二极管、三极管、MOSFET管知识点总结（后端基础第二篇）

晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，包括二极管、三极管、场效应管、晶闸管。。

二极管

1. 一般特性：当阳极和阴极之间加上>0.7V的电压时，就会导通，导通后的二极管相当于一个0.7V的电池，反之，则不导通，相当于断路。
   

(a). 实际中的二极管，可能在0.5V时就导通，且二极管两端电压实际是会随电流增大而增大，只是很慢。
(2). 大多数时，近似看成b，其两端电压不会随电流增大而增大。
(3). 个别时候，可以看成C，由于电流增大电压确实增大，于是引入了二极管等效电阻r_be概念，在三极管中的放大电路中会用到。

2. 动态特性：在低频时，按电池理解即可，当高频信号加载在二极管时，就要考虑二极管的特性了。
   

   （1）、 PN结除了构成了如上图的单向二极管外，还存在了1个结电容。因工艺不同，PN结点接触可以减少结电容，但会降低二极管的通流能力，反之，面接触的PN结流通能力强，但结电容大。结电容的存在会使二极管流过一定量的反相电荷；因此，这使得实际二极管需要一段时间来“恢复”反向阻断能力。
   （2）、如下图，在T_f时刻前，二极管正向导通，U_F=0.7V，I_F很大；随后，电路尝试给二极管加反压，反压不会马上加上去，二极管电流I_F在t0时刻降到0。t0-t1这段时间，二极管电流不仅不会消失，反而成为反向电流，不断增大这段时间称为td（delay，不服控制的时间）。t1 时刻反射电流达到最大，t1-t2时间段反向电流终于慢慢减少到0，称为tf（fall）下降时间。
   （3）、t_d+t_f=t_rr，反向恢复时间。这段时间，二极管反向导通。由于t_f小，在寄生电感上会产生反向电压，有可能会击穿二极管。
   （4）、恢复系数t_f/t_d用来描述二极管反向恢复的“系数”，其越大，越不容易产生有害高压。
   
   （5）、按t_rr的大小区分二极管，可分为普通二极管（t_rr>ms,Eg:稳压二极管）、快恢复二极管(t_rr=(10ns,50ns))和肖特基二极管(t_rr<10ns+导通压降小+恢复软度小)。
   （6）、稳压二极管在正向导通时，就是普通二极管的特性。当它反向导通时与正向导通差不多，表现为特定电压的电池，只是不是0.7V，其通过改变电流来实现电压稳定的，因此要串联上电阻来使用，才能发挥效果，且串联的电阻要计算出合理的阻值，串上去使共两端电压为所需值。

三极管

BJT是双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor—BJT）的缩写，有PNP和NPN两种组合结构。三极管是电流控制型元件。指向基极竖线的是P（NP)，背向基极竖线的是N（PN）。

电流指向基极竖线（可见的剪头背向基极竖线，其实这个剪头就是其中一个电流流向）的是N（PN），电流背向基极竖线（可见的剪头指向基极竖线）的是P（NP)，这样记可以跟MOS管一样。，如不理解请先飘过这段蓝色字。

N：指负，是指4价硅加少量5价元素砷、磷等；PNP，4价硅加入少量的3价元素如硼等。

• NPN管电压定义、电流定义
  

• PNP管电压定义、电流定义

• NPN、PNP的PN结

放大状态是发射结正楄，集电结反偏
NPN的放大：电压C>B>E
PNP的放大：电压E>B>C

截止状态是发射结反楄，集电结反偏
饱和状态是发射结正楄，集电结正偏

• 三极管的等效电路

（1）、Ic=βIb，是三极管的特征方程，N型管的Ib从B–>E，从C–>E
（2）、β可认为是取决于生产工艺，几十到几百
（3）、三极管只能改变CE间的等效电阻R_CE来实现Ic=βIb
（4）、R_CE调至最小，都实现不了Ic=βIb，称为“饱和”
（5）、R_CE调至最大，都实现不了Ic=βIb，称为“截止”

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输入伏案特性曲线是基极电流与发射结电压之间的关系(其可能受到集电极和发射结之间的电压Uce影响)，发射结电压大于0.7v时，三极管基极开始有电流。（除了0时有个特殊线，>0.7V的基本是一簇线）

输出伏安特性性：在特定的基极电流条件下，集电极电流与集电极发射极压降之间的关系。理想集电极电流应该仅和基极电流有关系，与电压无关，但是，一般实际饱和压降Uces为0.3V，基极电流为0时，为截止区，理想三极管内部无电流流动，实际极电极存在漏电流 。

• 左边为输出伏安特性测量方法，右边为理想的输出伏安特性曲线。

• 实际输出伏安特性曲线

• 简化的输出伏安特性曲线

三极管的4种工作状态

1. 截止状态
   Ibq非常小，以致Icq亦非常小，相当于没导通

2. 放大状态
   Ibq合适，且Icq=βIcq,在输出伏安特性曲线中，静态工作点在放大区。一般，放大状态是发射结正楄，集电结反偏。

3. 饱和状态
   任何状态下，只要Uce

4. 倒置状态
   放大电路把集电极和发射结接反了。

放大电路的静态：是指输入信号为零时的状态，电路中只有直流量，因此可以用放大电路的直流通路来分析。静态时，所有量下标都用带有字母Q（ Quiescent，沉寂）来表示。

