJT: Bipolar Junction Transistor）（也称晶体三极管、半导体三极管简称三极管）和单极性（MOS/MES型: Metal-Oxide-Semiconductor or MEtal Semiconductor）三极管。BJT中有两种载流子参与导电，而在MOS型中只有一种载流子导电。BJ
13、T一般是电流控制器件，而MOS型一般是电压控制器件。2.1晶体三极管2.1.1简介半导体电子器件，有两个PN结组成，可以对电流起放大作用，有3个引脚，晶体三极管分别为集电极（c)，基极（b)，发射极（e），电子三极管分别为屏极、栅极、阴极。有PNP和NPN型两种，以材料分有硅材料和锗材料两种。作用:把微弱信号放大成幅值较大的电信号, 也用作无触点开关.它是由两个背做在一起的PN结加上相应的电极引线封装组成，有集电极c、基极b和发射极e三个电极。它具有电压、电流和功率放大作用，因此它是各种电路中十分重要的器件之一。又它可以组成放大、震荡等各种功能的电路，同时也是制作各种集成电路的基本单元电路。加
14、之三极管具有体积小、重量轻、寿命长、耗电省等优点，因此得到很广泛的应用。常见的三极管外形：下图是NPN和PNP的结构及符号： 2.1.2三极管的分类按照频率分有高频管（3MHz以上）、低频管（3MHz以下）；按照功率分有小功率管、中功率管和大功率管；按照半导体材料分有硅管、锗管；按照用途分有低噪声放大晶体管、中高频放大晶体管、低频放大晶体管、开关晶体管、达林顿晶体管、高反压晶体管、带阻晶体管、带阻尼晶体管、微波晶体管、光敏晶体管和磁敏晶体管等多种类型。2.1.2三极管的电流分配关系无论对NPN或PNP三极管电流分析均可得：IE=IB+IC进一步分析可以发现，当基极电流有一微小的变化时，可引起集
15、电极电流较大的变化。这就是三极管的电流放大作用。2.1.3三极管的特性曲线三极管的特性曲线与它的接法有关，它有三种不同接法：共基极，如图（1）所示；共发射极，如图（2）所示；共集电极，如图（3）所示：以NPN管共发射极为例：1.输入特性它与PN结的正向特性相似，三极管的两个PN结相互影响，因此，输出电压UCE对输入特性有影响，且UCE1,时这两个PN结的输入特性基本重合。我们用UCE=0和UCE=1,两条曲线表示，如下图（4）所示2.输出特性它的输出特性可分为三个区：（如图（5）的特性曲线） (1)截止区：IB=0时，此时的集电极电流近似为零，管子的集电极电压等于电源电压，两个结均反偏 (2)饱和区：此时两个结均处于正向偏置，UCE=0.3V (3)放大区:此时IC=IB，IC基本不随UCE变化而变化，此时发射结正偏，集电结反偏。2.1.4三极管主要参数三极管的主要参数有电流放大系数、耗散功率、频率特性、集电极最大电流、最大反向电压、反向电流等。 （一）电流放大系数 电流放大系数也称电流放大倍数，用来表示三极管放大能力。 根据三极管工作状态的不同，电流放大系数又分为直流电流放大系数和交流电流放大系数。 1直流电流放大系数 直流电流放大
