二极管、三极管相关知识整理

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二极管的伏安特性

硅管导通电压0.6~0.8V，反向饱和电流小于0.1uA

锗管导通电压0.1-0.3V，反向饱和电流几十uA

稳压二极管

反向击穿时，在一定电流范围内，电压值几乎不变，表现出稳压特性。

只要不超过稳压管的额定功率，电流越大，稳压效果越好

晶体三极管

临界饱和和临界放大：U_BE=U_CE

截止区：U_BE≤U_ON,U_CE≥U_BE

放大区：U_BE＞U_ON,U_CE≥U_BE

饱和区：U_BE＞U_ON,U_CE＜U_BE

 当IB=0时, IC→0 ,称为三极管处于截止状态，相当于开关断开;

 当IB>0时, IB轻微的变化,会在IC上以几十甚至百多倍放大表现出来;

 当IB很大时，IC变得很大，不能继续随IB的增大而增大，三极管失去放大功能，表现为开关导通。

三极管核心功能：

 放大功能：小电流微量变化，在大电流上放大表现出来。

 开关功能：以小电流控制大电流的通断。

三极管的放大功能

 IC = β * IB （其中β≈ 10~400 ）

 例：当基极通电流IB=50μA时,集极电流:

 IC=βIB=120*50μA=6000μA

 微弱变化的电信号通过三极管放大成波幅度很大的电信号，如下图所示：

所以，三极管放大的是信号波幅，三极管并不能放大系统的能量。

能放大多少，取决于三极管的放大倍数β值

首先β由三极管的材料和工艺结构决定：

如硅三极管β值常用范围为：30~200

锗三极管β值常用范围为：30~100

β值越大，漏电流越大，β值过大的三极管性能不稳定。

其次β会受信号频率和电流大小影响：

信号频率在某一范围内，β值接近一常数，当频率越过某一数值后，β值会明显减少。

β值随集电极电流IC的变化而变化，IC为mA级别时β值较小。一般地，小功率管的放大倍数比大功率管的大。

温度几乎影响三极管所有的参数，其中对以下三个参数影响最大。

（1）对放大倍数β的影响：

在基极输入电流IB不变的情况下，集极电流IC会因温度上升而急剧增大。

（2）对反向饱和电流（漏电流）ICEO的影响：

ICEO是由少数载流子漂移运动形成的，它与环境温度关系很大，ICEO随温度上升会急剧增加。温度上升10℃，ICEO将增加一倍。

虽然常温下硅管的漏电流ICEO很小，但温度升高后，漏电流会高达几百微安以上。

 （3）对发射结电压 UBE的影响：

温度上升1℃，UBE将下降约2.2mV。

温度上升，β、IC将增大，UCE将下降，在电路设计时应考虑采取相应的措施，如远离热源、散热等,克服温度对三极管性能的影响。

一般地：锗管为PNP型，硅管为NPN型

　　　　　　　　　　　　复合管

复合管的组成原则：

1.在正确的外加电压下，每只管子的各级电流均有合适的通路，且均工作在放大区或恒流区；

2.为实现电流的放大，应将第一级管子的集电极（漏极）或发射级（源级）电流作为第二只管子的基极电流；

3.三极管和场效应管联合使用时，场效应管的栅极电阻无穷大，会使前端无输出电流，而不符合。

在电子电路中，放大的对象是变化量，放大的本质是在输入信号的作用下，通过有源元件（晶体管或场效应管）对直流电源的能量进行控制和转换，使负载从电源中获得的输出信号能量比信号源向放大电路提供的能量大的多。晶体管放大电路有共射、共集、共基三种接法，场效应管有共源、共漏接法（与晶体管放大电路共射、共集接法相对应）。以下通过3个主要性能（放大倍数A、输入电阻Ri、输出电阻Ro）指标对晶体管三种基本接法进行比较。

基本共射放大电路，交流通路，等效电路

放大倍数：A=Uo/Ui=-βRc/rbe;  

输入电阻：Ri=Rb//rbe;

输入电阻：Ro=Rc;

