硬件设计手册

/硬件工程师手册目的规范硬件设计的设计输入、设计范围、设计输出、设计要求，籍此规范来把关硬件设计的关键点。。适用范围适用于DVDP，DVDRW，PDVD及其相关产品的硬件设计。定义3.1元器件的定义：在不同的标准中有不同的定义，这里接受GJB4027-2000《军用电子元器件破坏性物理分析方法》中的定义，即元器件（Part或Component）是指“在电子线路或电子设备中执行电气、电子、电磁、机电和光电功能的基本单元。应基本单元可由一个或多个零件组成，通常不被破坏是不能将其分解的。3.2一般环境的定义：温度15～35℃相对湿度：20%～80%大气压：86～106KPa3.3仲裁环境的定义：温度25±1℃相对湿度：48%～52%大气压：86～106KPa职责硬件工程师：负责原理图输出；PCB工程师：负责PCBLAYOUT。设计要求规范硬件设计的输入包括客户明示的要求和潜在的要求，如CRS、ID、CA、法律法规要求（如UL、CE、CB、FCC、CCC）、学问产权（MACROVISION、DOLBY）的要求等。硬件的设计必需以满意客户要求为前提，并依据先做系统总体设计，再做好概要设计，最终做详细设计的步骤进行设计。硬件设计的输出包括但不限于电原理图、PCB、样机、BOM单、EMC及安规工艺要求表等。本规范包括5.1电原理图制作和PCBLAYOUT5.2元器件选择5.3通用功能和性能设计规范5.4安规设计5.5EMC（不包括ESD）设计5.6ESD设计5.7热设计5.8能效设计5.9噪声设计5.10环保要求设计5.11制造可行性相关设计5.12售后可行性相关设计5.13接口电路的设计规范5.1电原理图绘制和PCBLAYOUT本司电原理图制作工具接受ORCAD15.7CIS，原理图八绘制的相关要求请参见《电原理图制图规范》。原理图的输出目的是为适应PCBLAYOUT的要求，PCBLAYOUT工具软件接受PADS2007之PADSLAYOUT部分，其所须要遵行的规范要求请参见《PCB设计规范》。特殊须要留意的是：在绘制原理图时，对大电流的电源回路要标示出来，以便PCBLAYOUT时依据下表确定合适的线宽。温升(K)10K20K30K铜厚(OZ.)0.5120.5120.512线宽（inch）最大通流容量（A）0.0100.51.01.40.61.21.60.71.52.00.0150.71.21.60.81.32.41.01.63.00.0200.71.32.11.01.73.01.22.43.00.0250.91.72.51.22.23.31.52.84.00.0301.11.93.01.42.54.01.73.25.00.0501.52.64.02.03.66.02.64.47.30.0752.03.55.72.84.57.83.56.010.00.1002.64.26.93.56.09.94.37.512.50.2004.27.011.56.010.011.07.513.020.50.2505.08.312.37.212.320.09.015.024.5PCB板上线宽和电流的关系（TraceCarryingCapacitypermilstd275美军标）举例说，线宽0.025英寸，铜厚接受2oz.盎斯，而允许温升30度，那查表可知，最大平安电流是4.0A（安培）。1oz.等于35微米厚，2oz.等于70微米,以此类推。5.2元器件选择规范元器件的选择应遵循公司元器件标准化的要求，从标准化元器件库中选取，尽量选用“优选”类元器件，不选用“淘汰”类元器件，必要时才选用“非优选”类元器件。下面的选择规范仅仅供应一般的原则供硬件设计人员设计时选取合适的元器件用。元器件包括分立元件和集成器件两大类，分立元件包括电阻、电容、电感、二极管、三极管等，集成器件主要指集成电路（IntegratedCircuit,简称IC），同时本规范也对一些会用到的其它元器件如天线、喇叭等作一个简洁的介绍。在选择元器件进行设计时,应对参数的选取留有足够的余量,实际运用应力(电、热、机械等应力)应低于元器件的额定值，这就叫元器件的降额运用。元器件降额的程度以元器件实际承受的应力（工作应力）和额定应力之比来定量表示，此应力之比通常称为降额因子。元器件降额运用时，降额因子小于1。元器件降额运用后，能在确定程度上提高元器件的牢靠性（降低元器件的工作失效率）。在设计电子产品时，可以参考国军标GJB/Z35-93《元器件降额准则》确定降额因子。5.2.1电阻器件的选择规范电阻的要主要有标称阻值、误差、功率、耐压等参数，在进行电子产品设计时，依据不同的产品，所关注的参数有所不同，为兼顾到各种设计的须要，这里分别把上述四荐参数的选取原则，考虑到工艺的要求和牢靠性的要求，对条件极限电压、电阻温度系数及工艺条件的选取原则也一并进行了说明。5.2.1.1阻值的选择当前，科技的发展日新月异，电子元器件的封装为适应各种产品的须要也多种多样，电阻也不例外，但就当前的工艺而言，主要有两类封装，一类是插件，另一类是贴片（即SMD）。下面两个表分别是插件电阻和SMD电阻的阻值选择指引。涂绿色的表示优选值，无色表示非优选（又称备选）值，橙色表示淘汰值，基本上不能选用。表5.1.1－1插件电阻优先选用表表5.1.1－2SMD电阻优先选用表5.2.1.2误差的选择本司常用的电阻有两种精度，一种＋－5％，另一种是＋－1％。其中前者是优选值，后者是特殊状况下才运用。5.2.1.3功率的选择这里的功率是指电阻所标的额定功率，一般是指在70℃环境温度下进行耐久性试验，而且阻值变化不超过该试验的允许值时所允许的最大功耗值。