理想开关的开关特性
假定图2.1.1所示S是一个理想开关，则其特性应如下：
一、静态特性
（一）断开时，无论Uak在多大范围内变化，其等效电阻Roff=无穷，通过其中的电流Ioff=0。
（二）闭合时，无论流过其中的电流在多大范围内变化，其等效电阻Ron=0，电压Uak=0。
二、动态特性
（一）开通时间Ton=0，即开关S由断开状态转换到闭合状态不需要时间，可以瞬间完成。
（二）关断时间Toff=0，即开关由闭合状态转换到断开状态哦也不需要时间，亦可以瞬间完成。
客观世界中，当然没有这种理想开关存在。日常生活中使用的乒乓开关、继电器、接触
器等，在一定电压和电流范围内，其静态特性十分接近理想开关，但动态特性很差，根本不可能满足数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。虽然，半导体二极管、三极管和MOS管作为开关使用时，其静态特性不如机械开关，但其动态特性却是机械开关无法比拟的。
2.1.2 半导体二极管的开关特性
半导体二极管最显著的特点是具有单向导电特性。
一、静态特性
（一）半导体二极管的结构示意图、符号和伏安特性
1．结构示意图和符号
如图2.1.2所示，是半导体二极管的结构示意图和符号。
半导体二极管是一种两层、一结、两端器件，两层就是P型层和N型层、一结就
内部只有一个PN结，两端就是两个引出端，一个引出端叫做阳极A，一个引出端称为阴极K。
2．伏安特性
反映加在二极管两端的电压Ud和流过其中的电流Id两者之间关系的曲线，叫做
伏安特性曲线，简称为伏安特性。图2.1.3给出的是硅半导体二极管的伏安特性。
从图2.1.3所示伏安特性可清楚地看出，当外加正向电压小于0.5V时，二极管工作在死区，仍处在截止状态。只有在Ud大于0.5V以后，二极管才导通，而且当Ud达到0.7V后，即使Id在很大范围内变化，Ud基本不
变。当外加反向电压时，二极管工作在反向截止区，但当Ud达到U(BR)——反向击穿电压时，二极管便进入反向击穿区，反向电流Ir会急剧增加，若不限制Ir的数值，二极管就会因过热而损坏。
（二）半导体二极管的开关作用
1．开关应用举例
图2.1.4给出的是最简单的硅二极管开关电路。输入电压为u1，其低电平U1L=-2V，高电平为U1H=3V。
（1） u1=U1L=-2V时
半导体二极管反偏，D处在反向截止区，如同一个断开了的开关，直流等效电路
如图2.1.4（b）所示，显然，输出电压为0V，即uo=0。
（2） u1=U1H=3V时
半导体二极管正向偏置，D工作在正向导通区，其导通压降UD=0.7V，如同一个具
有0.7V压降、闭合了的开关，直流等效电路如图2.1.4（c）所示，显然输出电压等于U1H减去UD，即 uo=U1H-UD=(3-0.7)V=2.3V
2．状态开关特性
通过对最简单的二极管开关电路的分析可知，硅半导体二极管具有下列静态开关特
性：
（1）导通条件及导通时的特点
当外加正向电压UD>0.7V时，二极管导通，而且一旦导通之后，就可以近似地
认为UD=0.7V不变，如同一个具有0.7V压降的闭和了的开关。在有些情况下，例如在图2.1.4所示电路中，当u1=U1H很大时，便可近似地认为uo=U1H，即忽略二极管导通压降。
（2）截止条件及截止时的特点
当外加电压UD<0.5V时，二极管截止，而且一旦截止之后，就近似地认为ID=0，
如同一个断开了的开关。
二、动态特性
（一）二极管的电容效应
1．结电容Cj
二极管中的PN结里有电荷存在，其电荷量的多少是受外加电压影响的，当外加电
压改变时，PN结里面电荷量也随之改变，这种现在与电容的作用很相似，并用电容Cj表示，称之为结电容。
2．扩散电容CD
当二极管外加正向电压时，P区中的多数载流子空穴，N区中的多数载流子电子，
越过PN结后，并不是立即全部复合掉，而是在PN结两边积累起来，形成一定浓度梯度分布，靠近结边界处浓度高，离边界越远浓度越低。也即在PN结边界两边，因扩散运动而积累了电荷，而且其电荷量（存储电荷量）也随之成比例地增加。这种现象与电容的作用也很相似，并用CD表示，称之为扩散电容。
Cj和CD的存在，极大地影响了二极管的动态特性。无论是开通还是关断，伴随着Cj、CD的充、放电过程，都要经过一段机延迟时间才能完成。（二）二极管的开关时间
1．简单二极管开关电路及u1和iD的波形
如图2.1.5所示是一个最简单的二极管开关电路及相应的u1和iD的波形。2．开通时间ton
当输入电压u1由U1L跳变到U1H时，二极管D要经过导通延迟时间
td=t2-t1、上
升时间tr=t3-t2之后，才能由截止状态转换到导通状态。其原因在于，当u1正跳变时，只有当PN结中电荷量减少，PN结由反偏转换到正偏，也即CB放电后，二极管D才会导通，此后流过二极管中的电流iD也只能随着扩散存储电荷的增加而增加，也即随着CD的充电而增加，并逐步达到稳态值ID=（U1H-UD）/R。所以半导体二极管的开通时间为
ton=td+tr
3．关断时间toff
当输入电压u1由U1H跳变到U1L时，二极管D经过存储时间ts=t5-t4、下降时间
（也叫作度越时间）tf=t6-t5之后，才会由导通状态转换到截止状态。ts 是存储电荷消散时间，tf是PN结由正偏到反偏，PN结中电荷量逐渐增加到截止状态下稳态值的时间，也即CD放电、Cj充电的时间。关断时间toff 也叫做反向恢复时间，常用trr表示。
由于半导体二极管的开通时间ton比关断时间toff短得多，所以一般情况下可以忽略不计，而只考虑关断时间，也即反向恢复时间。一般开关二极管的反向恢复时间有几个纳秒。例如，用于高速开关电路的平面型硅开关管2CK系列，trr<=5ns。
2.1.3 半导体三极管的开关特性
半导体三极管最显著的特点是具有放大能力，能够通过基极电流iB控制其工作状态，是一种具有放大特性的由基极电流控制的开关元件。
一、静态特性
（一）结构示意图、符号和输入、输出特性
1．结构示意图和符号
图2.1.6给出的是硅NPN半导体三极管的结构示意图和符号。
半导体三极管是一种具有三层、两结、三端的器件。三层分别是发射区、基区和集
