二極管三極管光耦

二極管、三極管、光耦 本文主要介紹、二極管三極管和光耦的一些基本特性，及一些使用情況介紹。1 二極管1.1二極管的工作原理晶體二極管為一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時，由于p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時，p-n結(jié)空間電荷層中的電場強度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。二極管的符號如圖：1.2 二極管的主要參數(shù)l 正向電流IF：在額定功率下，允許通過二極管的電流值。l 正向電壓降VF：二極管通過額定正向電流時，在兩極間所產(chǎn)生的電壓降。l 最大整流電流（平均值）IOM：在半波整流連續(xù)工作的情況下，允許的最大半波電流的平均值。l 反向擊穿電壓VB：二極管反向電流急劇增大到出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象時的反向電壓值。l 正向反向峰值電壓VRM：二極管正常工作時所允許的反向電壓峰值，通常VRM為VB的三分之二或略小一些。l 反向電流IR：在規(guī)定的反向電壓條件下流過二極管的反向電流值。l 結(jié)電容C：電容包括電容和擴散電容，在高頻場合下使用時，要求結(jié)電容小于某一規(guī)定數(shù)值。l 最高工作頻率FM：二極管具有單向?qū)щ娦缘淖罡呓涣餍盘柕念l率。1.3 二極管的特性 二極管最主要的特性是單向?qū)щ娦?。其他如下?l 正向特性當(dāng)正向電壓低于某一數(shù)值時，正向電流很小，只有當(dāng)正向電壓高于某一值時，二極管才有明顯的正向電流，這個電壓被稱為導(dǎo)通電壓，我們又稱它為門限電壓或死區(qū)電壓，一般用Uon表示，在室溫下，硅管的Uon約為0.6-0.8V，鍺管的Uon約為0.1-0.3V，我們一般認(rèn)為當(dāng)正向電壓大于Uon時，二極管才導(dǎo)通。否則截止。l 反向特性二極管的反向電壓一定時，反向電流很小，而且變化不大（反向飽和電流），但反向電壓大于某一數(shù)值時，反向電流急劇變大，產(chǎn)生擊穿。不同型號的二極管的擊穿電壓差別很大，從幾十伏到幾千伏。l 溫度特性環(huán)境溫度升高時，二極管的正向特性曲線將左移，反向特性曲線下移，如下圖所示。二極管對溫度很敏感，在室溫附近，溫度每升高1度，正向壓將減小2-2.5mV，溫度每升高10度，反向電流約增加一倍。l 擊穿特性當(dāng)反向電壓增加到某一數(shù)值時，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。這時的反向電壓稱為反向擊穿電壓，不同結(jié)構(gòu)、工藝和材料制成的管子，其反向擊穿電壓值差異很大，可由1伏到幾百伏，甚至高達(dá)數(shù)千伏。l 頻率特性由于結(jié)電容的存在，當(dāng)頻率高到某一程度時，容抗小到使PN結(jié)短路。導(dǎo)致二極管失去單向?qū)щ娦?，不能工作，PN結(jié)面積越大，結(jié)電容也越大，越不能在高頻情況下工作。1.4常用二極管1.4.1 整流管利用二極管單向?qū)щ娦?，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動直流電。整流管因為其正向工作電流較大，工藝上多采用面結(jié)型結(jié)構(gòu)，結(jié)電容大， 因此整流二極管工作頻率一般小于3KHZ。 （a）塑料封裝 （b）全密封金屬結(jié)構(gòu)1.4.2檢波二極管： 它式一種利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒏哳l或中頻無線電信號中的低頻信號或音頻信號取出來的元件，檢波是指從調(diào)幅波的包絡(luò)提取調(diào)制信號的過程。一般檢波二極管采用鍺材料點接觸型結(jié)構(gòu)，要求正向壓降小，檢波效率高，結(jié)電容小，頻率特性好，其外形一般采用玻璃封裝EA結(jié)構(gòu)。1.4.3 開關(guān)二極管： 二極管從截止到導(dǎo)通稱為開通時間，從開通到截止稱為反向恢復(fù)時間，兩者之和稱為開關(guān)時間。