电阻所能承受的功耗和温度的关系称之为降功耗曲线。该曲线一般在产品书目或规格书中给出。电阻在实际运用过程中总会发热而产生温升，因此电阻实际承受的功率应在额定功率的30%~40%为宜，以保证电阻长期牢靠稳定地工作。5.2.1.4额定电压的选择 这里的电压是电阻的额定电压，一般是指施加在电阻两端的电压不应超过额定电压或元件极限电压，两者中取小者.5.2.1.5条件极限电压可以连续施加在电阻两端的最大直流电压或沟通有效值电压；元件极限电压取决于电阻器的尺寸和制造工艺。此电压一般在产品书目或标准中给出，选用电阻或进行电阻试验时确定要留意该电压值。举例如下：GB8551-87规定的RT13型碳膜固定电阻器的典型数据：70℃额定功耗温度系数α元件极限电压绝缘电压最大尺寸引线直径dLD0.125+350/-10001502504.11.80.5±0.05GB7275-87规定的RJ15型金属膜固定电阻器的典型数据：70℃额定功耗温度系数α元件极限电压绝缘电压最大尺寸引线直径dLD0.5±10035050010.53.90.7±0.05SJ/T10618-95规定的RYG1功率型金属氧化膜电阻器的典型数据：70℃额定功耗阻值范围温度系数α元件极限电压绝缘电压最大尺寸引线直径dLD0.51Ω~75KΩ±250250350104.00.6±0.0511Ω~100KΩ±250350500134.50.8±0.0521Ω~120KΩ350500166.531Ω~150KΩ50070024.99.5SJ/T10619-95规定的RYG2功率型金属氧化膜电阻器的典型数据：70℃额定功耗阻值范围温度系数α元件极限电压绝缘电压最大尺寸引线直径dLD0.51Ω~22KΩ±3502503507.02.70.6±0.0511Ω~68KΩ350500104.00.8±0.0521Ω~68KΩ350500134.531Ω~100KΩ350500166.551Ω~100KΩ50070024.99.5注：电压值是指直流或沟通有效值，单位V。功耗单位W。直径单位mm。温度系数单位10-6/℃5.2.1.6电阻温度系数α的选择 电阻的阻值随着工作温度的变更而变更，这种变更用温度系数来表达，在厂家的技术资料或相关标准中应明确给出，其定义为α=（R1-R2）/（R1.△T）；这种变更对电路的工作稳定性将产生不良影响，电路要求越高，选用的电阻温度系数越小，特殊是作为基准电压和供应工作点的电阻，更应当留意这一点。5.2.1.7工艺条件的选择这里的工艺条件对本司而言就是指电阻的引线直径及间距。下面分别进行说明。5.2.1.7.1引线直径电阻的引线直径(d)通常在0.45~1.2mm之间，一般状况下1/8W~1/4W电阻接受0.45±0.05mm的引线；1/3W~1/2W电阻接受0.60±0.05mm的引线；1W~3W电阻接受0.80±0.05mm的引线；水泥电阻引线一般较粗，接受0.8~1.2mm的引线，也会接受扁平状引线。引线成型间距为了提高插件时的效率，须要对电阻引线进行成型，使其间保证规则、一样的间距；而对于功率1/2W以上的电阻，将引线予以成型安装，使其离开线路板确定的距离便于散热。电阻引线成型一般是在电阻生产的最终一道工序完成，成型引线的间距由模具来保证，因此电阻引线成型的间距不是随意的，通常，7.5±1mm、10±1mm、12.5±1mm、15±1mm、20±1mm、30±1mm为卧式装配的标准间距，设计时尽量选取标准间距；另外，要求电阻引线成型时确定要注明成型引线的形态，可以是打弯（单弯、双弯、内弯、外弯）也可以是打扁成型，依据装配状况选择；引线成型高度在7~9mm之间，依据厂家供应的数据选择,不必强求统一；电阻引线也可以成型为立式安装结构，但尽量不要接受立式安装。立式成型尺寸，目前运用较少；在成型方面，请遵循以下尺寸：5.2.1.8一般选取原则选用阻值时尽量在上述标准系列中选取标称阻值；假如要求非标阻值，厂家生产不便利，替换也不便利，还简洁造成呆滞料；比如720KΩ即是非标阻值，尽量避开选用。满意技术要求的状况下，尽量选取允许偏差大（即精度低）的电阻最为经济；氧化膜电阻不宜做高阻，一般不超过200KΩ，超过200K阻值稳定性较差；低阻（4.7Ω以下）尽量选金属膜电阻，高阻（2.2MΩ以上）尽量选碳膜电阻；高压、高阻、高温、有浪涌的电路中尽量氧化膜电阻；假如价格允许，当然玻璃釉电阻更好；在高增益电路中，特殊是前置放大器，应选用噪声电动式小的电阻，金属膜电阻噪声电动式最小，其次为金属氧化膜电阻、线绕电阻、碳膜电阻。5.2.2电容器件的选择规范端子绝缘介质ε端子绝缘介质ε距离d金属板金属板端子的隔直流、耦合、旁路、延时、滤波、能量转换、谐振回路的调谐及限制电路中时间常数的设置等方面。电容器的工作原志向必全部的硬件设计人员都清楚，这里不再复述。但须要留意其参数的确定因素。因为电容器是将通电性能良好的两块金属板相对平行放置，再在其间放一块不通电的绝缘介质构成。其容量为：端子C=ε×S／d图1电容器的原理示意图如右图5.2.2-1所示，电容器的容量，跟金属板的面积、金属板的距离、介质有关。金属板的面积越大，容量就越大，金属板的距离小，容量就越大，介质的绝缘性能越好，容量就越大。电容器的种类可分为可变电容和固定电容两大类，各自有电板间的介质种类区分，但其原理都相同。电容器电容器固定电容器电解电容器可变电容器铝铝固体电解电容器钽湿式电解电容器电气双层电容器干式钽铝干式电解电容器钽固体电解电容器有机系电容液引线型（A型）固体式水溶系电容液硬币型（E型）陶瓷电容器薄膜电容器云母电容器纸电容器及其它等（省略）玻璃电容器

