晶体管的特性与应用

特性
适用范围
超快速二极管
反向恢复时间较短，正向压降 主要应用在开关电源中作高 较低，反向击穿电压（耐压值） 频整流、续流元件，高频电 较高 路中的限幅、嵌位等
萧特基二极管 耐压比较低，反向漏电流比 主要应用在高频低压电路
较大，反向恢复时间较短， 开关损耗小 中
整流二极管
允许通过的电流比较大，反 广泛应用于处理频率不高 向击穿电压比较高，但PN结 的电路中 电容比较大

限幅元件
正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为 0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元 件，可以把信号幅度限制在一定范围内。用于 电压波动较大的地方。
UPS中电压波动较大的地 方有市电侦测，电池电压 侦测，温度侦测等，所以 在送入单片机检测端时须 限幅，厂内一般使用 IN4148( 0.15A 75V) 、作为 限幅元件。
1 2 3
三极管的特性与应用
晶体三极管又称双极器件（Bipolar Junction Transistor,用BJT表示），它的基本组成部分是 两个靠得很近且背对背排列的PN结。根据排列 的方式不同，晶体三极管分为NPN和PNP两种 类型。晶体三极管和晶体二极管一样都是非线 性器件，但它们的主要特性却截然不同。晶体 二极管的主要特性是单向导电性，而晶体三极 管的主要特性则与其工作模式有关。
肖特基二极管其主要特点是正向导通压降小 （约0.45V），反向恢复时间短和开关损耗小， 存在的问题是耐压比较低，反向漏电流比较大。 目前应用在功率变换电路中的肖特基二极管的 大体水平是耐压在150V以下，平均电流在 100A以下，反向恢复时间在10～40ns。肖特基 二极管应用在高频低压电路中，是比较理想的。
晶体管开关损耗 △P ＝ ic * uc
图可明显看出晶体管开关损耗取决与开通时间 ton和关断时间toff。ton和toff越小，即开关 波形越趋于方波，开关损耗越小，温度越低。
三、晶体三极管的参数
共发射极电流增益ß ，反映了三极管的放大能 力。 集电极最大工作电流IC 集电极最大直流峰值电流ICM，由集电极允许 承受的最大电流决定。 集电极允许最高电压UCEO 随着VCE的增大，加在集电结的反偏电压VCB相 应增大。当VCE增大到一定值时，集电结发生反 向击穿，造成电流IC剧增。产生反向击穿的主 要时雪崩击穿。
左图为 CHARGER电路 中输出部分，其 中高频整流管为 D3 ，所用晶体管为 ER8020(8A 200V)。 D4，D6 起反向隔离作用。

继流二极管
在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起 继流作用 。 左图，通过BST.DRV来驱 动RELAY，电流的跳变时， 使RELAY中线圈产生反向 感应电动势，通过二极管 IN4148(0.15A 75V)来继 流，泄放能量，保护驱动 管。也可不加二极管，但 须保证驱动管耐压足够高， 不被击穿。

二、二极管的分类
按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 又可分为:普通二极管和特殊 二极管。普通二极管包括快速二极管、整流二 极管、稳压二极管、检波二极管等；特殊二极 管包括变容二极管、发光二极管、隧道二极管、 触发二极管等。 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。 Nhomakorabea
反向峰值电压 ( VRRM－最大周期性反向电压 )
二极管正向工作时所能承受的周期浪涌电流的最大值。
反向饱和漏电流IR
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。但反向电流受温度的影响较大，一般硅 管比锗管在高温下具有较好的稳定性。
二极管的特性与应用
二极管是由一个由P型半导体和N型半导 体形成的P-N结。正是由于P-N结两边载 流子浓度的不同，使得二极管呈现出它 特有的单向导电特性。利用二极管的单 向导电特性，在电路中的用途十分广泛。
一、二极管的导电特性
正向特性 当所加的正向电压达到某一数值（称为“门槛 电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）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），称为二极管的“正向压降”。 反向特性 二极管两端加反向电压时，二极管处于截止状 态 ，但仍然会有微弱的反向电流流过二极管， 称为漏电流 。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。

整流二极管
利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化 的交流电变换成单一方向的脉动直流电。广泛
应用于处理频率不高的电路中 。
整流分为工频和高频 整流，表现为频率的 不同。D1为工频整流 二极管 ，D2为高频整 流二极管。 整流的方式也分为多种：主要有半波、全波、 桥式。
工频整流一般用在对市电进行整流，厂内UPS电 路中以CHARGER电路为例，输入一般为桥式整流， 须考虑的主要参数有： Iav=Pomax /VO η ； Vpeak= 2 Uin ;--VRRM MAX repetitive reverse voltage 在选取整流二极管会加一定的裕量，以防出现 特殊情况。此外还必须考虑到厂内现有物料以 及通用性。 厂内常用的工频整流桥有：2W10G（2A 1KV）； GBU6M（6A 1KV）
从性能，可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向 回复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下。
CHARGER电路中的Snubber，主要作用是吸收变压器漏 感产生的尖峰电压，箝位二极管应选择反向击穿电压 高于开关管的漏源击穿电压且反向恢复时间尽可能短 的超快恢复二极管 。如图，D2选用UF4007(1A 1KV).