基本共集放大电路：交流通路，等效电路

放大倍数：A=Uo/Ui=IeRe/[Ib(Rb+rbe)+(1+β)IbRe]；

输入电阻：Ri=Ui/Ii=Ui/Ib=[Ib(Rb+rbe)+IeRe]/Ib=Rb+rbe+(1+β)Re；

输出电阻：Ro=Re//[(Rb+rbe)/(1+β)]；

基本共基放大电路：交流通路，等效电路

放大倍数：A=Uo/Ui=Ic*Rc/(Ie*Re+Ib*rbe)=βRc/[rbe+(1+β)Re]；

输入电阻：Ri=Ui/Ii=Ui/Ie=(Ie*Re+Ib*rbe)/Ie=Re+rbe/(1+β)；

输出电阻：Ro=Rc；

三极管三种接法比较：

1、共射电路既能放大电流又能放大电压，输入输出电阻居三种电路之中，输出电阻较大，频带较窄。常用作为低频电压放大电路的单元电路；

2、共集电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，具有电压跟随的特点，常用于电压放大电路的输入和输出级； 

3、共基电路只能放大电压不能放大电流，输出电阻小，电压放大倍数、输出电阻与共射电路相当，是三种接法中高频特性最好的电路。常作为宽频带放大电路。

三极管与MOS管区别

1、工作性质：三极管用电流控制，MOS管属于电压控制.

2、成本问题：三极管便宜，mos管贵。

3、功耗问题：三极管损耗大。

4、驱动能力：mos管常用来电源开关，以及大电流地方开关电路。

三极管比较便宜，用起来方便，常用在数字电路开关控制。

MOS管用于高频高速电路，大电流场合，以及对基极或漏极控制电流比较敏感的地方。

MOS管不仅可以做开关电路，也可以做模拟放大，因为栅极电压在一定范围内的变化会引起源漏间导通电阻的变化。

二者的主要区别就是：

双极型管是电流控制器件（通过基极较小的电流控制较大的集电极电流），MOS管是电压控制器件（通过栅极电压控制源漏间导通电阻）。

场效应管

g指向内为N沟道管

g指向外为P沟道管

栅极g，源极s，漏极d。

增强型-->>

耗尽型-->>

1) MOS管是一个由改变电压来控制电流的器件，所以是电压器件。

2) MOS管道输入特性为容性特性，所以输入阻抗极高。

绝缘栅型场效应管MOS管

N沟道增强耗尽型，P沟道增强耗尽型

但凡U_GS为零时，漏极d电流也为零，属于增强型管子

但凡U_GS为零时，漏极d电流不为零，属于耗尽型管子

VGS(th)——开启电压或阀电压;

在恒流区用于小信号放大，属于线性关系，在可变电阻区，用于开关控制。

夹断区U_GS=0，小于开启电压U_GS(th)时，漏极无电流，此时处于夹断区；

恒流区U_GS>U_GS(th)时，预夹断电压U_DS>U_GS-U_GS(th)，此时处于恒流区

可变电阻区，U_GS>U_GS(th)时，预夹断电压U_DS<U_GS-U_GS(th)，此时处于可变电阻区

此时U_DS=U_GS-U_GS(th)，除以U_GS对应的电流，得到U_DS的等效内阻，通过分压公式计算出Uo

分压计算，两个串联电阻R1,R2,计算R1两端的电压，即R1/(R1+R2)*Vcc

N沟道结型场效应管的特性曲线：(a) 漏极输出特性曲线 (b) 转移特性曲线

工作在恒流和可变的临界值，此时电流最大，选用电流Id较大的管子，使设计的电流最好不超手册所给Id的一半为好

(a) 转移特性曲线 (b) 输出特性曲线

① 开启电压VGS(th) (或VT)

开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值，场效应管不能导通。

② 夹断电压VGS(off) (或VP)

夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off) 时，漏极电流为零。

③ 饱和漏极电流IDSS

耗尽型场效应三极管，当VGS=0时所对应的漏极电流。

三种接法的比较：

共射电路：既能放大电压又能放大电流，输入电阻居三种电路之中，输出电阻较大，频带较窄。常作为低频电压放大电路的单元电路

共集电路：只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大，输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点。常用于电压放大电路的输入级和输出级，在功率放大电路中也常采用射级输出的形式。

共基电路：只能放大电压不能放大电流，具有电流跟随特点，输入电阻小，电压放大倍数、输出电阻与共射极相当，是三种接法中高频特性最好的电路，常用作宽频带放大电路。

N沟道增强型MOS管必须在栅极上施加正向偏压，且只有栅源电压大于阈值电压时才有导电沟道产生的N沟道MOS管。N沟道耗尽型MOS管是指在不加栅压（栅源电压为零）时，就有导电沟道产生的N沟道MOS管。

