二極管三極管光耦.

1、二極管、三極管、光耦本文主要介紹、二極管三極管和光耦的一些基本特性，及一些使用情況介紹。1 二極管1.1 二極管的工作原理晶體二極管為一個(gè)由p 型半導(dǎo)體和n 型半導(dǎo)體形成的p-n 結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)， 外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n 結(jié)空間

2、電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程， 產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)， 產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。二極管的符號(hào)如圖：1.2 二極管的主要參數(shù)正向電流 IF ：在額定功率下，允許通過二極管的電流值。正向電壓降VF ：二極管通過額定正向電流時(shí)，在兩極間所產(chǎn)生的電壓降。最大整流電流（平均值） IOM ：在半波整流連續(xù)工作的情況下，允許的最大半波電流的平均值。反向擊穿電壓VB ：二極管反向電流急劇增大到出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象時(shí)的反向電壓值。正向反向峰值電壓VRM ：二極管正常工作時(shí)所允許的反向電壓峰值，通常VRM 為 VB的三分之二或略小一些。反向電流 IR ：在規(guī)定的反向電壓條件下

3、流過二極管的反向電流值。結(jié)電容 C ：電容包括電容和擴(kuò)散電容， 在高頻場(chǎng)合下使用時(shí)， 要求結(jié)電容小于某一規(guī)定數(shù)值。最高工作頻率FM ：二極管具有單向?qū)щ娦缘淖罡呓涣餍盘?hào)的頻率。1.3 二極管的特性二極管最主要的特性是單向?qū)щ娦?。其他如下：正向特性?dāng)正向電壓低于某一數(shù)值時(shí)， 正向電流很小， 只有當(dāng)正向電壓高于某一值時(shí)， 二極管才有明顯的正向電流， 這個(gè)電壓被稱為導(dǎo)通電壓， 我們又稱它為門限電壓或死區(qū)電壓， 一般用1Uon 表示，在室溫下，硅管的Uon 約為 0.6-0.8V ，鍺管的Uon 約為 0.1-0.3V ，我們一般認(rèn)為當(dāng)正向電壓大于Uon 時(shí)，二極管才導(dǎo)通。否則截止。反向特性二極管的反

4、向電壓一定時(shí)，反向電流很小，而且變化不大（反向飽和電流） ，但反向電壓大于某一數(shù)值時(shí)，反向電流急劇變大，產(chǎn)生擊穿。不同型號(hào)的二極管的擊穿電壓差別很大，從幾十伏到幾千伏。溫度特性環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向特性曲線將左移，反向特性曲線下移，如下圖所示。二極管對(duì)溫度很敏感，在室溫附近，溫度每升高1 度，正向壓將減小2-2.5mV ，溫度每升高10 度，反向電流約增加一倍。擊穿特性當(dāng)反向電壓增加到某一數(shù)值時(shí)， 反向電流急劇增大， 這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。 這時(shí)的反向電壓稱為反向擊穿電壓， 不同結(jié)構(gòu)、工藝和材料制成的管子， 其反向擊穿電壓值差異很大，可由 1 伏到幾百伏，甚至高達(dá)數(shù)千伏。頻率特性由于結(jié)電

5、容的存在，當(dāng)頻率高到某一程度時(shí)，容抗小到使PN 結(jié)短路。導(dǎo)致二極管失去單向?qū)щ娦裕荒芄ぷ?，PN 結(jié)面積越大，結(jié)電容也越大，越不能在高頻情況下工作。1.4 常用二極管1.4.1整流管利用二極管單向?qū)щ娦?，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動(dòng)直流電。整流管因?yàn)槠湔蚬ぷ麟娏鬏^大，工藝上多采用面結(jié)型結(jié)構(gòu)，結(jié)電容大， 因此整流二極管工作頻率一般小于 3KHZ 。（ a）塑料封裝（ b）全密封金屬結(jié)構(gòu)1.4.2 檢波二極管：它式一種利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒏哳l或中頻無線電信號(hào)中的低頻信號(hào)或音頻信號(hào)取出來的元件，檢波是指從調(diào)幅波的包絡(luò)提取調(diào)制信號(hào)的過程。一般檢波二極管采用鍺材料點(diǎn)接觸型結(jié)構(gòu)，要

