晶體管特性和應(yīng)用

1、關(guān)于晶體管的特性與應(yīng)用第一張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月一、二極管的導電特性 正向特性 當所加的正向電壓達到某一數(shù)值（稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2V，硅管約為0.6V）后，二極管才能真正導通。導通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為0.3V，硅管約為0.7V），稱為二極管的“正向壓降”。 反向特性 二極管兩端加反向電壓時，二極管處于截止狀態(tài) ，但仍然會有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流 。反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單方向?qū)щ娞匦裕@種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。 第二張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二、二極管的分類按半導體材料可分為鍺

2、二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據(jù)其不同用途 又可分為:普通二極管和特殊二極管。普通二極管包括快速二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、檢波二極管等；特殊二極管包括變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管、隧道二極管、觸發(fā)二極管等。按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。 第三張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月三、二極管的主要參數(shù) 正向電壓降 VF 導通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為0.3V，硅管約為0.7V） 正向工作電流Iav平均電流, 是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值。因為電流通過管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度（硅管為140

3、左右，鍺管為90左右）時，就會使管芯過熱而損壞。所以，二極管使用中不要超過二極管額定正向工作電流值 。最大浪涌電流IFSM 允許流過的過量的正向電流。它不是正常電流，而是瞬間電流，這個值相當大。 第四張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月反向峰值電壓 ( VRRM最大周期性反向電壓 ) 二極管正向工作時所能承受的周期浪涌電流的最大值。 反向飽和漏電流IR 指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶?。但反向電流受溫度的影響較大，一般硅管比鍺管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。開關(guān)速度Trr和最高工作頻率 fm 當工作電壓從正向電壓變成反向電

4、壓時，二極管工作的理想情況是電流能瞬時截止。實際上，一般要延遲一點點時間。決定電流截止延時的量，就是反向恢復時間。開關(guān)速度和最高工作頻率取決于二極管的反向恢復時間，一般高頻開關(guān)管的反向回復時間為幾十nS,甚至幾個nS。第五張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第六張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月快速二極管 快速二極管的工作原理與普通二極管是相同的 ,普通二極管工作在開關(guān)狀態(tài)下的反向恢復時間較長，約5us以上，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，其反向恢復時間可達10ns?？焖俣O管主要包括快恢復二極管和肖特基

5、二極管。四、二極管的應(yīng)用 第七張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1）、快恢復二極管(PIN型二極管 ) （簡稱FRD）是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復時間短特點的半導體二極管，主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用 。在制造上采用摻金、單純的擴散等工藝，可獲得較高的開關(guān)速度，同時也能得到較高的耐壓。快恢復二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同，它屬于PIN結(jié)型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄，反向恢復電荷很小，所以快恢復二極管的反向恢復時間較短，正向壓降高于普通二極管（12V)

6、，反向擊穿電壓（耐壓值）較高(多在1500V以下）。目前快恢復二極管主要應(yīng)用在開關(guān)電源中作整流元件，高頻電路中的限幅、嵌位等。 第八張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月CHARGER電路中的Snubber，主要作用是吸收變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓，箝位二極管應(yīng)選擇反向擊穿電壓高于開關(guān)管的漏源擊穿電壓且反向恢復時間盡可能短的超快恢復二極管 。如圖，D2選用UF4007(1A 1KV).從性能，可分為快恢復和超快恢復兩個等級。前者反向回復時間為數(shù)百納秒或更長，后者則在100ns以下。第九張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2）、肖特基（Schottky）二極管 由金屬與半導體接觸形成的勢

7、壘層為基礎(chǔ)制成的二極管，是一種低功耗、超高速半導體器件，廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源、變頻器、驅(qū)動器等電路，作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護二極管使用肖特基二極管在結(jié)構(gòu)原理上與PN結(jié)二極管有很大區(qū)別，它的內(nèi)部是由陽極金屬（用鉬或鋁等材料制成的阻擋層）、二氧化硅（SiO2）電場消除材料、N-外延層（砷材料）、N型硅基片、N+陰極層及陰極金屬等構(gòu)成。在N型基片和陽極金屬之間形成肖特基勢壘。當在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓（陽極金屬接電源正極，N型基片接電源負極）時，肖特基勢壘層變窄，其內(nèi)阻變?。环粗?，若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時，肖特基勢壘層則變寬，其內(nèi)阻變大。第十張，PPT共三十四頁，創(chuàng)