为了充分发挥电容器的主要功能和作用，电容器必需具备相应的特性，其基本特性主要表现为静电容量、损耗、漏电流、额定电压、绝缘电阻等方面。5电容量的选择静电容量是电极板之间贮存的电荷量。运用电池对电容器施加电压后，和电池阳极相连的金属板带+Q，和阴极相连的带Q，电荷都是成双成对的，且电量相等，那么金属板间贮存的电量Q和电压和静电容量之间的关系为ε×S×ＶQ＝Ｃ×Ｖ＝ｄε×S×ＶQ＝Ｃ×Ｖ＝ｄ容量的选择和电路所要实现的功能有关，假如是用作退耦电容，一般选取瓷片0.1uF电容最好，假如是低频滤波则必需依据纹波电流的大小来确定滤波电解电容的容量。在相同材质的状况下，电解电容的容量和其所能承受的纹波电流成正比，即容量越大，所能承受的纹波电流越大。大多数状况下，我们的硬件设计人员用得最多的是退耦电容和滤波电解电容，另外再介绍一下耦合电容的选取，这里分别介绍它们的选取原则。退耦电容的选择退耦电容，有时有叫ByPasscapacitor或者旁路电容。主要作用是去提负载回路和电源回路之间的耦合，防止负载回路反射干扰信号到电源回路，造成二次干扰。一般在供电回路设计时，都会考虑把高频去耦电容（瓷片电容）和低频滤波电容（最好是瓷片，但考虑成本一般用电解电容）协作使其构成一个高、低频去耦回路。这里瓷片最好选用无引脚的SMD型（其容量一般为0.01uF－0.1uF），而电解电容最好选取钽电解，但因钽电解太贵。低频滤波电解电容的选择滤滤电容，特殊是用作整流后的滤波电容，一般接受价格低有成本优势的铝电解电容。其选取的计算公式如下所述。耦合电容的选择5损耗角正切（tgδ）值的选择损耗是指电极或端子等电容器本身带有的损耗。在实际应用中，电容器并不是一个纯电容，其内部还有等效电阻，因此对电容器施加电压，当电流流淌时，会产生无用的热，即电阻损耗。或者，绝缘体内部随电压方向变更的分子运动也会产生热。在规定频率的正弦电压下，电容器的损耗角正切（tgδ）等于电容器的损耗功率除以电容器的无功功率。tgδ＝Rs／Xc＝2πf×c×Rs

