二三极管的知识
2019-03-25
二极管的特性与应用
几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。
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。
二极管的类型
二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。
二极管的导电特性
二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。
1.正向特性。
在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。
2.反向特性。
在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。
二极管的主要参数
用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数：
1、额定正向工作电流
是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。
2、最高反向工作电压
加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。
3、反向电流
反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为5uA，温度升高到75时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。二极管的识别
小功率二极管的N极（负极），在二极管外表大多采用一种色圈标出来，有些二极管也用二极管专用符号来表示P极（正极）或N极（负极）,也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。晶体三极管又称双极型三极管，它是利用是有电子和空穴两种载流子的运动而工作的，简称三极管。三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量，但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流控制大电流放大的原理就在于：通过小的交流输入，控制大的静态直流。
三极管内部结构
半导体二极管内部只有一个pn结，若在半导体二极管p型半导体的旁边，再加上一块n型半导体如图5-1（a）所示。由图5-1（a）可见，这种结构的器件内部有两个pn结，且n型半导体和p型半导体交错排列形成三个区，分别称为发射区，基区和集电区。从三个区引出的引脚分别称为发射极，基极和集电极，用符号e、b、c来表示。处在发射区和基区交界处的pn结称为发射结；处在基区和集电区交界处的pn结称为集电结。具有这种结构特性的器件称为三极管。
三极管通常也称双极型晶体管（bjt），简称晶体管或三极管。三极管在电路中常用字母t来表示。因三极管内部的两个pn结互相影响，使三极管呈现出单个pn结所没有的电流放大的功能，开拓了pn结应用的新领域，促进了电子技术的发展。
因图5-1（a）所示三极管的三个区分别由npn型半导体材料组成，所以，这种结构的三极管称为npn型三极管，图5-1（b）是npn型三极管的符号，符号中箭头的指向表示发射结处在正向偏置时电流的流向。
根据同样的原理，也可以组成pnp型三极管，图5-2（a）、（b）分别为pnp型三极管的内部结构和符号。
由图5-1和图5-2可见，两种类型三极管符号的差别仅在发射结箭头的方向上，理解箭头的指向是代表发射结处在正向偏置时电流的流向，有利于记忆npn和pnp型三极管的符号，同时还可根据箭头的方向来判别三极管的类型。
例如，当大家看到“ ”符号时，因为该符号的箭头是由基极指向发射极的，说明当发射结处在正向偏置时，电流是由基极流向发射极。根据前面所讨论的内容已知，当pn结处在正向偏置时，电流是由p型半导体流向n型半导体，由此可得，该三极管的基区是p型半导体，其它的两个区都是n型半导体，所以该三极管为npn型三极管。
三极管的结构
三极管的几种常见外形，其共同特征就是具有三个电极，这就是“三极管”简称的来历。 通俗来讲，三极管内部为由P型半导体和N型半导体组成的三层结构，根据分层次序分为NPN型和PNP型两大类。NPN（一般为硅管）和PNP （一般为锗管） 上述三层结构即为三极管的三个区, 中间比较薄的一层为基区，另外两层同为N型或P型，其中尺寸相对较小、多数载流子浓度相对较高的一层为发射区，另一层则为集电区。三极管的这种内部结构特点，是三极管能够起放大作用的内部条件。 三个区各自引出三个电极，分别为基极（b） 、发射极（e）和集电极（c）。 三层结构可以形成两个PN结，分别称为发射结和集电结。三极管符号中的箭头方向就是表示发射结的方向。三极管内部结构中有两个具有单向导电性的PN结，因此当然可以用作开关元件，但同时三极管还是一个放大元件，正是它的出现促使了电子技术的飞跃发展。2 三极管的电流放大作用
直流电压源Vcc应大于Vbb，从而使电路满足放大的外部条件：发射结正向偏置，集电极反向偏置。改变可调电阻Rb，基极电流IB，集电极电流Ic 和发射极电流IE都会发生变化，由测量结果可以得出以下结论：
（1） IE ＝ IB ＋ IC ( 符合克希荷夫电流定理）
（2） IC ≈ IB ×? （ ?称为电流放大系数，可表征三极管的电流放大能力）
（3）△ IC ≈ △ IB ×?
由上可见，三极管是一种具有电流放大作用的模拟器件。
