【XDLab每日一题】（11.10--11.14）

一．半导体二极管的分类

半导体二极管按其用途可分为：普通二极管和特殊二极管。普通二极管包括整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、快速二极管等；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。

二．半导体二极管的主要参数  

1．反向饱和漏电流IR 　　

指在二极管两端加入反向电压时，流过二极管的电流

2．额定整流电流IF 　　

指二极管长期运行时，根据允许温升折算出来的平均电流值。

3. 最大平均整流电流IO  　　

在半波整流电路中，流过负载电阻的平均整流电流的最大值。

4. 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。

5．最大反向峰值电压VRM 　　

即使没有反向电流，只要不断地提高反向电压，迟早会使二极管损坏。这种能加上的反向电压，不是瞬时电压，而是反复加上的正反向电压。

6. 最大直流反向电压VR

上述最大反向峰值电压是反复加上的峰值电压，VR是连续加直流电压时的值。

7．最高工作频率fM 　　

由于PN结的结电容存在，当工作频率超过某一值时，它的单向导电性将变差。

8．反向恢复时间Trr 　　

当工作电压从正向电压变成反向电压时，二极管工作的理想情况是电流能瞬时截止。实际上，一般要延迟一点点时间。决定电流截止延时的量，就是反向恢复时间。虽然它直接影响二极管的开关速度，但不一定说这个值小就好。也即当二极管由导通突然反向时，反向电流由很大衰减到接近IR时所需要的时间。

9. 最大功率P

就是指加在二极管两端的电压乘以流过的电流。

三．特定类型二极管

1．整流二极管

整流二极管在使用中主要考虑的问题是最大整流电流和最高反向工作电压应大于实际工作中的值。

2．快速二极管

快速二极管主要包括快恢复二极管和肖特基二极管。 　　快恢复二极管（简称FRD）具反向恢复时间短特点的半导体二极管 目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中作整流元件，高频电路中的限幅、嵌位等。      肖特基（Schottky）二极管也称肖特基势垒二极管（简称SBD），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 3．稳压二极管 　　

稳压二极管也称齐纳二极管或反向击穿二极管，在电路中起稳定电压作用。

稳压管的主要参数有：①稳压值VZ 。②电压温度系数。③动态电阻rZ。④允许功耗PZ。⑤稳定电流IZ。

1.整流二极管  

作用：利用PN结的单向导电性把交流电变成脉动直流电，整流二极管结构主要是平面接触型，其特点是允许通过的电流比较大，反向击穿电压比较高，但PN结电容比较大，一般广泛应用于处理频率不高的电路中。例如整流电路、嵌位电路、保护电路等。整流二极管在使用中主要考虑的问题是最大整流电流和最高反向工作电压应大于实际工作中的值，并要满足散热条件。

2.检波（也称解调）二极管   

作用：利用二极管单向导电性将高频或中频无线电信号中的低频信号或音频信号提取出来广泛应用于半导体收音机、录机、电视机及通信等设备的小信号电路中，其工作频率较高，处理信号幅度较弱。检波二极管一般可选用点接触型锗二极管，例如2AP系列、1N34/A/、1N60等。选用时，应根据电路的具体要求来选择工作频率高、反向电流小、正向电流足够大的检波二极管，主要考虑工作频率。虽然检波和整流的原理是一样的，而整流的目的只是为了得到直流电，而检波则是从被调制波中取出信号成分（包络线）。检波电路和半波整流线路 完全相同。因检波是对高频波整流，二极管的结电容一定要小， 所以选用点接触二极管。能用于高频检波的二极管大多能用于限幅、箝位、开关和调制电路。

3.变容二极管  

又称压控变容器，是根据电压变化而改变节电容的半导体，工作在反向偏压状态。应用：高频调谐、通信电路中可做可变电容器使用。有专用于谐振电路调谐的电调变容二极管，适用于参放的参放变容二极管，以及固体功率源中倍频、移相的功率阶跃变容二极管，用于电视机高频头的频道转换和调谐电路，多以硅材料制作。
4.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，但由于普通二极管工作在开关状态下的反向恢复时间较长，约4～5ms，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。
快恢复二极管（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。 快恢复二极管在制造上采用掺金、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。目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中作整流元件，高频电路中的限幅、嵌位等。
肖特基（Schottky）二极管也称肖特基势垒二极管（简称SBD），是由金属与半导体接触形成的势垒层为基础制成的二极管，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，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，或在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。肖特基二极管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。
5.稳压二极管（齐纳二极管或反向击穿二极管）

