手绘图说电子元器件-晶体管

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晶体二极管与单结晶体管

晶体二极管是电子电路中最重要的半导体器件，包括一般二极管和特殊二极管两大类。

晶体二极管

晶体二极管简称二极管，是一种常用的具有一个PN结的半导体器件。

晶体二极管的极性

晶体二极管两引脚有正、负极之分

晶体二极管的参数

晶体二极管的参数很多，常用的检波、整流二极管的主要参数有最大整流电流I F M 、最大反向电压U R M 和最高工作频率f M 。

1．最大整流电流

最大整流电流 I FM 是指二极管长期连续工作时，允许正向通过PN结的最大平均电流。

2．最大反向电压

最大反向电压U RM 是指反向加在二极管两端而不致引起PN结击穿的最大电压。使用中应选用U RM 大于实际工作电压2倍的二极管。

3．最高工作频率

由于PN结极间电容的影响，二极管所能应用的工作频率有一个上限。f M 是指二极管能正常工作的最高频率。在作检波或高频整流使用时，应选用 f M 至少 2 倍于电路实际工作频率的二极管，否则，不能正常工作。

晶体二极管的特点与工作原理

晶体二极管的特点是具有单向导电特性，一般情况下只允许电流从正极流向负极，而不允许电流从负极流向正极

晶体二极管的作用

晶体二极管的主要作用是整流、检波和开关。

1．半波整流

晶体二极管具有整流作用。

由于二极管的单向导电特性，在交流电压正半周时二极管VD导通，有输出；在交流电压负半周时二极管VD截止，无输出。经二极管VD整流出来的脉动电压再经RC滤波器滤波后即为直流电压。

2 全波整流

全波整流比半波整流的效率高。

3 检波

晶体二极管具有检波作用。

第二中放输出的调幅波加到二极管 VD 负极，其负半周通过了二极管（正半周被截止），再由RC滤波器滤除其中的高频成分，输出的就是调制在载波上的音频信号，这个过程称为检波。

4．开关

晶体二极管具有开关作用。

当二极管VD正极接+9V时，VD导通，输入端（IN）信号可以通过二极管VD到达输出端（OUT）；当二极管VD正极接-9V时， VD截止，输入端与输出端之间通路被切断。

稳压二极管

稳压二极管是一种特殊的具有稳压功能的二极管，它也是具有一个PN结的半导体器件。与一般二极管不同的是，稳压二极管工作于反向击穿状态。

稳压二极管的极性

稳压二极管两引脚有正、负极之分。由于稳压二极管工作于反向击穿状态，所以接入电路时，其负极应接电源正极，其正极应接地

稳压二极管的参数

稳压二极管的主要参数是稳定电压U Z 和最大工作电流I ZM 。

1．稳定电压

稳定电压 U Z 是指稳压二极管在起稳压作用的范围内，其两端的反向电压值。

2．最大工作电流

最大工作电流 I ZM 是指稳压二极管长期正常工作时，所允许通过的最大反向电流值。使用中应控制通过稳压二极管的工作电流，使其不超过最大工作电流I ZM ，否则将烧毁稳压二极管。

稳压二极管的特点与工作原理

稳压二极管的特点是工作于反向击穿状态时具有稳定的端电压。与普通二极管不同的是，稳压二极管的工作电流是从负极流向正极。

稳压二极管是利用PN结反向击穿后，其端电压在一定范围内保持不变的原理工作的

稳压二极管的作用

稳压二极管的作用是稳压，主要应用在各类稳压电路中。

1．简单并联稳压电路

晶体三极管与晶闸管

晶体三极管（包括场效应管）是具有放大作用的半导体器件，是电子电路中的核心器件之一。晶闸管是一种功率型半导体器件，在各种控制电路中的应用十分广泛。

晶体三极管

晶体三极管通常简称为晶体管或三极管，是一种具有两个PN 结的半导体器件。晶体三极管是最重要的电子元器件之一，在电子电路中起着核心的作用。

NPN型晶体三极管工作时，集电极c和基极b接正电压，电流由集电极c和基极b流向发射极e。

PNP型晶体三极管工作时，集电极c和基极b接负电压，电流由发射极e流向集电极c和基极b。

晶体三极管的参数

晶体三极管的参数很多，包括直流参数、交流参数、极限参数3类，但一般使用时只需关注电流放大倍数β、特征频率f T 、集-射极击穿电压 BU ceo 、集电极最大电流 I cm 和集电极最大功耗P cm 等项即可。

1．电流放大倍数

电流放大倍数β和h FE 是晶体三极管的主要电参数之一。

（1）β是三极管的交流电流放大倍数，指集电极电流I c 的变化量与基极电流I b 的变化量之比，反映了三极管对交流信号的放大能力。

（2）h FE 是三极管的直流电流放大倍数（也可用β表示），指集电极电流I c 与基极电流I b 的比值，反映了三极管对直流信号的放大能力。

2．特征频率

特征频率f T 是晶体三极管的另一个主要电参数。三极管的电流放大倍数β与工作频率有关，工作频率超过一定值时，β值开始下降。当β值下降为1时，所对应的频率即为特征频率 T ，如图7-6所示。这时三极管已完全没有电流放大能力。