6、求正向壓降小，檢波效率高，結(jié)電容小，頻率特性好，其外形一般采用玻璃封裝EA 結(jié)構(gòu)。1.4.3開關(guān)二極管：二極管從截止到導(dǎo)通稱為開通時(shí)間，從開通到截止稱為反向恢復(fù)時(shí)間，兩者之和稱為開關(guān)時(shí)間。 在脈沖數(shù)字電路中，用于接通和關(guān)斷電路的二極管叫開關(guān)二極管，它的特點(diǎn)是反向恢復(fù)時(shí)間短，能滿足高頻和超高頻應(yīng)用的需要。開關(guān)二極管有接觸型，平面型和擴(kuò)散臺(tái)面型幾種，一般IF 500 毫安的硅開關(guān)二極管，多采用全密封環(huán)氧樹脂，陶瓷片狀封裝。21.4.4阻尼二極管：主要應(yīng)用于電視機(jī)行掃描中做阻尼和升壓整流用，要求其承受較高的反向工作電壓和峰值電流， 且要求正向壓降越小越好， 因此他是一種特殊的高頻高壓整流二極管， 也

7、可看作是高反壓開關(guān)二極管的一種。1.4.5穩(wěn)壓二極管：穩(wěn)壓二極管的正向曲線與普通二極管相仿，但反向曲線比普通二極管低的多。其擊穿點(diǎn)處，曲線彎折特別尖銳，反向電流劇增，但電壓幾乎保持不便，只要在外電路中設(shè)置限流措施， 使穩(wěn)壓管始終保持在允許功耗內(nèi)， 就不會(huì)損壞管子，穩(wěn)壓管的反向擊穿是可逆的，而普通二極管的擊穿是不可逆的。穩(wěn)壓二極管多采用硅材料制成。由于穩(wěn)壓二極管的擊穿機(jī)理上的區(qū)別，一般認(rèn)為穩(wěn)壓管在5V 以下屬于齊納擊穿，7V 以上屬于雪崩擊穿，5-6V 兩者兼而有之。小于5 伏時(shí)，具有負(fù)溫度系數(shù)，大于7 伏時(shí)，具有正溫度系數(shù)，在5-6 伏時(shí)，溫度系數(shù)則接近0 。由于穩(wěn)壓管的反向電流小于IZmin

8、 時(shí)不穩(wěn)壓，大于IZmax 時(shí)會(huì)超過額定功耗而損壞，所以在穩(wěn)壓管電路中必須串聯(lián)一個(gè)電阻來限制電流，從而保證穩(wěn)壓管正常工作，故稱這個(gè)電阻為限流電阻。下圖是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路：（救）（新）穩(wěn)壓電路圖形符號(hào)硅穩(wěn)壓管伏安特性曲線1.4.6瞬變電壓抑制二極管：瞬變電壓抑制二極管簡(jiǎn)稱為TVP管（ transient-voltage-suppressor）他是在穩(wěn)壓管的工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要應(yīng)用于對(duì)電壓的快速過壓保護(hù)，TVP管按照其峰值脈沖功率可以分為四類： 500W ， 1000W,1500W,5000W 。每類按照其標(biāo)稱電壓分為 35 種，最小擊穿電壓為 8.2V ，最大為 200V.TVP管在瞬間高能

