測試組入職培訓(xùn)基礎(chǔ)教程-元器件(三)課件

第三節(jié)

二極管（diode）

二極管又稱晶體二極管，是最常用的電子元件之一。有電子二極管和晶體二極管之分，電子二極管現(xiàn)已很少見到，比較常見和常用的是晶體二極。二極管幾乎用在所有的電子電路中，它在許多的電路中起著重要的作用，是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用非常廣泛，主要用在整流電路，檢波電路，穩(wěn)壓電路，各種調(diào)制電路中。

在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個PN結(jié)。其最大的特性就是單向?qū)щ?，這種電子器件按照外加電壓的方向，電流只可以從二極管的一個方向流過。

第三節(jié)

二極管（diode）二極管又稱晶

1、正向性

外加正向電壓時，在正向特性的起始部分，正向電壓很小，不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場的阻擋作用，正向電流幾乎為零，這一段稱為死區(qū)。這個不能使二極管導(dǎo)通的正向電壓稱為死區(qū)電壓。當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓以后，PN結(jié)內(nèi)電場被克服，二極管導(dǎo)通，電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內(nèi)，導(dǎo)通時二極管的端電壓幾乎維持不變，這個電壓稱為二極管的正向電壓。2、反向性

外加反向電壓不超過一定范圍時，通過二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運動所形成反向電流，由于反向電流很小，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。這個反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。一、特性 1、正向性一、特性

二極管的特性曲線

硅二極管典型伏安特性曲線如下圖。在二極管加有正向電壓，當(dāng)電壓值較小時，電流極?。划?dāng)電壓超過約0.6V時，電流開始按指數(shù)規(guī)律增大，通常稱此為二極管的開啟電壓；當(dāng)電壓達(dá)到約0.7V時，二極管處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，通常稱此電壓為二極管的導(dǎo)通電壓，用符號UD表示。對于鍺二極管，開啟電壓約為0.2V，導(dǎo)通電壓UD約為0.3V。

在二極管加有反向電壓，當(dāng)電壓值較小時，電流極小，其電流值為反向飽和電流IS。當(dāng)反向電壓超過某個值時，電流開始急劇增大，稱之為反向擊穿，稱此電壓為二極管的反向擊穿電壓，用符號UBR表示。不同型號的二極管的擊穿電壓UBR值差別很大，從幾十伏到幾千伏。一、特性 二極管的特性曲線一、特性

3、擊穿

外加反向電壓超過某一數(shù)值時，反向電流會突然增大，這種現(xiàn)象稱為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時二極管失去單向?qū)щ娦?。如果二極管沒有因電擊穿而引起過熱，則單向?qū)щ娦圆灰欢〞挥谰闷茐?，在撤除外加電壓后，其性能仍可恢?fù)，否則二極管就損壞了。因而使用時應(yīng)避免二極管外加的反向電壓過高。

反向擊穿按機理分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種情況。（1）齊納擊穿：在高摻雜濃度的情況下，因勢壘區(qū)寬度很小，反向電壓較大時，破壞了勢壘區(qū)內(nèi)共價鍵結(jié)構(gòu)，使價電子脫離共價鍵束縛，產(chǎn)生電子-空穴對，致使電流急劇增大，這種擊穿稱為齊納擊穿。如果摻雜濃度較低，勢壘區(qū)寬度較寬，不容易產(chǎn)生齊納擊穿。（2）雪崩擊穿：當(dāng)反向電壓增加到較大數(shù)值時，外加電場使電子漂移速度加快，從而與共價鍵中的價電子相碰撞，把價電子撞出共價鍵，產(chǎn)生新的電子-空穴對。新產(chǎn)生的電子-空穴被電場加速后又撞出其它價電子，載流子雪崩式地增加，致使電流急劇增加，這種擊穿稱為雪崩擊穿。

無論哪種擊穿，若對其電流不加限制，都可能造成PN結(jié)永久性損壞。一、特性 3、擊穿一、特性1．根據(jù)PN結(jié)構(gòu)造面的特點：點接觸型二極管、面接觸型二極管、鍵型二極管、合金型二極管、擴散型二極管、臺面型二極管、平面型二極管、合金擴散型二極管、外延型二極、肖特基二極管等。（1）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(jié)的靜電容量小，適用于高頻電路。但是，與面結(jié)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。因為構(gòu)造簡單，所以價格便宜。（2）面接觸型二極管：面接觸型或稱面積型二極管的PN結(jié)是用合金法或擴散法做成的，由于這種二極管的PN結(jié)面積大，可承受較大電流，但極間電容也大。這類器件適用于整流，而不宜用于高頻率電路中。二、分類1．根據(jù)PN結(jié)構(gòu)造面的特點：點接觸型二極管、面接觸型二極管、

2．根據(jù)用途分類：檢波二極管、整流二極管、限幅二極管、調(diào)制二極管、混頻二極管、放大二極管、開關(guān)二極管、變?nèi)荻O管、頻率倍增用二極管、穩(wěn)壓二極管、PIN型二極管、雪崩二極管(AvalancheDiode)、江崎二極管、快速關(guān)斷（階躍恢復(fù)）二極管、肖特基二極管、阻尼二極管、瞬變電壓抑制二極管、雙基極二極管（單結(jié)晶體管）、發(fā)光二極管、硅功率開關(guān)二極管、旋轉(zhuǎn)二極管等。下面介紹目前接觸到的二極管：（1）肖特基二極管肖特基二極管也稱肖特基勢壘二極管（簡稱SBD），是以其發(fā)明人肖特基博士（Schottky）命名的。基本原理是：在金屬（例如鉛）和半導(dǎo)體（N型硅片）的接觸面上，用已形成的肖特基來阻擋反向電壓。肖特基與PN結(jié)的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特長是：開關(guān)速度非?？?，反向恢復(fù)時間trr特別地短。因此，能制作開關(guān)二極和低壓大電流整流二極管。二、分類 2．根據(jù)用途分類：檢波二極管、整流二極管、限幅二極管、調(diào)制

（2）整流二極管

是一種用于將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷陌雽?dǎo)體器件，可用半導(dǎo)體鍺或硅等材料制造。硅整流二極管的擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極管都用高純單晶硅制造。這種器件的結(jié)面積較大，能通過較大電流（可達(dá)上千安），但工作頻率不高，一般在幾十千赫以下。整流二極管主要用于各種低頻半波整流電路，如需達(dá)到全波整流需連成整流橋使用。

選用整流二極管時，主要應(yīng)考慮其最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率及反向恢復(fù)時間等參數(shù)。（如1N400X整流二極管一般為平面型硅二極管，用于各種電源整流電路中，這類二極管屬于低頻整流管，不可應(yīng)用于高頻整流電路！否則會損壞器件）。二、分類 （2）整流二極管二、分類

（3）限幅二極管

大多數(shù)二極管能作為限幅使用，也有專用限幅二極管。

所謂限幅，就是將信號的幅值限制在所需要的范圍之內(nèi)。由于通常所需要限幅的電路多為高頻脈沖電路、高頻載波電路、中高頻信號放大電路、高頻調(diào)制電路等，故要求限幅二極管具有較陡直的U-I特性，使之具有良好的開關(guān)性能。從這一點出發(fā)，限幅二極管一般均由結(jié)型開關(guān)二極管2CK*擔(dān)當(dāng)。穩(wěn)壓二極管作為限幅二極管將會成為唯一正確的選擇。限幅二極管的特點：1、多用于中、高頻與音頻電路；2、導(dǎo)通速度快，恢復(fù)時間短；3、正偏置下二極管壓降穩(wěn)定；4、可串、并聯(lián)實現(xiàn)各向、各值限幅；5、可在限幅的同時實現(xiàn)溫度補償二、分類 （3）限幅二極管二、分類

