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二极管、三极管、晶体管概念和用途一、二极管的概念和用途二极管是一种具有两个电极的半导体器件，它具有单向导电特性。
当施加正向电压时，二极管正向导通，电流通过；当施加反向电压时，二极管反向截止，电流基本不通过。
二极管主要用于整流、稳压、开关和检波等电路中。
1、整流在交流电路中，二极管可以将交流信号转换为直流信号。
通过二极管整流，可以将交流电源转换为直流电源，以满足电子设备对直流电源的需求。
2、稳压二极管还可以作为稳压器使用。
在稳压电路中，通过合理连接二极管和电阻，可以实现对电压的稳定。
3、开关由于二极管具有导通和截止的特性，可以将其应用到开关电路中。
在开关电路中，二极管可以控制电流的通断，实现对电路的控制。
4、检波二极管还可以用作检波器。
在无线电接收机中，二极管可以将射频信号转换为音频信号，实现信息的接收和解调。
二、三极管的概念和用途三极管是一种具有三个电极的半导体器件，分为发射极、基极和集电极。
三极管具有放大、开关等功能，是现代电子设备中不可或缺的器件。
1、放大在放大电路中，三极管可以对输入信号进行放大处理。
通过合理设置电路参数，可以实现对电压、电流和功率等信号的放大。
2、开关与二极管类似，三极管也可以用作开关。
通过控制基极电流，可以实现对集电极与发射极之间的电流通断控制。
3、振荡在振荡电路中，三极管可以实现信号的自激振荡。
通过反馈电路的设计，可以使三极管产生稳定的振荡信号。
4、调制在通信系统中，三极管可以用于信号的调制。
通过三极管的放大和调制功能，可以实现对射频信号等信息的传输。
三、晶体管的概念和用途晶体管是一种半导体器件，是二极管的发展和改进，是现代电子技术的重要组成部分，被广泛应用于放大、开关、振荡和数字逻辑电路等领域。
1、放大晶体管可以作为放大器使用，实现对信号的放大处理。
晶体管的放大能力较强，可以应用于音频放大、射频放大等领域。
2、开关晶体管也可以用作开关。
与三极管类似，晶体管可以实现对电路的控制，用于开关电源、数码电路等领域。
三极管和二极管一、介绍三极管和二极管二极管是一种电子元件，它有两个电极，分别为阳极和阴极。
在正向电压下，电流可以流过二极管，而在反向电压下，电流将被阻止。
因此，二极管通常用于整流器、稳压器和信号检测等应用中。
三极管是另一种电子元件，它由三个区域组成：发射区、基区和集电区。
基区控制从发射区到集电区的电流。
当正向偏置时，三极管可以工作在放大器模式下；当反向偏置时，它可以工作在开关模式下。
三极管通常用于放大器、开关和振荡器等应用中。
二、二极管的类型1. 硅二极管硅二极管是最常见的类型之一。
它有一个PN结，并且具有高的热稳定性和低的漏电流。
2. 锗二极管锗二极管比硅二极管更早被发明，并且具有较低的噪声水平和较高的灵敏度。
但是，锗材料对温度变化非常敏感。
3. 高速二极管高速二极管具有非常短的恢复时间，可以快速地从导通到截止转换。
它们通常用于高频应用中。
4. 肖特基二极管肖特基二极管是一种非常快速的二极管，它具有低的反向电流和较小的开关时间。
它们通常用于高频应用中。
三、三极管的类型1. NPN三极管NPN三极管是最常见的类型之一。
在正向偏置时，电流从发射区流向集电区。
当基区被注入电流时，它将控制从发射区到集电区的电流。
2. PNP三极管PNP三极管与NPN三极管相似，但是在正向偏置时，电流从集电区流向发射区。
当基区被注入电流时，它将控制从集电区到发射区的电流。
3. 功率三极管功率三极管可以处理大量功率并能够承受高压和高温度。
它们通常用于放大器、开关和变换器等应用中。
4. 双极性晶体管（BJT）BJT是一种双向传输器件，可以作为放大器或开关使用。
它由两个PN 结组成，其中一个是NPN结，另一个是PNP结。
四、应用1. 二极管的应用（1）整流器：二极管可以将交流电转换为直流电。
（2）稳压器：二极管可以用作稳压器的关键元件。