工作在反向状态，当有一个适当电流通过时，两端就会产生一个稳定电压。稳压二极管是利用PN结反向击穿特性所表现出的稳压性能制成的器件。它是利用二极管被反向击穿后，在一定反向电流范围内反向电压不随反向电流变化这一特点进行稳压的。它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。在反向电压较低时，稳压二极管截止；当反向电压达到一定数值时，反向电流突然增大，稳压二极管进入击穿区，此时即使反向电流在很大范围内变化时，稳压二极管两端的反向电压也能保持基本不变。但若反向电流增大到一定数值后，稳压二极管则会被彻底击穿而损坏。稳压管的最主要的用途是稳定电压。在要求精度不高、电流变化范围不大的情况下，可选与需要的稳压值最为接近的稳压管直接同负载并联。在稳压、稳流电源系统中一般作基准电源，也有在集成运放中作为直流电平平移。其存在的缺点是噪声系数较高，稳定性较差。主要应用于浪涌保护电路，电视机过压保护电路，电弧抑制电路，还有串联型稳压电路。使用时可将多只串联，但由于二极管参数离散性较大，不能并联使用。

6.开关二极管  

利用二极管单向导电性，二极管正偏是处于导通，反偏截止。它由导通变为截止或由截止变为导通所需的时间比一般二极管短，常见的有2AK、2DK等系列，主要用于电子计算机、脉冲电路以及自控电路，仪器仪表电路等。常见：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、高反压硅电压开关二极管。
7.发光二极管（LED）

压降一般为1.5到3V，工作电流为10到20MA  应用于照明，指示灯。
8.光敏（光电）二极管   

光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。
种类：

(1)PN型
特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。
用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。
(2)PIN型
特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应。
用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真。
(3)发射键型
特性：使用Au薄膜与N型半导体结代替P型半导体
用途：主要用于紫外线等短波光的检测
(4)雪崩型
特性：响应速度非常快，因具有倍速作用，故可检测微弱光。
用途：高速光通信、高速光检测
9.恒流二极管的作用 恒流二极管（简称CRD）

是用来稳定电流的二极管，它可以在较宽的电压变化范围内提供恒定不变的电流。恒流二极管主要应用各种放大电路（如音频功放电路）、振荡电路及稳压电源电路，在电路中作为恒流源或恒流偏置元件。
常用的恒流二极管 常用的恒流二极管有2DH系列，
10.补偿二极管
    补偿二极管的作用 补偿二极管是一种具有良好的温度特性和稳压特性的半导体二极管，广泛应用于各种半导体收音机、音响系统和通信设备中作温度补偿及电源降压补偿。
常用的补偿二极管 常用的补偿二极管有2CB系列等。2CB系列补偿二极管采用环氧树脂陶瓷圆片状封装，
11.双基极二极管
    双基极二极管的结构与作用 双基极二极管又称单结晶体管，是具有一个PN结的三端负阻器件。双基极二极管由一个PN结和一个N型硅片构成，在硅片的两端分别引出两个基极B1和B2，在PN结的P型半导体上引出的电极为发射极E。基极B1和基极 B2之间的N型区域可以等效为一个纯电阻，即基区电阻RBB。该电阻的阻值随着发射极电流的变化而改变。双基极二极管广泛应用于各种振荡器、定时器和控制器电路中。
常用的双基极二极管 常用的双基极二极管有BT31系列、BT32系列和BT33系列，
12.磁敏二极管
    磁敏二极管的作用 磁敏二极管是一种磁–电转换半导体器件，可以在较弱的磁场作用下，产生较高的输出电压，并随羊磁场方向的变化同步输出变化的正、负电压。磁敏二极管应用于磁场检测、电流测量、无触点开关及无电刷直流电动机的自动控制等方面。
常用的磁敏二极管 常用的磁敏二极管有2DCM系列和2ACM系列。
13.精密二极管
    精密二极管的作用 精密二极管（简称PD）是一种具有稳定电压和稳定电流功能的高精度二极管，它工作温度适应范围较宽、线性好、稳定性非常高，主要应用于各种电子电路中，作为恒流源或恒压源。精密二极管的电路图形符号和文字符号与普通二极管相同。
常用的精密二极管 常用的精密二极管有HW系列（单管）、SHW系列（对管）和THW系列（带温控器）等。
14.隧道二极管
    隧道二极管是采用砷化镓（GaAs）和锑化镓（GaSb）等材料混合制成的半导体二极管，其优点是开关特性好，速度快、工作频率高；缺点是热稳定性较差。一般应用于某些开关电路或高频振荡等电路中。隧道二极管的文字符号与普通二极管相同。