tgδ＝Rs／Xc＝2πf×c×Rsc－电容器的实际容量，f－规定频率，Rs－电容器串联等效电阻。因此，在应用中要留意选择这个参数，避开自身发热过大，以削减设备的失效。5漏电流的选择当对电容器施加确定的直流电流时，由于电极间的绝缘物不行能完全阻挡电流通过，在达到预定电压前电压电流充电电流电压漏电流时间有一小部分充电电流流过，随后慢慢电压电流充电电流电压漏电流时间图2-2从图2-2可知，电容器的漏电流对电容器的性能有较大的影响，它是区分产品质量好坏的要点，一般要求电容器的漏电流值越小越好。静音电路和机芯供电电路的电解电容要选用低漏电产品(LC规格≤1uA),。5.2.2.4额定电压的选择额定电压（标称电压）是指在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下，可以连续施加在电容器上的最大直流电压或最大沟通电压的有效值或脉冲电压的峰值。一般在不指明的状况下，均指直流额定电压。电容器在工作的时，其上承受的直流电压应小于额定电压。运用选择原则：a、低压时，实际工作电压和额定电压的比率可以高一些；b、高压时，实际工作电压和额定电压的比率要低一些；c、工作于沟通状态或直流上的脉动沟通成份比较大时，比率要选低一些，频率越高，比率越低；d、要求牢靠性高时，比率要选低一些。e、工作电压不应超过电容器的额定工作电压的0.8倍，最坏状况下不超过0.9倍。5.2.2.5绝缘电阻的选择志向的电容器，在其上加有直流电压时，应没有电流流过电容器，而事实上存在着微小的漏电流。直流电压除以漏电流的值，即为电容器的绝缘电阻。电容器的绝缘电阻是一个不稳定的参数，它会随着温度、湿度、时间的变更而变更。R＝U/I（MΩ）式中：U―伏特，I―微安电容器的漏电电流由两部分组成，其中一是通过电容器芯子的电流Iv；二是通过电容器两个引出端的表面路径的电流Is。当容量较大时（C＞0.1uF）绝缘电阻主要取决于介质的性能，即R≈Rv。当容量较小时（C＜0.1uF）或容量虽大但表面受潮或沾污时，电容器的绝缘电阻主要取决于电容器表面状态，这时R≈Rs。电容器的绝缘电阻除了确定于所用的介质材料的性能外，还受测量时间、温度、湿度、电压等因素的影响。5.2.2.6温度对静电容量、损耗、绝缘电阻的影响温度对电容器的静电容量、损耗、绝缘电阻都有较大的影响，一般都要求在规定的温度范围内恰当地选择电容器，以便充分电容器的各个特性。相应的特性曲线如下：-400+40+800C-400+40+800CMΩ106105104103102绝缘电阻温度曲线-400+40+800Ctgδ1010.10损耗温度曲线-400+40+800CQ+200-20-40静电量温度曲线5.2.2.7电容器的优选表依据可分别参考附件的电解电容、片钽电解电容、片容NP0材质电容、片容X7R材质电容、片容X5R材质电容、片容Y5V材质电容等优选表。5.2.3电感器件的选择规范重要说明：为便利不单独撰写磁珠通用器件的规范，所以这里所提的电感器也包括了通用类磁珠的选用规范。电感器按其结构的不同可分为线绕式电感器和非线绕式电感器（多层片状、印刷电感等）,还可分为固定式电感器和可调式电感器。电感按工作频率可分为高频电感器、中频电感器和低频电感器。电感器按用途可分为振荡电感器、阻流电感器、滤波电感器、隔离电感器、被偿电感器等。阻流电感器（也称阻流圈）分为高频阻流圈、低频阻流圈、电子镇流器用阻流圈、电视机行频阻流圈和电视机场频阻流圈等。滤波电感器分为电源（工频）滤波电感器和高频滤波电感器等。电感器件主要参数有电感量、误差、电流、品质因数和频率特性等。因为电感器件的种类太多，不同的种类有不同的参数要求，这里分别指电源滤波器、磁珠、EMC用电感等进行介绍。线圈电感量的大小，主要确定于线圈的直径、匝数及有无铁芯等。电感线圈的用途不同，所需的电感量也不同。例如，在高频电路中，线圈的电感量一般为0.1uH—100Ho电感量的精度，即实际电感量和要求电感量间的误差，对它的要求视用途而定。对振荡线圈要求较高，为o．2-o．5％。对耦合线圈和高频扼流圈要求较低，允许10—15％。对于某些要求电感量精度很高的场合，一般只能在绕制后用仪器测试，通过调整靠近边沿的线匝间距离或线圈中的磁芯位置来实现。品质因数Q用来表示线圈损耗的大小，高频线圈通常为50—300。对调谐回路途圈的Q值要求较高，用高Q值的线圈和电容组成的谐振电路有更好的谐振特性；用低Q值线圈和电容组成的谐振电路，其谐振特性不明显。对耦合线圈，要求可低一些，对高频扼流圈和低频扼流圈，则无要求。Q值的大小，影响回路的选择性、效率、滤波特性以及频率的稳定性。一般均希望Q值大，但提高线圈的Q值并不是一件简洁的事，因此应依据实际运用场合、对线圈Q值提出适当的要求。线圈的品质因数为：Q=ωL/R式中：ω——工作角频；L——线圈的电感量；R——线圈的总损耗电阻线圈的总损耗电阻，它是由直流电阻、高频电阻(由集肤效应和邻近效应引起)介质损耗等所组成。"为了提高线圈的品质因数Q，可以接受镀银铜线，以减小高频电阻；用多股的绝缘线代替具有同样总裁面的单股线，以削减集肤效应；接受介质损耗小的高频瓷为骨架，以减小介质损耗。接受磁芯虽增加了磁芯损耗，但可以大大减小线圈匝数，从而减小导线直流电阻，对提高线圈Q值有利。另外，线圈绕组型电感还有固有电容，因为线圈绕组的匝和匝之间存在着分布电容，多层绕组层和层之间，也都存在着分布电容。这些分布电容可以等效成一个和线圈并联的电容。电容的存在，使线圈的工作频率受到限制，Q值也下降。电感的等效电路，实际为一由L、R、和Co组成的并联谐振电路，其谐振频率称为线圈的固有频率。为了保证线圈有效电感量的稳定，运用电感线圈时，都使其工作频率远低于线圈的固有频率。为了减小线圈的固有电容，可以削减线圈骨架的直径，用细导线绕制线圈，或接受间绕法、蜂房式绕法。电感器的容量选择磁珠磁珠有很高的电阻率和磁导率，等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变更。比一般的电感有更好的高频滤波特性，在高频时呈现阻性，所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高调频滤波效果。磁珠的主要原料为铁氧体。铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金，它的制造工艺和机械性能和陶瓷相像，颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常运用的一类磁芯就是铁氧体材料，许多厂商都供应特地用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗特殊大，具有很高的导磁率，他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的状况下产生的电容最小。对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率μ和饱和磁通密度Bs。