三、二极管的主要参数

正向电压降 VF
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）

正向工作电流Iav－平均电流,
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 。 最大浪涌电流IFSM 允许流过的过量的正向电流。它不是正常电流，而是 瞬间电流，这个值相当大。
稳压二极管
发光二极管
既具有普通二极管的单向导 电特性，又可工作于反向击 穿状态 。缺点是存在噪声
工作电压低，工作电流小， 发光均匀、寿命长 。
在要求精度不高、电流变 化范围不大的情况下，起 稳压作用
主要用于状态指示
五、二极管使用注意事项
在了解二极管的特性与应用后，在设计 电路过程中，根据二极管在电路中的功 用选取合适的元件，需注意： 选择合适的参数 选择常用的二极管 价格的考量
1）、快恢复二极管(PIN型二极管 )
（简称FRD）是一种具有开关特性好、反向恢复时间短 特点的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM脉 宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极 管、续流二极管或阻尼二极管使用 。在制造上采用掺 金、单纯的扩散等工艺，可获得较高的开关速度，同 时也能得到较高的耐压。快恢复二极管的内部结构与 普通PN结二极管不同，它属于PIN结型二极管，即在P 型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。 因基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管 的反向恢复时间较短，正向压降高于普通二极管（1～ 2V)，反向击穿电压（耐压值）较高(多在1500V以下）。 目前快恢复二极管主要应用在开关电源中作整流元件， 高频电路中的限幅、嵌位等。
高频整流管一般用于高频输出整流，须考虑的 主要参数有：
Iav=Po/Vo;
IMAX= 2PO/VO(1- DMAX)（电流临界）; Vrmax= Vo+ N*Vin max N—变压器匝比； 正向压降VF－－二极管功率越大，VF相对较小； 选用超快恢复二极管。
负载功率大的，还须通过测量温升，再调整晶 体管参数。
二、晶体三极管的开关特性
BE结在由正向电 压转为反向时， 内建电场建立的 时间与电流
如图（a）所示，当基极回路输入一幅值为UP （UP>>UBB）的正脉冲信号，基极电流立即上升 IB=(UP-UBB-UBE)/RB,在IB的作用下，发射结逐 渐由反偏变为正偏，BJT由截止状态变为导通 状态，集电结为零偏甚至正偏，集电极于发射 极之间压降UCE≈0,BJT工作在饱和状态，BJT 相当于闭合开关。 如图（b）当基极输入脉冲为负或零时，BJT的发 射结和集电结都处于反偏，集电极电流逐渐下 降到IC=ICEO≈0,因此负载电阻RL上的压降可 以忽略不计，集电极与发射极之间的压降 UCE≈UCC,即BJT工作在截止状态,BJT相当于一 断开的开关。

快速二极管
快速二极管的工作原理与普通二极管是相同 的 ,普通二极管工作在开关状态下的反向恢复 时间较长，约5us以上，不能适应高频开关电 路的要求 。快速二极管主要应用于高频整流电 路、高频开关电源、高频阻容吸收电路、逆变 电路等，其反向恢复时间可达10ns。快速二极 管主要包括快恢复二极管和肖特基二极管。
2）、肖特基（Schottky）二极管
由金属与半导体接触形成的势垒层为基础制成的二 极管，是一种低功耗、超高速半导体器件，广泛应用 于开关电源、变频器、驱动器等电路，作高频、低压、 大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管使用肖 特基二极管在结构原理上与PN结二极管有很大区别， 它的内部是由阳极金属（用钼或铝等材料制成的阻挡 层）、二氧化硅（SiO2）电场消除材料、N-外延层（砷 材料）、N型硅基片、N+阴极层及阴极金属等构成。在 N型基片和阳极金属之间形成肖特基势垒。当在肖特基 势垒两端加上正向偏压（阳极金属接电源正极，N型基 片接电源负极）时，肖特基势垒层变窄，其内阻变小； 反之，若在肖特基势垒两端加上反向偏压时，肖特基 势垒层则变宽，其内阻变大。