前段时间回顾了二极管、三极管、场效应管的原理及特性，今天突发兴致想总结下它们的结构及原理！由于细细写来信息量还是挺大，所以主要是对管子的特性进行了分析以及他们的横向对比。;-) 

一、半导体二极管

定义：奖PN结用外壳封装起来，并加上电机引线就构成了半导体二极管。

常见的二极管类型如图（1）

                                              图（1）

普通二极管，主要是利用它正向导通，反向截止的特性（单向导电性）。伏安特性曲线见图（2）

 

                                     图（2）

对应的公式：

稳压二极管，利用了二极管在反向击穿的情况下，电流在一定变化范围内，电压基本不变的特性。见图（3）

                   图（3）

光电二极管，利用在反向电压一定时，反向电流随照度的增大而增大。这种特性广泛用于遥控、报警及光电传感器。伏安特性曲线见图（4）

                           图（4）

变容二极管：利用PN结势垒电容制成。用于电子调幅、调频、调相、滤波电路中。

隧道二极管：利用高掺杂的PN结隧道效应制成。用于振荡、过载保护、脉冲电路中。

肖特基二级管：利用金属和半导体之间的接触势垒制成。因正向导通电压小、结电容小用于微波混频、检测、集成数字化电路。

二、三极管（BJT--BopolarJunction Transistor）

定义：根据不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结。

图（5）是不同功率三极管的外形。

                                                  图（5）

三极管根据掺杂方式可分为NPN和PNP两种。见图（6）

                   图（6）

电流方向：对于NPN型，b集c集流进三极管，e集流出三极管。

                   对于PNP型，b集c集流出三极管，e集流入三极管。

电流大小关系：两种类型都是Ie = Ib + Ic。

                                       直流：Ic = β Ib

                                       交流：ΔIc =β ΔIb (Uce为常数)

处于放大状态电位关系：对于NPN型，Uc > Ub > Ue

                                         对于PNP型，Uc < Ub < Ue

处于饱和状态或临界饱和状态电位关系： 对于NPN型，Ub >= Uc > Ue

                                                                  对于PNP型,  Ub < Uc =< Ue

NPN基本共射放大电路。见图（7）

PNP基本共射放大电路图（7）中电压极性相反。

                   图（7）

NPN晶体管的共射输入特性曲线。见图（8）

                                  图（8）

NPN晶体管的共射输出特性曲线。见图（9）

                                                                                                                                                                              

                             图（9）

对于NPN型和PNP型三极管截止区、放大区、饱和区的判断。

截止区：发射结电压小于开启电压Uon且集电结反偏。

放大区：发射结正偏，集电结反偏。

饱和区：发射结和集电结都正偏。当Uce = Ube 时，可认为处于临界饱和状态。对于饱和的理解有两个方面：一、Ic可以通过的最大电流。

二、在特定的Uce下，Ic的最大电流。

我用multisim12.0直流扫描的方法（DC sweep）查看其电压传输特性和截止区、放大区、饱和区的具体位置。具体分析见图（11）仿真电路见图（10）

                                         图（10） 

                                                                                       图（11）

                                                                               图（12）集电极电流

                                                                            图（13）基极的电流

通过对比图（12）和图（13）可以发现：

三极管工作在截止区时，基极与集电极均没有电流。

三极管工作在发大区时，Ic随Ib线性增大。

三极管工作在饱和区时，Ic不随Ib的增大而增大。

至此三极管的基本特性就分析完了。此外在使用三极管时要注意一些参数，如最大集电极耗散功率、最大集电极电流、极间反向击穿电压。

（tips：β，Ib会随温度升高变大。）

利用三极管的特性，可以制作光电三极管、晶闸管。

光电三极管可看做一个光电二极管和一个晶体管构成。见图（14）利用光电管的暗电流提供三极管的基极电流。

                                             图（14）

晶闸管可看做由一个NPN和PNP管子组成，等效电路和符号见图（15）

                            图（15）

基本原理为，G为控制端，当G注入一定电流，AC端加上一定电压，两只管子可形成正反馈放大电路，管子导通。其伏安特性曲线见图（16）由此可看出晶闸管多用于可控整流、逆变、调压电路。