（4）穩(wěn)壓二極管：

是利用PN結(jié)的擊穿特性。如下圖，如果二極管工作在反向擊穿區(qū)，則當(dāng)反向電流在較大范圍內(nèi)變化?I時，二極管兩端的電壓變化?U很小，這說明它具有很好的穩(wěn)壓性能。

穩(wěn)壓管的型號有2CW、2DW等系列（C：N硅材料，D：P硅材料）。二、分類 （4）穩(wěn)壓二極管：二、分類

（5）發(fā)光二極管：用磷化鎵、磷砷化鎵材料制成，體積小，正向驅(qū)動發(fā)光。工作電壓低，工作電流小，發(fā)光均勻、壽命長、可發(fā)紅、黃、綠單色光。普通的直插發(fā)光二極管的正向飽和壓降為1.6V～2.1V，正向工作電流為5～20mA。超亮發(fā)光二極管的壓降都不相同（紅色2.0V～2.2V、黃色1.8V～2.0V、綠色3.0V～3.2V）。白色發(fā)光二極管的發(fā)光原理與其它發(fā)光二極管的發(fā)光原理稍有一點不同，管壓降為3.5V左右，正向工作電流>15mA左右時才能使其正常發(fā)光。貼片LED壓降和工作電流略有不同。（6）光敏二極管：可以利用光照強弱來改變電路中的電流。光敏二極管殼上有一個能射入光線的“窗口”，當(dāng)光線透過“窗口”照射到光敏二極管管芯上時，PN結(jié)反向漏電流增大，此時的漏電流稱為光電流；而無光照時，PN結(jié)反向漏電流很小，此時的漏電流稱為暗電流。我們就是利用光敏二極管的這一特點，演變出許多經(jīng)典光敏二極管控制電路。二、分類 （5）發(fā)光二極管：用磷化鎵、磷砷化鎵材料制成，體積小，正向

1．最大平均整流電流IF：指二極管長期工作時允許通過的最大正向平均電流。該電流由PN結(jié)的結(jié)面積和散熱條件決定。使用時注意通過二極管的平均電流不能大于此值，并要滿足散熱條件。如1N400X系列二極管的IF為1A。2．最高反向工作電壓VR：指二極管兩端允許施加的最大反向電壓。若大于此值，則反向電流（IR）劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模鸱聪驌舸?。通常取反向擊穿電壓（VB）的一半作為VR。例如1N4001的VR為50V，1N4007的VR為1000V。3．最大反向電流IR：是二極管在最高反向工作電壓下允許流過的反向電流。此參數(shù)反映了二極管單向?qū)щ娦阅艿暮脡?，故這個電流值越小，表明二極管質(zhì)量越好。反向電流與溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高10℃，反向電流增大一倍。4．最高工作頻率fm：它是二極管在正常情況下的最高工作頻率。主要由PN結(jié)的結(jié)電容及擴散電容決定，若工作頻率超過fm，則二極管的單向?qū)щ娦阅軐⒉荒芎芎玫捏w現(xiàn)。如1N400X系列二極管的fm為3KHz。三、主要參數(shù) 1．最大平均整流電流IF：指二極管長期工作時允許通過的最大

四、符號 四、符號

五、檢測 五、檢測

第四節(jié)

三極管（triode）三極管，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件，具有電流放大作用，是把微弱信號放大成幅值較大的電信號，也用作無觸點開關(guān)。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié)，兩個PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。 第四節(jié)

三極管（triode）三極管，

二、工作狀態(tài)三極管的工作狀態(tài)：三極管的工作狀態(tài)有三個，截止區(qū)，放大區(qū)，飽和區(qū)。三極管工作在什么狀態(tài)是由基極電流(Ib)來決定的，和其它因素完全沒有關(guān)系。能夠影響基極電流的幾個因素中最重要的就是靜態(tài)工作點。如果靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū),

那么就很有可能部分的交流信號進入飽和區(qū),沒有進行放大,

造成飽和失真。

如果靜態(tài)工作點靠近截止區(qū),

那么也很有可能有部分的交流信號進入截止區(qū),

造成截止失真。影響靜態(tài)工作點的因素有很多,

最突出的兩個就是偏置電阻和溫度。溫度的升高會造成半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電性能增強，對于三極管來講，就是放大倍數(shù)的增加。 二、工作狀態(tài)三極管的工作狀態(tài)：

二、工作狀態(tài)偏置電阻RB

：只要IB

存在且為正值時，三極管發(fā)射結(jié)電壓VBE便一定存在并且基本恒定(約0.5～1.2V，一般的管子取0.7V

左右)，也就是發(fā)射結(jié)正偏。既然VBE

是固定的，那么，如果基極驅(qū)動信號為電壓信號時，就必須在基極串聯(lián)一個限流電阻。此時，基極電流為IB=(Ui-VBE)/RB。一般情況省略RB

是不允許的，因為這樣的話IB

將會變得很大，造成前級電路或者三極管的損壞。RB

如何選取。前面說到過IC=βIB，為了使晶體管進入飽和，我們必須增加IB，從而使IC

增大，RC

上的壓降隨之增大，直到RC

上幾乎承受了所有的電源電壓。此時，UCE

變得很小，約0.2～0.3V(對于大功率晶體管，這個值可能達(dá)到2～3V)，也就是飽和壓降UCE(sat)。如果達(dá)到飽和時，我們忽略UCE(sat)，那么就有ICRL=βIBRL=Vcc。也就是只要保證IB≥IC/β或IB≥Vcc/(βRL)時，晶體管就能進入飽和狀態(tài)。例如：Vcc=5V，β=200，RL=100Ω。那么要求IB≥5/(200×100)A=0.25mA。如果Ui=5V，那么取RB≤(Ui-UBE)/IB≈(5-0.7)/0.25kΩ=17.2kΩ就能滿足要求了。 二、工作狀態(tài)偏置電阻RB：

二、工作狀態(tài)1、截止區(qū)：當(dāng)發(fā)射結(jié)反向偏置時,發(fā)射區(qū)不再向基區(qū)注入電子,則三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。所以,在截止區(qū),三極管的兩個結(jié)均處于反向偏置狀態(tài)。對NPN三極管,VBE＜0,VBC＜0。2、放大區(qū)：當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并處于某一恰當(dāng)?shù)闹禃r，三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，這時基極電流對集電極電流起著控制作用，使三極管具有電流放大作用，其電流放大倍數(shù)β＝ΔIc/Δib，此時發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置。對于NPN三極管,工作在放大區(qū)時VBE≥0.7V,而VBC＜0。3、飽和區(qū)：加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并當(dāng)基極電流增大到一定程度時，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不怎么變化，這時三極管失去電流放大作用，集電極與發(fā)射極之間的電壓很小，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，稱之為飽和導(dǎo)通狀態(tài)。三極管工作在飽和區(qū)時,發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置狀態(tài)。對NPN三極管,VBE＞0,VBC＞0。 二、工作狀態(tài)1、截止區(qū)：當(dāng)發(fā)射結(jié)反向偏置時,發(fā)射區(qū)不再向

二、工作狀態(tài) 二、工作狀態(tài)