电区，两结是发射结J2、集电结J1，三端是发射极e、基极b和集电极c。2．输入特性
输入特性指的是基极电流iB和基极-发射极间电压uBE之间的关系曲线，也即反
映函数 iB=f(uBE)|uBE 的几何图形，见图2.1.7。与半导体二极管的伏安特性相似，当uBE大于死区电压UO=0.5V时，发射结开始导通，当uBE=0.7V 时，即使iB在很大范围内变化，uBE基本维持不变。
需要指出的是，半导体三极管发射结承受反向电压的能力是很差的，集电极开路时发射-基极间的反向击穿电压U(BR)EBO，一般合金管较高，平面管尤其是高频管只有几伏，有的甚至不到1V。
3．输出特性
输出特性指的是集电极电流iC和集电极-发射极间电压uCE之间的关系曲线，也
即反映函数 iC=f(uCE)|iB 的几何图形，如图2.1.8所示。
输出特性非常清晰地反映了iB对iC的控制作用。在数字电路中，半导体三极管不是工作在截止区，就是工作在饱和区，而放大区仅仅是一种瞬间即逝的工作状态。
（二）半导体三极管的开关应用
1．开关应用举例
图2.1.9给出的是一个最简单的硅半导体三极管开关电路。输入电压为uI，其低电
平UIL= -2V，高电平为UIH=3V。
在图2.1.9所示电路中，不难看出，当uI=UIL=-2V时，三极管T发射结处于反向偏置，T为截止状态， iB=0、iC=0、uO=VCC=12V。
当u1=U1H=3V时三极管是导通的，基极电流
iB=1 mA
临界饱和时的基极电流
IBS=0.06 mA
ICS是半导体三极管T饱和导通时的集电极电流，UCES是T饱和导通时集电极到发射极的电压降，对于开关管，总是小于或等于0.3B，即
UCES<=0.3V
由估算结果知，iB远大于IBS，所以T深度饱和，则
uO=UCES<=0.3V
人们一般把iB与IBS之比q叫做饱和深度，也即
图2.1.9所示电路中，三极管的饱和深度
q=16.6
2．静态开关特性
通过对图2.1.9所示简单开关电路的分析可知，半导体三极管具有下列静态开关
性：
（1）饱和导通条件及饱和时的特点
饱和导通条件：三极管基极电流iB大于其临界饱和时的数值IBS时，饱和导通即若
时，三极管一定饱和。
饱和导通时的特点：由输入特性和输出特性知道，对硅半导体三极管来说，饱和导通以后 Ube=0.7B，Uce=UCES≤0.3V
如同闭合了的开关，其等效电路如图2.1.10（a）所示。
（2）截止条件及截止时的特点
截止条件：
uBE 式中U0是硅管发射结的死区电压。由硅三极管的输入特性图2.1.7知道，当Ube 截止时的特点： iB=0，iC=0 如同短开的开关，其等效电路如图2.1.10（b）所示。 二、动态特性 半导体三极管和二极管一样，在开关过程中也存在电容效应，都伴随着相应电荷的建立和消散过程，因此都需要一定时间。 （一）开关电路中u1和iC的波形 在图2.1.9(a)所示开关电路中，当u1为矩形脉冲时，相应iC的波形如图2.1.11所示。 （二）开关时间] 1．开通时间ton 当u1由U1L=-2V跳变到U1H=3V时，三极管需要经过导通延迟时间td=t2-t1和上 升时间tr=t3-t2之后，才能由截止状态转换到饱和导通状态。开通时间ton=td+tr 2．关断时间toff 当u1由U1H=3V跳变到U1L=-2V时，三极管需要经过存储时间ts=t5-t4、下降时 间tf=t6-t5之后，才能由饱和导通状态转换到截止状态。关断时间 toff=ts+tf 应当特别说明的是，在数字电路中，半导体三极管饱和导通时，其饱和深度均较深，基区存储电荷很多，因此在状态转换时，其消散时间即存储时间ts较长。 半导体三极管开关时间的存在，影响了开关电路的工作速度。一般情况下，由于toff>ton，所以，减少饱和和导通时基区存储电荷的数量，尽可能地加速其消散过程，也即缩短存储时间ts，是提高半导体三极管开关速度的关键。 开关三极管，例如NPN 3DK系列，其开关时间ton、toff都在几十纳秒量级。 2.1.4 MOS管的开关特性 MOS管最显著的特点也是具有放大能力。不过它是通过栅极电压uGS控制其工作状态的，是一种具有放大特性的由电压uGS控制的开关元件。一、静态特性 （一）结构示意图、符号、漏极特性和转移特性 1．结构示意图和符号 从图2.1.12(a)所示结构示意图中可以看出，MOS管是由金属-氧化物-半导体 （Metal-Ox-ide-Semiconductor）构成的。在P型衬底上，利用光刻、扩散等方法，制作出两个N+型区，并引出电极，分别叫做源极S和漏极D，同时在源极和漏极之间的二氧化硅SiO2绝缘层上，制作一个金属电极栅极G，这样得到的便是N沟道MOS管。 2．漏极特性 反映漏极电流iD和漏极-源极间电压uDS之间关系的曲线族叫做漏极特性曲线， 简称为漏极特性，也就是表示函数 iD=f(uDS)|uGS 的几何图形，如图2.1.13（a）所示。 当uGS为零或很小时，由于漏极D和源极S之间是两个背靠背的PN结，即使在漏极加上正电压（uDS>0V），MOS管中也不会有电流，也即管子处在截止状态。 当uGS大于开启电压UTN时，MOS管就导通了。因为在UGS=UTN（图2.1.13中UTN=2V）时，栅极和衬底之间产生的电场已增加到足够强的程度，把P 型衬底中的电子吸引到交界面处，形成的N型层——反型层，把两个N+ 区连接起来，也即沟通了漏极和源极。所以，称此管为N沟道增强型MOS 管。 可变电阻区：当uGS>UTN后，在uDS比较小时，iD与uDS成近似线性关系，因此可把漏极和源极之间看成是一个可由uGS进行控制的电阻，uGS越大，曲线越陡，等效电阻越小，如图2.1.13（a）所示。 恒流区：当uGS>UTN后，在uDS比较大时，iD仅决定于uGS，而与uDS几乎无关，特性曲线近似水平线，D、S之间可以看成为一个受uGS控制的电流源。 在数字电路中，MOS管不是工作在截止区，就是工作在可变电阻区，恒流区只是一种瞬间即逝的过度状态。 3．转移特性 反映漏极电流iD和栅源电压uGS关系的曲线叫做转移特性曲线，简称为转移特性， 也就是表示函数 iD=f(uGS)|uDS 的几何图形，如图2.1.13（b ）所示。 