磁导率μ可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增加。因此，它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，L和R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的上升而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。在其他条件都满意的状况，选用感量较大的电感器；5.2.3.1.2电源滤波器电感器的电流选择 电感器是导体线圈绕制而成，是有额定电流限制的。在运用中，电感器的电流要了解相关的线圈的直径和电流的大小之前的关系，如下表：Gage编号AWGGage編號AWG英吋公厘英吋公厘00.32498.25230.02260.57410.28937.35240.02010.51120.25766.54250.01790.45530.22945.83260.01590.40440.20435.19270.01420.36150.18194.62280.01260.32060.16204.11290.01130.28770.14433.67300.01000.25480.12853.26310.00890.22690.11442.91320.00800.203100.10192.59330.00710.180110.09072.30340.00630.160120.08082.05350.00560.142130.07201.83360.00500.127140.06411.63370.00450.114150.05711.45380.00400.102160.05081.29390.00350.089170.04531.15400.00310.079180.04031.02410.00280.071190.03590.912420.00250.064200.03200.813430.00220.056210.02850.724440.00200.051220.02530.643450.00180.046说明：AWG,意为AmericanWireGage(美制線規);依据上表，电感器选用规则：A、每个单位mm的线圈，大约可以承受10A的最大电流；B、运用中，设计最大峰值电流不应大于线圈所能承受的最大电流的4/5；5.2.3.3电感器的阻抗选择 在设计尽可能选用DCR小的电感器；使电源在经过电感器时压降小于或等于0.5V；5.2.3.4电感器的温度特性 要求在运用中，电感器的温升要小于65度，或工作的最大相关温度要小于所选用电感器的工作温度的上限。5.2.3.5电感器的特性阻抗选择 依据EMC的电路需求，针对干扰频点选择合适的电感器；在阻抗曲线中三条曲线都特殊重要，即电阻，感抗和总阻抗。通过这一类曲线，选择在希望衰减噪声的频率范围内具有最大阻抗而在低频和直流下信号衰减尽量小的磁珠型号。要正确的选择磁珠，必需留意以下几点：1、不须要的信号的频率范围为多少;2、噪声源是谁;3、须要多大的噪声衰减;4、环境条件是什么（温度，直流电压，结构强度）;5、电路和负载阻抗是多少;6、是否有空间在PCB板上放置磁珠; 在选择时，首先了解不需的信号带宽是多少，噪声源是哪里，须要多大的噪声衰减；而选择合适的电感器。在能量转换的电路中，选用时，要带有磁屏蔽的电感器；在高频抑制电路中，其他条件都满意的状况下，接受绕线较长的电感器；在大电流，高温度等环境下，磁珠的阻抗会受到很大的影响，设计时要预留较大的设计余量；在时钟的输出口，预留电感器的位置，供后续EMC调试；以便对不须要的高频信号进行衰减。5.2.3.6电感器的一般选用规则一般DC-DC和DC-AC电路的电源入口，放置一滤波电路，以减小后端电路正常工作时，对输入电源的反射干扰。片式电感器和插件式电感器都满意的状况下，选用较便宜的插件式器；电感多用于电源滤波电路，侧重于传导性干扰；磁珠多于信号回路，主要是EMI方面；RF电路，PLL，振荡电路，高速器件的电路入口，放置磁珠，抑制高频信号干扰；一般在PCB板级的入口或输出口放置电感器进行抑制EMI干扰；目前一般的磁珠选择：0603@I<1000mA;0805@{I>1000mA&I2000mA};电流大于2A，不建议运用磁珠。5.2.3.7电感器的优选表5.2.4半导体二极管的选择二极管是电子设备中常用的元器件之一，几乎在全部的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也特殊广泛。主要用于电路的整流、检波、稳压、发光显示、接收、数字电路等等方面。依据所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）；依据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等；依据管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光滑的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端和晶片坚实地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把沟通电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定牢靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。二极管的主要参数有正向电压降VF：二极管通过额定正向电流时，在两极间所产生的电压降。最大整流电流（平均值）IOM：在半波整流连续工作的状况下，允许的最大半波电流的平均值。正向反向峰值电压VRM：二极管正常工作时所允许的反向电压峰值，通常VRM为VP的三分之二或略小一些。结电容C：电容包括电容和扩散电容，在高频场合下运用时，要求结电容小于某一规定数值。最高工作频率FM：二极管具有单向导电性的最高沟通信号的频率。额定正向工作电流IF:是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管运用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。最高反向工作电压VB:加在二极管两端的反向电压高到确定值时，会将管子击穿，失去单向导电实力。为了保证运用平安，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。反向电流IR：反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得留意的是反向电流和温度有着密切的关系，大约温度每上升10度，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在25度时反向电流若为250uA，温度上升到35度，反向电流将上升到500uA依此类推，在75度时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25度时反向电流仅为5uA，温度上升到75时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。