                                          图（16）

三、场效应管（FET—Field Effect Transistor）

场效应管可分为结型场效应管（JFET—Junction Field EffectTransistor）和绝缘栅型场效应管(MOS—Mental-Oxide-Semiconductor)。他们都分为N沟道和P沟道两类类。绝缘栅型还可细分为增强型和耗尽型。

两种管子的原理大致可以这么解释。

       对于结型场效应管拿N沟道来解释。当三极都不加电压时见图（17a），ds极可以通过N沟道导电。当控制三极电压时见图（17b），会改变图中的耗尽层厚度，阻碍电流的导通。耗尽层的不同分布可以产生对应的特殊性质。

                                                 图（17）

       对于绝缘栅型场效应管拿N沟道增强型来解释。当三极未加电压时见图（18a），ds之间是不可以导电的，当三极加上电压会形成反型层，可以导电。见图（18b）反型层的不同分布可以产生对应的特殊性质。耗尽型只是在二氧化硅层中加入大量正离子，在未加电压时就可以有反型层。 

                                                  图（18）

各种场效应管的电流方向见图（19）

                                                               图（19）

Id有电流时电位关系：

 结型场效应管N沟道:

Ud  > Us  >  Ug，当Ugs(off) < Ugs < 0, Ugd > Ugs(off)，d-s之间表现电阻特性。

       当Ugs(off) < Ugs < 0, Ugd < Ugs(off)，d-s之间表现无电阻特性。Id受Ugs控制。

结型场效应管P沟道:

Ud  <Us  <  Ug，当Ugs(off) > Ugs > 0, Ugd <= Ugs(off)，d-s之间表现电阻特性。

                           当Ugs(off) > Ugs > 0, Ugd > Ugs(off)，d-s之间表现无电阻特性。Id受Ugs控制。

绝缘栅型场效应N沟道增强型：

Ug  >Us, Ud > Us，当Ugs  >Ugs(th) > 0,Uds <= Ugs – Ugs(th), d-s之间表现电阻特性。

                                当Ugs  >Ugs(th) > 0,Uds > Ugs – Ugs(th), d-s之间表现无电阻特性。Id受Ugs控制

绝缘栅型场效应P沟道增强型：

Ug  <Us, Ud < Us，当Ugs  <Ugs(th) < 0,Uds >= Ugs – Ugs(th), d-s之间表现电阻特性。

                                当Ugs  <Ugs(th) < 0,Uds < Ugs – Ugs(th), d-s之间表现无电阻特性。Id受Ugs控制

绝缘栅型场效应N沟道耗尽型：

       Ugs > Ugs(off) < 0，因二氧化硅掺杂正离子浓度的缘故，对于特定的管子会有一电压值V，使得Uds <= V，d-s之间表现电阻特性。

       Ugs > Ugs(off) < 0，因二氧化硅掺杂正离子浓度的缘故，对于特定的管子会有一电压值V，使得Uds > V，d-s之间表现无电阻特性。Id受Ugs控制。

绝缘栅型场效应P沟道耗尽型：

       Ugs < Ugs(off) > 0，因二氧化硅掺杂正离子浓度的缘故，对于特定的管子会有一电压值V，使得Uds >= V，d-s之间表现电阻特性。

       Ugs < Ugs(off) > 0，因二氧化硅掺杂正离子浓度的缘故，对于特定的管子会有一电压值V，使得Uds < V，d-s之间表现无电阻特性。Id受Ugs控制。

(tips：P沟道是N沟道相反的情况)

 

各种场效应管的转移特性曲线和输出特性曲线见图（20）。

                                                                  图（20）

最后和三极管类似：在使用的过程中，要注意最大漏极电流、最大击穿电压、最大耗散功率。

晶体管和场效应管对比：

1.场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。

2.在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管。

3. 三极管输入阻抗小，场效应管输入阻抗大。

4.成本问题：三极管便宜，MOS管贵。

5. 驱动能力：MOS管常用来电源开关，以及大电流地方开关电路。