三极管和二极管的选用Word格式.docx

1、基区复合损失的空穴由基极外电路加以补充，此空穴流成为基极电流的主要部分。这是双极型三极管内部电流流动的基本概况。从外部电路来看，当基极加上正向偏置（外加信号），集电极加上反向偏置（电源），基极的信号可以看成是外电路补充给发射极注入在基区的复合损失，基极的信号的大小控制着发射极注入的大小，同时也控制着集电极电流的大小，而基极电流只是发射极注入的一小部分，发射极注入的载流子可以认为基本上都到达了集电极，形成了集电极电流。从而小的基极电流信号就可以得到大的集电极电流。这就是三极管电流放大作用的物理实质。下面是扩散法制作双极型三极管的简要的过程：衬底制备外延（在衬底上生长一层较高电阻率的外延层）氧化（

2、在外延层上生成一层SiO2保护膜）光刻（在SiO2膜上开一个窗口）形成基区（从SiO2膜窗口进行P型杂质扩散）氧化（将开的SiO2膜窗口再生成一层SiO2膜）光刻发射区形成发射区（n型杂质扩散）形成电极。三极管的特性下面是双极型三极管的特性描述：1、双极型三极管的直流特性 电流放大倍数是双极型三极管最重要的直流特性参数 电流放大系数与三极管的结构参数和材料参数之间的关系 均匀基区三极管的电流放大系数 在结构上，基区宽度越窄，基区输运系数越高；在材料参数上，发射区杂质浓度比基区杂质越高，注入效率越高。 缓变基区三极管的电流放大系数 在结构上，基区宽度仍是决定基区输运系数的关键参数，此外，缓变基区

3、自建电场的漂移作用使基区输运系数增大。跟均匀基区一样，缓变基区注入效率与发射结两边的杂质浓度密切相关，发射区杂质浓度比基区越高，注入效率也越高。2、双极型三极管的频率特性 双极型三极管的频率特性表现为，在一定的输入信号作用下，输出响应的幅度和相位随输入信号的频率而改变。双极型三极管的传输特性随信号频率而变的原因是由双极型三极管的结构所决定的。首先，双极型三极管的两个pn结势垒电容的充放电需要一定的时间，限制了传输信号的上限频率，pn结电容对信号的分流作用使传输信号受损失。另外，载流子从发射极输运到集电极需要一定的时间，限制了双极型三极管的使用频率上限。总的来看，双极型三极管的频率特性可用一个包

4、括寄生电容充放电时间和载流子输运时间在内的总延迟来表征。3、双极型三极管的功率特性 双极型三极管的功率特性主要是指高电压、大电流使用下的三极管出现的特性。主要有基区扩展效应、发射极电流集边效应和二次击穿。基区扩展效应使双极型三极管的电流放大系数变小，特征频率降低，结果是三极管的高频大电流特性变坏。发射极电流集边效应指发射结电流在靠近基极侧集中。如果基极电流很小，发射结电流集边效应可以忽略不计，如果基极电流过大，发射结电流集边效应对双极型三极管的工作产生很显著的影响；二次击穿指Vce反向耐压增加到一定值时，三极管的I-V特性很快由高压小电流状态跃变到低压大电流状态，若外电路无限流措施，三极管工作

5、在低压大电流状态下，很快因过热而烧毁。二次击穿一般分为电流集中二次击穿即热不稳定二次击穿和雪崩注入二次击穿两种。热不稳定二次击穿是电流密度的不均匀分布所致。电流分布的不均匀的原因有电流集边效应、结面材料的不均匀性和结面的结构缺陷等。雪崩注入二次击穿指基极电流等于或小于零的条件下发生的二次击穿。安全工作区 双极型三极管的安全工作区是指由最大耗散功率、最大集电极电流、击穿电压、电流集中型二次击穿临界功率和雪崩注入型二次击穿临界功率所限定的区域。4、双极型三极管的开关特性 根据偏置条件的不同双极型三极管的工作状态分为四种：放大工作状态；截止状态；反向放大状态；和饱和工作状态。双极型三极管处于饱和工作