放大电路的动态：是指电路中某一个量发生变化时，其他的参数按照一定的数量级跟随变化。Eg；输入1Mv的正弦波变化，可以得到100Mv的正弦波输出。
静态工作点：输入信号为零，电路处于直流工作状态时，这些电流、电压的数值可用BJT 特性曲线上一个确定的点表示，该点习惯上称为静态工作点Q。用大俗话就是三极管处于静态工作状态的时候的基极电流。就是当没有交流信号输入到基极的时候，三极管的基极电流。

静态电阻与动态电阻：
纯电阻在静态时和动态时，电阻值相同不变。但是对于PN结而言，静态时电阻为输入伏安特性曲线U/I，动态电阻是输入伏安特性曲线上该点切线斜率的倒数。
静态R_Q=U_Q/I_Q
动态R=

      l
     
     
      i
     
     
      m
     
    
    
     
      U
     
     
      ⇢
     
     
      0
     
    
   
   
    
     
      Δ
     
     
      U
     
    
    
     
      Δ
     
     
      I
     
    
   
   
  
  
   \frac{lim}{U\dashrightarrow0}\frac{ΔU}{ΔI}\quad
  
 
U⇢0lim​ΔIΔU​
 

耦合：英文coupling，在电子学中，耦合是通过合适的方法（有线，无线，电阻，电容，电感，变压器，空间场等）将能量或信息实现传递。

MOS管

MOS 管分析过程

• MOS管三种工作状态

MOS管是电压控制型元件

1. MOS管的识别
   

问：哪个脚是S(源极)、哪个脚是G(栅极)哪个脚是D(漏极)?D和S，是N沟道还是P沟道MOS?1脚和3脚之间存在一个二极管，这个二极管有什么作用?如果接入电路，一般哪个接输入哪个接输出?

MOS三个极怎么判断

它们是N沟道还是P沟道

2. Mos 管的寄生二极管
   它是由生产工艺造成的，大功率MOS管漏极从硅片底部引出，就会有这个寄生二极管。小功率MOS管例如集成芯片中的MOS管是平面结构，漏极引出方向是从硅片的上面也就是与源极等同一方向，没有这个二极管。模拟电路书里讲得就是小功率MOS管的结构，所以没有这个二极管。但D极和衬底之间都存在寄生二极管，如果是单个晶体管，衬底当然接S极，因此自然在DS之间有二极管。如果在Ic里面，N—MOS衬底接最低的电压，P—MOS衬底接最高电压，不一定和S极相连，所以DS之间不一定有寄生二极管。那么寄生二极管起什么作用呢?当电路中产生很大的瞬间反向电流时，可以通过这个二极管导出来，不至于击穿这个MOS管。(起到保护MOS管的作用)

   寄生二极管方向判定

3. MOS管的应用
   (1). 开关作用
   

MOS开关实现的是信号切换(高低电平）

• MOS管做开关时在电路的接法

  反过来接行不行?那是不行的。就拿NMOS管来说S极做输入D极做输出，由于寄生二极管直接导通，因此S极电压可以无条件到D极（S–>D，PN结正向导通，任何时候都会导通），MOS管就失去了开关的作用，同理PMOS管反过来接同样失去了开关作用。接下来谈谈MOS管的开关条件，我们可以这么记，不论是P沟道还是N沟道，G极电压都是与S极电压做比较：

  N沟道： Uｇ>Uｓ时导通。 (简单认为)Uｇ=Uｓ时截止。
  　　
  　　但UG比US大(或小)多少伏时MOS管才会饱和导通呢?这要看具体的MOS管，不同的MOS管要求的压差不同。比如笔记本上用于信号切换的MOS管：N7002，2N7002e，2N7002K，2N7002D，FDV301N等。UG比US大3V—5V即可。
  　　
  　　P沟道：情况与N沟道全部相反， Uｓ>Uｇ时导通。 (简单认为)Uｇ=Uｓ时截止。
  　　可以简单认为GS间的PN结导通时，MOS管才会导通。

  (2). 隔离作用
  想实现线路上电流的单向流通，比如只让电流由A->b，阻止由b->A，问该怎么做?
  
  这样的做法有一个缺点，二极管上会产生一个压降，损失一些电压信号。而使用MOS管做隔离，在正向导通时，在控制极加合适的电压，可以让MOS管饱和导通，这样通过电流时几乎不产生压降。下面我们来看一个防电源反接电路。
  

这个电路当电源反接时NMOS管截止，保护了负载。电源正接时由于NMOS管导通压降比较小，几乎不损失电压，比在电源端加保险管再在负载并联一个二极管的方案好。

MOS管的学习部分引用或摘录自文章《三极管和MOS管工作状态图解+实例》，感谢作者的分享