（3）信号检测：二极管可以检测并放大无线电频率信号。
2. 三极管的应用（1）放大器：三极管可以放大电路中的信号。
三极管接成二极管的特点及用途三极管接成二极管是指将三极管的基极和集电极短接，只使用发射极和集电极。
这种连接方式下，三极管的基极相当于二极管的阴极，发射极相当于二极管的阳极，集电极相当于二极管的阴极。
因此，三极管接成二极管的特点及用途如下：1. 特点：(1) 极性正向特性：三极管接成二极管时，输入电压的正向特性与普通二极管相同，即在正向电压下，电流通过；在反向电压下，电流截断。
这是由于三极管的结构特性决定的，将其两个极端短接后，相当于三极管的基极和集电极连接在了一起，形成了一个PN结，因此具备了二极管的正向特性。
(2) 放大特性：三极管接成二极管时，可以利用三极管的放大特性，将输入信号的幅度放大。
由于三极管的发射极与集电极之间存在一定的放大倍数，可以将输入信号经过三极管放大后输出，从而实现信号放大功能。
(3) 高频特性：三极管接成二极管时，由于三极管的高频特性较好，因此可以用于高频电路的设计。
三极管的高频特性主要体现在其电容效应上，它的发射层与基极之间的电容较小，能够在高频信号下提供较好的响应速度。
2. 用途：(1) 整流器：三极管接成二极管具有正向特性，可以用于整流电路中。
在交流电路中，将输入信号接到三极管的发射极，输出信号从三极管的集电极获取，即可实现整流功能。
这种接法可以将交流信号转换为直流信号，用于电源等领域。
(2) 放大器：三极管接成二极管后，可以利用其放大特性，将输入信号的幅度放大。
在放大器电路中，输入信号被加到三极管的发射极，输出信号从三极管的集电极获取，通过调整输入信号的幅度，可以实现对输出信号的放大控制。
这种接法广泛应用于音频放大器、射频放大器等领域。
(3) 振荡器：三极管接成二极管后，具有较好的高频特性，适合用于振荡电路。
在振荡器电路中，通过将反馈信号加到三极管的发射极，从集电极获取振荡信号。
这种接法可以产生稳定的高频振荡信号，用于无线电通信系统、雷达等领域。
(4) 开关：三极管接成二极管时，可以将其作为开关使用。
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。
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。
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 +VF 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,但它们将通过下列两个途径逐渐减少:
①在反向电场作用下,P区电子被拉回N区,N区空穴被拉回P区,形成反向漂移电流 I R ,如下图所示; ②与多数载流子复合。
在这些存储电荷消失之前,PN结仍处于正向偏置,即势垒区仍然很窄,PN结的电阻仍很小,与 R L 相比可以忽略,所以此时反向电流 I R =(V R +V D /RL 。
V D 表示PN结两端的正向压降,一般 V R >>VD ,即 I R =V R /R L 。
在这段期间, I R 基本上保持不变,主要由 V R 和 R L 所决定。
经过时间 t s 后P区和N区所存储的电荷已显著减小,势垒区逐渐变宽,反向电
流 I R 逐渐减小到正常反向饱和电流的数值,经过时间 t t
,二极管转为截止。
由上可知, 二极管在开关转换过程中出现的反向恢复过程, 实质上由于电荷存储效应引起的, 反向恢复时间就是存储电荷消失所需要的时间。
三、二极管的开通时间
二极管从截止转为正向导通所需的时间称为开通时间。
这个时间同反向恢复时间相比是很短的。
这是由于PN结在正向偏压作用下, 势垒区迅速变窄, 有利于少数载流子的扩散,正向电阻很小,因而它在导通过程中及导通以后,其正向压降都很小,比输入电压 V F 小得多, 故电路中的正向电流 I F =VR /R L ,它由外电路的参数决定,而几乎与二极管无关。