在脈沖數(shù)字電路中，用于接通和關(guān)斷電路的二極管叫開關(guān)二極管，它的特點是反向恢復(fù)時間短，能滿足高頻和超高頻應(yīng)用的需要。開關(guān)二極管有接觸型，平面型和擴散臺面型幾種，一般IF500毫安的硅開關(guān)二極管，多采用全密封環(huán)氧樹脂，陶瓷片狀封裝。1.4.4 阻尼二極管： 主要應(yīng)用于電視機行掃描中做阻尼和升壓整流用，要求其承受較高的反向工作電壓和峰值電流，且要求正向壓降越小越好，因此他是一種特殊的高頻高壓整流二極管，也可看作是高反壓開關(guān)二極管的一種。1.4.5 穩(wěn)壓二極管： 穩(wěn)壓二極管的正向曲線與普通二極管相仿，但反向曲線比普通二極管低的多。其擊穿點處，曲線彎折特別尖銳，反向電流劇增， 但電壓幾乎保持不便，只要在外電路中設(shè)置限流措施，使穩(wěn)壓管始終保持在允許功耗內(nèi)，就不會損壞管子，穩(wěn)壓管的反向擊穿是可逆的，而普通二極管的擊穿是不可逆的。穩(wěn)壓二極管多采用硅材料制成。由于穩(wěn)壓二極管的擊穿機理上的區(qū)別，一般認(rèn)為穩(wěn)壓管在5V以下屬于齊納擊穿，7V以上屬于雪崩擊穿，5-6V兩者兼而有之。小于5伏時，具有負(fù)溫度系數(shù)，大于7伏時，具有正溫度系數(shù)，在5-6伏時，溫度系數(shù)則接近0。由于穩(wěn)壓管的反向電流小于IZmin時不穩(wěn)壓，大于IZmax時會超過額定功耗而損壞，所以在穩(wěn)壓管電路中必須串聯(lián)一個電阻來限制電流，從而保證穩(wěn)壓管正常工作，故稱這個電阻為限流電阻。下圖是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路：（救）（新） 穩(wěn)壓電路 圖形符號硅穩(wěn)壓管伏安特性曲線1.4.6 瞬變電壓抑制二極管： 瞬變電壓抑制二極管簡稱為TVP管（transient-voltage-suppressor）他是在穩(wěn)壓管的工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要應(yīng)用于對電壓的快速過壓保護(hù)，TVP管按照其峰值脈沖功率可以分為四類：500W，1000W,1500W,5000W。每類按照其標(biāo)稱電壓分為35種，最小擊穿電壓為8.2V，最大為200V.TVP管在瞬間高能量沖擊時，能以極高的速度從高阻改變?yōu)榈妥?，從而吸收一個極大的電流，將管子的電壓鉗位在一個預(yù)定的數(shù)值上，鉗位時間僅僅10（-12）秒。1.4.7 變?nèi)荻O管： 變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)電容隨外加反向偏壓變化的特性制成。在零偏壓時，結(jié)電容最大， 臨近擊穿時，結(jié)電容最小。 兩者之比則為其結(jié)電容變化比。從導(dǎo)通曲線可以看出，結(jié)電容變化呈現(xiàn)非線性。變?nèi)荻O管一般總是接在諧振回路使用，以取代傳統(tǒng)的可變電容，因此必須要有足夠的Q值，顯然，隨著頻率的升高，Q降低，因此定義為Q=1時為截止頻率。使用時必須低于截止頻率。變?nèi)荻O管圖形符號1.4.8 雙基極二極管： 雙基極二極管是具有兩個基極和一個發(fā)射極的三端負(fù)阻半導(dǎo)體器件。他只有一個PN結(jié)， 所以又稱為單結(jié)晶體管。雙基極二極管主要應(yīng)用于各種張馳震蕩器， 定時電壓讀出電路，具有頻率易調(diào)，溫度特性好的優(yōu)點。分壓比：當(dāng)發(fā)射極開路時，基極B1,B2之間相當(dāng)于一個電阻,其值為RB1,RB2之和，若加一個電壓，則倆電阻間相當(dāng)于一個分壓器。1.4.9 快速二極管快速二極管的工作原理與普通二極管是相同的，但由于普通二極管工作在開關(guān)狀態(tài)下的反向恢復(fù)時間較長，約45s，不能適應(yīng)高頻開關(guān)電路的要求?？焖俣O管主要應(yīng)用于高頻整流電路、高頻開關(guān)電源、高頻阻容吸收電路、逆變電路等，其反向恢復(fù)時間可達(dá)10ns。快速二極管主要包括肖特基二極管和快恢復(fù)二極管。1.4.10 發(fā)光二極管發(fā)光二極管包括：可見光、不可見光、激光等不同類型。發(fā)光二極管發(fā)光顏色有紅、綠、黃、橙等色。外形和符號如圖所示。