二、工作狀態(tài)三極管的放大狀態(tài)：三極管是一個以B極(基極)電流Ib

來驅(qū)動流過CE

的電流Ic

的器件，它的工作原理很像一個可控制的閥門。右圖1：左邊細(xì)管子里藍(lán)色的小水流沖動杠桿使大水管的閥門開大，就可允許較大紅色的水流通過這個閥門。當(dāng)藍(lán)色水流越大，也就使大管中紅色的水流更大。如果放大倍數(shù)是100，那么當(dāng)藍(lán)色小水流為1

千克/小時，那么就允許大管子流過100千克/小時的水。三極管的原理也跟這個一樣，放大倍數(shù)為100

時，當(dāng)Ib(基極電流)為1mA

時，就允許100mA

的電流通過Ice。右圖2：我們還是用水管內(nèi)流水來比喻電流，當(dāng)這個控制電流（Ib）為10mA

時，使主水管上的閥開大到能流過1A

的電流，但并不是就能有1A

的電流流過，因為上面還有個電阻R，它就相當(dāng)于是個固定開度的閥門，它串在這個主水管的上面，當(dāng)下面那個可控制的閥開度到大于上面那個固定電阻的開度時，水流就不會再增大而是等于通過上面那個固定閥開度的水流了，因此，下面的三極管再開大開度也沒有用了。因此我們可以計算出那個固定電阻的最大電流10V/50Ω=0.2A也就是200mA。就是說在電路中三極管基極電流增大，集電極的電流也增大，當(dāng)基極電流Ib

增大到2mA

時，集電極電流就增大到了200mA。當(dāng)基極電流再增大時，集電極電流已不會再增大，就在200mA

不動了。此時上面那個電阻也就是起限流作用了。 二、工作狀態(tài)三極管的放大狀態(tài)：

三、分類三極管的分類a.按功能分:開關(guān)管、功率管、達(dá)林頓管、光敏管等b.按功率分:小功率管、中功率管、大功率管c.按材質(zhì)分:硅管、鍺管貼片三極管d.按結(jié)構(gòu)分:NPN、PNPe.按工作頻率分:低頻管、高頻管、超頻管f.按結(jié)構(gòu)工藝分:合金管、平面管g.按安裝方式:插件三極管、貼片三極管 三、分類三極管的分類

四、主要參數(shù)1、共射電流放大系數(shù)和β：在共射極放大電路中，若交流輸入信號為零，則管子各極間的電壓和電流都是直流量，此時的集電極電流IC和基極電流IB的比稱為共射直流電流放大系數(shù)。當(dāng)共射極放大電路有交流信號輸入時，因交流信號的作用，必然會引起IB的變化，相應(yīng)的也會引起IC的變化，兩電流變化量的比稱為共射交流電流放大系數(shù)β，上述兩個電流放大系數(shù)和β的含義雖然不同，但工作在輸出特性曲線放大區(qū)平坦部分的三極管，兩者的差異極小，可做近似相等處理，故在今后應(yīng)用時，通常不加區(qū)分，直接互相替代使用。常用的小功率三極管，β值一般為20～100。β過小，管子的電流放大作用小，β過大，管子工作的穩(wěn)定性差，一般選用β在40～80之間的管子較為合適。2、極間反向飽和電流ICBO和ICEO（1）集電結(jié)反向飽和電流ICBO：是指發(fā)射極開路，集電結(jié)加反向電壓時測得的集電極電流。常溫下，硅管的ICBO在nA的量級，通常可忽略。（2）集電極-發(fā)射極反向電流ICEO：是指基極開路時，集電極與發(fā)射極之間的反向電流，即穿透電流，穿透電流的大小受溫度的影響較大，穿透電流小的管子熱穩(wěn)定性好。

四、主要參數(shù)1、共射電流放大系數(shù)和β：

四、主要參數(shù)3、極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICM：晶體管的集電極電流IC在相當(dāng)大的范圍內(nèi)β值基本保持不變，但當(dāng)IC的數(shù)值大到一定程度時，電流放大系數(shù)β值將下降。使β明顯減少的IC即為ICM。為了使三極管在放大電路中能正常工作，IC不應(yīng)超過ICM。（2）集電極最大允許功耗PCM：晶體管工作時、集電極電流在集電結(jié)上將產(chǎn)生熱量，產(chǎn)生熱量所消耗的功率就是集電極的功耗PCM，即PCM=IC*VCE，功耗與三極管的結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫又與環(huán)境溫度、管子是否有散熱器等條件相關(guān)。手冊上給出的PCM值是在常溫下25℃時測得的。硅管集電結(jié)的上限溫度為150℃左右，鍺管為70℃左右，使用時應(yīng)注意不要超過此值，否則管子將損壞。（3）反向擊穿電壓VBR（VCEO）：

是指基極開路時，加在集電極與發(fā)射極之間的最大允許電壓。使用中如果管子兩端的電壓VCE＞VBR（VCEO），集電極電流IC將急劇增大，這種現(xiàn)象稱為擊穿。管子擊穿將造成三極管永久性的損壞。一般情況下，三極管電路的電源電壓EC應(yīng)小于1/2VBR（VCEO）。 四、主要參數(shù)3、極限參數(shù)

四、主要參數(shù)4、溫度對三極管參數(shù)的影響：幾乎所有的三極管參數(shù)都與溫度有關(guān)，因此不容忽視。溫度對下列的三個參數(shù)影響最大。（1）對β的影響：三極管的β隨溫度的升高將增大，溫度每上升l℃，β值約增大0.5～1％，其結(jié)果是在相同的IB情況下，集電極電流IC隨溫度上升而增大。（2）對反向飽和電流ICEO的影響：ICEO是由少數(shù)載流子漂移運動形成的，它與環(huán)境溫度關(guān)系很大，ICEO隨溫度上升會急劇增加。溫度上升10℃，ICEO將增加一倍。由于硅管的ICEO很小，所以，溫度對硅管ICEO的影響不大。（3）對發(fā)射結(jié)電壓VBE的影響：和二極管的正向特性一樣，溫度上升1℃，VBE將下降2～2.5mV。

綜上所述，隨著溫度的上升，β值將增大，IC也將增大，VCE將下降，這對三極管放大作用不利，使用中應(yīng)采取相應(yīng)的措施克服溫度的影響。 四、主要參數(shù)4、溫度對三極管參數(shù)的影響：

五、檢測三極管的腳位判斷，三極管的腳位有兩種封裝排列形式，如下圖：三極管是一種結(jié)型電阻器件，它的三個引腳都有明顯的電阻數(shù)據(jù)，測試時(以數(shù)字萬用表為例，紅筆+，黑筆-)，將測試檔位切換至二極管檔。先假設(shè)三極管的某極為"基極",將黑表筆接在假設(shè)基極上,再將紅表筆依次接到其余兩個電極上,若兩次測得的電阻都大(約幾K到幾十K),或者都小(幾百至幾K),對換表筆重復(fù)上述測量,若測得兩個阻值相反(都很小或都很大),則可確定假設(shè)的基極是正確的,否則另假設(shè)一極為"基極",重復(fù)上述測試,以確定基極。當(dāng)基極確定后,將黑表筆接基極,紅表筆接其它兩極若測得電阻值都很少,則該三極管為PNP,反之為NPN。判斷集電極C和發(fā)射極E,以NPN為例:把黑表筆接至假設(shè)的集電極C,紅表筆接到假設(shè)的發(fā)射極E,并用手捏住B和C極,讀出表頭所示C,E電阻值,然后將紅,黑表筆反接重測.若第一次電阻比第二次小,說明原假設(shè)成立。 五、檢測三極管的腳位判斷，三極管的腳位有兩種

第五節(jié)