NMOS集成电路是N沟道MOS电路，NMOS集成电路的输入阻抗很高，基本上不需要吸收电流，因此，CMOS与NMOS集成电路连接时不必考虑电流的负载问题。NMOS集成电路大多采用单组正电源供电，并且以5V为多。CMOS集成电路只要选用与NMOS集成电路相同的电源，就可与NMOS集成电路直接连接。不过，从NMOS到CMOS直接连接时，由于NMOS输出的高电平低于CMOS集成电路的输入高电平，因而需要使用一个（电位）上拉电阻R，R的取值一般选用2～100KΩ。

MOS管的开通/关断原理你就会发现，使用PMOS做上管、NMOS做下管比较方便。

MOS管的开通/关断原理，下图：

　　　　电流方向与箭头方向相反就是导通，方向相同就是截止。

NMOS管的主回路电流方向为D→S，导通条件为VGS有一定的压差，一般为5~10V（G电位比S电位高）；而PMOS管的主回路电流方向为S→D，导通条件为VGS有一定的压差，一般为-5~-10V（S电位比G电位高），下面以导通压差6V为例。

使用NMOS当下管，S极直接接地（为固定值），只需将G极电压固定值6V即可导通；若使用NMOS当上管，D极接正电源，而S极的电压不固定，无法确定控制NMOS导通的G极电压，因为S极对地的电压有两种状态，MOS管截止时为低电平，导通时接近高电平VCC。当然NMOS也是可以当上管的，只是控制电路复杂，这种情况必须使用隔离电源控制，使用一个PMOS管就能解决的事情一般不会这么干，明显增加电路难度。

使用PMOS当上管，S极直接接电源VCC，

S极电压固定，只需G极电压比S极低6V即可导通，使用方便；

同理若使用PMOS当下管，D极接地，S极的电压不固定（0V或VCC），无法确定控制极G极的电压，使用较麻烦，需采用隔离电压设计。

使用N-MOS管控制P-MOS管的，当BAT_SENS_EN输出为低时，N管P管均不工作，1和6，3和4均处于断开状态；
当BAT_SENS_EN输出为高时，经过电阻分压，使电压从2脚输入，高于N-MOS管栅极G1的开启电压，N管的漏极D1和源极S1导通，VCC_BAT从6脚流向->1脚，此时DMG1016的5脚电平从高电平被拉至低电平，上部P-MOS管的栅极G2被打开，VCC_BAT从4脚流向->3脚，再通过R24、R25分压后送至BAT_SENS。
从而实现BAT_SENS_EN高电平控制传感器使能，低电平控制传感器关闭。

图中电池的正电通过开关S1接到场效应管Q1的2脚源极，由于Q1是一个P沟道管，它的1脚栅极通过R20电阻提供一个正电位电压，所以不能通电，电压不能继续通过，3v稳压IC输入脚得不到电压所以就不能工作不开机！这时，如果我们按下SW1开机按键时，正电通过按键、R11、R23、D4加到三极管Q2的基极，三极管Q2的基极得到一个正电位，三极管导通（前面讲到三极管的时候已经讲过），由于三极管的发射极直接接地，三极管Q2导通就相当于Q1的栅极直接接地，加在它上面的通过R20电阻的电压就直接入了地，Q1的栅极就从高电位变为低电位，Q1导通电就从Q1通过加到3v稳压IC的输入脚，3v稳压IC就是那个U1输出3v的工作电压vcc供给主控，主控通过复位清0，读取固件程序检测等一系列动作，输处一个控制电压到PWR_ON再通过R24、R13分压送到Q2的基极，保持Q2一直处于导通状态，即使你松开开机键断开Q1的基极电压，这时候有主控送来的控制电压保持着，Q2也就一直能够处于导通状态，Q1就能源源不断的给3v稳压IC提供工作电压！SW1还同时通过R11、R30两个电阻的分压，给主控PLAYON脚送去时间长短、次数不同的控制信号，主控通过固件鉴别是播放、暂停、开机、关机而输出不同的结果给相应的控制点，以达到不同的工作状态！

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