發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦?。只有?dāng)外加的正向電壓使得正向電流足夠大時才發(fā)光，它開啟電壓比普通二極管大，紅色的在1.61.8V之間，綠色的約為2V。正向電流愈大，發(fā)光愈強。發(fā)光二極管驅(qū)動電壓低、功耗小、壽命長、可靠性高。在使用發(fā)光二極管時應(yīng)注意兩點：一是若用直流電源電壓驅(qū)動發(fā)光二極管時，在電路中一定要串聯(lián)限流電阻，以防止通過發(fā)光二極管的電流過大而燒壞管子；二是發(fā)光二極管的反向擊穿電壓比較低，一般僅有幾伏。1.4.11光電二極管光電二極管是遠(yuǎn)紅外線接收管，是一種光能與電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換的器件。PN結(jié)型光電二極管將接收到的光的變化轉(zhuǎn)換成電流的變化。外形和符號如下圖所示。光電二極管的伏安特性如右下圖所示。它是利用PN結(jié)外加反向電壓時，在光線照射下，改變反向電流和反向電阻，當(dāng)沒有光照射時，反向電流很小，反向電阻很大；當(dāng)有光照射時，反向電阻減小，反向電流加大。光電二極管在無光照射時的反向電流稱為暗電流，有光照射時的電流稱為明電流。2 三極管按放大原理的不同，三極管分為雙極性三極管（BJT: Bipolar Junction Transistor）（也稱晶體三極管、半導(dǎo)體三極管簡稱三極管）和單極性（MOS/MES型: Metal-Oxide-Semiconductor or MEtal Semiconductor）三極管。BJT中有兩種載流子參與導(dǎo)電，而在MOS型中只有一種載流子導(dǎo)電。BJT一般是電流控制器件，而MOS型一般是電壓控制器件。2.1晶體三極管2.1.1簡介半導(dǎo)體電子器件，有兩個PN結(jié)組成，可以對電流起放大作用，有3個引腳，晶體三極管分別為集電極（c)，基極（b)，發(fā)射極（e），電子三極管分別為屏極、柵極、陰極。有PNP和NPN型兩種，以材料分有硅材料和鍺材料兩種。作用:把微弱信號放大成幅值較大的電信號, 也用作無觸點開關(guān).它是由兩個背做在一起的PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線封裝組成，有集電極c、基極b和發(fā)射極e三個電極。它具有電壓、電流和功率放大作用，因此它是各種電路中十分重要的器件之一。又它可以組成放大、震蕩等各種功能的電路，同時也是制作各種集成電路的基本單元電路。加之三極管具有體積小、重量輕、壽命長、耗電省等優(yōu)點，因此得到很廣泛的應(yīng)用。常見的三極管外形：下圖是NPN和PNP的結(jié)構(gòu)及符號： 2.1.2三極管的分類按照頻率分有高頻管（3MHz以上）、低頻管（3MHz以下）；按照功率分有小功率管、中功率管和大功率管；按照半導(dǎo)體材料分有硅管、鍺管；按照用途分有低噪聲放大晶體管、中高頻放大晶體管、低頻放大晶體管、開關(guān)晶體管、達(dá)林頓晶體管、高反壓晶體管、帶阻晶體管、帶阻尼晶體管、微波晶體管、光敏晶體管和磁敏晶體管等多種類型。2.1.2 三極管的電流分配關(guān)系無論對NPN或PNP三極管電流分析均可得：IE=IB+IC進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基極電流有一微小的變化時，可引起集電極電流較大的變化。這就是三極管的電流放大作用。2.1.3三極管的特性曲線三極管的特性曲線與它的接法有關(guān)，它有三種不同接法：共基極，如圖（1）所示；共發(fā)射極，如圖（2）所示；共集電極，如圖（3）所示：以NPN管共發(fā)射極為例：1.輸入特性它與PN結(jié)的正向特性相似，三極管的兩個PN結(jié)相互影響，因此，輸出電壓UCE對輸入特性有影響，且UCE1,時這兩個PN結(jié)的輸入特性基本重合。我們用UCE=0和UCE=1,兩條曲線表示，如下圖（4）所示2.輸出特性它的輸出特性可分為三個區(qū)：（如圖（5）的特性曲線） (1)截止區(qū)：IB=0時，此時的集電極電流近似為零，管子的集電極電壓等于電源電壓，兩個結(jié)均反偏 (2)飽和區(qū)：此時兩個結(jié)均處于正向偏置，UCE=0.3V (3)放大區(qū):此時IC=IB，IC基本不隨UCE變化而變化，此時發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。