場效應(yīng)管（

FieldEffectTransistor

）場效應(yīng)晶體管簡稱場效應(yīng)管(FET)。主要有兩種類型結(jié)型場效應(yīng)管(junctionFET-JFET)和金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(metal-oxidesemiconductorFET，簡稱MOS-FET)。是利用控制輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，并以此命名。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有輸入電阻高、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點。 第五節(jié)

場效應(yīng)管場效應(yīng)晶體管

從場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)來劃分:結(jié)型場效應(yīng)三極管和絕緣柵型場效應(yīng)三極管。1、結(jié)型場效應(yīng)三極管N溝道結(jié)型場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)如右圖，它是在N型半導(dǎo)體硅片的兩側(cè)各制造一個PN結(jié)，形成兩個PN結(jié)夾著一個N型溝道的結(jié)構(gòu)。兩個P區(qū)即為柵極，N型硅的一端是漏極，另一端是源極。工作原理（以N溝道為例）：當(dāng)UGS=0時，在漏、源之間加有一定電壓時，在漏源間將形成多子的漂移運動，產(chǎn)生漏極電流。當(dāng)UGS<0時，PN結(jié)反偏，形成耗盡層，漏源間的溝道將變窄，ID將減小，UGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄，ID繼續(xù)減小直至為0。當(dāng)漏極電流為零時所對應(yīng)的柵源電壓UGS稱為夾斷電壓UGS(off)。一、分類及工作原理 從場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)來劃分:一、分類及工作原

2、絕緣柵場效應(yīng)三極管絕緣柵場效應(yīng)三極管分為：耗盡型→N溝道、P溝道；增強型→N溝道、P溝道(1)N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管工作原理：

它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)UGS=0時，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。當(dāng)UGS>0時，將使ID進一步增加。UGS<0時，隨著UGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID=0。對應(yīng)ID=0的UGS稱為夾斷電壓，用符號UGS(off)表示。(2)N溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管工作原理：結(jié)構(gòu)與耗盡型類似。但當(dāng)UGS=0V時，在D、S之間加上電壓不會在D、S間形成電流。當(dāng)柵極加有電壓UGS時，形成溝道，將漏極和源極溝通。如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。在UGS=0V時ID=0，只有當(dāng)UGS>UGS(th)

（開啟電壓)，后才會出現(xiàn)漏極電流，這種MOS管稱為增強型MOS管。一、分類及工作原理 2、絕緣柵場效應(yīng)三極管一、分類及工作原理(3)P溝道MOS管P溝道MOS管的工作原理與N溝道MOS管完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。附：D(Drain)稱為漏極，相當(dāng)雙極型三極管的集電極C;G(Gate)稱為柵極，相當(dāng)于的基極;S(Source)稱為源極，相當(dāng)于發(fā)射極。符號見右表一、分類及工作原理(3)P溝道MOS管一、分類及工作原理

在下圖我們看到D極和S極之間存在著一個二極管，這個二極管叫寄生二極管（它是由生產(chǎn)工藝造成的，大功率MOS管漏極從硅片底部引出，就會有這個寄生二極管）。當(dāng)電路中產(chǎn)生很大的瞬間反向電流時，可以通過這個二極管導(dǎo)出來，不至于擊穿這個MOS管。(起到保護MOS管的作用)二、寄生二極管 在下圖我們看到D極和S極之間存在著一個二極管

1、直流參數(shù)（1）飽和漏極電流IDSS：當(dāng)柵、源極之間的電壓等于零（VGS=0），而漏、源極之間的電壓大于夾斷電壓時，對應(yīng)的漏極電流。（2）漏極短路時截止柵電流IGSS：當(dāng)漏、源極之間的電壓等于零（VDS=0），對應(yīng)的柵極電流。（3）夾斷電壓VGS(off)或VP：夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)UDS一定時，使ID減小到一個微小的電流時所需的VGS。即當(dāng)VGS=VGS(off)時，漏極電流應(yīng)為零。（4）開啟電壓VGS(th)(或VT)：是MOS增強型管的參數(shù)，當(dāng)VDS一定時，使ID到達(dá)某一個數(shù)值時所需的UGS。即柵源電壓小于開啟電壓的絕對值，場效應(yīng)管不能導(dǎo)通。（5）漏源通態(tài)電阻RDS(on)：是器件單位面積開態(tài)時漏源之間的總電阻，是決定器件最大額定電流和功率損耗的重要參數(shù)。

2、極限參數(shù)漏、源擊穿電壓當(dāng)漏極電流急劇上升時，產(chǎn)生雪崩擊穿時的VDS。柵極擊穿電壓結(jié)型場效應(yīng)管正常工作時，柵、源極之間的PN結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，若電流過高，則產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象。三、主要參數(shù) 1、直流參數(shù)三、主要參數(shù)

四、特點及主要作用1、特點：具有輸入電阻高（108Ω～109Ω）、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點,現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者.2、場效應(yīng)管的作用（1）場效應(yīng)管可應(yīng)用于放大。由于場效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高，因此耦合電容可以容量較小，不必使用電解電容器。（2）場效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。（3）場效應(yīng)管可以用作可變電阻。（4）場效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。（5）場效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。 四、特點及主要作用1、特點：

五、場效應(yīng)管的管腳檢測根據(jù)場效應(yīng)管的PN結(jié)正、反向電阻值不一樣的現(xiàn)象，可以判別出結(jié)型場效應(yīng)管的三個電極。具體方法：

將萬用表撥在R×1k檔上，任選兩個電極，分別測出其正、反向電阻值。當(dāng)某兩個電極的正、反向電阻值相等，且為幾千歐姆時，則該兩個電極分別是漏極D和源極S。因為對結(jié)型場效應(yīng)管而言，漏極和源極可互換，剩下的電極肯定是柵極G。也可以將萬用表的黑表筆（紅表筆也行）任意接觸一個電極，另一只表筆依次去接觸其余的兩個電極，測其電阻值。當(dāng)出現(xiàn)兩次測得的電阻值近似相等時，則黑表筆所接觸的電極為柵極，其余兩電極分別為漏極和源極。若兩次測出的電阻值均很大，說明是PN結(jié)的反向，即都是反向電阻，可以判定是N溝道場效應(yīng)管，且黑表筆接的是柵極；若兩次測出的電阻值均很小，說明是正向PN結(jié)，即是正向電阻，判定為P溝道場效應(yīng)管，黑表筆接的也是柵極。若不出現(xiàn)上述情況，可以調(diào)換黑、紅表筆按上述方法進行測試，直到判別出柵極為止。對于有4個管腳的結(jié)型場效應(yīng)管，另外一極是屏蔽極（使用中接地）。

制造工藝決定了場效應(yīng)管的源極和漏極是對稱的，可以互換使用，并不影響電路的正常工作，所以不必加以區(qū)分。源極與漏極間的電阻約為幾千歐。 五、場效應(yīng)管的管腳檢測根據(jù)場效應(yīng)管的PN結(jié)正

六、外型及封裝形式 六、外型及封裝形式

1.場效應(yīng)管的源極S、柵極G、漏極D分別對應(yīng)于三極管的發(fā)射極E、基極B、集電極C，它們的作用相似。2.場效應(yīng)管是電壓控制電流器件，由VGS控制ID，其放大系數(shù)gm一般較小，因此場效應(yīng)管的放大能力較差；三極管是電流控制電流器件，由IB（或IE）控制IC。3.場效應(yīng)管柵極幾乎不取電流；而三極管工作時基極總要吸取一定的電流。因此場效應(yīng)管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高。4.場效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電；三極管有多子和少子兩種載流子參與導(dǎo)電，而少子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，因而場效應(yīng)管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強。在環(huán)境條件（溫度等）變化很大的情況下應(yīng)選用場效應(yīng)管。七、場效應(yīng)管與三極管的各自應(yīng)用特點1.場效應(yīng)管的源極S、柵極G、漏極D分別對應(yīng)于