二极管的导电特性1.静态伏安特性二极管的静态伏安特性曲线如图1.1所示，可以分成以下三部分：A,正向特性二极管两端加上正向电压时,就产生正向电流。但是当这个电压比较小时，由于外部电场不足以克服内部电场对载流子扩散运动所造成的阻力，因此，这时的正向电流照旧很小，二极管呈现的电阻较大。随着两端电压的上升，内部电场被大大减弱，二极管的电阻变得很小，电流很快增长。这里，有两个二极管的重要静态参数，正向压降VF，正向直流电流IF。二极管規格书中的相关指标为最大正向电压VFM，正向平均整流电流IAV。B．反向特性外加反向电压时，由于在P型半导体还存在着少数自由电子，在N型半导体中也还存在着少数空穴，这些少数载流子在反向电压作用下很简洁通过PN结，形成反向电流。在外加反向电压确定范围内，反向电流基本不随反向电压变更，图中IR表示的就是反向电流，VR表示所加的反向电压，二极管规格书中的IRM表示的就是最大反向漏电流。IRM也是二极管的重要静态参数，须要留意的是，它对温度较敏感，尤其是肖特基二极管，所以，规格书中列出了两种温度下的IRM。C．反向击穿当反向电压增加到确定的值以后，反向电流急剧增大，出现反向击穿现象。这是由于外加的电压强制地把外层电子拉出,使载流子数目急剧上升。此时的电压称为反向击穿电压。规格数中列出的相关指标为VRRM称为反向重复峰值电压，稍小于击穿电压。2.二极管的开关特性在开关电源等功率变换电路中,除了工频整流器外，功率二极管大都工作在高频开关状态，因此，二极管的动态开关特性就特殊重要。其中主要是正向开通特性和反向复原特性。二极管开关过程中的电压电流波形如图1.2所示。A.开通特性二极管开通时间特性如图1.2a所示,开通初期出现较高正向峰值电压UFP，随后电压下降,电压达到稳态正向压降的1.1倍(也有人将此值定为2V)的时间,称为二极管正向开通时间TFR。选用工作在开关状态的二极管时，必需留意UFP和TFR这二个参数，因它们确定二极管开通损耗大小，对二极管工作时的温升影响很大。在某些电路中，假如二极管UFP太大，电路甚至不能正常工作。B．关断特性二极管正在通过大的正向电流而突加反向电压时，反向阻断实力的复原过程如图1.2b所示。在T0瞬时，二极管上施加反向电压，正向电流IF以dif/dt速率减小,dif/dt的大小由反向电压UR和分布电感所确定。在T1瞬时，二极管电流过零，由于PN结的存储效应，存储电荷消逝前，二极管未复原阻断实力，电流接着以相同速率反向增大，此时，正向压降稍有下降。在T2时刻，电流达最大反向电流IRM，二极管起先复原阻断实力，承受反向电压。T2以后，二极管承受反向电压的实力快速提高，反向电流快速下降，下降速率为dir/dt，它通过引线电感会感生较高电压，再加上反向电压UR后形成最大反向电压URM。在T3时刻,反向电流减小到0.1IRM(有人将此值定为0.25IRM)。T1到T3的时间TRR称为二极管反向复原时间。在高频电路中，工作于开关状态的二极管，它的反向复原特性对电路性能的影响是很大的。首先，在频率较高的电路中，二极管的TRR必需足够小，否则，即使电路能工作，二极管的损耗也将特殊巨大，电路效率会很低。3.二极管的损耗二极管在电路中的损耗P由四部分组成。P=Pfr+Pf+Prr+Pr其中Pfr是二极管开通过程中的损耗，Pf是二极管导通时的损耗，Prr是二极管反向复原过程中的损耗，Pr是二极管承受反向电压时的损耗。Pf和Pr为静态损耗，工作电流确定后，Pf由VF确定，反向电压确定后，Pr由IR确定，和电路的工作方式关系不大。因而，很简洁估算。Pfr和Prr为开关损耗，在确定的工作频率下，Pfr由Ufp和TFR确定，Prr由IRM和TRR确定，由于是开关损耗，它们和电路的工作频率有干脆关系。在高频电路中，二极管的开关损耗会远大于静态损耗。常用二极管有整流二极管、开关二极管、稳压、变容、发光二极管等。5.2.4.1发光二极管的选择（A）LED发光原理:发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在确定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分和多数载流子（多子）复合而发光。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子和价带空穴干脆复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再和空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间旁边）捕获，而后再和空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长λ和发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，运用不普遍。（B）LED的特性1．极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压和流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。2．电参数的意义（1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示。由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大，该波长为峰值波长。（2）发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。（3）光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔.（4）半值角θ1/2和视角：θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向和发光轴向（法向）的夹角。半值角的2倍为视角（或称半功率角）。图3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的状况。中垂线（法线）AO的坐标为相对发光强度（即发光强度和最大发光强度的之比）。明显，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。（5）正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际运用中应依据须要选择IF在0.6·IFm以下。（6）正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.4～3V。在外界温度上升时，VF将下降。（7）V-I特性：发光二极管的电压和电流的关系可用图4表示。