当uGS 4． P沟道增强型MOS管 上面讲的是Ｎ沟道增强型ＭＯＳ管。对于Ｐ沟道增强型ＭＯＳ管，无论是结构、符 号，还是特性曲线，与Ｎ沟道增强型ＭＯＳ管都有着明显的对偶关系。其衬底是Ｎ型硅，漏极和源极是两个Ｐ+区，而且它的uGS、uDS极性都是负的，开启电压ＵTP也是负值。Ｐ沟道增强型ＭＯＳ管的结构、符号、漏极特性和转移特性如图２.１.１４所示。 （二） MOS管的开关作用 １．开关应用举例 如图２.１.１５所示，是一个最简单的ＭＯＳ管开关电路，输入电压是u1，输 出电压是uO。当u1较小时，ＭＯＳ管是截止的，uO=UOH=VDD；当u1较大时，ＭＯＳ管是导通的，，由于RON< ２．静态开关特性 （１）截止条件和截止时的特点 ①截止条件：当ＭＯＳ管栅源电压uGS小于其开启电压ＵTN时， 将处于截止状态，因为漏极和源极之间还未形成导电沟道，其等效电路如图２.１.１５（b）所示。 ②截止时的特点：iD=0，ＭＯＳ管如同一个断开了的开关。 （２）导通条件和导通时的特点 ①导通条件：当uFS大于ＵTN时，ＭＯＳ管将工作在导通状态。 在数字电路中，ＭＯＳ管导通时，一般都工作在可变电阻区，其导通电阻ＲON只有几百欧姆，较小。 ②导通时的特点：ＭＯＳ管导通之后，如同一个具有一定导通电阻 ＲON闭合了的开关，起等效电路如图２.１.１５（c）所示。 二、动态特性 （一）ＭＯＳ管极间电容 MOS管三个电极之间，均有电容存在，它们分别是栅源电容ＣＧＳ、栅漏电容ＣＧＤ和漏源电容ＣＤＳ。ＣＧＳ、ＣＧＤ一般为１～３pF，ＣＤＳ 约为０.１～１pF。在数字电路中，ＭＯＳ管的动态特性，即开关速度是搜这些电容充、放电过程制约的。 （二）开关时间 １． uI和iD的波形 在图２.１.１５（a）所示ＭＯＳ管开关电路中，当u1为矩形波时，相应iD的 波形如图２.１.１６所示。 ２．开通时间ton 当u1由ＵIL＝０Ｖ跳变到ＵIH＝ＶDD时，ＭＯＳ管需要经过导通延迟 时td1和上升时间tr之后，才能由截止状态转换到导通状态。开通时间 ton=td1+tr ３．关断时间toff 当u1由ＵIH＝ＶDD跳变到ＵIL＝０Ｖ时，ＭＯＳ管经过关断延迟时间 td2和下降时间tf之后，才能由导通状态转换到截止状态。关断时间 toff=td2+tf 需要特别说明，ＭＯＳ管电容上电压不能突变，是造成iD(uO)滞后u1变化的主要原因。而且，由于ＭＯＳ管的导通电阻比半导体三极管的饱和导 通电阻要大得多，ＲD也比ＲC大，所以它的开通和关断时间，也比晶体管长，也即其动态特性较差。 希望以上资料对你有所帮助，附励志名言3条： 1、宁可辛苦一阵子，不要苦一辈子。 2、为成功找方法，不为失败找借口。 3、蔚蓝的天空虽然美丽，经常风云莫测的人却是起落无从。但他往往会成为风云人物，因为他经得起大风大浪的考验。 二极管及三极管符号大全【图】二极管符号参数二极管符号意义 CT---势垒电容 Cj---结(极间)电容，表示在二极管两端加规定偏压下，锗检波二极管的总电容 Cjv---偏压结电容 Co---零偏压电容 Cjo---零偏压结电容 Cjo/Cjn---结电容变化 Cs---管壳电容或封装电容 Ct---总电容 CTV---电压温度系数。在测试电流下，稳定电压的相对变化与环境温度的绝对变化之比 CTC---电容温度系数 Cvn---标称电容 IF---正向直流电流(正向测试电流)。锗检波二极管在规定的正向电压VF下，通过极间的电流；硅整流管。硅堆在规定的使用条件下，在正弦半波中允许连续通过的最大工作电流(平均值),硅开关二极管在额定功率下允许通过的最大正向直流电流；测稳压二极管正向电参数时给定的电流 IF(AV)---正向平均电流 IFM(IM)---正向峰值电流(正向最大电流)。在额定功率下，允许通过二极管的最大正向脉冲电流。发光二 极管极限电流。 IH---恒定电流。维持电流。 Ii---发光二极管起辉电流 IFRM---正向重复峰值电流 IFSM---正向不重复峰值电流(浪涌电流) Io---整流电流。在特定线路中规定频率和规定电压条件下所通过的工作电流 IF(ov)---正向过载电流 IL---光电流或稳流二极管极限电流 ID---暗电流 IB2---单结晶体管中的基极调制电流 IEM---发射极峰值电流 IEB10---双基极单结晶体管中发射极与第一基极间反向电流 IEB20---双基极单结晶体管中发射极向电流 ICM---最大输出平均电流 IFMP---正向脉冲电流 IP---峰点电流 IV---谷点电流 IGT---晶闸管控制极触发电流 IGD---晶闸管控制极不触发电流 IGFM---控制极正向峰值电流 第一节二极管的开关特性 一般而言，开关器件具有两种工作状态：第一种状态被称为接通，此时器件的阻抗很小，相当于短路；第二种状态是断开，此时器件的阻抗很大，相当于开路。 在数字系统中，晶体管基本上工作于开关状态。对开关特性的研究，就是具体分析晶体管在导通和截止之间的转换问题。晶体管的开关速度可以很快，可达每秒百万次数量级，即开关转换在微秒甚至纳秒级的时间内完成。 二极管的开关特性表现在正向导通与反向截止这样两种不同状态之间的转换过程。二极管从反向截止到正向导通与从正向导通到反向截止相比所需的时间很短，一般可以忽略不计，因此下面着重讨论二极管从正向导通到反向截止的转换过程。 一、二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程 在上图所示的硅二极管电路中加入一个如下图所示的输入电压。在0―t1时间内，输入为+V F，二极管导通，电路中有电流流通。 设V D为二极管正向压降（硅管为0.7V左右），当V F远大于V D时，V D可略去不计，则 在t1时，V1突然从+V F变为-V R。在理想情况下，二极管将立刻转为截止，电路中应只有很小的反向电流。但实际情况是，二极管并不立刻截止，而是先由正向的I F变到一个很大的反向电流I R=V R／R L，这个电流维持一段时间t S后才开始逐渐下降，再经过t t后，下降到一个很小的数值0.1I R，这时二极管才进人反向截止状态，如下图所示。 