5.場效應(yīng)管在源極與襯底連在一起時，源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大；而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時，其特性差異很大，β值將減小很多。6.場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小，在低噪聲放大電路的輸入級及要求信噪比較高的電路中要選用場效應(yīng)管。7.場效應(yīng)管和三極管均可組成各種放大電路和開路電路，但由于前者制造工藝簡單，且具有耗電少，熱穩(wěn)定性好，工作電源電壓范圍寬等優(yōu)點，因而被廣泛用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中。8.三極管導(dǎo)通電阻大，場效應(yīng)管導(dǎo)通電阻小，只有幾百毫歐姆，在現(xiàn)在的用電器件上，一般都用場效應(yīng)管做開關(guān)來用，他的效率是比較高的。七、場效應(yīng)管與三極管的各自應(yīng)用特點5.場效應(yīng)管在源極與襯底連在一起時，源極和漏極

第六節(jié)

晶體、晶振石英晶片，鍍上電極，裝在一個支架上，加上外殼，就成了石英晶體諧振器（兩個管腳）。石英晶體諧振器再加上振蕩、放大或者整形等電路，封裝到金屬殼內(nèi)，就成了石英晶體振蕩器，一般有四個端子（電源端、地、輸出、還有一個壓控或者懸空端子）。石英晶體諧振器簡稱晶體，石英晶體振蕩器簡稱晶振。石英晶體必須接入振蕩線路才有信號輸出，而晶體振蕩器本身帶有振蕩電路，所以有電源供電就能有信號輸出。 第六節(jié)

晶體、晶振石英晶片，

一、晶體無源晶體需要用DSP（數(shù)字信號處理）片內(nèi)的振蕩器，沒有電壓的問題，信號電平是可變的，也就是說是根據(jù)起振電路來決定的，同樣的晶體可以適用于多種電壓，可用于多種不同時鐘信號電壓要求的DSP，而且價格通常也較低，因此對于一般的應(yīng)用如果條件許可建議用晶體。無源晶體相對于晶振而言其缺陷是信號質(zhì)量較差，通常需要精確匹配外圍電路（用于信號匹配的電容、電感、電阻等），更換不同頻率的晶體時周邊配置電路需要做相應(yīng)的調(diào)整。建議采用精度較高的石英晶體。一、晶體無源晶體需要用DSP（數(shù)字信號處理）片有源晶振不需要DSP的內(nèi)部振蕩器，信號質(zhì)量好，比較穩(wěn)定，而且連接方式相對簡單（主要是做好電源濾波，通常使用一個電容和電感構(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡(luò)，輸出端用一個小阻值的電阻過濾信號即可），不需要復(fù)雜的配置電路。有源晶振通常的用法：一腳懸空，二腳接地，三腳接輸出，四腳接電壓。相對于無源晶體，有源晶振的缺陷是其信號電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差，而且價格高。對于時序要求敏感的應(yīng)用，還是有源的晶振好，因為可以選用比較精密的晶振，甚至是高檔的溫度補償晶振。有些DSP內(nèi)部沒有起振電路，只能使用有源的晶振。有源晶振相比于無源晶體通常體積較大，但現(xiàn)在許多有源晶振是表貼的，體積和晶體相當(dāng)，有的甚至比許多晶體還要小。二、晶振有源晶振不需要DSP的內(nèi)部振蕩器，信號質(zhì)量好，謝謝大家！謝謝大家！

第三節(jié)

二極管（diode）

二極管又稱晶體二極管，是最常用的電子元件之一。有電子二極管和晶體二極管之分，電子二極管現(xiàn)已很少見到，比較常見和常用的是晶體二極。二極管幾乎用在所有的電子電路中，它在許多的電路中起著重要的作用，是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用非常廣泛，主要用在整流電路，檢波電路，穩(wěn)壓電路，各種調(diào)制電路中。

在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個PN結(jié)。其最大的特性就是單向?qū)щ?，這種電子器件按照外加電壓的方向，電流只可以從二極管的一個方向流過。

第三節(jié)

二極管（diode）二極管又稱晶

1、正向性

外加正向電壓時，在正向特性的起始部分，正向電壓很小，不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場的阻擋作用，正向電流幾乎為零，這一段稱為死區(qū)。這個不能使二極管導(dǎo)通的正向電壓稱為死區(qū)電壓。當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓以后，PN結(jié)內(nèi)電場被克服，二極管導(dǎo)通，電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內(nèi)，導(dǎo)通時二極管的端電壓幾乎維持不變，這個電壓稱為二極管的正向電壓。2、反向性

外加反向電壓不超過一定范圍時，通過二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運動所形成反向電流，由于反向電流很小，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。這個反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。一、特性 1、正向性一、特性

二極管的特性曲線

硅二極管典型伏安特性曲線如下圖。在二極管加有正向電壓，當(dāng)電壓值較小時，電流極小；當(dāng)電壓超過約0.6V時，電流開始按指數(shù)規(guī)律增大，通常稱此為二極管的開啟電壓；當(dāng)電壓達(dá)到約0.7V時，二極管處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，通常稱此電壓為二極管的導(dǎo)通電壓，用符號UD表示。對于鍺二極管，開啟電壓約為0.2V，導(dǎo)通電壓UD約為0.3V。

在二極管加有反向電壓，當(dāng)電壓值較小時，電流極小，其電流值為反向飽和電流IS。當(dāng)反向電壓超過某個值時，電流開始急劇增大，稱之為反向擊穿，稱此電壓為二極管的反向擊穿電壓，用符號UBR表示。不同型號的二極管的擊穿電壓UBR值差別很大，從幾十伏到幾千伏。一、特性 二極管的特性曲線一、特性

3、擊穿

外加反向電壓超過某一數(shù)值時，反向電流會突然增大，這種現(xiàn)象稱為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時二極管失去單向?qū)щ娦?。如果二極管沒有因電擊穿而引起過熱，則單向?qū)щ娦圆灰欢〞挥谰闷茐?，在撤除外加電壓后，其性能仍可恢?fù)，否則二極管就損壞了。因而使用時應(yīng)避免二極管外加的反向電壓過高。

反向擊穿按機理分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種情況。（1）齊納擊穿：在高摻雜濃度的情況下，因勢壘區(qū)寬度很小，反向電壓較大時，破壞了勢壘區(qū)內(nèi)共價鍵結(jié)構(gòu)，使價電子脫離共價鍵束縛，產(chǎn)生電子-空穴對，致使電流急劇增大，這種擊穿稱為齊納擊穿。如果摻雜濃度較低，勢壘區(qū)寬度較寬，不容易產(chǎn)生齊納擊穿。（2）雪崩擊穿：當(dāng)反向電壓增加到較大數(shù)值時，外加電場使電子漂移速度加快，從而與共價鍵中的價電子相碰撞，把價電子撞出共價鍵，產(chǎn)生新的電子-空穴對。新產(chǎn)生的電子-空穴被電場加速后又撞出其它價電子，載流子雪崩式地增加，致使電流急劇增加，這種擊穿稱為雪崩擊穿。