在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流微小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压快速增加，发光。由V-I曲线可以得动身光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流IR<10μA以下。（C）LED的分类1．按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。依据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透亮、无色透亮、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。2．按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布状况。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或和光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。3．按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。4．按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有一般亮度的LED（发光强度<10mcd）；超高亮度的LED（发光强度>100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度和一般发光管相同）。除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。5.2.4.2二极管的选择.1稳压二极管选择留意事项稳压管也是一种晶体二极管，它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。

稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它缘由造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。稳压管在稳压设备和一些电子电路中获得广泛的应用。我们把这种类型的二极管称为稳压管，以区分用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。如图画出了稳压管的伏安特性及其符号。稳压二极管选择稳定电压UzUz就是PN结的击穿电压，它随工作电流和温度的不同而略有变更。对于同一型号的稳压管来说，稳压值有确定的离散性。额定功耗Pz前已指出，工作电流越大，动态电阻越小，稳压性能越好，但是最大工作电流受到额定功耗Pz的限制，超过P2将会使稳压管损坏。选择稳压管时应留意：流过稳压管的电流Iz不能过大，应使Iz≤Izmax，否则会超过稳压管的允许功耗，Iz也不能太小，应使Iz≥Izmin，否则不能稳定输出电压，这样使输入电压和负载电流的变更范围都受到确定的限制。(c)动态电阻rz它是稳压管两端电压变更和电流变更的比值，如上图所示，即这个数值随工作电流的不同而变更。通常工作电流越大，动态电阻越小，稳压性能越好。(d)稳定电流Iz稳压管工作时的参考电流值。它通常有确定的范围，即Izmin——Izmax。(e)电压温度系数它是用来说明稳定电压值受温度变更影响的系数。不同型号的稳压管有不同的稳定电压的温度系数，且有正负之分。稳压值低于4v的稳压管，稳定电压的温度系数为负值；稳压值高于6v的稳压管，其稳定电压的温度系数为正值；介于4V和6V之间的，可能为正，也可能为负。在要求高的场合，可以用两个温度系数相反的管子串联进行补偿。5.2.4.2.2整流二极管选择留意事项:工频(800Hz以下)正弦波整流二极管选择留意事项:由于电路简洁，工作频率低，又主要是对正弦波进行整流。二极管一般只需接受廉价的整流二极管。选型时只需留意管子的正向电流和反向电压。然而,在确定所选二极管的正向电流和反向电压时,必需留意外电路状况。因为为了使整流后的脉动直流趋于平滑，二极管后往往接有电感或电容进行滤波。二极管的VRRM至少必需大于三倍的输入电压峰值。容性负载，只需大于二倍的输入电压峰值。高频整流二极管选择留意事项:在开关电源、AC-DC变换器等功率变换电路中，必需要将高频脉冲功率转换成直流功率。这就不行避开地须要有能工作于高频（几十KHZ至几百KHZ甚至几MHZ）开关状态的功率二极管将高频电压电流变换成单向电压电流。工作于高频状态的二极管，除了要有正向压降小，反向漏电流小等特点外，还必需具有反向复原时间短等优良的开关特性。一般在设计高频整流电路，选择功率二极管时应考虑以下几点：A．正向压降VF小，以削减损耗，提高效率。B．反向复原时间TRR短，反向复原电流峰值IRM要小，这样，关断损耗小且具软复原特性。C．正向峰值电压UFP、开通时间TFR要小。开通损耗就小。D．足够的反向电压VRRM下，反向漏电流IR要小，尤其是高电压和高结温应用的场合。单端反激电路高频整流二极管选择a.静态参数的选择:我们看到二极管在工作周期中,导通时间短,正向峰值电流较大,为使温升不至于过高,应尽量选用正向压降VF较小的管子,而对于正向平均工作电流IAV的选择应至少大于3倍的负载电流。二极管工作时承受的反向电压,前面已分析过,它应是输出电压V0和变压器次极绕组NS上的电压幅值之和。NS上的电压幅值是变压器的匝数比NS/NP和输入电压VI的乘积,另外,因变压器不行避开的漏感,及电路中一些分布参数的影响,NS上将会产生一些电压尖峰,所以,在选择二极管反向电压VRRM时,必需要至少大于1.2×(V0＋ViMAX×NS/NP)。b.开关参数的选择:依据二极管的电流工作波形,电流峰值出现在开通初期,在这种状态下,二极管的开通特性对工作性能及牢靠性产生很大影响,开通电压VFP要低。否则损耗大,管子温升会很高,极易损坏!从损耗角度来说,开通时间TFR要尽量小,但从外电路性能指标及工作稳定性角度来看,又并不希望开通时的电流上升率di/dt太大,也就是开通特性不能太硬。对于二极管的开通特性,定量的数据指标较少,选择会有难度,因此,在运用中要留意所选管子的温升是否异样,适当放大所选管子的电流富有量,出现干扰特性时,应对二极管开通特性实行适当的软化措施,可在二极管电路中串接小电感或并接阻容元件等。对于不连续工作模式中的高频整流二极管,因关断时,电流已为零,关断损耗很小,选用时不必特殊留意它的反向复原特性,只需留意正向特性的选择。而连续工作模式时,二极管关断时有确定的正向电流。所以必需选用TRR小及特性软的管子。缓冲钳位电路中的二极管选择在功率开关电路中,为抑制电压、电流的瞬变过程对电路和器件产生的不良影响,经常在功率开关管或功率变压器边上接有由二极管、电阻、电容组成的缓冲电路。如图3.1所示。目的为了降低功率管的开关损耗,吸取由变压器漏感等分布参数引起的过冲能量,提高电路工作的稳定、牢靠性。留意事项：在选择二极管的反向电压时，图3.1a中的DVRRM﹥2.3ViMAX图3.1b中的DVRRM﹥1.3ViMAX以功率管工作的电流IQ为参考,选择二极管D的正向电流IF。IF﹥0.3IQ缓冲电路中的二极管,开通速度确定要快,也就是TFR确定要小。钳位二极管要求开关速度也确定要快,否则也会明显影响效果,对复原特性也没有特殊要求。肖特基二极管二极管选择A高频低压大电流整流电路,明显是特殊适合选用肖特基二极管,它能明显地降低损耗、提高效率,但在运用前确定要弄清楚电压应力,通过测量分析精确了解肖特基二极管在工作中承受的最大反向电压VR(包括电压尖峰)的值,选择肖特基二极管的反向电压时,必需使 VRRM＞1.5VRB运用肖特基二极管时,还需留意它的温升,因为肖特基二极管温升一高会使反向电流急剧增加,反向损耗也就增加很快,一突破热稳定点,就会形成恶性循环而损坏管子。所以发觉肖特基二极管温升较高(详细数值和最高工作环境温度有关),确定要实行有效措施（增加散热条件或重选管子），尽量降低它的温升。C在输出电流很小,频率又不是很高的状况下,若没有什么特殊要求,事实上,我们并不举荐运用肖特基二极管,因这种状况下肖特基二极管优势不明显,降低的损耗很小,而和PN结二极管相比,它的抗烧实力终归要差一些,运用中稍有不慎就会影响牢靠性,假如为了降低极有限的损耗,而影响了牢靠性,是特殊不合算的。功率开关二极管选择A选择损耗小的管子,以使电路效率高,一般是功率电路选择二极管的首要考虑。二极管的损耗,主要由导通损耗和开关损耗组成,反向损耗因较小,很少关注。B假如电路的电压应力很小,肖特基二极管就是比较志向的低损耗管子。C假如电路的电压应力较大,要求二极管的VRRM要大于200V时,建议在体积和价格允许的状况下,可选择正向平均电流IAV稍大的管子。从规格参数表上看,不同IAV值的同类管子,若VRRM相同,VFM值虽然基本上是一样的,但由于二种管在测量VFM参数时的电流IAV是不同的,所以通过相同电流时,明显IAV值大的管子的VF值要小些,如图5.1所示。D在接受肖特基二极管的电路中,最好能在不影响电路性能的前题下,从降低NS/NP着手,对功率变压器进行优化设计,详细方法以后有机会可作专题探讨,以求最大限度降低肖特基二极管的电压应力。在高频电路中,二极管的开关损耗经常会大于导通损耗,要降低开关损耗,大家都知道要选择速度快即反向复原时间TRR小的管子,但这还不够,我们还必需关注占开关损耗较大比例的开通损耗,选择开通电压VFP低的管子,使开通损耗小，这对降低总的开关损耗，从而降低二极管的温升经常是很有效的。目前关于VFP数值,二极管生产公司很少列出定量参数,只能通过试验检测选择。E功率电路对所用功率二极管还有一重要要求,即要求功率二极管在工作时的电流、电压的瞬变过程,不能影响电路稳定工作,不能对外电路(电源输入、输出端)产生增大纹波或噪声等不良影响。这就要求二极管在开通或关断的过程中,电压、电流的变更率不能太大,即开通特性或关断特性要软些。所以,我们在选择速度快的开关管的同时,确定要关注它的复原特性,太硬的特性会对电路产生许多不良影响。F在选不到合适复原特性的管子,或选的管子还达不到电路要求时,我们对二极管电路可接受图5.2所示的方法来改善二极管的开通和复原特性。图5.2a的电路中,并接在二极管两端的组容串联元件在二极管开通或关断过程中,电压发生突变时,通过电阻对电容的充电将明显减缓电压变更率。图5.2b电路中,串联的电感会减缓二极管中电流的突变。这二种电路都可有效减小二极管开关过程对外电路的影响。图5.2a电路还把二极管的开关损耗部分转移到了电阻上，可使二极管温升有所下降。图5.2b电路要慎用,因电感的参数较难选择得很合适。电感量不当，有时会适得其反。5.2.5晶体三极管的选择晶体三极管又叫半导体三极管，依据其工作原理的不同分为双极型三极管（BiploarJunctionTransistor,简称BJT）和场效应管（FieldEffectTranstitor,简称FET）两大类。前者是电流限制器件，而后者是电压限制器件。其中BJT按材料分为硅管和锗管，按极性分为NPN型和PNP型管两种；场效应管可以分为JFET和MOSFET两大类，按极性各自也可以分为N型和P型，按限制的原理不同又分为增加型和耗尽型两大类。5.2.5.1双极型三极管的选择BJT中的电流由电子和空穴的电路共同确定，因此叫做双极型。它的种类许多，依据频率分，有高频管、低频管；依据功率分，有小、中、大功率管；依据半导体材料分，有硅管、锗管；依据结构不同，