通常把二极管从正向导通转为反向截止所经过的转换过程称为反向恢复过程。其中t S 称为存储时间，t t称为渡越时间，t re=t s+t t称为反向恢复时间。 由于反向恢复时间的存在，使二极管的开关速度受到限制。 二、产生反向恢复过程的原因——电荷存储效应 产生上述现象的原因是由于二极管外加正向电压V F时，载流子不断扩散而存储的结果。当外加正向电压时Ｐ区空穴向Ｎ区扩散，Ｎ区电子向Ｐ区扩散，这样，不仅使势垒区（耗尽区）变窄，而且使载流子有相当数量的存储，在Ｐ区内存储了电子，而在Ｎ区内存储了空穴，它们都是非平衡少数载流于，如下图所示。 空穴由Ｐ区扩散到Ｎ区后，并不是立即与Ｎ区中的电子复合而消失，而是在一定的路程L P（扩散长度）内，一方面继续扩散，一方面与电子复合消失，这样就会在L P范围内存储一定数量的空穴，并建立起一定空穴浓度分布，靠近结边缘的浓度最大，离结越远，浓度越小。正向电流越大，存储的空穴数目越多，浓度分布的梯度也越大。电子扩散到Ｐ区的情况也类似，下图为二极管中存储电荷的分布。 我们把正向导通时，非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。 当输入电压突然由+V F变为-V R时Ｐ区存储的电子和Ｎ区存储的空穴不会马上消失，但它 实用文案 二极管图 三极管工作原理 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C,基极B,发射极E。分成NPN和PNP两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基 本原理。 穂压二郴皆 表亍拆号.込6口 ZD,D 齐于特是-□ . “ 光硕二概苛葩光电接収二巒炭:?t_很首 駅亍咼号：U.VT 車示帝号 ：Q,vr ■J'L hL H九世总 NPMSl三极普 表示持号：Q.VT 亵示符冒o 福压二Hi育 靑示時耳一口 艇谭二松苛隨谨二機営 净恃至二娜苗 潮看得■ : LED 翼台SflJ世 光嗽三慨営电接收三世 斫將号:LED 一、电流放大 下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流 lb ;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流lc。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的B倍，即电流变化被放大了B倍，所以我们把B叫做三极管的放大倍数（B一般远大于1,例如几十，几百）。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流lb 的变化，lb 的变化被放大后，导致了lc 很大的变化。如果集电极电流lc 是流过一个电阻R 的，那么根据电压计算公式U=R*l 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 二、偏置电路三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V ）。当基极与发射极之间的电压小于0.7V 时，基极电流就可以认为是0 。但实际中要放大的信号往往远比0.7V 要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因 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。 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 开关二极管应用举例 【篇一：开关二极管应用举例】 ;;; 二极管应用范围很广，利用其单向导电性，tdc-gp2可以构成整流、检波、限幅和钳位等电路。;;; 【例1.2.1】二极管整流电路如图1.2.4(a)所示，vd为理想硅二极管，已知输入v．为正弦波电压，试 画出输出电压v的波形。;;; 解：由于二极管是理想二极管，根据单向导电性，当vi正半周时，vd导通 相当于短路线，vo - vi；vi负半周时，vd截止相当于开路，vo一0。由此画出输出的波形 【篇二：开关二极管应用举例】 开关电路是一种常用的功能电路，例如家庭中的照明电路中的开关，各种民用电器中的电源开关等。 在开关电路中有两大类的开关。 (1)机械式的开关。采用机械式的开关件作为开关电路中的元器件。 (2)电子开关。所谓的电子开关，不用机械式的开关件，而是采用二 极管、三极管这类器件构成开关电路。 1．开关二橛管开关特性 开关二极管同普通的二极管一样，也是一个pn结的结构，不同之 处是要求这种二极管的开关特性要好。 关于开关二极管的开关时间概念说明下列几点。 (1)开通时间。开关二极管从截止到加上正向电压后的导通要有一段 时间，这一时间称为开通时间。要求这一时间愈短愈好。 (2)反向恢复时间。开关二极管在导通后，去掉正向电压，二极管从 导通转为截止所需要的时间称为反向恢复时间。要求这一时间愈短 愈好。 (3)开关时间。开通时间和反向恢复时间之和，称为开关时间。要求 这一时间愈短愈好。 2．二极管开关电路等效电路 二极管开关电路中要使用二极管，由于普通二极管的开关速度不够高，所以在这种开关电路中所使用的二极管为专门的开关二极管。 图11-50(a)所示是开关二极管的等效电路，从图中可看出，此时开 关二极管在等效成一只开关sl的同时，还有两只电阻。等效电路中 的开关sl可认为是一个理想的开关，即其接通电阻小到为零，其断 开电阻大到为无穷大。 在分析电子开关电路时，为了方便电路的分析，通常将二极管的开 关作用等效成一个理想的电子开关，即可以用图11-50( b)所示的开 关电路图形符号来等效开关二极管。 理想开关的开关特性 假定图2.1.1所示S是一个理想开关，则其特性应如下： 一、静态特性 （一）断开时，无论Uak在多大范围内变化，其等效电阻Roff=无穷，通过其中的电流Ioff=0。