9、量沖擊時(shí)，能以極高的速度從高阻改變?yōu)榈妥?，從而吸收一個(gè)極大的電流，將管子的電壓鉗位在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值上，鉗位時(shí)間僅僅10（ -12 ）秒。1.4.7變?nèi)荻O管：變?nèi)荻O管是利用 PN 結(jié)電容隨外加反向偏壓變化的特性制成。在零偏壓時(shí)，結(jié)電容最大， 臨近擊穿時(shí)，結(jié)電容最小。 兩者之比則為其結(jié)電容變化比。從導(dǎo)通曲線可以看出，結(jié)電容變化呈現(xiàn)非線性。 變?nèi)荻O管一般總是接在諧振回路使用， 以取代傳統(tǒng)的可變電容， 因此必須要有足夠的 Q 值，顯然，隨著頻率的升高， Q 降低，因此定義為 Q=1 時(shí)為截止頻率。使用時(shí)必須低于截止頻率。3變?nèi)荻O管圖形符號(hào)1.4.8雙基極二極管：雙基極二極管是具有兩個(gè)基極和一個(gè)

10、發(fā)射極的三端負(fù)阻半導(dǎo)體器件。他只有一個(gè)PN結(jié)， 所以又稱為單結(jié)晶體管。雙基極二極管主要應(yīng)用于各種張馳震蕩器，定時(shí)電壓讀出電路，具有頻率易調(diào)，溫度特性好的優(yōu)點(diǎn)。分壓比：當(dāng)發(fā)射極開路時(shí)，基極B1,B2之間相當(dāng)于一個(gè)電阻 ,其值為 RB1,RB2之和，若加一個(gè)電壓，則倆電阻間相當(dāng)于一個(gè)分壓器。1.4.9快速二極管快速二極管的工作原理與普通二極管是相同的，但由于普通二極管工作在開關(guān)狀態(tài)下的反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，約4 5 s，不能適應(yīng)高頻開關(guān)電路的要求?？焖俣O管主要應(yīng)用于高頻整流電路、高頻開關(guān)電源、高頻阻容吸收電路、逆變電路等，其反向恢復(fù)時(shí)間可達(dá)10ns 。快速二極管主要包括肖特基二極管和快恢復(fù)二極管。1

11、.4.10發(fā)光二極管發(fā)光二極管包括： 可見光、 不可見光、 激光等不同類型。 發(fā)光二極管發(fā)光顏色有紅、 綠、黃、橙等色。外形和符號(hào)如圖所示。 發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦浴?只有當(dāng)外加的正向電壓使得正向電流足夠大時(shí)才發(fā)光，它開啟電壓比普通二極管大，紅色的在1.61.8V之間，綠色的約為 2V 。正向電流愈大，發(fā)光愈強(qiáng)。發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電壓低、功耗小、壽命長(zhǎng)、可靠性高。在使用發(fā)光二極管時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是若用直流電源電壓驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管時(shí)，在電路中一定要串聯(lián)限流電阻，以防止通過發(fā)光二極管的電流過大而燒壞管子；二是發(fā)光二極管的反向擊穿電壓比較低，一般僅有幾伏。1.4.11 光電二極管光電二極管是遠(yuǎn)紅外線接收

12、管，是一種光能與電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換的器件。PN 結(jié)型光電二極管將接收到的光的變化轉(zhuǎn)換成電流的變化。外形和符號(hào)如下圖所示。光電二極管的伏安特性如右下圖所示。它是利用 PN 結(jié)外加反向電壓時(shí)， 在光線照射下，改變反向電流和反向電阻，當(dāng)沒有光照射時(shí)， 反向電流很小， 反向電阻很大； 當(dāng)有光照射時(shí)，反向電阻減小， 反向電流加大。 光電二極管在無光照射時(shí)的反向電流稱為暗電流，有光照射時(shí)的電流稱為明電流。42 三極管按放大原理的不同，三極管分為雙極性三極管（BJT: BipolarJunctionTransistor）（也稱晶體三極管、半導(dǎo)體三極管簡(jiǎn)稱三極管）和單極性（MOS/MES型:Metal-Oxide-

