PCB设计教程【入门篇】——电路分析基础-基本元件（二极管三极管场效应管）

前言

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目录

前言

1.二极管

1.发光二极管（LED）

2.普通二极管

3.其他二极管

4.电压与电流的关系图

1.电压轴的正半轴向负半轴看去

2.向电压轴的负半轴看去

5.正负极的区别方法

1.实物

2.PCB板上

2.三极管

1.NPN型

2.PNP型

3.内部结构

4.输出特性曲线图

5.不同封装的三极管

3.场效应管 

1.场效应管和三极管对比图

2.四种场效应管的对比

3.不同封装的场效应管

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1.二极管

二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件。二极管有两个电极，正极，又叫阳极；负极，又叫阴极，给二极管两极间加上正向电压时，二极管导通，加上应向电压时，二极管截止。二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开。二极管具有单向导电性能，导通时电流方向是由阳极通过管子流问阴极。二极管是最早诞生的半导体器件之一，其应用非常广泛。特别是在各种电子电路中，利用二极管和电阻、电容、电感等元器件进行合理的连接，构成不同功能的电路，可以实现对交流电整流、对调制信号检波、限幅和钳位以及对电源电压的稳压等多种功能。

1.发光二极管（LED）

2.普通二极管

3.其他二极管

不同类型的二极管的电气特性和功能区别很大

在电源方面，可以利用二极管的单向导通特性，构成一个整流桥，对交流电的输入进行一个整流

在信号处理领域，经常会将二极管与电容构成一个检波电路，对于前级输入的调制信号进行检波

有的时候，会在电源的输入端加入一个二极管，来进行防反接

对于一些电源电压不太稳定的场合，会加入稳压二极管，对电源电压进行稳压

4.电压与电流的关系图

1.电压轴的正半轴向负半轴看去

首先在0.5伏的这个右侧，存在一个二极管的导通区。在这个区域中的二极管是处于一个导通的状态。

二极管的导通时并不是完全没有损耗的，实际的二极管根据材料的不同，会存在一个导通压降。硅管是0.6~0.8V，锗管是0.2~0.3V，所以我们有时候会在电源的输入端接一个二极管进行防反接。二极管的导通压降应该是越小越好，因为肖特基二极管的导通压降比较低，所以通常采用肖特基二极管。

在0.5V到0V左右的范围内，以看到这个电流是为零的，我们把这个区域呢叫做二极管的死区，在这个区域里，二极管是没有电流的，它处于一个截止的状态。同样的，对于不同的二极管，在这个区域的电压也是不同的。对于硅管，是0.5V；对于锗管，只有0.1V。也就是说当正向电压低于死区电压，二极管就会自己关断。

2.向电压轴的负半轴看去

从0~-40V左右的这段区间里，虽然反向电压一直在变大，但是二极管的反向电流是非常低的。同时我们也注意到，二极管并非是在处于反向的情况下就没有电流的，而是有一个比较低的静态反向电流。随着反向电压的不断增大，二极管就会进入一个区域，也就是我们在图上C端，这段看到的就是反向击穿区。在反向击穿区，有一个比较有趣的特性，当反向电压超过了反向击穿电压的时候，它的反向二极管反向电流就会猛然的增大，同时这个反向击穿电流，就会遏制反向击穿电压的继续增大。所以二极管在反向击穿区，会有一种稳压的特性（稳压二极管，就是工作在反向击穿区）

不同类型的二极管，它的不同功能以及它的应用场景

5.正负极的区别方法

1.实物

2.PCB板上

2.三极管

三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

1.NPN型

2.PNP型

3.内部结构

以NPN型三极管为例

三极管的三个极分别被命名为集电极c、基极b和发射极e

在集电极c与基极b之间，构成了一个PN结（PN结是一种特殊的半导体结，它由两个不同类型的半导体材料（通常是N型和P型）组成，PN结具有单向导电性），这个PN结叫做集电极。在基极b与发射极e之间构成了一个PN结,叫做发射集

同样的，对于PNP型三极管呢也是类似的，只不过它的PN结的顺序是和NPN型三极管反过来的

对于内部结构，我们可以简记为两个二极管，它共阳极接出来一个P极，另外两侧分别是C极和E级

4.输出特性曲线图

方便理解，做个类比

1.加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态。

2.当三极管发射结正偏，集电结应偏时，三极管就会进入放大状态。即当我们逐渐打开水龙头时，水会开始流出，这就相当于三极管进入了放大状态。

3.当三极管发射结正偏，集电结正偏时，三极管工作在饱和状态。饱和状态下的三极管基极电流即使变大，集电极电流也不会增大，相当于水龙头完全打开时，水流已经最大。

5.不同封装的三极管

3.场效应管 

场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。它是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型晶体管。场效应管属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点。场效应管主要有两种类型：1、结型场效应管（junction FET-JFET)2、金属－氧化物半导体场效应管（metal一oxide semiconductor FET，简称MOS-FET)

1.场效应管和三极管对比图

需要注意的是，当做开关时使用的三极管的控制量是IB，而场效应管的控制量是UGS

2.四种场效应管的对比

按沟道分类，场效应管分为PMO5管（P沟道型）和NMO5（N沟道型)管。按材料分类，可以分为分为耗尽型和增强型：增强型管：栅极-源极电压Vgs为零时漏极电流也为零；耗尽型管：栅极-源极电压 Vgs 为零时漏极电流不为零。其实归纳一下，就4种类型的MO5管：增强型PMOS，增强型NMOS，耗尽型PMOS，耗尽型 NMO5。

3.不同封装的场效应管