半导体二极管和晶体管.doc

半导体二极管和晶体管唐朝版权所有刊登于微型计算机2001年第18期 在自然界中存在许多物质，如果按照导电性能的好坏，可以把它们分成三类：一类是导体，电阻极低，导电性能非常好的材料，像铜、银、金等金属物质；一类是绝缘体，电阻极高，导电性能非常差，像陶瓷、橡胶、玻璃等物质就属于这个范畴；还有一类物质，它们的导电性能介乎导体和绝缘体之间，既不像导体那样容易导电，也不像绝缘体那样很难导电，我们称这类物质为半导体。半导体之所以能得到广泛的应用，不是它们和导体、绝缘体的电阻率上的差别，而是在于它们具有独特的、区别于导体和绝缘体的物理性质。在一块半导体材料（例如硅）的两边，掺入不同的杂质：一边掺有磷、砷等微量的、化学价为5的元素形成的半导体称为电子型半导体、或N（Negative）型半导体；一边掺有硼、铝等微量的、化学价为3的元素形成的半导体称为空穴型半导体、或P（Positive）型半导体。两种不同类型的半导体的交界处会形成一个具有特殊物理性质的导电薄层，称为PN结。PN结是构成二极管、晶体管等半导体元件的基础。半导体二极管半导体二极管，也称为晶体二极管，是一种由一个PN结加上引脚构成的器件。二极管的电路代表符号是Dx，其中x是二极管在电路中的编号。二极管具有的最主要的特性就是单向导电性，这是因为二极管利用了PN结中载流子（在半导体中的载流子有两种：一种是本征激发的；另一种是掺杂产生的）的扩散和漂移运动，从而得到了电流的单向流动性。这意味着电流只能从二极管的正极流向负极。这时的二极管就好像一条单行线，车只能沿着路线开一个方向。因为交流电的电流方向是不断变化的，如果电流只朝一个方向流动，就变成了直流电。这样，我们可以利用二极管构成脉动直流整流电路，把交流电变成直流电供电子设备使用。常用的整理电路有半波整流、全波整流、桥式全波整流等形式。由于板卡的供电都是直流电，整流电流在板卡上非常罕见，二极管扮演的角色更多是降压和信号取样。板卡中的集成电路很多，它们的工作电压可能会有所区别，这时最简单的方法就是用二极管得到合适的电压了，所以，这时的二极管又叫做稳压二极管。此外，在内置Modem中，我们也可以看到二极管，或是已经桥接起来的整流桥，这是因为电话线里流动的是交流电，必须把它变成直流电才能进一步调制信号。整流二极管稳压二极管发光二极管二极管的种类很多，如果按照制造材料来分类的话，可以分成硅管和锗管；如果按照用途的话，有稳压二极管、整流二极管、检波二极管、肖基特二极管、发光二极管等。我们比较常见的是整流二极管和发光二极管。整流二极管一般用硅管，这是因为硅管的价钱比较便宜，而且可以耐压高；一般也用于电压降压。发光二极管（LED）是一种功耗很低的发光元件，它和其他发光元件的区别在于有极性，极性不对将不能工作。发光二极管发光的颜色取决于制造材料，在半导体上掺入不同的杂质就可以发出不同的光。在板卡和各种驱动器设备上，发光二极管是最常用的指示器件。二极管有下面几项重要的参数：1、最大正向电流：最大正向电流是在二极管不损坏的前提下，可以通过的最大正向平均电流。最大正向电流的决定因素是PN结的面积大小、材料和散热条件。一般是PN结的面积越大，最大正向电流越大。2、反向直流电流：反向直流电流反映的是二极管的单向导电性能的好坏，一个二极管的反向直流电流越小，它的单向导电性能越好。3、最高工作频率：最高工作频率可以表示二极管具有良好的单向导电性的最高工作频率，它一般由二极管的工艺结构决定。4、门槛电压：门槛电压是指当二极管的输入电压超过多少，二极管的电流激增、电阻减少；低于这个电压，二极管就不能导通。这就像一道门槛，电压超过多少才能发生什么变化，所以又叫做门槛电压。