13、Semiconductor or MEtal Semiconductor）三極管。 BJT 中有兩種載流子參與導(dǎo)電，而在MOS型中只有一種載流子導(dǎo)電。BJT 一般是電流控制器件，而MOS型一般是電壓控制器件。2.1 晶體三極管2.1.1簡(jiǎn)介半導(dǎo)體電子器件，有兩個(gè)PN結(jié)組成，可以對(duì)電流起放大作用，有3 個(gè)引腳，晶體三極管分別為集電極（c) ，基極（ b) ，發(fā)射極（ e），電子三極管分別為屏極、柵極、陰極。有PNP和 NPN型兩種，以材料分有硅材料和鍺材料兩種。作用: 把微弱信號(hào)放大成幅值較大的電信號(hào) ,也用作無觸點(diǎn)開關(guān).它是由兩個(gè)背做在一起的PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線封裝組成，有集電極c、基極

14、b 和發(fā)射極 e 三個(gè)電極。 它具有電壓、 電流和功率放大作用，因此它是各種電路中十分重要的器件之一。 又它可以組成放大、震蕩等各種功能的電路，同時(shí)也是制作各種集成電路的基本單元電路。 加之三極管具有體積小、重量輕、 壽命長(zhǎng)、 耗電省等優(yōu)點(diǎn)， 因此得到很廣泛的應(yīng)用。常見的三極管外形：下圖是 NPN和 PNP的結(jié)構(gòu)及符號(hào)：2.1.2三極管的分類5按照頻率分有高頻管（ 3MHz以上）、低頻管（ 3MHz以下）；按照功率分有小功率管、中功率管和大功率管；按照半導(dǎo)體材料分有硅管、鍺管；按照用途分有低噪聲放大晶體管、中高頻放大晶體管、低頻放大晶體管、開關(guān)晶體管、達(dá)林頓晶體管、高反壓晶體管、帶阻晶體管、帶

15、阻尼晶體管、微波晶體管、光敏晶體管和磁敏晶體管等多種類型。2.1.2三極管的電流分配關(guān)系無論對(duì) NPN或 PNP三極管電流分析均可得：I E=I B+I C進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基極電流有一微小的變化時(shí)，可引起集電極電流較大的變化。這就是三極管的電流放大作用。2.1.3三極管的特性曲線三極管的特性曲線與它的接法有關(guān)，它有三種不同接法：共基極，如圖（1）所示；共發(fā)射極，如圖（2）所示；共集電極，如圖（3）所示：以 NPN管共發(fā)射極為例：1. 輸入特性它與 PN 結(jié)的正向特性相似，三極管的兩個(gè)PN 結(jié)相互影響，因此，輸出電壓UCE 對(duì)輸入特性有影響，且 U CE1,時(shí)這兩個(gè) PN 結(jié)的輸入特性基本

16、重合。我們用UCE=0 和 UCE=1,兩條曲線表示，如下圖（ 4）所示2. 輸出特性它的輸出特性可分為三個(gè)區(qū)：（如圖（5）的特性曲線）(1) 截止區(qū)： I B=0 時(shí)，此時(shí)的集電極電流近似為零，管子的集電極電壓等于電源電壓，兩個(gè)結(jié)均反偏(2) 飽和區(qū)：此時(shí)兩個(gè)結(jié)均處于正向偏置，UCE=0.3V(3) 放大區(qū) : 此時(shí) I C=?I B，I C基本不隨 UCE變化而變化，此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。2.1.4三極管主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)有電流放大系數(shù)、耗散功率、頻率特性、集電極最大電流、最大反向電壓、反向電流等。（一）電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)也稱電流放大倍數(shù)，用來表示三極管放大能力。6根據(jù)三

