二极管、三极管、MOSFET管知识点总结

  • 二极管
  • 三极管
  • MOS管

晶体管(transistor)是一种固体半导体器件,包括二极管、三极管、场效应管、晶闸管。。

二极管

  1. 一般特性:当阳极和阴极之间加上>0.7V的电压时,就会导通,导通后的二极管相当于一个0.7V的电池,反之,则不导通,相当于断路。

(a). 实际中的二极管,可能在0.5V时就导通,且二极管两端电压实际是会随电流增大而增大,只是很慢。
(2). 大多数时,近似看成b,其两端电压不会随电流增大而增大。
(3). 个别时候,可以看成C,由于电流增大电压确实增大,于是引入了二极管等效电阻rbe概念,在三极管中的放大电路中会用到。

  1. 动态特性:在低频时,按电池理解即可,当高频信号加载在二极管时,就要考虑二极管的特性了。

    (1)、 PN结除了构成了如上图的单向二极管外,还存在了1个结电容。因工艺不同,PN结点接触可以减少结电容,但会降低二极管的通流能力,反之,面接触的PN结流通能力强,但结电容大。结电容的存在会使二极管流过一定量的反相电荷;因此,这使得实际二极管需要一段时间来“恢复”反向阻断能力。
    (2)、如下图,在Tf时刻前,二极管正向导通,UF=0.7V,IF很大;随后,电路尝试给二极管加反压,反压不会马上加上去,二极管电流IF在t0时刻降到0。t0-t1这段时间,二极管电流不仅不会消失,反而成为反向电流,不断增大这段时间称为td(delay,不服控制的时间)。t1 时刻反射电流达到最大,t1-t2时间段反向电流终于慢慢减少到0,称为tf(fall)下降时间。
    (3)、td+tf=trr,反向恢复时间。这段时间,二极管反向导通。由于tf小,在寄生电感上会产生反向电压,有可能会击穿二极管。
    (4)、恢复系数tf/td用来描述二极管反向恢复的“系数”,其越大,越不容易产生有害高压。

    (5)、按trr的大小区分二极管,可分为普通二极管(trr>ms,Eg:稳压二极管)、快恢复二极管(trr=(10ns,50ns))和肖特基二极管(trr<10ns+导通压降小+恢复软度小)。
    (6)、稳压二极管在正向导通时,就是普通二极管的特性。当它反向导通时与正向导通差不多,表现为特定电压的电池,只是不是0.7V,其通过改变电流来实现电压稳定的,因此要串联上电阻来使用,才能发挥效果,且串联的电阻要计算出合理的阻值,串上去使共两端电压为所需值。

三极管

BJT是双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor—BJT)的缩写,有PNP和NPN两种组合结构。三极管是电流控制型元件。指向基极竖线的是P(NP),背向基极竖线的是N(PN)。

电流指向基极竖线(可见的剪头背向基极竖线,其实这个剪头就是其中一个电流流向)的是N(PN),电流背向基极竖线(可见的剪头指向基极竖线)的是P(NP),这样记可以跟MOS管一样。,如不理解请先飘过这段蓝色字。

N:指负,是指4价硅加少量5价元素砷、磷等;PNP,4价硅加入少量的3价元素如硼等。

  • NPN管电压定义、电流定义

  • PNP管电压定义、电流定义

  • NPN、PNP的PN结

放大状态是发射结正楄,集电结反偏
NPN的放大:电压C>B>E
PNP的放大:电压E>B>C

截止状态是发射结反楄,集电结反偏
饱和状态是发射结正楄,集电结正偏

  • 三极管的等效电路

(1)、Ic=βIb,是三极管的特征方程,N型管的Ib从B–>E,从C–>E
(2)、β可认为是取决于生产工艺,几十到几百
(3)、三极管只能改变CE间的等效电阻RCE来实现Ic=βIb
(4)、RCE调至最小,都实现不了Ic=βIb,称为“饱和”
(5)、RCE调至最大,都实现不了Ic=βIb,称为“截止”