2.1.4三極管主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)有電流放大系數(shù)、耗散功率、頻率特性、集電極最大電流、最大反向電壓、反向電流等。 （一）電流放大系數(shù) 電流放大系數(shù)也稱電流放大倍數(shù)，用來表示三極管放大能力。 根據(jù)三極管工作狀態(tài)的不同，電流放大系數(shù)又分為直流電流放大系數(shù)和交流電流放大系數(shù)。 1直流電流放大系數(shù) 直流電流放大系數(shù)也稱靜態(tài)電流放大系數(shù)或直流放大倍數(shù)，是指在靜態(tài)無變化信號輸入時，三極管集電極電流IC與基極電流IB的比值，一般用hFE或表示。 2交流電流放大系數(shù) 交流電流放大系數(shù)也稱動態(tài)電流放大系數(shù)或交流放大倍數(shù)，是指在交流狀態(tài)下，三極管集電極電流變化量IC與基極電流變化量IB的比值，一般用hFE或表示。 hFE或既有區(qū)別又關(guān)系密切，兩個參數(shù)值在低頻時較接近，在高頻時有一些差異。 （二）耗散功率 耗散功率也稱集電極最大允許耗散功率PCM，是指三極管參數(shù)變化不超過規(guī)定允許值時的最大集電極耗散功率。 耗散功率與三極管的最高允許結(jié)溫和集電極最大電流有密切關(guān)系。三極管在使用時，其實際功耗不允許超過PCM值，否則會造成三極管因過載而損壞。 通常將耗散功率PCM小于1W的三極管稱為小功率三極管，PCM等于或大于1W、小于5W的三極管被稱為中功率三極管，將PCM等于或大于5W的三極管稱為大功率三極管。 （三）頻率特性 三極管的電流放大系數(shù)與工作頻率有關(guān)。若三極管超過了其工作頻率范圍，則會出現(xiàn)放大能力減弱甚至失去放大作用。 三極管的頻率特性參數(shù)主要包括特征頻率fT和最高振蕩頻率fM等。 1特征頻率fT 三極管的工作頻率超過截止頻率f或f時，其電流放大系數(shù)值將隨著頻率的升高而下降。特征頻率是指值降為1時三極管的工作頻率。 通常將特征頻率fT小于或等于3MHZ的三極管稱為低頻管，將fT大于或等于30MHZ的三極管稱為高頻管，將fT大于3MHZ、小于30MHZ的三極管稱為中頻管。 2最高振蕩頻率fM 最高振蕩頻率是指三極管的功率增益降為1時所對應(yīng)的頻率。 通常，高頻三極管的最高振蕩頻率低于共基極截止頻率f，而特征頻率fT則高于共基極截止頻率f、低于共集電極截止頻率f。 （四）集電極最大電流ICM 集電極最大電流是指三極管集電極所允許通過的最大電流。當(dāng)三極管的集電極電流IC超過ICM時，三極管的值等參數(shù)將發(fā)生明顯變化，影響其正常工作，甚至還會損壞。 （五）最大反向電壓 最大反向電壓是指三極管在工作時所允許施加的最高工作電壓。它包括集電極發(fā)射極反向擊穿電壓、集電極基極反向擊穿電壓和發(fā)射極基極反向擊穿電壓。 1集電極發(fā)射極反向擊穿電壓 該電壓是指當(dāng)三極管基極開路時，其集電極與發(fā)射極之間的最大允許反向電壓，一般用VCEO或BVCEO表示。 2集電極基極反向擊穿電壓 該電壓是指當(dāng)三極管發(fā)射極開路時，其集電極與基極之間的最大允許反向電壓，用VCBO或BVCBO表示。 3發(fā)射極基極反向擊穿電壓 該電壓是指當(dāng)三極管的集電極開路時，其發(fā)射極與基極與之間的最大允許反向電壓，用VEBO或BVEBO表示。 （六）反向電流 三極管的反向電流包括其集電極基極之間的反向電流ICBO和集電極發(fā)射極之間的反向擊穿電流ICEO。 1集電極基極之間的反向電流ICBO ICBO也稱集電結(jié)反向漏電電流，是指當(dāng)三極管的發(fā)射極開路時，集電極與基極之間的反向電流。ICBO對溫度較敏感，該值越小，說明三極管的溫度特性越好。 2集電極發(fā)射極之間的反向擊穿電流ICEO ICEO是指當(dāng)三極管的基極開路時，其集電極與發(fā)射極之間的反向漏電電流，也稱穿透電流。此電流值越小，說明三極管的性能越好。（七）參數(shù)與溫度的關(guān)系由于半導(dǎo)體的載流子受溫度影響，因此三極管的參數(shù)受溫度影響，溫度上升，輸入特性曲線向左移，基極的電流不變，基極與發(fā)射極之間的電壓降低。