3．集-射极击穿电压

集-射极击穿电压 BU ceo 是晶体三极管的一项极限参数。BU ceo 是指基极开路时，所允许加在集电极与发射极之间的最大电压。工作电压超过BU ceo ，三极管将可能被击穿。

4．集电极最大电流

集电极最大电流I cm 也是晶体三极管的一项极限参数。I是 cm 指三极管正常工作时，集电极所允许通过的最大电流。三极管的工作电流不应超过I cm 。

5．集电极最大功耗

集电极最大功耗P cm 是晶体三极管的又指三极管性能不变坏时所允许的最大集电极耗散功率。使用时三极管实际功耗应小于P cm 并留有一定余量，一项极限参数。

晶体三极管的特点与工作原理

晶体三极管的特点是具有电流放大作用，即可以用较小的基极电流控制较大的集电极（或发射极）电流，集电极电流是基极电流的β倍。

当给基极（输入端）输入一个较小的基极电流I b 时，其集电极（输出端）将按比例产生一个较大的集电极电流 Ic ，这个比例就是三极管的电流放大倍数β，即I c =βI b

晶体三极管的作用

晶体三极管的主要作用是放大、振荡、电子开关、可变电阻和阻抗变换。

1．放大

晶体三极管最基本的作用是放大。

输入信号U i 经耦合电容C 1 加至三极管VT基极，使基极电流I b 随之变化，进而使集电极电流I c 相应变化，变化量为基极电流的β倍，并在集电极负载电阻R c 上产生较大的压降，经耦合电容 C 2 隔离直流后输出，在输出端便得到放大了的信号电压U o 。

2．振荡

晶体三极管可以构成振荡电路。

三极管VT与变压器T等组成变压器反馈音频振荡器，由于变压器T初、次级之间的倒相作用，VT集电极的音频信号经T耦合后正反馈至其基极，形成振荡。

3．电子开关

晶体三极管具有开关作用。

三极管 VT 即为电子开关。VT 的基极由脉冲信号CP控制，当CP=1时，VT导通，发光二极管VD发光；当CP=0时，VT截止，发光二极管VD熄灭。R为限流电阻

4．可变电阻

晶体三极管可以用作可变电阻。

三极管VT在这里作可变电阻用。传声器输出的信号经R 2 与VT集-射极间等效电阻分压后，送往放大器进行放大。由于三极管集-射极间等效电阻随其基极电流变化而变化，而基极电流由放大器输出信号经整流获得的控制电平控制，分压比随输出信号作反向改变，从而实现录音电平的自动控制。

5．阻抗变换

晶体三极管具有阻抗变换的作用。

由于电路输出信号自三极管VT的发射极取出，输出电压全部负反馈到输入端，所以射极跟随器具有很高的输入阻抗Z i 和很低的输出阻抗Z o ，常用于阻抗变换和缓冲电路。

常用晶体三极管

常用晶体三极管主要有低频小功率管、高频小功率管、低频大功率管、高频大功率管、开关管等。

1．低频小功率管

低频小功率管是指特征频率小于3MHz、额定功率小于1W的晶体三极管。

低频小功率管一般工作于低频小信号状态，主要应用于收音机、录音机、电视机、扩音机、电子仪器等电子设备的低频或音频电路中，作电压放大、振荡或1W以下的功率放大。

2．高频小功率管

高频小功率管是指特征频率大于或等于3MHz、额定功率小于1W的晶体三极管

场效应管

场效应晶体管通常简称为场效应管，是一种利用场效应原理工作的半导体器件，分为结型场效应管和绝缘栅场效应管两大类，又都有N沟道和P沟道之分。

场效应管的引脚

场效应管一般具有3个引脚（双栅管有4个引脚），分别是栅极G、源极S和漏极D，它们的功能分别对应于双极型晶体三极管的基极b、发射极e和集电极c。

场效应管的参数

场效应管的参数很多，包括直流参数、交流参数和极限参数，但一般使用时只需关注以下主要参数：饱和漏源电流 I DSS 、夹断电压U P （结型管和耗尽型绝缘栅管）或开启电压U T （增强型绝缘栅管）、跨导 g m 、漏源击穿电压 BU DS 、最大耗散功率 P DSM 和最大漏源电流I DSM

1．饱和漏源电流

饱和漏源电流I DSS 是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压U GS =0时的漏源电流。

2．夹断电压

夹断电压 U P 是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，使漏源间刚截止时的栅极电压。

3．开启电压

开启电压 U T 是指增强型绝缘栅场效应管中，使漏源间刚导通时的栅极电压。

4．跨导

跨导g m 表示栅源电压U GS 对漏极电流I D 的控制能力，即漏极电流I D 变化量与栅源电压U GS 变化量的比值。g m 是衡量场效应管放大能力的重要参数。

5．漏源击穿电压

漏源击穿电压 BU DS 是指栅源电压 U GS 一定时，场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压。这是一项极限参数，加在场效应管上的工作电压必须小于BU DS 。