====
输入伏案特性曲线是基极电流与发射结电压之间的关系(其可能受到集电极和发射结之间的电压Uce影响),发射结电压大于0.7v时,三极管基极开始有电流。(除了0时有个特殊线,>0.7V的基本是一簇线)

输出伏安特性性:在特定的基极电流条件下,集电极电流与集电极发射极压降之间的关系。理想集电极电流应该仅和基极电流有关系,与电压无关,但是,一般实际饱和压降Uces为0.3V,基极电流为0时,为截止区,理想三极管内部无电流流动,实际极电极存在漏电流 。

  • 左边为输出伏安特性测量方法,右边为理想的输出伏安特性曲线。

  • 实际输出伏安特性曲线

  • 简化的输出伏安特性曲线

三极管的4种工作状态

  1. 截止状态
    Ibq非常小,以致Icq亦非常小,相当于没导通

  2. 放大状态
    Ibq合适,且Icq=βIcq,在输出伏安特性曲线中,静态工作点在放大区。一般,放大状态是发射结正楄,集电结反偏。

  3. 饱和状态
    任何状态下,只要Uce<Uces,三极管就处于饱和状态,即在饱和状态下Ibq不论如何增加,Icq都几乎不再增加。一般,饱和状态为发射结和集电结都正偏

  4. 倒置状态
    放大电路把集电极和发射结接反了。

放大电路的静态:是指输入信号为零时的状态,电路中只有直流量,因此可以用放大电路的直流通路来分析。静态时,所有量下标都用带有字母Q( Quiescent,沉寂)来表示。

放大电路的动态:是指电路中某一个量发生变化时,其他的参数按照一定的数量级跟随变化。Eg;输入1Mv的正弦波变化,可以得到100Mv的正弦波输出。
静态工作点:输入信号为零,电路处于直流工作状态时,这些电流、电压的数值可用BJT 特性曲线上一个确定的点表示,该点习惯上称为静态工作点Q。用大俗话就是三极管处于静态工作状态的时候的基极电流。就是当没有交流信号输入到基极的时候,三极管的基极电流。

静态电阻与动态电阻:
纯电阻在静态时和动态时,电阻值相同不变。但是对于PN结而言,静态时电阻为输入伏安特性曲线U/I,动态电阻是输入伏安特性曲线上该点切线斜率的倒数。
静态RQ=UQ/IQ
动态R=

      limU⇢0ΔUΔI\frac{lim}{U\dashrightarrow0}\frac{ΔU}{ΔI}\quad</span><span class="katex-html"><span class="base"><span class="strut" style="height: 1.22511em; vertical-align: -0.345em;"></span><span class="mord"><span class="mopen nulldelimiter"></span><span class="mfrac"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height: 0.880108em;"><span class="" style="top: -2.655em;"><span class="pstrut" style="height: 3em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight"><span class="mord mathdefault mtight" style="margin-right: 0.10903em;">U</span><span class="mrel amsrm mtight">⇢</span><span class="mord mtight">0</span></span></span></span><span class="" style="top: -3.23em;"><span class="pstrut" style="height: 3em;"></span><span class="frac-line" style="border-bottom-width: 0.04em;"></span></span><span class="" style="top: -3.394em;"><span class="pstrut" style="height: 3em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight"><span class="mord mathdefault mtight" style="margin-right: 0.01968em;">l</span><span class="mord mathdefault mtight">i</span><span class="mord mathdefault mtight">m</span></span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height: 0.345em;"><span class=""></span></span></span></span></span><span class="mclose nulldelimiter"></span></span><span class="mord"><span class="mopen nulldelimiter"></span><span class="mfrac"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height: 0.872331em;"><span class="" style="top: -2.655em;"><span class="pstrut" style="height: 3em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight"><span class="mord mtight">Δ</span><span class="mord mathdefault mtight" style="margin-right: 0.07847em;">I</span></span></span></span><span class="" style="top: -3.23em;"><span class="pstrut" style="height: 3em;"></span><span class="frac-line" style="border-bottom-width: 0.04em;"></span></span><span class="" style="top: -3.394em;"><span class="pstrut" style="height: 3em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight"><span class="mord mtight">Δ</span><span class="mord mathdefault mtight" style="margin-right: 0.10903em;">U</span></span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height: 0.345em;"><span class=""></span></span></span></span></span><span class="mclose nulldelimiter"></span></span><span class="mspace" style="margin-right: 1em;"></span></span></span></span></span></p>