（二）闭合时，无论流过其中的电流在多大范围内变化，其等效电阻Ron=0，电压Uak=0。 二、动态特性 （一）开通时间Ton=0，即开关S由断开状态转换到闭合状态不需要时间，可以瞬间完成。 （二）关断时间Toff=0，即开关由闭合状态转换到断开状态哦也不需要时间，亦可以瞬间完成。 客观世界中，当然没有这种理想开关存在。日常生活中使用的乒乓开关、继电器、接触 器等，在一定电压和电流范围内，其静态特性十分接近理想开关，但动态特性很差，根本不可能满足数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。虽然，半导体二极管、三极管和MOS管作为开关使用时，其静态特性不如机械开关，但其动态特性却是机械开关无法比拟的。 2.1.2 半导体二极管的开关特性 半导体二极管最显著的特点是具有单向导电特性。 一、静态特性 （一）半导体二极管的结构示意图、符号和伏安特性 1．结构示意图和符号 如图2.1.2所示，是半导体二极管的结构示意图和符号。 半导体二极管是一种两层、一结、两端器件，两层就是P型层和N型层、一结就 内部只有一个PN结，两端就是两个引出端，一个引出端叫做阳极A，一个引出端称为阴极K。 2．伏安特性 反映加在二极管两端的电压Ud和流过其中的电流Id两者之间关系的曲线，叫做 伏安特性曲线，简称为伏安特性。图2.1.3给出的是硅半导体二极管的伏安特性。 从图2.1.3所示伏安特性可清楚地看出，当外加正向电压小于0.5V时，二极管工作在死区，仍处在截止状态。只有在Ud大于0.5V以后，二极管才导通，而且当Ud达到0.7V后，即 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。 二极管的开关作用和反向恢复时间 PN结二极管经常用来制作电开关。在正偏状态，即开态，很小的外加电压就能产生较大的电流，;在反偏状态，即关态，只有很小的电流存在于PN结内。我们最感兴趣的开关电路参数就是电路的开关速度。本节会定性地讨论二极管的开关瞬态以及电荷的存储效应。在不经任何数学推导的情况下，简单给出描述开关时间的表达式。 二极管的开关作用 利用二极管正、反向电流相差悬殊这一特性，可以把二极管作开关使用。 当开关K打向A时，二极管处于正向，电流很大，相当于接有负载的外回路与电源相连的开关闭合，回路处于接通状态(开态); 当开关K打向B时，二极管处于反向，反向电流很小，相当于外回路的开关断开，回路处于断开状态(关态)。 在关态时，流过负载的电流就是二极管的反向电流IR。二极管的反向恢复时间 假设外加脉冲的波形如图(a)所示，则流过二极管的电流就如图(b)所示。 外电路加以正脉冲时 导通过程中，二极管P区向N区输运大量空穴，N区向P区输运大量电子。 随着时间的延长，N区内空穴和P区内电子不断增加，直到稳态时停止。在稳态时，流入N区的空穴正好与N区内复合掉的空穴数目相等，流入P区的电子也正好与P区内复合掉的电子数目相等，达到动态平衡，流过P-N结的电流为一常数I1。 随着势垒区边界上的空穴和电子密度的增加，P-N结上的电压逐步上升，在稳态即为VJ。此时，二极管就工作在导通状态。 当某一时刻在外电路上加的正脉冲跳变为负脉冲时 正向时积累在各区的大量少子要被反向偏置电压拉回到原来的区域，开始时的瞬间，流过P-N结的反向电流很大，经过一段时间后，原本积累的载流子一部分通过复合，一部分被拉回原来的区域，反向电流才恢复到正常情况下的反向漏电流值IR。正向导通时少数载流子积累的现象称为电荷储存效应。二极管的反向恢复过程就是由于电荷储存所引起的。反向电流保持不变的这段时间就称为储存时间ts。在ts 之后，P-N结上的电流到达反向饱和电流IR，P-N结达到平衡。定义流过P-N结的反向电流由I2下降到0.1 I2时所需的时间为下降时间tf。储存时间和下降时间之和为(ts+tf)称为 第 6章 脉冲基础知识和反相器 2.1 脉冲基础知识和二极管的开关特性 1．了解脉冲的基本概念、常见波形和矩形脉冲信号的主要参数。 2．理解二极管的开关特性。 4．掌握二极管工作状态的判断。 一、脉冲的概念及波形 1．脉冲的概念 脉冲技术是电子技术的重要组成部分，应用广泛。 脉冲：含有瞬间突然变化、作用时间极短的电压或电流称为脉冲信号，简称为脉冲。 2．常见的几种脉冲波形如图6-1-1所示。 电子技术学习指导与巩固练习 2 图6-1-1常见脉冲波形 3．特点：（1）可以是周期性的、非周期性的或单次的。 （2）有正脉冲、负脉冲之分。 （3）各种脉冲的共同点：突变性、间断性、阶段性。 二、矩形脉冲波的主要参数 1．矩形脉冲波的主要参数 脉冲技术最常用的波形是矩形波、方波。 理想的矩形波如图6-1-2所示：上升沿、下降沿陡直；顶部平坦。 图6-1-2 理想的矩形波波形 图6-1-3 实际的矩形波波形 实际的矩形波波形如图6-1-3所示。 主要参数： (1) 幅度V m ——脉冲电压变化的最大值。 (2) 上升时间t r ——脉冲从幅度的10% 处上升到幅度的90%处所需时间。 (3) 下降时间t f ——脉冲从幅度的90% 处下降到幅度的10%处所需的时间。 (4) 脉冲宽度t p —— 定义为前沿和后沿幅度为50%处的宽度。 (5) 脉冲周期T —— 对周期性脉冲，相邻两脉冲波对应点间相隔的时间。周期的倒数为脉冲的频率f ，即 T f 1= 2．矩形波的分解 矩形波可由基波和多次谐波叠加而成。基波的频率与矩形波相同，谐波的频率为基波的整数倍。矩形波的数学表达式为 +++=)5sin(5 )3sin(3)sin(000t A t A t A v ωωω 三、二极管的开关特性 实验二 二极管和三极管的识别与检测 一、实验目的 1.熟悉晶体二极管、三极管的外形及引脚识别方法。 2.熟悉半导体二极管和三极管的类别、型号及主要性能参数。 3.掌握用万用表判别二极管和三极管的极性及其性能的好坏。 二、实验仪器 1.万用表 2.不同规格、类型的半导体二极管和三极管若干。 三、实验步骤及内容 1.利用万用表测试晶体二极管 （1）鉴别正负极性 万用表及其欧姆档的内部等效电路如图所示。 