輸出特性曲線上移。溫度升高，放大系數(shù)也增加。2.2場效應(yīng)管有3個極性，柵極，漏極，源極，它的特點是柵極的內(nèi)阻極高，采用二氧化硅材料的可以達(dá)到幾百兆歐，屬于電壓控制型器件。場效應(yīng)管分為結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）和絕緣柵場效應(yīng)管（MOS管）2.2.1 結(jié)型場效應(yīng)管2.2.1.1結(jié)型場效應(yīng)管的分類 結(jié)型場效應(yīng)管有兩種結(jié)構(gòu)形式。它們是N溝道結(jié)型場效應(yīng)管（符號圖為（1）和P溝道結(jié)型場效應(yīng)管（符號圖為（2）2.2.1.2結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理(以N溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例)在D、S間加上電壓UDS，則源極和漏極之間形成電流ID，我們通過改變柵極和源極的反向電壓UGS，就可以改變兩個PN結(jié)阻擋層的（耗盡層）的寬度，這樣就改變了溝道電阻，因此就改變了漏極電流ID。2.2.1.3 結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線(以N溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例)輸出特性曲線：（如下圖（3）所示）根據(jù)工作特性我們把它分為四個區(qū)域，即：可變電阻區(qū)、放大區(qū)、擊穿區(qū)、截止區(qū)。轉(zhuǎn)移特性曲線： 我們根據(jù)這個特性關(guān)系可得出它的特性曲線如圖（4）所示。它描述了柵、源之間電壓對漏極電流的控制作用。從圖中我們可以看出當(dāng)UGS=UP時ID=0。我們稱UP為夾斷電壓。注：轉(zhuǎn)移特性和輸出特性同是反映場效應(yīng)管工作時，UGS、UDS、ID之間的關(guān)系，它們之間是可以互相轉(zhuǎn)換的。2.2.2絕緣柵場效應(yīng)管(MOS管)2.2.2.1絕緣柵場效應(yīng)管的分類絕緣柵場效應(yīng)管也有兩種結(jié)構(gòu)形式，它們是N溝道型和P溝道型。無論是什麼溝道，它們又分為增強型和耗盡型兩種。2.2.2.2絕緣柵型場效應(yīng)管的工作原理(以N溝道增強型MOS場效應(yīng)管)我們首先來看N溝道增強型MOS場效應(yīng)管的符號圖：如下圖(5)所示（2） 它是利用UGS來控制“感應(yīng)電荷”的多少，以改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，然后達(dá)到控制漏極電流的目的。2.2.2.3絕緣柵型場效應(yīng)管的特性曲線(以N溝道增強型MOS場效應(yīng)管)它的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖（6）所示；它的輸出特性曲線如圖(7)所示，它也分為4個區(qū)：可變電阻區(qū)、放大區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)。2.2.3場效應(yīng)管的主要參數(shù) (1)直流參數(shù) 飽和漏極電流IDSS 它可定義為：當(dāng)柵、源極之間的電壓等于零，而漏、源極之間的電壓大于夾斷電壓時，對應(yīng)的漏極電流。 夾斷電壓UP它可定義為：當(dāng)UDS一定時，使ID減小到一個微小的電流時所需的UGS開啟電壓UT它可定義為：當(dāng)UDS一定時，使ID到達(dá)某一個數(shù)值時所需的UGS (2)交流參數(shù) 低頻跨導(dǎo)gm 它是描述柵、源電壓對漏極電流的控制作用。 極間電容 場效應(yīng)管三個電極之間的電容，它的值越小表示管子的性能越好。 (3)極限參數(shù) 漏、源擊穿電壓 當(dāng)漏極電流急劇上升時，產(chǎn)生雪崩擊穿時的UDS。 