主板上的二极管：主板上的二极管相对较多，这主要是因为主板要处理所有设备的供电、信号处理，范围比较广。一般主板出现的二极管如下图，可以作为电路间的连路，或是作为降压用途，有时还起保险作用，这是因为二极管对浪涌电压的抑制比较强，当前后两个电压变化非常大的话，它可能会击穿断路，从而保护后面的器件。主板上的连路二极管主板上的连路二极管看下图，这块非常像三极管的东西可是二极管喔！只要看清楚它的引脚，就会发现前两只引脚是连在一起的，还可以看它的元件编号和元件上面的二极管符号。它们和功率三极管一起，组成稳压电路。这个可是大功率的二极管喔！显卡上的二极管：显卡上很少可以见到二极管，一般有也是一两枚，它们一般出现在电源部分，例如在电源调整模块附近，可能会出现二极管，它们也是和电源调整模块一起，组成稳压电路，给图形加速芯片供电。这时二极管往往要通过很大的电流，所以二极管的尺寸一般比较大另外，可能会有一些显卡利用发光二极管作为某种状态的指示灯。和电源模块构成稳压系统的二极管给芯片供电声卡上的二极管：声卡上的二极管就更少见，一般在YAMAHA的724声卡中常有出现，主要是给功率放大集成电路供电。半导体三极管半导体三极管是两个PN结共居于一块半导体材料上，因为每个半导体三极管都有两个PN结，所以又称为双极结晶体管。三极管在板卡中的编号为Qx，其中x是三极管在整个电路的编号。从下图可以看出，三极管实际就是把两个二极管同极相连。它是电流控制元件，利用基区窄小的特殊结构，通过载流子的扩散和复合，实现了基极电流对集电极电流的控制，使三极管有更强的控制能力。按照内部结构来区分，可以把三极管分为PNP管和NPN管，两只管按照一定的方式连接起来，就可以组成对管，具有更强的工作能力。如果按照三极管的功耗来区别，可以把它们分为小功率三极管、中功率三极管、大功率三极管等。NPN型三极管PNP型三极管三极管具有对电流信号的放大作用和开关控制作用。所以，三极管可以用来放大信号和控制电流的通断。在电源、信号处理等地方都可以看到三极管，集成电路也是由许多三极管按照一定的电路形式连接起来，具有某些用途的元件。三极管是最重要的电流放大元件。三极管的重要参数：1、值值是三极管最重要的参数，因为值描述的是三极管对电流信号放大能力的大小。值越高，对小信号的放大能力越强，反之亦然；但值不能做得很大，因为太大，三极管的性能不太稳定，通常值应该选择30至80为宜。一般来说，三极管的值不是一个特定的指，它一般伴随着元件的工作状态而小幅度地改变。2、极间反向电流极间反向电流越小，三极管的稳定性越高。3、三极管反向击穿特性：三极管是由两个PN结组成的，如果反向电压超过额定数值，就会像二极管那样被击穿，使性能下降或永久损坏。4、工作频率三极管的值只是在一定的工作频率范围内才保持不变，如果超过频率范围，它们就会随着频率的升高而急剧下降。主板上的三极管：主板上最显眼的三极管就是处于处理器和AGP插槽附近的电源稳压部分的大功率晶体管。这部分的晶体管一般用功率金属氧化物半导体场效应晶体管（PMOSFET），因为它相对双极性三极管有更高的开关速度、频率特性好、输入阻抗大、而且驱动功率小，所以可以直接利用电源控制集成电路来驱动。这些功率调整管一般被削去了安装孔，直接利用焊锡焊在印刷电路板上；或三极管直立，安装有小型散热器。此外，主板的其他小功率三极管以贴片安装方式为多，它们一般担任控制作用；中功率的三极管一般也是担任一些功耗较小的芯片的电源部分的控制处理。显卡上的三极管：一般的显卡不会用分立的三极管来做电源部分的稳压，而是用电源模块。用电源模块只需和控制集成电路连接就可以了，节省下许多空间。但有些生产厂商喜欢在视频从图形加速芯片输出后，用三