图中E 为表内电源，r 为等效内阻，I 为被测回路中的实际电流。由图可见，黑表笔接表内电源的正端，红表笔接表内电源的负端。将万用表欧姆档的量程拨到100?R 或K R 1?档，并将两表笔分别接到二极管的两端如图所示，即红表笔接二极管的负极，而黑表笔接二极管的正极，则二极管处于正向偏置状态，因而呈现出低电阻，此时万用表指示的电阻通常小于几千欧。反之，若将红表笔接二极管的正极，而黑表笔接二极管的负极，则二极管被反向偏置，此时万用表指示的电阻值将达几百千欧。 电阻小电阻大 （2）测试性能 将万用表的黑表笔接二极管正极，红表笔接二极管负极，可测得二极管的正向电阻，此电阻值一般在几千欧以下为好。通常要求二极管的正向电阻愈小愈好。将红表笔接二极管正极，黑表笔接二极管负极，可测出反向电阻。一般要求二极管的反向电阻应大于二百千欧以上。 若反向电阻太小，则二极管失去单向导电作用。如果正、反向电阻都为无穷大，表明管子已断路；反之，二者都为零，表明管子短路。 2.利用万用表测试小功率晶体三极管 （1）判定基极和管子类型 由于基极与发射极、基极与集电极之间，分别是两个PN 结，而PN 结的反向电阻值很大，正向电阻值很小，因此，可用万用表的100?R 或K R 1?档进行测试。先将黑表笔接晶体管的某一极，然后将红表笔先后接其余两个极，若两次测得的电阻都很小，则黑表笔接的为NPN 型管子基极，如图所示，若测得电阻都很大，则黑表笔所接的是PNP 型管子的基极。若两次测得的阻值为一大一小，则黑表笔所接的电极不是三极管的基极，应另接一个电极重新测量，以便确定管子的基极。 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 第一节二极管的开关特性 一般而言,开关器件具有两种工作状态:第一种状态被称为接通 ,此时器件的阻抗很小,相当于短路;第二种状态是断开,此时器件的阻抗很大,相当于开路。 在数字系统中, 晶体管基本上工作于开关状态。对开关特性的研究, 就是具体分析晶体管在导通和截止之间的转换问题。晶体管的开关速度可以很快, 可达每秒百万次数量级, 即开关转换在微秒甚至纳秒级的时间内完成。二极管的开关特性表现在正向导通与反向截止这样两种不同状态之间的转换过程。二极管从反向截止到正向导通与从正向导通到反向截止相比所需的时间很短, 一般可以忽略不计, 因此下面着重讨论二极管从正向导通到反向截止的转换过程。 一、二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程 在上图所示的硅二极管电路中加入一个如下图所示的输入电压。在0―t 1时间内, 输入为 +VF , 二极管导通, 电路中有电流流通。 设 V D 为二极管正向压降(硅管为 0.7V 左右,当 V F 远大于 V D 时, V D 可略去不计,则 在 t 1时, V 1突然从 +VF 变为 -V R 。在理想情况下 ,二极管将立刻转为截止,电路中应只有很小的反向电流。但实际情况是, 二极管并不立刻截止, 而是先由正向的 I F 变到一个很大的反向电流 I R =VR /R L , 这个电流维持一段时间 t S 后才开始逐渐下降,再经过 t t 后 ,下降到一个很小的数值 0.1I R ,这时二极管才进人反向截止状态,如下图所示。 通常把二极管从正向导通转为反向截止所经过的转换过程称为反向恢复过程。其中 t S 称为存储时间, t t 称为渡越时间, t re =ts +tt 称为反向恢复时间。 由于反向恢复时间的存在,使二极管的开关速度受到限制。 二、产生反向恢复过程的原因——电荷存储效应 产生上述现象的原因是由于二极管外加正向电压 V F 时,载流子不断扩散而存储的结果。当外加正向电压时 P区空穴向N区扩散,N区电子向P区扩散,这样,不仅使势垒区(耗尽区变窄,而且使载流子有相当数量的存储,在P区内存储了电子,而在N区内存储了空穴 ,它们都是非平衡少数载流于,如下图所示。 二极管的作用 1、整流 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冲直流电。 2、开关 二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。 3、限幅 二极管正向导通后，它的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。 4、续流 在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起续流作用。 5、检波 在收音机中起检波作用。 6、变容 使用于电视机的高频头中。 7、显示 用于VCD、DVD、计算器等显示器上。 8、稳压 稳压二极管实质上是一个面结型硅二极管，稳压二极管工作在反向击穿状态。在二极管的制造工艺上，使它有低压击穿特性。稳压二极管的反向击穿电压恒定，在稳压电路中串入限流电阻，使稳压管击穿后电流不超过允许值，因此击穿状态可以长期持续并不会损坏。 9、触发 触发二极管又称双向触发二极管（DIAC）属三层结构，具有对称性的二端半导体器件。常用来触发双向可控硅，在电路中作过压保护等用途。 1、作用：二极管的主要特性是单向导电性,也就是在正向电压的作用下,导通电阻很小;而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。正因为二极管具有上述特性,无绳电话机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。电话机里使用的晶体二极管按作用可分为：整流二极管（如1N4004）、隔离二极管（如1N4148）、肖特基二极管（如BAT85）、发光二极管、稳压二极管等。 2、识别方法：二极管的识别很简单,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。 3、测试注意事项：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。 