柵極擊穿電壓 結(jié)型場效應(yīng)管正常工作時，柵、源極之間的PN結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，若電流過高，則產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象。2.2.4場效應(yīng)管的特點場效應(yīng)管具有放大作用，可以組成放大電路，它與雙極性三極管相比具有以下特點：（1）場效應(yīng)管是電壓控制器件，它通過UGS來控制ID；（2）場效應(yīng)管的輸入端電流極小，因此它的輸入電阻很高；（3）它是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，因此它的溫度穩(wěn)定性較好；（4）它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù)；（5）場效應(yīng)管的抗輻射能力強。下表是各種場效應(yīng)管的符號和特性曲線種類符號轉(zhuǎn)移特性輸出特性結(jié)型N溝道耗盡型結(jié)型P溝道耗盡型絕緣柵型N溝道增強型耗盡型絕緣柵型P溝道增強型耗盡型2.3 場效應(yīng)管與晶體三極管的比較場效應(yīng)管是電壓控制元件,而晶體管是電流控制元件.在只允許從信號源取較少電流的情況下,應(yīng)選用場效應(yīng)管;而在信號電壓較低,又允許從信號源取較多電流的條件下,應(yīng)選用晶體管.晶體三極管與場效應(yīng)管工作原理完全不同，但是各極可以近似對應(yīng)以便于理解和設(shè)計：晶體管： 基極 發(fā)射極 集電極場效應(yīng)管 ： 柵極 源極 漏極要注意的是，晶體管(NPN型)設(shè)計發(fā)射極電位比基極電位低(約0.6V)，場效應(yīng)管源極電位比柵極電位高（約0.4V)。場效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電,所以稱之為單極型器件,而晶體管是即有多數(shù)載流子,也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電,被稱之為雙極型器件.有些場效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負(fù),靈活性比晶體管好.場效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作,而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應(yīng)管集成在一塊硅片上,因此場效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用.3 光耦3.1光耦的工作原理光電耦合器（簡稱光耦）。光耦由發(fā)光器和受光器兩部分組成（如下圖1），發(fā)光器是一個發(fā)光二級管，受光器是一個光敏三級管，二者密封在同一管殼內(nèi)。工作分三部分：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電-光-電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。圖1 光耦圖3.2光耦的優(yōu)點光電耦合器因為其獨特的結(jié)構(gòu)特點，因此在實際使用過程中，具有以下明顯的優(yōu)點：l 能夠有效抑制接地回路的噪聲，消除地干擾，使信號現(xiàn)場與主控制端在電氣上完全隔離，避免了主控制系統(tǒng)受到意外損壞。l 可以在不同電位和不同阻抗之間傳輸電信號，且對信號具有放大和整形等功能，使得實際電路設(shè)計大為簡化。l 開關(guān)速度快，高速光電耦合器的響應(yīng)速度到達(dá)ns數(shù)量級，極大的拓展了光電耦合器在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用。l 體積小，器件多采用雙列直插封裝，具有單通道、雙通道以及多達(dá)八通道等多種結(jié)構(gòu)，使用十分方便。l 可替代變壓器隔離，不會因觸點跳動而產(chǎn)生尖峰噪聲，且抗震動和抗沖擊能力強。l 高線性型光電耦合器除了用于電源監(jiān)測等，還被用于醫(yī)用設(shè)備，能有效地保護(hù)病人的人生安全。3.3光耦的種類光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于開關(guān)信號的傳輸，不適合于傳輸模擬量。