耦合:英文coupling,在电子学中,耦合是通过合适的方法(有线,无线,电阻,电容,电感,变压器,空间场等)将能量或信息实现传递。

MOS管

MOS 管分析过程

  • MOS管三种工作状态

MOS管是电压控制型元件

  1. MOS管的识别

问:哪个脚是S(源极)、哪个脚是G(栅极)哪个脚是D(漏极)?D和S,是N沟道还是P沟道MOS?1脚和3脚之间存在一个二极管,这个二极管有什么作用?如果接入电路,一般哪个接输入哪个接输出?

MOS三个极怎么判断

它们是N沟道还是P沟道

  1. Mos 管的寄生二极管
    它是由生产工艺造成的,大功率MOS管漏极从硅片底部引出,就会有这个寄生二极管。小功率MOS管例如集成芯片中的MOS管是平面结构,漏极引出方向是从硅片的上面也就是与源极等同一方向,没有这个二极管。模拟电路书里讲得就是小功率MOS管的结构,所以没有这个二极管。但D极和衬底之间都存在寄生二极管,如果是单个晶体管,衬底当然接S极,因此自然在DS之间有二极管。如果在Ic里面,N—MOS衬底接最低的电压,P—MOS衬底接最高电压,不一定和S极相连,所以DS之间不一定有寄生二极管。那么寄生二极管起什么作用呢?当电路中产生很大的瞬间反向电流时,可以通过这个二极管导出来,不至于击穿这个MOS管。(起到保护MOS管的作用)

    寄生二极管方向判定

  1. MOS管的应用
    (1). 开关作用

MOS开关实现的是信号切换(高低电平)

  • MOS管做开关时在电路的接法

    反过来接行不行?那是不行的。就拿NMOS管来说S极做输入D极做输出,由于寄生二极管直接导通,因此S极电压可以无条件到D极(S–>D,PN结正向导通,任何时候都会导通),MOS管就失去了开关的作用,同理PMOS管反过来接同样失去了开关作用。接下来谈谈MOS管的开关条件,我们可以这么记,不论是P沟道还是N沟道,G极电压都是与S极电压做比较:

    N沟道: Ug>Us时导通。 (简单认为)Ug=Us时截止。
      
      但UG比US大(或小)多少伏时MOS管才会饱和导通呢?这要看具体的MOS管,不同的MOS管要求的压差不同。比如笔记本上用于信号切换的MOS管:N7002,2N7002e,2N7002K,2N7002D,FDV301N等。UG比US大3V—5V即可。
      
      P沟道:情况与N沟道全部相反, Us>Ug时导通。 (简单认为)Ug=Us时截止。
      可以简单认为GS间的PN结导通时,MOS管才会导通。

    (2). 隔离作用
    想实现线路上电流的单向流通,比如只让电流由A->b,阻止由b->A,问该怎么做?

    这样的做法有一个缺点,二极管上会产生一个压降,损失一些电压信号。而使用MOS管做隔离,在正向导通时,在控制极加合适的电压,可以让MOS管饱和导通,这样通过电流时几乎不产生压降。下面我们来看一个防电源反接电路。

这个电路当电源反接时NMOS管截止,保护了负载。电源正接时由于NMOS管导通压降比较小,几乎不损失电压,比在电源端加保险管再在负载并联一个二极管的方案好。

MOS管的学习部分引用或摘录自文章《三极管和MOS管工作状态图解+实例》,感谢作者的分享

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