4、常用的1N4000系列二极管耐压比较如下：型号 1N40011N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 第7章半导体二极管和三极管 7.1 半导体的基本知识 7.2 PN结 7.3 半导体二极管 7.4 稳压二极管 7.5 半导体三极管 第7章半导体二极管和三极管 本章要求： 一、理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和 电流放大作用； 二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工 作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；三、会分析含有二极管的电路。 对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。 对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。 器件是非线性的、特性有分散性、RC 的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。 7.1 半导体的基本知识 半导体的导电特性： (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 7.1.1 本征半导体 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。 晶体中原子的排列方式 硅单晶中的共价健结构 共价健 共价键中的两个电子，称为价电子。 Si Si Si Si 价电子 Si Si Si Si 价电子 价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。 本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。 空穴温度愈高，晶体中产 生的自由电子便愈多。 自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。 1．开关二极管的作用开关二极管的作用是利用其单向导电特性使其成为一个较理想的电子开关。 图4-10是开关二极管的应用电路。 开关二极管除能满足普通二极管和性能指标要求外，还具有良好的高频开关特性（反向恢复时间较短），被广泛应用于家电电脑、电视机、通信设备、家用音响、影碟机、仪器仪表、控制电路及各类高频电路中。 开关二极管分为普通开关二极管、高速开关二极管、超高速开关二极管、低功耗开关二极管、高反压开关二极管、硅电压开关二极管等多种。 开关二极管的封装形式有塑料封装和表面封装等。如图4-11所示。 2．普通开关二极管常用的国产普通开关二极管有2AK系列锗开关二极管，表4-8为2AK系开关二极管的主要参数。 3．高速开关二极管高速开关二极管较普通开关二极管的反向恢复时间更短，开、关频率更快。 常用的国产高速开关二极管有2CK系列，见表4-9。 进口高速开关二极管有1N系列、1S系列、1SS系列（有引线塑封）和RLS系列（表面安装），见表4-10和表4-11。 表4-11 4．超高速开关二极管常用的超高速二极管有1SS系列（有引线塑封）和RLS系列（表面封装），见表4-12。 5．低功耗开关二极管低功耗开关二极管的功耗较低，但其零偏压电容和反向恢复时间值均较高速开关二极管低。 常用的低功耗开关二极管有RLS系列（表面封装）和1SS系列（有引线塑封），表4-13为其主要参数。 6．高反压开关二极管高反压开关二极管的反向击穿电压均在220V以上，但其零偏压电容和反向恢复时间值相对较大。 常用的高反压开关二极管有RLS系列（表面封装）和1SS系列（有引线塑封），其主要参数见表4-14。 7．硅电压开关二极管硅电压开关二极管是一种新型半导体器件，有单向电压开关二极管和双向电压开关二极管之分，主要应用于触发器、过压保护电路、脉冲发生器及高压输出、延时、电子开关等电路。 开关电源中开关管及二极管EMI抑制方法分析摘要：随着电子技术的不断进步,开关电源向高频化、高效化方向迅猛发展，EMI抑制已成为开关电源设计的重要指标。本文结合开关电源中开关管及二极管EMI产生机理，列举出：并接吸收电路、串接可饱和磁芯线圈、传统准谐振技术、LLC串联谐振技术四种抑制EMI的方法，并对其抑制效果进行比较分析。叙词：EMI RC、RCD电路磁芯线圈准谐振LLC谐振Abstract：With the progress of electronic technology , the switch power supply turns to high frequency and high efficiency development,so restraint of EMI has become the important index in the design of the switch power supply.Base on the principle of EMI which is generated by switch and diode, this paper offers four kinds of methods which can restrain it.The first, parallel connection absorbing circuitthe second, in series with saturated magnetic loopsthe third, tradition resonance technologythe forth, LLC resonance technology. Keyword：EMI RCRCD Circuit Saturated magnetic loops Tradition resonance technology LLC Resonance technology 1 引言 电磁干扰( EMI) 就是电磁兼容不足,是破坏性电磁能从一个电子设备通过传导或辐射到另一个电子设备的过程。