無論哪種擊穿，若對其電流不加限制，都可能造成PN結(jié)永久性損壞。一、特性 3、擊穿一、特性1．根據(jù)PN結(jié)構(gòu)造面的特點：點接觸型二極管、面接觸型二極管、鍵型二極管、合金型二極管、擴散型二極管、臺面型二極管、平面型二極管、合金擴散型二極管、外延型二極、肖特基二極管等。（1）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(jié)的靜電容量小，適用于高頻電路。但是，與面結(jié)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。因為構(gòu)造簡單，所以價格便宜。（2）面接觸型二極管：面接觸型或稱面積型二極管的PN結(jié)是用合金法或擴散法做成的，由于這種二極管的PN結(jié)面積大，可承受較大電流，但極間電容也大。這類器件適用于整流，而不宜用于高頻率電路中。二、分類1．根據(jù)PN結(jié)構(gòu)造面的特點：點接觸型二極管、面接觸型二極管、

2．根據(jù)用途分類：檢波二極管、整流二極管、限幅二極管、調(diào)制二極管、混頻二極管、放大二極管、開關(guān)二極管、變?nèi)荻O管、頻率倍增用二極管、穩(wěn)壓二極管、PIN型二極管、雪崩二極管(AvalancheDiode)、江崎二極管、快速關(guān)斷（階躍恢復(fù)）二極管、肖特基二極管、阻尼二極管、瞬變電壓抑制二極管、雙基極二極管（單結(jié)晶體管）、發(fā)光二極管、硅功率開關(guān)二極管、旋轉(zhuǎn)二極管等。下面介紹目前接觸到的二極管：（1）肖特基二極管肖特基二極管也稱肖特基勢壘二極管（簡稱SBD），是以其發(fā)明人肖特基博士（Schottky）命名的?；驹硎牵涸诮饘伲ɡ玢U）和半導(dǎo)體（N型硅片）的接觸面上，用已形成的肖特基來阻擋反向電壓。肖特基與PN結(jié)的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特長是：開關(guān)速度非?？?，反向恢復(fù)時間trr特別地短。因此，能制作開關(guān)二極和低壓大電流整流二極管。二、分類 2．根據(jù)用途分類：檢波二極管、整流二極管、限幅二極管、調(diào)制

（2）整流二極管

是一種用于將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷陌雽?dǎo)體器件，可用半導(dǎo)體鍺或硅等材料制造。硅整流二極管的擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極管都用高純單晶硅制造。這種器件的結(jié)面積較大，能通過較大電流（可達(dá)上千安），但工作頻率不高，一般在幾十千赫以下。整流二極管主要用于各種低頻半波整流電路，如需達(dá)到全波整流需連成整流橋使用。

選用整流二極管時，主要應(yīng)考慮其最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率及反向恢復(fù)時間等參數(shù)。（如1N400X整流二極管一般為平面型硅二極管，用于各種電源整流電路中，這類二極管屬于低頻整流管，不可應(yīng)用于高頻整流電路！否則會損壞器件）。二、分類 （2）整流二極管二、分類

（3）限幅二極管

大多數(shù)二極管能作為限幅使用，也有專用限幅二極管。

所謂限幅，就是將信號的幅值限制在所需要的范圍之內(nèi)。由于通常所需要限幅的電路多為高頻脈沖電路、高頻載波電路、中高頻信號放大電路、高頻調(diào)制電路等，故要求限幅二極管具有較陡直的U-I特性，使之具有良好的開關(guān)性能。從這一點出發(fā)，限幅二極管一般均由結(jié)型開關(guān)二極管2CK*擔(dān)當(dāng)。穩(wěn)壓二極管作為限幅二極管將會成為唯一正確的選擇。限幅二極管的特點：1、多用于中、高頻與音頻電路；2、導(dǎo)通速度快，恢復(fù)時間短；3、正偏置下二極管壓降穩(wěn)定；4、可串、并聯(lián)實現(xiàn)各向、各值限幅；5、可在限幅的同時實現(xiàn)溫度補償二、分類 （3）限幅二極管二、分類

（4）穩(wěn)壓二極管：

是利用PN結(jié)的擊穿特性。如下圖，如果二極管工作在反向擊穿區(qū)，則當(dāng)反向電流在較大范圍內(nèi)變化?I時，二極管兩端的電壓變化?U很小，這說明它具有很好的穩(wěn)壓性能。

穩(wěn)壓管的型號有2CW、2DW等系列（C：N硅材料，D：P硅材料）。二、分類 （4）穩(wěn)壓二極管：二、分類

（5）發(fā)光二極管：用磷化鎵、磷砷化鎵材料制成，體積小，正向驅(qū)動發(fā)光。工作電壓低，工作電流小，發(fā)光均勻、壽命長、可發(fā)紅、黃、綠單色光。普通的直插發(fā)光二極管的正向飽和壓降為1.6V～2.1V，正向工作電流為5～20mA。超亮發(fā)光二極管的壓降都不相同（紅色2.0V～2.2V、黃色1.8V～2.0V、綠色3.0V～3.2V）。白色發(fā)光二極管的發(fā)光原理與其它發(fā)光二極管的發(fā)光原理稍有一點不同，管壓降為3.5V左右，正向工作電流>15mA左右時才能使其正常發(fā)光。貼片LED壓降和工作電流略有不同。（6）光敏二極管：可以利用光照強弱來改變電路中的電流。光敏二極管殼上有一個能射入光線的“窗口”，當(dāng)光線透過“窗口”照射到光敏二極管管芯上時，PN結(jié)反向漏電流增大，此時的漏電流稱為光電流；而無光照時，PN結(jié)反向漏電流很小，此時的漏電流稱為暗電流。我們就是利用光敏二極管的這一特點，演變出許多經(jīng)典光敏二極管控制電路。二、分類 （5）發(fā)光二極管：用磷化鎵、磷砷化鎵材料制成，體積小，正向

1．最大平均整流電流IF：指二極管長期工作時允許通過的最大正向平均電流。該電流由PN結(jié)的結(jié)面積和散熱條件決定。使用時注意通過二極管的平均電流不能大于此值，并要滿足散熱條件。如1N400X系列二極管的IF為1A。2．最高反向工作電壓VR：指二極管兩端允許施加的最大反向電壓。若大于此值，則反向電流（IR）劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，引起反向擊穿。通常取反向擊穿電壓（VB）的一半作為VR。例如1N4001的VR為50V，1N4007的VR為1000V。3．最大反向電流IR：是二極管在最高反向工作電壓下允許流過的反向電流。此參數(shù)反映了二極管單向?qū)щ娦阅艿暮脡?，故這個電流值越小，表明二極管質(zhì)量越好。反向電流與溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高10℃，反向電流增大一倍。4．最高工作頻率fm：它是二極管在正常情況下的最高工作頻率。主要由PN結(jié)的結(jié)電容及擴散電容決定，若工作頻率超過fm，則二極管的單向?qū)щ娦阅軐⒉荒芎芎玫捏w現(xiàn)。如1N400X系列二極管的fm為3KHz。三、主要參數(shù) 1．最大平均整流電流IF：指二極管長期工作時允許通過的最大

四、符號 四、符號

五、檢測 五、檢測

第四節(jié)

三極管（triode）三極管，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件，具有電流放大作用，是把微弱信號放大成幅值較大的電信號，也用作無觸點開關(guān)。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié)，兩個PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。 第四節(jié)

三極管（triode）三極管，

二、工作狀態(tài)三極管的工作狀態(tài)：三極管的工作狀態(tài)有三個，截止區(qū)，放大區(qū)，飽和區(qū)。三極管工作在什么狀態(tài)是由基極電流(Ib)來決定的，和其它因素完全沒有關(guān)系。能夠影響基極電流的幾個因素中最重要的就是靜態(tài)工作點。如果靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū),