8、作于2022年6月 肖特基二極管其主要特點是正向?qū)▔航敌。s0.45V），反向恢復時間短和開關(guān)損耗小， 存在的問題是耐壓比較低，反向漏電流比較大。目前應(yīng)用在功率變換電路中的肖特基二極管的大體水平是耐壓在150V以下，平均電流在100A以下，反向恢復時間在1040ns。肖特基二極管應(yīng)用在高頻低壓電路中，是比較理想的。 第十一張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月整流二極管 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直流電。廣泛應(yīng)用于處理頻率不高的電路中 。 整流的方式也分為多種：主要有半波、全波、橋式。 整流分為工頻和高頻整流，表現(xiàn)為頻率的不同。D1為工頻整流二極

9、管 ，D2為高頻整流二極管。 第十二張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 工頻整流一般用在對市電進行整流，廠內(nèi)UPS電路中以CHARGER電路為例，輸入一般為橋式整流，須考慮的主要參數(shù)有： Iav=Pomax /VO ； Vpeak= 2 Uin ;-VRRM MAX repetitive reverse voltage 在選取整流二極管會加一定的裕量，以防出現(xiàn)特殊情況。此外還必須考慮到廠內(nèi)現(xiàn)有物料以及通用性。 廠內(nèi)常用的工頻整流橋有：2W10G（2A 1KV）；GBU6M（6A 1KV） 第十三張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 高頻整流管一般用于高頻輸出整流，須考慮的主要參數(shù)

10、有： Iav=Po/Vo; IMAX= 2PO/VO(1- DMAX)（電流臨界）; Vrmax= Vo+ N*Vin max N變壓器匝比； 正向壓降VF二極管功率越大，VF相對較小； 選用超快恢復二極管。 負載功率大的，還須通過測量溫升，再調(diào)整晶體管參數(shù)。 第十四張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月左圖為CHARGER電路中輸出部分，其中高頻整流管為D3，所用晶體管為ER8020(8A 200V)。 D4，D6起反向隔離作用。第十五張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月繼流二極管 在開關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負載中起繼流作用 。左圖，通過BST.DRV來驅(qū)動RELAY，電流的

11、跳變時，使RELAY中線圈產(chǎn)生反向感應(yīng)電動勢，通過二極管IN4148(0.15A 75V)來繼流，泄放能量，保護驅(qū)動管。也可不加二極管，但須保證驅(qū)動管耐壓足夠高，不被擊穿。第十六張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月限幅元件 正向壓降基本保持不變（硅管為0.7V，鍺管為0.3V）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號幅度限制在一定范圍內(nèi)。用于電壓波動較大的地方。 UPS中電壓波動較大的地方有市電偵測，電池電壓偵測，溫度偵測等，所以在送入單片機檢測端時須限幅，廠內(nèi)一般使用IN4148( 0.15A 75V) 、作為限幅元件。第十七張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月發(fā)光二極管

12、 廠內(nèi)所使用的LED主要分綠色，紅色，黃色，橙色的單色和雙色發(fā)光二極管，其驅(qū)動電流，會影響發(fā)光強度，所以在選擇限流電阻時須注意LED的正向電壓（typ.:2V)及正向電流約20mA。同樣結(jié)構(gòu)也有多種，具體選用何種，須結(jié)合PCB，外殼的要求來選擇。 第十八張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月穩(wěn)壓二極管 利用二極管反向擊穿后的伏安特性十分陡峭，也就是說，二極管兩端的電壓隨通過的電流變化而變化很小，通過電阻來限流，以至于二極管不被燒毀。穩(wěn)壓管的誤差較大（5、10，也有2）。一般不用于精密穩(wěn)壓電路。 第十九張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月穩(wěn)壓管的主要參數(shù)有：（1）穩(wěn)壓值VZ 。指當流過

13、穩(wěn)壓管的電流為某一規(guī)定值時，穩(wěn)壓管兩端的壓降。（2）電壓溫度系數(shù) 。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值VZ的溫度系數(shù)在VZ低于4V時為負溫度系數(shù)值；當VZ的值大于7V時，其溫度系數(shù)為正值；而VZ的值在6V左右時，其溫度系數(shù)近似為零。目前低溫度系數(shù)的穩(wěn)壓管是由兩只穩(wěn)壓管反向串聯(lián)而成，利用兩只穩(wěn)壓管處于正反向工作狀態(tài)時具有正、負不同的溫度系數(shù)，可得到很好的溫度補償。（3）動態(tài)電阻rZ。表示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓性能的優(yōu)劣，一般工作電流越大，rZ越小。（4）允許功耗PZ。由穩(wěn)壓管允許達到的溫升決定，小功率穩(wěn)壓管的PZ值為1001000mW,大功率的可達50W。（5）穩(wěn)定電流IZ。測試穩(wěn)壓管參數(shù)時所加的電流。實際流過穩(wěn)壓管的電流低于