17、極管工作狀態(tài)的不同，電流放大系數(shù)又分為直流電流放大系數(shù)和交流電流放大系數(shù)。1 直流電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù)也稱靜態(tài)電流放大系數(shù)或直流放大倍數(shù)，是指在靜態(tài)無變化信號(hào)輸入時(shí)，三極管集電極電流IC與基極電流 I的比值，一般用h 或 BFE表示。2 交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)也稱動(dòng)態(tài)電流放大系數(shù)或交流放大倍數(shù)，是指在交流狀態(tài)下，三極管集電極電流變化量I C與基極電流變化量I B 的比值，一般用hFE或 表示。h FE或 既有區(qū)別又關(guān)系密切，兩個(gè)參數(shù)值在低頻時(shí)較接近，在高頻時(shí)有一些差異。（二）耗散功率耗散功率也稱集電極最大允許耗散功率PCM，是指三極管參數(shù)變化不超過規(guī)定允許值時(shí)的最大集電極耗散

18、功率。耗散功率與三極管的最高允許結(jié)溫和集電極最大電流有密切關(guān)系。三極管在使用時(shí)，其實(shí)際功耗不允許超過P 值，否則會(huì)造成三極管因過載而損壞。CM通常將耗散功率PCM小于 1W的三極管稱為小功率三極管，PCM等于或大于 1W、小于 5W的三極管被稱為中功率三極管，將PCM等于或大于5W的三極管稱為大功率三極管。（三）頻率特性三極管的電流放大系數(shù)與工作頻率有關(guān)。若三極管超過了其工作頻率范圍，則會(huì)出現(xiàn)放大能力減弱甚至失去放大作用。三極管的頻率特性參數(shù)主要包括特征頻率fT和最高振蕩頻率f 等。M1 特征頻率 f T 三極管的工作頻率超過截止頻率f 或 f 時(shí)，其電流放大系數(shù) 值將隨著頻率的升高而下降。特

19、征頻率是指 值降為 1 時(shí)三極管的工作頻率。通常將特征頻率f T 小于或等于 3MHZ的三極管稱為低頻管，將 f T 大于或等于 30MHZ的三極管稱為高頻管，將f T 大于 3MHZ、小于 30MHZ的三極管稱為中頻管。2 最高振蕩頻率f M 最高振蕩頻率是指三極管的功率增益降為1 時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率。通常，高頻三極管的最高振蕩頻率低于共基極截止頻率f ，而特征頻率f T 則高于共基極截止頻率f 、低于共集電極截止頻率f 。（四）集電極最大電流I CM集電極最大電流是指三極管集電極所允許通過的最大電流。當(dāng)三極管的集電極電流IC 超過 ICM時(shí)，三極管的 值等參數(shù)將發(fā)生明顯變化，影響其正常工作，甚

20、至還會(huì)損壞。（五）最大反向電壓最大反向電壓是指三極管在工作時(shí)所允許施加的最高工作電壓。它包括集電極發(fā)射極反向擊穿電壓、集電極基極反向擊穿電壓和發(fā)射極基極反向擊穿電壓。1 集電極發(fā)射極反向擊穿電壓該電壓是指當(dāng)三極管基極開路時(shí)，其集電極與發(fā)射極之間的最大允許反向電壓，一般用VCEO或 BVCEO表示。2 集電極基極反向擊穿電壓該電壓是指當(dāng)三極管發(fā)射極開路時(shí)，其集電極與基極之間的最大允許反向電壓，用VCBO或 BVCBO表示。3 發(fā)射極基極反向擊穿電壓該電壓是指當(dāng)三極管的集電極開路時(shí)，其發(fā)射極與基極與之間的最大允許反向電壓，用VEBO或 BVEBO表示。（六）反向電流三極管的反向電流包括其集電極基極

21、之間的反向電流ICBO和集電極發(fā)射極之間的反向擊穿電流ICEO。71 集電極基極之間的反向電流ICBO ICBO 也稱集電結(jié)反向漏電電流，是指當(dāng)三極管的發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極之間的反向電流。 ICBO對(duì)溫度較敏感，該值越小，說明三極管的溫度特性越好。2集電極發(fā)射極之間的反向擊穿電流 ICEO ICEO 是指當(dāng)三極管的基極開路時(shí)，其集電極與發(fā)射極之間的反向漏電電流， 也稱穿透電流。 此電流值越小， 說明三極管的性能越好。（七）參數(shù)與溫度的關(guān)系由于半導(dǎo)體的載流子受溫度影響，因此三極管的參數(shù)受溫度影響，溫度上升，輸入特性曲線向左移，基極的電流不變，基極與發(fā)射極之間的電壓降低。輸出特性曲線上移。溫