那么就很有可能部分的交流信號進入飽和區(qū),沒有進行放大,

造成飽和失真。

如果靜態(tài)工作點靠近截止區(qū),

那么也很有可能有部分的交流信號進入截止區(qū),

造成截止失真。影響靜態(tài)工作點的因素有很多,

最突出的兩個就是偏置電阻和溫度。溫度的升高會造成半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電性能增強，對于三極管來講，就是放大倍數(shù)的增加。 二、工作狀態(tài)三極管的工作狀態(tài)：

二、工作狀態(tài)偏置電阻RB

：只要IB

存在且為正值時，三極管發(fā)射結(jié)電壓VBE便一定存在并且基本恒定(約0.5～1.2V，一般的管子取0.7V

左右)，也就是發(fā)射結(jié)正偏。既然VBE

是固定的，那么，如果基極驅(qū)動信號為電壓信號時，就必須在基極串聯(lián)一個限流電阻。此時，基極電流為IB=(Ui-VBE)/RB。一般情況省略RB

是不允許的，因為這樣的話IB

將會變得很大，造成前級電路或者三極管的損壞。RB

如何選取。前面說到過IC=βIB，為了使晶體管進入飽和，我們必須增加IB，從而使IC

增大，RC

上的壓降隨之增大，直到RC

上幾乎承受了所有的電源電壓。此時，UCE

變得很小，約0.2～0.3V(對于大功率晶體管，這個值可能達(dá)到2～3V)，也就是飽和壓降UCE(sat)。如果達(dá)到飽和時，我們忽略UCE(sat)，那么就有ICRL=βIBRL=Vcc。也就是只要保證IB≥IC/β或IB≥Vcc/(βRL)時，晶體管就能進入飽和狀態(tài)。例如：Vcc=5V，β=200，RL=100Ω。那么要求IB≥5/(200×100)A=0.25mA。如果Ui=5V，那么取RB≤(Ui-UBE)/IB≈(5-0.7)/0.25kΩ=17.2kΩ就能滿足要求了。 二、工作狀態(tài)偏置電阻RB：

二、工作狀態(tài)1、截止區(qū)：當(dāng)發(fā)射結(jié)反向偏置時,發(fā)射區(qū)不再向基區(qū)注入電子,則三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。所以,在截止區(qū),三極管的兩個結(jié)均處于反向偏置狀態(tài)。對NPN三極管,VBE＜0,VBC＜0。2、放大區(qū)：當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并處于某一恰當(dāng)?shù)闹禃r，三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，這時基極電流對集電極電流起著控制作用，使三極管具有電流放大作用，其電流放大倍數(shù)β＝ΔIc/Δib，此時發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置。對于NPN三極管,工作在放大區(qū)時VBE≥0.7V,而VBC＜0。3、飽和區(qū)：加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并當(dāng)基極電流增大到一定程度時，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不怎么變化，這時三極管失去電流放大作用，集電極與發(fā)射極之間的電壓很小，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，稱之為飽和導(dǎo)通狀態(tài)。三極管工作在飽和區(qū)時,發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置狀態(tài)。對NPN三極管,VBE＞0,VBC＞0。 二、工作狀態(tài)1、截止區(qū)：當(dāng)發(fā)射結(jié)反向偏置時,發(fā)射區(qū)不再向

二、工作狀態(tài) 二、工作狀態(tài)

二、工作狀態(tài)三極管的放大狀態(tài)：三極管是一個以B極(基極)電流Ib

來驅(qū)動流過CE

的電流Ic

的器件，它的工作原理很像一個可控制的閥門。右圖1：左邊細(xì)管子里藍(lán)色的小水流沖動杠桿使大水管的閥門開大，就可允許較大紅色的水流通過這個閥門。當(dāng)藍(lán)色水流越大，也就使大管中紅色的水流更大。如果放大倍數(shù)是100，那么當(dāng)藍(lán)色小水流為1

千克/小時，那么就允許大管子流過100千克/小時的水。三極管的原理也跟這個一樣，放大倍數(shù)為100

時，當(dāng)Ib(基極電流)為1mA

時，就允許100mA

的電流通過Ice。右圖2：我們還是用水管內(nèi)流水來比喻電流，當(dāng)這個控制電流（Ib）為10mA

時，使主水管上的閥開大到能流過1A

的電流，但并不是就能有1A

的電流流過，因為上面還有個電阻R，它就相當(dāng)于是個固定開度的閥門，它串在這個主水管的上面，當(dāng)下面那個可控制的閥開度到大于上面那個固定電阻的開度時，水流就不會再增大而是等于通過上面那個固定閥開度的水流了，因此，下面的三極管再開大開度也沒有用了。因此我們可以計算出那個固定電阻的最大電流10V/50Ω=0.2A也就是200mA。就是說在電路中三極管基極電流增大，集電極的電流也增大，當(dāng)基極電流Ib

增大到2mA

時，集電極電流就增大到了200mA。當(dāng)基極電流再增大時，集電極電流已不會再增大，就在200mA

不動了。此時上面那個電阻也就是起限流作用了。 二、工作狀態(tài)三極管的放大狀態(tài)：

三、分類三極管的分類a.按功能分:開關(guān)管、功率管、達(dá)林頓管、光敏管等b.按功率分:小功率管、中功率管、大功率管c.按材質(zhì)分:硅管、鍺管貼片三極管d.按結(jié)構(gòu)分:NPN、PNPe.按工作頻率分:低頻管、高頻管、超頻管f.按結(jié)構(gòu)工藝分:合金管、平面管g.按安裝方式:插件三極管、貼片三極管 三、分類三極管的分類

四、主要參數(shù)1、共射電流放大系數(shù)和β：在共射極放大電路中，若交流輸入信號為零，則管子各極間的電壓和電流都是直流量，此時的集電極電流IC和基極電流IB的比稱為共射直流電流放大系數(shù)。當(dāng)共射極放大電路有交流信號輸入時，因交流信號的作用，必然會引起IB的變化，相應(yīng)的也會引起IC的變化，兩電流變化量的比稱為共射交流電流放大系數(shù)β，上述兩個電流放大系數(shù)和β的含義雖然不同，但工作在輸出特性曲線放大區(qū)平坦部分的三極管，兩者的差異極小，可做近似相等處理，故在今后應(yīng)用時，通常不加區(qū)分，直接互相替代使用。常用的小功率三極管，β值一般為20～100。β過小，管子的電流放大作用小，β過大，管子工作的穩(wěn)定性差，一般選用β在40～80之間的管子較為合適。2、極間反向飽和電流ICBO和ICEO（1）集電結(jié)反向飽和電流ICBO：是指發(fā)射極開路，集電結(jié)加反向電壓時測得的集電極電流。常溫下，硅管的ICBO在nA的量級，通?？珊雎?。（2）集電極-發(fā)射極反向電流ICEO：是指基極開路時，集電極與發(fā)射極之間的反向電流，即穿透電流，穿透電流的大小受溫度的影響較大，穿透電流小的管子熱穩(wěn)定性好。

四、主要參數(shù)1、共射電流放大系數(shù)和β：

四、主要參數(shù)3、極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICM：晶體管的集電極電流IC在相當(dāng)大的范圍內(nèi)β值基本保持不變，但當(dāng)IC的數(shù)值大到一定程度時，電流放大系數(shù)β值將下降。使β明顯減少的IC即為ICM。為了使三極管在放大電路中能正常工作，IC不應(yīng)超過ICM。（2）集電極最大允許功耗PCM：晶體管工作時、集電極電流在集電結(jié)上將產(chǎn)生熱量，產(chǎn)生熱量所消耗的功率就是集電極的功耗PCM，即PCM=IC*VCE，功耗與三極管的結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫又與環(huán)境溫度、管子是否有散熱器等條件相關(guān)。手冊上給出的PCM值是在常溫下25℃時測得的。硅管集電結(jié)的上限溫度為150℃左右，鍺管為70℃左右，使用時應(yīng)注意不要超過此值，否則管子將損壞。（3）反向擊穿電壓VBR（VCEO）：