14、IZ時仍能穩(wěn)壓，但rZ較大。第二十張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 特性 適用范圍超快速二極管反向恢復時間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高主要應(yīng)用在開關(guān)電源中作高頻整流、續(xù)流元件，高頻電路中的限幅、嵌位等蕭特基二極管耐壓比較低，反向漏電流比較大，反向恢復時間較短，開關(guān)損耗小主要應(yīng)用在高頻低壓電路中 整流二極管允許通過的電流比較大，反向擊穿電壓比較高，但PN結(jié)電容比較大 廣泛應(yīng)用于處理頻率不高的電路中 穩(wěn)壓二極管既具有普通二極管的單向?qū)щ娞匦?，又可工作于反向擊穿狀態(tài) 。缺點是存在噪聲 在要求精度不高、電流變化范圍不大的情況下，起穩(wěn)壓作用發(fā)光二極管工作電壓低，工作電流小，發(fā)

15、光均勻、壽命長 。主要用于狀態(tài)指示第二十一張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月五、二極管使用注意事項 在了解二極管的特性與應(yīng)用后，在設(shè)計電路過程中，根據(jù)二極管在電路中的功用選取合適的元件，需注意：選擇合適的參數(shù)選擇常用的二極管價格的考量 第二十二張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月三極管的特性與應(yīng)用 晶體三極管又稱雙極器件（Bipolar Junction Transistor,用BJT表示），它的基本組成部分是兩個靠得很近且背對背排列的PN結(jié)。根據(jù)排列的方式不同，晶體三極管分為NPN和PNP兩種類型。晶體三極管和晶體二極管一樣都是非線性器件，但它們的主要特性卻截然不同。晶體二極管

16、的主要特性是單向?qū)щ娦?，而晶體三極管的主要特性則與其工作模式有關(guān)。第二十三張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月一、三極管的三種工作模式放大模式 三極管工作在放大模式的條件：發(fā)射結(jié)加正偏、集電結(jié)加反偏 。呈現(xiàn)的主要特性時正向受控作用 ，飽和模式 三極管工作在飽和模式的條件：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均加正偏 。截止模式 三極管工作在截止模式的條件：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均加反偏 。 飽和與截止模式呈現(xiàn)受控開關(guān)特性，是實現(xiàn)開關(guān)電路的基礎(chǔ) 第二十四張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二、晶體三極管的開關(guān)特性 BE結(jié)在由正向電壓轉(zhuǎn)為反向時，內(nèi)建電場建立的時間與電流第二十五張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年

17、6月如圖（a）所示，當基極回路輸入一幅值為UP（UPUBB）的正脈沖信號，基極電流立即上升IB=(UP-UBB-UBE)/RB,在IB的作用下，發(fā)射結(jié)逐漸由反偏變?yōu)檎?，BJT由截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，集電結(jié)為零偏甚至正偏，集電極于發(fā)射極之間壓降UCE0,BJT工作在飽和狀態(tài)，BJT相當于閉合開關(guān)。如圖（b）當基極輸入脈沖為負或零時，BJT的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于反偏，集電極電流逐漸下降到IC=ICEO0,因此負載電阻RL上的壓降可以忽略不計，集電極與發(fā)射極之間的壓降UCEUCC,即BJT工作在截止狀態(tài),BJT相當于一斷開的開關(guān)。 第二十六張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 晶體管開關(guān)損耗

18、 P ic * uc 圖可明顯看出晶體管開關(guān)損耗取決與開通時間ton和關(guān)斷時間toff。ton和toff越小，即開關(guān)波形越趨于方波，開關(guān)損耗越小，溫度越低。 第二十七張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月三、晶體三極管的參數(shù) 共發(fā)射極電流增益，反映了三極管的放大能力。 集電極最大工作電流IC 集電極最大直流峰值電流ICM，由集電極允許承受的最大電流決定。 集電極允許最高電壓UCEO 隨著VCE的增大，加在集電結(jié)的反偏電壓VCB相應(yīng)增大。當VCE增大到一定值時，集電結(jié)發(fā)生反向擊穿，造成電流IC劇增。產(chǎn)生反向擊穿的主要時雪崩擊穿。 第二十八張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月集電極最大允許耗散功率PCM 在晶體三極管中。兩個結(jié)上的消耗的功率分別等于通過結(jié)的電流與加在結(jié)上的電壓的相乘積。由于VCE中絕大部分降在集電結(jié)上，因此，加到集射極間的功率PC=VCE*IC主要消耗在集電結(jié)上，這個功率降導致集電結(jié)發(fā)熱而使其結(jié)溫度升高。為保證管子安全工作，PC必須小于或等于PCM。 飽和導通時集電極發(fā)射極電壓VCE(SAT). 由于存在著