22、度升高，放大系數(shù)也增加。2.2 場(chǎng)效應(yīng)管有 3 個(gè)極性，柵極，漏極，源極，它的特點(diǎn)是柵極的內(nèi)阻極高，采用二氧化硅材料的可以達(dá)到幾百兆歐，屬于電壓控制型器件。場(chǎng)效應(yīng)管分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（MOS管）2.2.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管2.2.1.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的分類結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管有兩種結(jié)構(gòu)形式。它們是N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（符號(hào)圖為（1）和P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（符號(hào)圖為（2）2.2.1.2結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理( 以 N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例)在 D、 S 間加上電壓 UDS，則源極和漏極之間形成電流 ID ，我們通過改變柵極和源極的反向電壓 UGS，就可以改變兩個(gè) PN結(jié)阻擋層的（耗盡層）的

23、寬度，這樣就改變了溝道電阻，因此就改變了漏極電流 ID 。2.2.1.3結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線( 以 N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例)輸出特性曲線： （如下圖（ 3）所示）根據(jù)工作特性我們把它分為四個(gè)區(qū)域，即：可變電阻區(qū)、放大區(qū)、擊穿區(qū)、截止區(qū)。轉(zhuǎn)移特性曲線：我們根據(jù)這個(gè)特性關(guān)系可得出它的特性曲線如圖（4）所示。它描述了柵、源之間電壓對(duì)漏極電流的控制作用。從圖中我們可以看出當(dāng)UGS=UP時(shí) ID=0 。我們稱UP為夾斷電壓。注：轉(zhuǎn)移特性和輸出特性同是反映場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，UGS、 UDS、ID 之間的關(guān)系，它們之間是可以互相轉(zhuǎn)換的。2.2.2絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(MOS管)82.2.2.1絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的分類

24、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管也有兩種結(jié)構(gòu)形式，它們是 N 溝道型和P 溝道型。 無論是什麼溝道，它們又分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。2.2.2.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理( 以 N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管 )我們首先來看N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)圖：如下圖(5) 所示（ 2）它是利用 UGS來控制“感應(yīng)電荷”的多少，以改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，然后達(dá)到控制漏極電流的目的。2.2.2.3絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線( 以 N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管 )它的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖（6）所示；它的輸出特性曲線如圖(7) 所示，它也分為4 個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、放大區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)。2.2.3場(chǎng)效應(yīng)管的主

25、要參數(shù)(1) 直流參數(shù)飽和漏極電流IDSS它可定義為：當(dāng)柵、源極之間的電壓等于零，而漏、源極之間的電壓大于夾斷電壓時(shí)，對(duì)應(yīng)的漏極電流。夾斷電壓UP它可定義為：當(dāng)UDS一定時(shí)，使 ID 減小到一個(gè)微小的電流時(shí)所需的UGS開啟電壓UT它可定義為：當(dāng)UDS一定時(shí)，使ID到達(dá)某一個(gè)數(shù)值時(shí)所需的UGS(2)交流參數(shù)低頻跨導(dǎo)gm它是描述柵、源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。極間電容場(chǎng)效應(yīng)管三個(gè)電極之間的電容，它的值越小表示管子的性能越好。(3)極限參數(shù)漏、源擊穿電壓當(dāng)漏極電流急劇上升時(shí)，產(chǎn)生雪崩擊穿時(shí)的UDS。柵極擊穿電壓結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，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。