是指基極開路時，加在集電極與發(fā)射極之間的最大允許電壓。使用中如果管子兩端的電壓VCE＞VBR（VCEO），集電極電流IC將急劇增大，這種現(xiàn)象稱為擊穿。管子擊穿將造成三極管永久性的損壞。一般情況下，三極管電路的電源電壓EC應(yīng)小于1/2VBR（VCEO）。 四、主要參數(shù)3、極限參數(shù)

四、主要參數(shù)4、溫度對三極管參數(shù)的影響：幾乎所有的三極管參數(shù)都與溫度有關(guān)，因此不容忽視。溫度對下列的三個參數(shù)影響最大。（1）對β的影響：三極管的β隨溫度的升高將增大，溫度每上升l℃，β值約增大0.5～1％，其結(jié)果是在相同的IB情況下，集電極電流IC隨溫度上升而增大。（2）對反向飽和電流ICEO的影響：ICEO是由少數(shù)載流子漂移運動形成的，它與環(huán)境溫度關(guān)系很大，ICEO隨溫度上升會急劇增加。溫度上升10℃，ICEO將增加一倍。由于硅管的ICEO很小，所以，溫度對硅管ICEO的影響不大。（3）對發(fā)射結(jié)電壓VBE的影響：和二極管的正向特性一樣，溫度上升1℃，VBE將下降2～2.5mV。

綜上所述，隨著溫度的上升，β值將增大，IC也將增大，VCE將下降，這對三極管放大作用不利，使用中應(yīng)采取相應(yīng)的措施克服溫度的影響。 四、主要參數(shù)4、溫度對三極管參數(shù)的影響：

五、檢測三極管的腳位判斷，三極管的腳位有兩種封裝排列形式，如下圖：三極管是一種結(jié)型電阻器件，它的三個引腳都有明顯的電阻數(shù)據(jù)，測試時(以數(shù)字萬用表為例，紅筆+，黑筆-)，將測試檔位切換至二極管檔。先假設(shè)三極管的某極為"基極",將黑表筆接在假設(shè)基極上,再將紅表筆依次接到其余兩個電極上,若兩次測得的電阻都大(約幾K到幾十K),或者都小(幾百至幾K),對換表筆重復(fù)上述測量,若測得兩個阻值相反(都很小或都很大),則可確定假設(shè)的基極是正確的,否則另假設(shè)一極為"基極",重復(fù)上述測試,以確定基極。當(dāng)基極確定后,將黑表筆接基極,紅表筆接其它兩極若測得電阻值都很少,則該三極管為PNP,反之為NPN。判斷集電極C和發(fā)射極E,以NPN為例:把黑表筆接至假設(shè)的集電極C,紅表筆接到假設(shè)的發(fā)射極E,并用手捏住B和C極,讀出表頭所示C,E電阻值,然后將紅,黑表筆反接重測.若第一次電阻比第二次小,說明原假設(shè)成立。 五、檢測三極管的腳位判斷，三極管的腳位有兩種

第五節(jié)

場效應(yīng)管（

FieldEffectTransistor

）場效應(yīng)晶體管簡稱場效應(yīng)管(FET)。主要有兩種類型結(jié)型場效應(yīng)管(junctionFET-JFET)和金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(metal-oxidesemiconductorFET，簡稱MOS-FET)。是利用控制輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，并以此命名。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有輸入電阻高、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點。 第五節(jié)

場效應(yīng)管場效應(yīng)晶體管

從場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)來劃分:結(jié)型場效應(yīng)三極管和絕緣柵型場效應(yīng)三極管。1、結(jié)型場效應(yīng)三極管N溝道結(jié)型場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)如右圖，它是在N型半導(dǎo)體硅片的兩側(cè)各制造一個PN結(jié)，形成兩個PN結(jié)夾著一個N型溝道的結(jié)構(gòu)。兩個P區(qū)即為柵極，N型硅的一端是漏極，另一端是源極。工作原理（以N溝道為例）：當(dāng)UGS=0時，在漏、源之間加有一定電壓時，在漏源間將形成多子的漂移運動，產(chǎn)生漏極電流。當(dāng)UGS<0時，PN結(jié)反偏，形成耗盡層，漏源間的溝道將變窄，ID將減小，UGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄，ID繼續(xù)減小直至為0。當(dāng)漏極電流為零時所對應(yīng)的柵源電壓UGS稱為夾斷電壓UGS(off)。一、分類及工作原理 從場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)來劃分:一、分類及工作原

2、絕緣柵場效應(yīng)三極管絕緣柵場效應(yīng)三極管分為：耗盡型→N溝道、P溝道；增強型→N溝道、P溝道(1)N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管工作原理：

它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)UGS=0時，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。當(dāng)UGS>0時，將使ID進一步增加。UGS<0時，隨著UGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID=0。對應(yīng)ID=0的UGS稱為夾斷電壓，用符號UGS(off)表示。(2)N溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管工作原理：結(jié)構(gòu)與耗盡型類似。但當(dāng)UGS=0V時，在D、S之間加上電壓不會在D、S間形成電流。當(dāng)柵極加有電壓UGS時，形成溝道，將漏極和源極溝通。如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。在UGS=0V時ID=0，只有當(dāng)UGS>UGS(th)

（開啟電壓)，后才會出現(xiàn)漏極電流，這種MOS管稱為增強型MOS管。一、分類及工作原理 2、絕緣柵場效應(yīng)三極管一、分類及工作原理(3)P溝道MOS管P溝道MOS管的工作原理與N溝道MOS管完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。附：D(Drain)稱為漏極，相當(dāng)雙極型三極管的集電極C;G(Gate)稱為柵極，相當(dāng)于的基極;S(Source)稱為源極，相當(dāng)于發(fā)射極。符號見右表一、分類及工作原理(3)P溝道MOS管一、分類及工作原理

在下圖我們看到D極和S極之間存在著一個二極管，這個二極管叫寄生二極管（它是由生產(chǎn)工藝造成的，大功率MOS管漏極從硅片底部引出，就會有這個寄生二極管）。當(dāng)電路中產(chǎn)生很大的瞬間反向電流時，可以通過這個二極管導(dǎo)出來，不至于擊穿這個MOS管。(起到保護MOS管的作用)二、寄生二極管 在下圖我們看到D極和S極之間存在著一個二極管

1、直流參數(shù)（1）飽和漏極電流IDSS：當(dāng)柵、源極之間的電壓等于零（VGS=0），而漏、源極之間的電壓大于夾斷電壓時，對應(yīng)的漏極電流。（2）漏極短路時截止柵電流IGSS：當(dāng)漏、源極之間的電壓等于零（VDS=0），對應(yīng)的柵極電流。（3）夾斷電壓VGS(off)或VP：夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)UDS一定時，使ID減小到一個微小的電流時所需的VGS。即當(dāng)VGS=VGS(off)時，漏極電流應(yīng)為零。（4）開啟電壓VGS(th)(或VT)：是MOS增強型管的參數(shù)，當(dāng)VDS一定時，使ID到達(dá)某一個數(shù)