模电基础:二极管三极管与晶闸管场效应管

出处:mouserBlog 发布于:2021-01-05 15:05:37

  二极管

  以硅(或锗)作为基板,将掺杂了磷和砷的Negative 型半导体(电子不足,空穴较多)和掺杂了硼和镓的Positive 型半导体(电子多余)结合在一起,就称为二极管(PN 结)。

  

  二极管具有单向导电性(单向导通),因此具备整流作用,即让电流只朝一个方向运动。

  

  三极管

  三极管也称为双极性晶体管,全称叫做双极性结型晶体管,缩写为BJT,因为种具有三个终端,所以俗称为三极管。将P 型、N 型半导体做成三明治状从而形成NPN 结与PNP 结,中间的那层称为基级Base,两侧的称为发射级Emitter或集电极Collector,即三极管,也称为双极性结型晶体管。

  

  三极管具有如下 3 种工作状态:

  1、截止状态:当发射极电压小于PN 结导通电压,基极电流为零,集电极和发射极的电流都为零,此时三极管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、放大状态:当发射极电压大于PN 结导通电压,并处于某一恰当值时,三极管发射结正向偏置,集电结反向偏置,此时基极电流对集电极电流起着控制作用,使三极管具有电流放大作用(放大倍数 β=ΔIc/ΔIb)。

  3、饱和导通:当发射极电压大于PN 结导通电压,并当基极电流增大到一定程度时,集电极电流不再随着基极电流的增大而增大,而是处于某个确定值的附近不再变化,此时三极管失去电流放大作用,集电极与发射极之间电压很小,相当于开关的导通状态。

 

  晶闸管

  晶闸管是晶体闸流管的简称,又被称为可控硅整流器,泛指具有四层及以上交错 PN 层的半导体元件,具体可分为单向晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管等种类。

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  晶闸管是一种开关元件,具有可控的单向导电性(与之相比,普通的二极管只是一个单向导电器件)。晶闸管具有以小电流或电压控制大电流电压的作用,广泛用于无触点开关、可控整流、逆变、调光、调压、调速等。

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  晶闸管只能工作在开关状态,而场效应管既可以工作在开关状态也可以工作在放大状态。

  场效应管

  场效应管(缩写:FET)是一种通过电场效应控制电流的电子元件,也称为单极性晶体管。它依靠电场去控制导电沟道形状,能够控制半导体材料中某种类型载流子的沟道导电性。主要分为结型场效应管(junction FET,简称 JFET)和金属-氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductor FET,简称 MOS-FET)两种类型,可应用于放大、阻抗变换、可变电阻、电子开关。

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  场效应管是电压控制元件,栅极基本不获取电流;而普通晶体管是电流控制元件,基极必须获取一定电流。

  绝缘栅双极晶体管

  绝缘栅双极晶体管(缩写:IGBT),由三极管 BJT 和场效应管 MOS 组成,是一种使用电压驱动的功率半导体器件,具有自关断特性,即功能类似于一个非通即断的开关。IGBT 不能放大电压,导通时可视为导线,断开时可视为开路。

  三极管导通电阻小,但是驱动电流大;场效应管导通电阻大,但是驱动电流小;IGBT 则结合两者优点,不仅驱动电流小,导通电阻也较低。IGBT 是能源转换与传输的   器件,主要用于电动车辆、铁路动车组的交流电机输出控制。采用 IGBT 进行功率转换,可以提高用电效率和质量,更加高效节能。

  IGBT 和 MOSFET 都是目前半导工业比较主流的两款功率器件。


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