26、2.2.4場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管具有放大作用，可以組成放大電路，它與雙極性三極管相比具有以下特點(diǎn)：（ 1）場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件，它通過UGS來控制 ID ；（ 2）場(chǎng)效應(yīng)管的輸入端電流極小，因此它的輸入電阻很高；（ 3）它是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，因此它的溫度穩(wěn)定性較好；（ 4）它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù)；（ 5）場(chǎng)效應(yīng)管的抗輻射能力強(qiáng)。9下表是各種場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)和特性曲線種類符號(hào)轉(zhuǎn)移特性輸出特性結(jié)型耗盡N 溝型道結(jié)型耗盡P 溝型道增強(qiáng)型絕緣柵型N 溝道耗盡型增強(qiáng)型絕緣柵型P 溝道耗盡型2.3場(chǎng)效應(yīng)管與晶體三極管的比較場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件, 而晶體管是

27、電流控制元件. 在只允許從信號(hào)源取較少電流的情況下 , 應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管 ; 而在信號(hào)電壓較低 , 又允許從信號(hào)源取較多電流的條件下 , 應(yīng)選用晶體管 .晶體三極管與場(chǎng)效應(yīng)管工作原理完全不同，但是各極可以近似對(duì)應(yīng)以便于理解和設(shè)計(jì)：晶體管：基極發(fā)射極集電極場(chǎng)效應(yīng)管：柵極源極漏極10要注意的是， 晶體管 (NPN型 ) 設(shè)計(jì)發(fā)射極電位比基極電位低( 約 0.6V) ，場(chǎng)效應(yīng)管源極電位比柵極電位高（約0.4V) 。場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電, 所以稱之為單極型器件, 而晶體管是即有多數(shù)載流子,也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電, 被稱之為雙極型器件.有些場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用, 柵壓也可正可負(fù), 靈活性

28、比晶體管好.場(chǎng)效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作, 而且它的制造工藝可以很方便地把很多場(chǎng)效應(yīng)管集成在一塊硅片上, 因此場(chǎng)效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用.3 光耦3.1 光耦的工作原理光電耦合器（簡(jiǎn)稱光耦）。光耦由發(fā)光器和受光器兩部分組成（如下圖1），發(fā)光器是一個(gè)發(fā)光二級(jí)管， 受光器是一個(gè)光敏三級(jí)管，二者密封在同一管殼內(nèi)。工作分三部分：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED ），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電-光 -電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸

29、具有單向性等特點(diǎn)， 因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以， 它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。圖1 光耦圖3.2 光耦的優(yōu)點(diǎn)光電耦合器因?yàn)槠洫?dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此在實(shí)際使用過程中，具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：能夠有效抑制接地回路的噪聲， 消除地干擾，使信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)與主控制端在電氣上完全隔離，避免了主控制系統(tǒng)受到意外損壞。可以在不同電位和不同阻抗之間傳輸電信號(hào)， 且對(duì)信號(hào)具有放大和整形等功能， 使得實(shí)際電路設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。開關(guān)速度

30、快，高速光電耦合器的響應(yīng)速度到達(dá) ns 數(shù)量級(jí)，極大的拓展了光電耦合器在數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用。體積小，器件多采用雙列直插封裝，具有單通道、雙通道以及多達(dá)八通道等多種結(jié)構(gòu)，使用十分方便?？商娲儔浩鞲綦x，不會(huì)因觸點(diǎn)跳動(dòng)而產(chǎn)生尖峰噪聲，且抗震動(dòng)和抗沖擊能力強(qiáng)。高線性型光電耦合器除了用于電源監(jiān)測(cè)等， 還被用于醫(yī)用設(shè)備， 能有效地保護(hù)病人的人生安全。3.3 光耦的種類光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于開關(guān)信號(hào)的傳輸，不適合于傳輸模擬量。常用的4N 系列光耦屬于非線性光耦。線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線， 并且小信號(hào)時(shí)性能較