（1）在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝，称为空穴半导体或P型半导体空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子。

（2）在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等，称为电子半导体或N型半导体。自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。

（3）单向导电原理：外电场与内电场的方向相反，当外电场大于内电场时，内电场的作用被抵消，PN结变薄，多数载流子的扩散运动增加，形成正向电流，外加电场越强，正向电流就越大，这意味着PN结的正向电阻变小。

外电场与内电场的方向一致，使内电场的作用增强，PN结变厚，多数载流子的扩散运动难于进行。但内电场的增强有助于少数载流子的漂移运动，形成反向电流IR，由于常温下少数载流子数量很少，因此一般情况下反向电流很小，即PN结的反向电阻很大。

2.三极管的基本结构

分别为 NPN PNP型的结构示意

      

3.三极管的分类

（一） 按半导体材料和极性分类

按晶体管使用的半导体材料可分为硅材料晶体管和锗材料晶体管管。

按晶体管的极性可分为锗NPN型晶体管、锗PNP晶体管、硅NPN型晶体管和硅PNP型晶体管。

（二） 按结构及制造工艺分类

晶体管按其结构及制造工艺可分为扩散型晶体管、合金型晶体管和平面型晶体管。

（三） 按电流容量分类

晶体管按电流容量可分为小功率晶体管、中功率晶体管和大功率晶体管。
（四） 按工作频率分类

晶体管按工作频率可分为低频晶体管、高频晶体管和超高频晶体管等。
（五） 按封装结构分类

晶体管按封装结构可分为金属封装（简称金封）晶体管、塑料封装（简称塑封）晶体管、玻璃壳封装（简称玻封）晶体管、表面封装（片状）晶体管和陶瓷封装晶体管等。其封装外形多种多样。

（六） 按功能和用途分类   

晶体管按功能和用途可分为低噪声放大晶体管、中高频放大晶体管、低频放大晶体管、开关晶体管、达林顿晶体管、高反压晶体管、带阻晶体管、带阻尼晶体管、微波晶体管、光敏晶体管和磁敏晶体管等多种类型。

三极管放大电流的原理：

三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大

（ps.微观过程：1、发射区向基区扩散电子：由于发射结处于正向偏置，发射区的多数载流子（自由电子）不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。2、电子在基区扩散和复合：由于基区很薄，其多数载流子（空穴）浓度很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少部分可以和基区空穴复合，形成比较小的基极电流IB，而剩下的绝大部分电子都能扩散到集电结边缘。

3、集电区收集从发射区扩散过来的电子：由于集电结反向偏置，内部形成了较大的内电场，在电场力作用下可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。），反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC 的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数β（β=ΔIC/ΔIB, Δ表示变化量。），三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点，也叫 建立偏置 ，否则会放大失真。 在三极管的集电极与电源之间接一个电阻，可将电流放大转换成电压放大：当基极电压UB升高时，IB变大，IC也变大，IC 在集电极电阻RC的压降也越大，所以三极管集电极电压UC会降低，且UB越高，UC就越低，ΔUC=ΔUB。）

晶体三极管可用作电控开关或放大控制器。
其是非常有用的器件，它们用控制信号来控制电流的能力，使它们成为电控开关电路、稳流电路、稳压电路、放大电路、振荡电路和储存器电路的基本元件。
这是个很基本的原件，它几乎无处不在，大家具体实践为好。