6、状态时CE间的压降称为饱和压降；饱和压降理论值都在0.1V以下。双极型三极管从饱和到截止这个过程，需要经过一个过渡时间，过渡时间越长，三极管可正常工作的脉冲重复频率越低。提高三极管开关速度可以在基极和集电极之间并接一个正向的肖特基嵌位二极管，防止三极管进入深度饱和。5、双极型三极管的噪声特性 一般来说，电路中任何不希望产生的电流或电压波动，或任何对于有用信号的偏离或波动，都可以称为噪声。三极管内载流子运动的随机起伏，是三极管噪声的根源。对于开关电路，噪声降低了开关电路的抗干扰容限。三极管的参数双极型三极管是一种非线性元件，它的性能通常是通过各种曲线来描述的。但在一定的工作范围内，某些技术性能具

7、有某种规律性或恒定性。双极型三极管的参数只有在规定的工作条件下才有意义。双极型三极管的参数一般分为三类，即直流参数、交流参数和极限参数。1、直流参数 共发射极直流电流放大系数hFE：指在没有交流信号输入时，共发射极电路输出的集电极电流与输入的直流电流之比。 反向电流 三极管的反向电流与击穿特性是直接影响其特性的重要参数。通常是要求反向电流越小越好。a、反向电流的存在会消耗一定的功率b、反向电流将影响三极管的噪声特性对于pn结，反向电流包括以下几个部分a、空间电荷区外的产生电流，即反向扩散电流；b、空间电荷区内的产生电流，即势垒区产生电流；c、表面产生电流；d、表面漏电流。 击穿电压 三极管的反

8、向击穿电压反映三极管的耐压特性，决定三极管工作电路的上限。在三极管的使用中，每个结都可能处于反偏状态任意两个引出端间会加反向电压。2、交流参数 共发射极交流放大系数，共发射极交流运用时，小信号输出交流电流与基极小信号之比。 共基极交流放大系数，共基极运用，集电极的小信号输出交流电流与发射极的小信号输入交流电流之比。 特征频率fT 由于载流子在基区的渡越时间和三极管极间电容的影响，共发射极交流放大系数会随工作信号频率的升高而下降。频率越高，下降越严重。特征频率fT 就是下降到1时的频率。3、极限参数 三极管有结温、电压、电流和功率四个方面的额定值，三极管工作时只能在规定的范围内，如果超出范围则无

9、法保证管子正常工作，甚至可能导致管子损坏。最高允许结温 三极管的最高允许结温Tjm是指三极管能够正常工作的最高集电结结温。它和材料的电阻率、管子的结构和制造工艺有关。对于最高结温，锗管为85125，硅管为150200。由于半导体材料的温度特性，温度升高到一定程度时，三极管的功率增益和输出功率将有大幅度的下降。反向击穿电压BVceo，在共发射极的使用中，集电结要加反向偏压，如果超过Bvceo，将使集电极电流急剧增大。在实际电路中，一旦发生击穿，Ic失去控制，电路无法工作，而且容易引起管子的损坏。 集电极最大允许电流ICM 指三极管正常工作时集电极最大电流。对于大功率三极管，影响ICM的主要因素为

10、：电流放大系数下降1/31/2时的集电极电流；集电极饱和压降和集电极电流的乘积超过PCM时的集电极电流；引起内部电极熔断的集电极电流；造成集电结损坏的集电极电流。 集电极最大允许耗散功耗 双极型三极管的输出功率，除了受电学性能方面限制外，还受热学性能的限制。三极管的最大耗散功率就是用以描述热学性能对输出功率限制的参数。三极管内部损耗的能量要转变成热量，使三极管发热。若三极管损耗功率较小，热量能及时散开，三极管就能正常工作；如果三极管损耗功率较大，热量又不能及时散开，三极管就因温度升高而损坏。用最大耗散功率表示三极管所能散掉的功率。大功率三极管通常加装有散热器。三极管种类（1）低频小功率三极管