31、好， 能以線性特性進(jìn)行隔離控制。 常用的線性光耦是 PC817A-C 系列。11開關(guān)電源中常用的光耦是線性光耦。如果使用非線性光耦，有可能使振蕩波形變壞，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)寄生振蕩， 使數(shù)千赫的振蕩頻率被數(shù)十到數(shù)百赫的低頻振蕩依次為號(hào)調(diào)制。由此產(chǎn)生的后果是對(duì)彩電，彩顯，VCD ， DCD 等等，將在圖像畫面上產(chǎn)生干擾。同時(shí)電源帶負(fù)載能力下降。 在彩電， 顯示器等開關(guān)電源維修中如果光耦損壞，一定要用線性光耦代換。常用的 4 腳線性光耦有 PC817A-C 。PC111 TLP521 等常用的六腳線性光耦有： LP632 TLP532PC614 PC714 PS2031 等。 常用的 4N25 4N26

32、4N35 4N36 是不適合用于開關(guān)電源中的，因?yàn)檫@ 4 種光耦均屬于非線性光耦。3.4 光耦的技術(shù)參數(shù)光耦的技術(shù)參數(shù)主要有：正向壓降 VF ：二極管通過的正向電流為規(guī)定值時(shí)，正負(fù)極之間所產(chǎn)生的電壓降；正向電流 IF ：在被測(cè)管兩端加一定的正向電壓時(shí)二極管中流過的電流；反向電流 IR ：在被測(cè)管兩端加規(guī)定反向工作電壓VR 時(shí)，二極管中流過的電流；反向擊穿電壓 VBR ：被測(cè)管通過的反向電流 IR 為規(guī)定值時(shí)，在兩極間所產(chǎn)生的電壓降；電流傳輸比 CTR ：輸出管的工作電壓為規(guī)定值時(shí)，輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比；反向擊穿電壓V(BR)CEO ：發(fā)光二極管開路，集電極電流IC 為規(guī)定值，集電極

33、與發(fā)射集間的電壓降；輸出飽和壓降VCE(sat) ：發(fā)光二極管工作電流IF 和集電極電流IC 為規(guī)定值時(shí)， 并保持IC/IF CTRmin 時(shí)（ CTRmin 在被測(cè)管技術(shù)條件中規(guī)定）集電極與發(fā)射極之間的電壓降。最重要的參數(shù)是電流放大系數(shù)傳輸比CTR（ Curremt-Trrasfer Ratio ）。通常用直流電流傳輸比來表示。 當(dāng)輸出電壓保持恒定時(shí)， 它等于直流輸出電流 IC 與直流輸入電流 IF 的百分比。當(dāng)接收管的電流放大系數(shù) hFE 為常數(shù)時(shí)，它等于輸出電流 IC 之比，通常用百分?jǐn)?shù)來表示。有公式：CTR=IC/ IF100%采用一只光敏三極管的光耦，CTR 的范圍大多為20% 30

34、%（如 4N35 ），而 PC817 則為 80% 160% ，達(dá)林頓型光耦（如 4N30 ）可達(dá) 100% 500% 。這表明欲獲得同樣的輸出電流，后者只需較小的輸入電流。因此，CTR 參數(shù)與晶體管的 hFE 有某種相似之處。普通光耦的CTR-IF 特性曲線呈非線性，在IF 較小時(shí)的非線性失真尤為嚴(yán)重，因此它不適合傳輸模擬信號(hào)。線性光耦的CTR-IF 特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小信號(hào)時(shí)，其交流電流傳輸比 (CTRIC/IF)很接近于直流電流傳輸比CTR 值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流信號(hào)，能使輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。這是其重要特性。兩種光耦的CTR/IF 特性曲線（虛線為線性光耦，實(shí)線為普通光耦）3.5 光耦的應(yīng)用3.5.1 應(yīng)用說明12由于光耦種類繁多，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，優(yōu)點(diǎn)突出，因而其應(yīng)用十分廣泛，主要應(yīng)用以下場(chǎng)合：(1) 在邏輯電路上的應(yīng)用光電耦合器可以構(gòu)成各種邏輯電路， 由于光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構(gòu)成的邏輯電路更可靠