因此,只要电路在 t=0时加入
+VF 的电压
,回路的电流几乎是立即达到 V F /R L 。
这就是说 ,二极管的开通时间是很短的,它对开关速度的影响很小, 可以忽略不计。
第二节 BJT 的开关特性
NPN型 BJT 的结构如下图所示。
从图中可见NPN型 BJT 由两个N型区和一个P型区构成了两个PN结,并从三个区分别引出了集电极、基极和发射极。
在电路图中的符号如下图所示。
PNP型 BJT 的结构如下图中的上半部所示,下边为电路图中的符号。
这里的 BJT 英文原文是:Bipolar Junction Transistor,意为“ 双极结晶体管” 。
也就是通常所说的三极管。
一、 BJT 的开关作用
BJT 的开关作用对应于有触点开关的“ 断开” 和“ 闭合” 。
上图所示电路用来说明 BJT 开关作用,图中 BJT 为NPN型硅管。
当输入电压 V 1=-VB 时, BJT 的发射结和集电结均为反向偏置(V BE <0, V BC <0
,只有很小的反向漏电流
I EBO 和 I CBO 分别流过两个结,故i B ≈ 0, i C ≈ 0, V CE ≈ VCC ,对应于上图中的A点。
这时集电极回路中的 c 、 e 极之间近似于开路,相当于开关断开一样。
BJT 的这种工作状态称为截止。
当 V 1=+VB2时,调节 R B ,使 I B =VCC / RC ,则 BJT 工作在上图中的 C 点
,集电极电流 i C 已接近于最大值 V CC / RC ,由于 i C 受到 R C 的限制,它已不可能像放大区那样随着 i B 的增加而成比例地增加了 ,此时集电极电流达到饱和,对应的基极电流称为基极临界饱和电流 I BS (
,而集电极电流称为集电极饱和电流 I CS (V CC / RC 。
此后,如果再增加基极电流,则饱和程度加深,但集电极电流基本上保持在 I CS 不再增加, 集电极电压 V CE =VCC -I CS R C =VCES =2.0-0.3V。
这个电压称为 BJT 的饱和压降, 它也基本上不随 i B 增加而改变。
由于 V CES 很小,集电极回路中的 c 、 e 极之间近似于短路,相当于开关闭合一样。
BJT 的这种工作状态称为饱和。
由于 BJT 饱和后管压降均为 0.3V ,而发射结偏压为 0.7V ,因此饱和后集电结为正向偏置,即 BJT 饱和时集电结和发射结均处于正向偏置,这是判断 BJT 工作在饱和状态的重要依据。
下图示出了NPN型 BJT 饱和时各电极电压的典型数据。
由此可见 BJT 相当于一个由基极电流所控制的无触点开关。
BJT 截止时相当于开关“ 断开” ,而饱和时相当于开关“ 闭合” 。
NPN型 BJT 截止、放大、饱和三种工作状态的特点列于下表中。
二、BJT 的开关时间 BJT 的开关过程和二极管一样，也是内部电荷“建立”和“消散”的过程。
因此 BJT 饱和与截止两种状态的相互转换也是需要一定的时间才能完成的。
如上图所示电路的输入端加入一个幅度在-VB1 和+VB2 之间变化的理想方波，则输出电流 Ic 的波形如下图。
可见 Ic 的波形已不是和输入波形一样的理想方波，上升和下降沿都变得缓慢了。
为了对 BJT 开关的瞬态过程进行定量描述,通常引人以下几个参数来表征：以上 4 个参数称为 BJT 的开关时间参数。
通常把 ton＝td＋tr 称为开通时间,它反映了BJT 从截止到饱和所需的时间；把 t0ff= ts＋tf 称为关闭时间,它反映了 BJT 从饱和到截止所需的时间。
开通时间和关闭时间总称为 BJT 的开关时间,它随管子类型不同而有很大差别，一般在几十至几百纳秒的范围，可以从器件手册中查到。
BJT 的开关时间限制了 BJT 开关运用的速度。
开关时间越短，开关速度越高。
因此，要设法减小开关时间。
开通时间 ton 是建立基区电荷的时间，关闭时间 toff 是存储电荷消散的时间。