11、低频小功率三极管一般指特征频率在3MHz以下，功率小于1W的三极管。一般作为小信号放大用。（2）高频小功率三极管 高频小功率三极管一般指特征频率大于3MHz，功率小于1W的三极管。主要用于高频振荡、放大电路中。（3）低频大功率三极管 低频大功率三极管指特征频率小于3MHz，功率大于1W的三极管。低频大功率三极管品种比较多，主要应用于电子音响设备的低频功率放大电路种；用于各种大电流输出稳压电源中作为调整管。（4）高频大功率三极管 高频大功率三极管指特征频率大于3MHz，功率大于1W的三极管。主要用于通信等设备中作为功率驱动、放大。（5）开关三极管 开关三极管是利用控制饱和区和截止区相互转换二工作

12、的。开关三极管的开关过程需要一定的响应时间。开关响应时间的长短表示了三极管开关特性的好坏。（6）差分对管 差分对管是把两只性能一致的三极管封装在一起的半导体器件。它能以最简单的方式构成性能优良的差分放大器。（7）复合三极管 复合三极管是分别选用各种极性的三极管进行复合连接，在组成复合三极管时，不管选用什么样的三极管，这些三极管按照一定的方式连接后可以看成是一个高的三极管。组合复合三极管时，应注意第一只管子的发射极电流方向必须与第二只管子的基极电流方向相同。复合三极管的极性取决于第一只管子。复合三极管的最大特点是电流放大倍数很高，所以多用于较大功率输出的电路中。 三极管的选用（1） 根据电路对三

13、极管进行选用 高频电路选用高频管。fT一般应是工作频率的三倍，放大倍数应适中，不应过大。脉冲电路应选用开关三极管，且具有电流容量大，大电流特性好，饱和压降低的性能。直流放大电路应选用对管。要求三极管饱和压降、直流放大系数、反向截止电流等直流电参数基本一致。功率驱动电路应按电路功率、频率选用功率管。（2） 根据三极管主要性能优势进行选用 一只三极管一般有十多项参数，有的特点是频率特性好、开关速度快；有的是具有自动增益控制、高频低噪声；有的是特性频率高、功率增益高，噪声系数小。三极管更换与代用三极管的更换原则是同型号更换，但不同型号间也可根据以下原则更换：（1）三极管使用的材料相同，如硅管代换硅管

14、，锗管代换锗管；（2）极限参数高的晶体管代换参数低的三极管，例如V（BR）CEO高的三极管就可以代换V（BR）CEO低的三极管；PCM较大的三极管就可以代换PCM小的三极管。（3）性能好的三极管代换性能差的三极管，如高的三极管可以代换低的三极管（但不能过高），ICEO小的三极管可以代换ICEO大的三极管。（4）高频、开关管代换普通低频三极管；高频管和开关管之间一般也可以相互取代，但对开关特性要求高的电路，一般高频管不能代换开关管。（5） 复合管代换单管。使用三极管的一些建议（1）降额使用 三极管在安全工作区使用，是提高整机可靠性的最低要求，降额使用可以提高三极管使用可靠性根据三极管失效模式，下

15、面是三极管降额使用的参考数据：通用型三极管，功率降额30%、电流降额50%、电压降额60%；开关三极管功率降额50%、电流降额50%、电压降额60%。（2）高频电路中三极管的管脚尽量短。（3）功率驱动用大功率三极管要安装散热器。中小功率管做功率驱动时也应采取散热措施。（4）直流放大用差分对管时，由于对管参数不可能完全一致，应采用补偿元件和平衡调节措施，以消除零点漂移。本论坛部分文章转自其它网站，版权归原作者所有，如有侵犯，请告知。二极管选用PN结简述1949年PN结理论发表，1950年制造PN结二极管的扩散法出现，半导体技术从此蓬勃发展，人类进入了微电子时代。半导体材料有如下的一些特点：半导体