常用的4N系列光耦屬于非線性光耦 。線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，并且小信號時性能較好，能以線性特性進(jìn)行隔離控制。 常用的線性光耦是PC817A-C系列。開關(guān)電源中常用的光耦是線性光耦。如果使用非線性光耦，有可能使振蕩波形變壞，嚴(yán)重時出現(xiàn)寄生振蕩，使數(shù)千赫的振蕩頻率被數(shù)十到數(shù)百赫的低頻振蕩依次為號調(diào)制。由此產(chǎn)生的后果是對彩電，彩顯，VCD，DCD等等，將在圖像畫面上產(chǎn)生干擾。同時電源帶負(fù)載能力下降。 在彩電，顯示器等開關(guān)電源維修中如果光耦損壞，一定要用線性光耦代換。 常用的4腳線性光耦有PC817A-C。PC111 TLP521等常用的六腳線性光耦有：LP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031等。 常用的4N25 4N26 4N35 4N36是不適合用于開關(guān)電源中的，因為這4種光耦均屬于非線性光耦。3.4 光耦的技術(shù)參數(shù)光耦的技術(shù)參數(shù)主要有：l 正向壓降VF：二極管通過的正向電流為規(guī)定值時，正負(fù)極之間所產(chǎn)生的電壓降；l 正向電流IF：在被測管兩端加一定的正向電壓時二極管中流過的電流；l 反向電流IR：在被測管兩端加規(guī)定反向工作電壓VR時，二極管中流過的電流；l 反向擊穿電壓VBR：被測管通過的反向電流IR為規(guī)定值時，在兩極間所產(chǎn)生的電壓降；l 電流傳輸比CTR：輸出管的工作電壓為規(guī)定值時，輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比；l 反向擊穿電壓V(BR)CEO：發(fā)光二極管開路，集電極電流IC為規(guī)定值，集電極與發(fā)射集間的電壓降；l 輸出飽和壓降VCE(sat)：發(fā)光二極管工作電流IF和集電極電流IC為規(guī)定值時，并保持IC/IFCTRmin時（CTRmin在被測管技術(shù)條件中規(guī)定）集電極與發(fā)射極之間的電壓降。最重要的參數(shù)是電流放大系數(shù)傳輸比CTR（Curremt-TrrasferRatio）。通常用直流電流傳輸比來表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時，它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。當(dāng)接收管的電流放大系數(shù)hFE為常數(shù)時，它等于輸出電流IC之比，通常用百分?jǐn)?shù)來表示。有公式：CTR=IC/IF100%采用一只光敏三極管的光耦，CTR的范圍大多為20%30%（如4N35），而PC817則為80%160%，達(dá)林頓型光耦（如4N30）可達(dá)100%500%。這表明欲獲得同樣的輸出電流，后者只需較小的輸入電流。因此，CTR參數(shù)與晶體管的hFE有某種相似之處。普通光耦的CTR-IF特性曲線呈非線性，在IF較小時的非線性失真尤為嚴(yán)重，因此它不適合傳輸模擬信號。線性光耦的CTR-IF特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小信號時，其交流電流傳輸比(CTRIC/IF)很接近于直流電流傳輸比CTR值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流信號，能使輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。這是其重要特性。兩種光耦的CTR/IF特性曲線（虛線為線性光耦，實線為普通光耦）3.5 光耦的應(yīng)用3.5.1 應(yīng)用說明由于光耦種類繁多，結(jié)構(gòu)獨特，優(yōu)點突出，因而其應(yīng)用十分廣泛，主要應(yīng)用以下場合：(1) 在邏輯電路上的應(yīng)用光電耦合器可以構(gòu)成各種邏輯電路，由于光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構(gòu)成