6．最大耗散功率

最大耗散功率P DSM 也是一项极限参数，是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。使用时场效应管实际功耗应小于P DSM 并留有一定余量。

7．最大漏源电流

最大漏源电流I DSM 是又一项极限参数，是指场效应管正常工作时，漏源间所允许通过的最大电流。场效应管的工作电流不应超过I DSM 。

场效应管的特点与工作原理

场效应管的特点是由栅极电压 U G 控制其漏极电流 I D 。和普通双极型晶体三极管相比较，场效应管具有输入阻抗高、噪声低、动态范围大、功耗小、易于集成等特点。

（1）当负偏压-U G 的绝对值增大时，耗尽层增大，沟道减小，漏极电流I D 减小。

（2）当负偏压-U G 的绝对值减小时，耗尽层减小，沟道增大，漏极电流I D 增大。

场效应管的作用

场效应管的主要作用是放大、恒流、阻抗变换、可变电阻和电子开关等。

1．放大

场效应管具有放大作用。

输入信号U i 经C 1 耦合至场效应管VT的栅极，与原来的栅极负偏压相叠加，使其漏极电流ID相应变化，并在负载电阻R D 上产生压降，经 C 2 隔离直流后输出，在输出端即得到放大了的信号电压U o 。I D 与U i 同相，U o 与U i 反相。

阻抗变换

场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。

晶闸管

晶闸管是晶体闸流管的简称，也叫做可控硅，是一种具有3个PN结的功率型半导体器件，包括单向晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管等。

晶闸管的特点

晶闸管的特点是具有可控制的单向导电性，即不但具有一般二极管单向导电的整流作用，而且可以对导通电流进行控制。

形象地说，晶闸管就好比是水渠中的闸门。晶闸管未触发时无电流通过，相当于未开闸门水渠中无水流；晶闸管触发后有电流通过，相当于打开了闸门水渠中有水流。改变触发信号的导通角可以控制通过晶闸管的电流大小，相当于改变闸门开启的大小可以控制水渠中水流的大小。

晶闸管具有以小电流（电压）控制大电流（电压）的作用，并具有体积小、重量轻、功耗低、效率高、开关速度快等优点，在无触点开关、可控整流、逆变、调光、调压、调速等方面得到广泛的应用。

光电器件

光电器件是指能够将光信号转换为电信号的半导体器件，包括光电二极管、光电三极管和光电耦合器等。

光电二极管

光电二极管是一种具有一个PN结的半导体光敏器件，它有一个透明的窗口，以便使光线能够照射到PN结上。

光电二极管的特点是具有将光信号转换为电信号的功能，其作用是进行光电转换，在光控、红外遥控、光探测、光纤通信和光电耦合等方面有广泛的应用。

光电二极管的参数

光电二极管的主要参数是最高工作电压U RM 、光电流I L 和光电灵敏度S n 等。

1．最高工作电压

最高工作电压U RM 是指在无光照、反向电流不超过规定值（通常为0.1μA）的前提下，光电二极管允许加的最高反向电压

2．光电流

光电流 I L 是指在受到一定光照时，加有反向电压的光电二极管中所流过的电流，为几十微安

3．光电灵敏度

光电灵敏度 S n 是指在光照下，光电二极管的光电流I L 与入射光功率之比

光电二极管的特点与工作原理

光电二极管的特点是具有将光信号转换为电信号的功能，并且其光电流 I L 的大小与光照强度成正比，光照越强光电流 I L 越大

光电二极管通常工作在反向电压状态

无光照时，光电二极管VD截止，反向电流I=0，负载电阻R L 上的输出电压U o =0。有光照时，VD的反向电流I明显增大并随光照强度的变化而变化，这时输出电压 U o 也较大并随光照强度的变化而变化，从而实现了光电转换。

光电二极管的作用

光电二极管的作用是进行光电转换，在光控、红外遥控、光探测、光纤通信和光电耦合等方面有广泛的应用。

1．光控

光电二极管可以用作光控开关

无光照时，光电二极管VD 1 因接反向电压而截止，晶体三极管VT 1 、VT 2 因无基极电流也截止，继电器处于释放状态。当有光线照射到光电二极管VD 1 时，VD 1 从截止转变为导通，使VT 1 、VT 2 相继导通，继电器K吸合，接通被控电路。

2 光信号接收

光电二极管可以用于接收光信号

光信号由光电二极管VD接收，经VT放大后通过耦合电容C输出。

3．光转换

光电二极管可以用作红外光到可见光的转换

红外光信号由光电二极管VD 1 接收，经晶体三极管VT 1 、VT 2 放大后，驱动发光二极管VD 2 发出可见光。

发光二极管

发光二极管简称为LED，是一种具有一个PN结的半导体电致发光器件

发光二极管的参数

发光二极管的主要参数有最大工作电流I FM 和最大反向电压U RM 。

1．最大工作电流

最大工作电流 I FM 是指发光二极管长期正常工作所允许通过的最大正向电流。