16、材料的电阻率受杂质含量的多少的影响极大，如在硅中只要掺入百万分之一的杂质硼，硅的电阻率就会从214，000cm下降至0.4cm；半导体材料的电阻率受外界条件影响很大。例如温度每升高8纯净硅的电阻率就会下降一半左右。因此，半导体材料可以人为地控制电阻率取得不同的导电性能。在纯净的半导体材料（如硅）中掺入三价原子（如硼原子、镓原子）形成P型半导体；掺入五价原子（如磷原子、砷原子）的半导体材料形成N型半导体材料。掺入杂质的P型半导体和N型半导体的电阻率下降、导电性能增强。P型半导体和N型半导体的导电机制分别为“空穴”和“电子”。有了P型半导体和N型半导体，就出现了“PN”结。通过扩散等工艺，把一块半

17、导体材料一边做成N型半导体，一边做成P型半导体。由于P型区的“空穴”多，N型区“电子”多，在P型区和N型区的交界处，“电子”从高浓度的N区向P区扩散，同时“空穴”从浓度高的P区向N区扩散。在P区内，“电子”称为少数载流子，在N区内，“空穴”称为少数载流子，扩散到对方的“电子”或“空穴”称为“非平衡少数载流子”。P型半导体体内的“空穴”成为P型半导体的“多子”，同理，N型半导体内的“电子”称为N型半导体的“多子”。这些非平衡少数载流子的注入，必然与对方的多子复合，在交界面附近使载流子成对的消失，并且各留下不能移动的正、负离子，构成一个空间电荷区，出现一个由N区指向P区的内建电场。由正、负离子组成

18、的空间电荷区就是“PN”结。“PN”结具有正向导通，反向截止的功能。“PN”结的正向特性：观察“PN结”的I-V特性曲线，发现在正向曲线起始阶段，电流增长缓慢，这是由于内建电场对外电场的抵消作用。当正向电压增加到一定的值后（硅管约为0.7V锗管约为0.2V），内建电场被完全消除，电流增长很快，近乎直线上升。“PN”结的反向特性：当“PN”处于反向偏置时，由于外电场的方向与内建电场的方向一致，使空间电荷区加宽，空间电荷区内都是不能移动的正、负离子，不具有导电性。在“PN”结的额定击穿电压之前，反向偏置“PN”结的电流只由少数载流子漂移产生,其值基本上不随反偏压增大而上升。由于少数载流子的浓度受温

19、度影响很大（例如温度每升高8纯净硅的电阻率就会下降一半左右），因此“PN”结的反向电流随着温度的升高会增大很快。“PN”结的击穿特性：当加在“PN”结上的反向偏压超过其设计的击穿电压后，“PN”结发生击穿。“PN”结的击穿主要有两类，齐纳击穿和雪崩击穿。齐纳击穿主要发生在两侧杂质浓度都较高的“PN”结，一般反向击穿电压小于4Eg/q的“PN”的击穿模式就是齐纳击穿，击穿机理就是强电场把共价键中的电子拉出来参与导电，使的少子浓度增加，反向电流上升。雪崩击穿主要发生在“PN”结一侧或两侧的杂质浓度较低“PN”结，一般反向击穿电压高于6 Eg/q的“PN”结的击穿模式为雪崩击穿。击穿机理就是强电场使

20、载流子的运动速度加快，动能增大，撞击中型原子时把外层电子撞击出来，继而产生连锁反应，导致少数载流子浓度升高，反向电流剧增。将一个“PN”结封装在一个密封的管壳中（玻璃、塑料或金属）并用引线引出电极，就成了一个二极管。二极管的工作原理 晶体二极管是一个由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抵消作用使载流子的扩散电流增加引起正向电流。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

21、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发生载流子的倍增效应，产生大量电子空穴对，从而产生数值很大的反向击穿电流，这称为二极管的击穿现象。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。下面介绍一下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，流过二极管的正向电流十分微弱，此时二极管仍然不能导通。只有当正向电压达到

22、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，二极管才能真正导通。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），此电压称为二极管的“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，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，称为反向漏电流。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。二极管的种类及特点 1、按材料划分 按材料分，有锗二极管、硅二

23、极管、砷化镓二极管。它们虽然都由PN结构成，但由于材料不同，故性能也不尽相同。锗二极管的压降比硅二极管的压降小，锗管为0.150.3伏，硅管为0.60.7伏。锗二极管的反向饱和漏电流比硅二极管大，锗管一般为十到几百微安，而硅管在1微安以下。锗管耐高温性能远远不如硅管，锗管最高承受温度不超过100，而硅管可高达200。2、按管芯结构划分 按照管芯结构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，使金属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