近年来，开关电源以其频率高、效率高、体积小、输出稳定等优点而迅速发展起来。开关电源已逐步取代了线性稳压电源，广泛应用于计算机、通信、自控系统、家用电器等领域。但是由于开关电源工作在高频状态及其高di/dt和高dv/dt，使开关电源存在非常突出的缺点——容易产生比较强的电磁干扰(EMI)信号。EMI信号不但具有很宽的频率范围，还具有一定的幅度，经传导和辐射会污染电磁环境，对通信设备和电子产品造成干扰。所以，如何降低甚至消除开关电源中的EMI问题已经成为开关电源设计师们非常关注的问题。本文着重介绍开关电源中开关管及二极管EMI的四种抑制方法。 2 开关管及二极管EMI产生机理 开关管工作在硬开关条件下开关电源自身产生电磁干扰的根本原因，就是在其工作过程中的开关管的高速开关及整流二极管的反向恢复产生高di/dt和高dv/dt，它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。开关管工作在硬开关时还会产生高di/dt和高dv/dt，从而产生大的电磁干扰。图1绘出了接感性负载时，开关管工作在硬开关条件下的开关管的开关轨迹，图中虚线为双极性晶体管的安全工作区，如果不改善开关管的开关条件，其开关轨迹很可能会超出安全工作区，导致开关管的损坏。由于开关管的高速开关，使得开关电源中的高频变压器或储能电感等感性负载在开关管导通的瞬间，迫使变压器的初级出现很大的浪涌电流，将造成尖峰电压。开关管在截止期间，高频变压器绕组的漏感引起的电流突变，从而产生反电势E=-Ldi/dt，其值与电流变化率(di/dt)成正比，与漏感量成正比，叠加在关断电压上形成关断电压尖峰，从而形成电磁干扰。此外，开关管上的反向并联二极管的反向恢复特性不好，或者电压尖峰吸收电路的参数选择不当也会造成电磁干扰。由整流二极管的反向恢复引起的干扰源有两个，它们分别是输入整流二极管和输出整流二极管。它们都是由电流的换向引起的干扰。由图2表明，t0=0时二极管导通，二极管的电流迅速增大，但是其管压降不是立即下降，而会出现一个快速的上冲。其原因是在开通过程中，二极管PN 结的长基区注入足够的少数载流子，发生电导调制需要一定的时间tr。该电压上冲会导致一个宽带的电磁噪声。而在关断时，存在于PN结长基区的大量过剩少数载流子需要一定时 （二极管作用）： 变容二极管 使用于电视机的高频头中 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。 开关元件 二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。 检波二极管 在收音机中起检波作用 二极管正向导通后，它的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。 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 （电容作用）： 电容器在不同电路中的名称和作用 电容器是一种储能元件，具有“隔直通交，阴低频通高频”的特性，人们为了认识和鉴 别不同电路中的电容器，根据其在线路中的作用而给它起了许多名称，了解这些名称和作用， 对读图是垫脚有帮助的。下面介绍一些常用名称的含义。 1、滤波电容 它并接在电路正负极之间，把电路中无用的交流电流去掉，一般采用大容量电解电容器， 也有采用其他固定电容器的。 2、退耦电容 并接于电路正负极之间，可防止电路通过电源内阻形成的正反馈通路而引起的寄生振 荡。 3 、耦合电容 连接于信号源和信号处理电路或两级放大器之间，用以隔断直流电，让交流电或脉动信 号通过，使相信的放大器直流工作点互不影响。 4、旁路电容 并接在电阻两端或由某点直接跨接至共用电信为交直流信号中的交流或脉动信号设置 一条通路，避免交流成分在通过电阻时产生压降。 5、中和电容 连接于三极管基极与集电极之间，用于克服三极管极间电容而引起的自激振荡。 6、槽路电容（调谐电容） 连接于谐振电路或振荡电路线圈两端的电容。 7、垫整电容 在电路在能使振荡信号的频率范围减小，而且显著提高低频端振荡频率的电容，它是与槽路主电容串联的。 8、补偿电容 在振荡电路中，能使振荡信号的频率范围得到扩大的电容，它与主电容并联起辅助作用。 9、逆程电容 并接在行输出管集电极与发射极之间，用来产生行扫描锯齿波逆程的电容。 10、自举升压电容 利用其储能来提升电路由某的电位，使其电位值高于为该点供电的电源电压。 11、“S”校正电容 串接于偏转线圈回路中，用于校正两边延伸失真。 12、稳频电容 在振荡电路中，用来稳定振荡频率的电容。 13、定时电容 在RC 定时电路中与电阻R 串联共同决定时间长短的电容。 14、降压限流电容 串接于交流电路中用于它对交流电的容抗进行分压限流。 15、缩短电容 这种电容是在UHF 高频头中为了缩短振荡电感的长度而串接的电容。 16、克拉泼电容 在电容三点式振荡电路中，串接在振荡电感线圈的电容，为了水运晶体管结电容的影响，提高频率稳定性。 17、锡拉电容 在电容三点式振荡电路中，并接在振荡电感线圈两端的电容，为了消除晶体管结电容的影响，使其振荡频率越就越容易起振。 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（S i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，就会使管芯二极管及三极管电路符号大全
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2.1 脉冲基础知识和二极管的开关特性
实验二二极管和三极管的识别与检测实验报告
二极管的基本特性与应用(精)
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开关二极管--型号类别及其参数
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