24、流电路，如收音机的检波等。由于PN结面积小，所以正向时扩散区存储的电荷少、且PN结电容小，可以工作在很高的频率，但不能承受大的正向电流和高的反向电压，这类管子也称为合金管，一般反向耐压很低，功耗也不大，在普通用途中用量不大。面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的正向电流（几安到几十安）和反向电压，性能较为稳定，主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。但一般反向恢复时间也就较大。一般不适宜在高频电路中使用。但现在的器件设计师通过种种办法在提高面接触型二极管的反向恢复时间性能（如通过掺入复合中心，减小扩散区体积等）。当然，这些措施也会引起正向压降增大的不利之处。平面型二极管是一种

25、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。3、按用途划分 二极管按用途不同，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。（1）整流二极管。整流二极管主要用于整流电路中。它是利用PN结的单向导电性把交流电转变成脉动直流电。一般，它用硅材料做成面结合型，因此其结电容较大，但是其频率范围较窄且低，在3KHz以下。包括普通整流二极管、快恢复整流二极管（HER系列）、肖特基整流二极管（SR系列）等。一般在要求反向耐压及正向导通电流满足要求的基础上分为如下情况：1直接对电源整流或接有容性负载或感性负载处的整流管，要求承受浪涌电压和浪涌电流的能力较强

26、；2对开关电源次级整流的整流管，要求反向恢复时间要快，正向压降要小，整流效率要高。否则会引起低压断电等故障。同时反向恢复时间时间过长，也会对PWM模块造成不良影响。肖特基二极管的漏电流很大，可达毫安级，随温度的上升漏电流上升更快；反向耐压很低，现在的工艺可以200V以上的肖特基二极管，但肖特基二极管具有快速的反应时间及很小的正向压降的特点。（2）稳压二极管。稳压二极管是一种特殊的齐纳二极管。主要利用其在反向电压临近击穿电压时反向电流急剧增大，发生可逆性击穿（即此时的管子处于电流在很大的范围内变动而管子仍处于可控的状态）的特性。尽管电流在很大范围内变化，但二极管的电压基本稳定在击穿电压附近。利用

27、稳压二极管微小的电压变化引起极大的电流变化的特点快速地把变化的电压反馈到电压调节电阻上，在稳压电路中串联一个合适的电压调节电阻就可以把电压调节在需要的值上。稳压二极管的主要参数：1稳压值Vz 稳压管在电路中能稳定的电压值，如3.3V、4.7V、5V、9V等；此值一般指在某一稳压电流下的值，在实际的电路中流过的稳压电流值不一定就是稳压电流值，因此，实际电路中稳压管稳压端的值不一定就是规范中稳压管的稳压值，但规范中的稳压值是中心值。2稳压电流IZM 稳压二极管允许长期通过的最大稳压电流，稳压管的实际工作电流要小于此IZM值，否则稳压管会因电流过大而过热损坏。3动态电阻Rz 动态电阻是指在规定的工作

28、电流下，稳压值的微小变化与通过二极管电流的变量的比值。动态电阻值是衡量稳压管稳压能力的一个参数。稳压管的动态电阻随工作电流大小而改变，工作电流越大，动态电阻越小，工作电流越小，动态电阻越大。（3）开关二极管。开关二极管利用了二极管的单向导电特性。在PN结加上正向电压后，其导通电阻很小；而加上反向电压后截止，其电阻很大。因此，在电路中起到控制电流接通或关断的作用。开关二极管的开关时间为开通时间和反向恢复时间的总和。其中，开通时间是指开关二极管从截止到导通所需的时间；反向恢复时间是指导通到截止所需的时间。一般，开关二极管的开关速度是很快的，而其反向恢复时间又远远大于开通时间，故在规格书中给出的一般是反向恢复时间。硅开关二极管的反向恢复时间只有几个纳秒（ns），即10-9级秒；锗开关二极管的反向恢复时间要长一些，但也只有几百纳秒。开关二极管具