又可分成NPN型和PNP型等等。但从它们的外形来看，BJT都有三个电极，如图5.2.5－1所示。图5.2.5－1是NPN型BJT的示意图。

它是由两个

PN结的三层半导体制成的。中间是一块很薄的P型半导体(几微米~几十微米)，两边各为一块N型半导体。从三块半导体上各自接出的一根引线就是BJT的三个电极，它们分别叫做放射极e、基极b和集电极c，对应的每块半导体称为放射区、基区和集电区。虽然放射区和集电区都是N型半导体，但是放射区比集电区掺的杂质多。在几何尺寸上，

集电区的面积比放射区的大，这从图3.1也可看到，因此它们并不是对称的。三极管的种类许多，并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装。图5.2.5－2

NPN和PNPBJT的电路符号图5.2.5－3四种工作模式BJT因其有两个PN结，所以它在应用中可能有四种不同的连接方式，这和PN结正偏或反偏有关。即有：线性放大模式：反射结正偏，集电结反偏；截止模式：反射结反偏，集电结反偏；饱和模式：反射结正偏，集电结正偏；倒置模式：反射结反偏，集电结正偏。BJT的参数是用来表征管子性能优劣相适应范围的，它是选用BJT的依据。了解这些参数的意义，

对于合理运用和充分利用BJT达到设计电路的经济性和牢靠性是特殊必要的。BJT三极管的主要参数有：电流放大系数BJT在共射极接法时的电流放大系数，依据工作状态的不同，在直流和沟通两种状况下分别用符号和表示，

上式表明:BJT集电极的直流电流

IC和基极的直流电流IB的比值，

就是BJT接成共射极电路时的直流电流放大系数，

有时用hFE来代表。

但是，BJT经常工作在有信号输人的状况下，这时基极电流产生一个变更量ΔiB，相应的集电极电流变更量为ΔiC，则和之比称为BJT的沟通电流放大系数，记作即

.极间反向电流

1）集电极-基极反向饱和电流ICBO表示放射极开路，c、b间加上确定的反向电压时的电流。

2）集电极-放射极反向饱和电流ICEO表示基极开路，c、e间加上确定的反向电压时的集电极电流。即穿透电流。

3)放射极基极反向电流Iebo

表示集电极开路时，在放射极和基极之间加上规定的反向电压时放射极的电流，它事实上是放射结的反向饱和电流。1）沟通电流放大系数β（或hfe）

这是指共放射极接法，集电极输出电流的变更量△Ic和基极输入电流的变更量△Ib之比，即：

β=

△Ic/△Ib

一般晶体管的β大约在10-200之间，假如β太小，电流放大作用差，假如β太大，电流放大作用虽然大，但性能往往不稳定。

2）共基极沟通放大系数α（或hfb）

这是指共基接法时，集电极输出电流的变更是△Ic和放射极电流的变更量△Ie之比，即：

α=△Ic/△Ie

因为△Ic＜△Ie，故α＜1。高频三极管的α＞0.90就可以运用

α和β之间的关系：

α=

β/（1+β）

β=

α/（1-α）≈1/（1-α）

截止频率fβ、fα

当β下降到低频时0.707倍的频率，就是共放射极的截止频率fβ；当α下降到低频时的0.707倍的频率，就是共基极的截止频率fα.

fβ、fα是表明管子频率特性的重要参数，它们之间的关系为：

fβ≈（1-α）fα

特征频率TransitionFrequencyfT因为频率f上升时，β就下降，当β下降到1时，对应的fT是全面地反映晶体管的高频放大性能的重要参数。

集电极—放射极饱和压降VCE(sat)基极—放射极饱和压降VCE(sat)

极限参数

1)集电极最大允许电流ICM。表示BJT的参数变更不超过允许值时集电极允许的最大电流。当电流超过ICM时，三极管的性能将显著下降，甚至有烧坏管子的可能。

2）集电极最大允许功耗MaxinumPowerdissipationPCM。表示BJT的集电结允许损耗功率的最大值。超过此值时，三极管的性能将变坏或烧毁。管子实际的耗散功率于集电极直流电压和电流的乘积，即Pc=Uce×Ic.运用时要使Pc＜PCM。

PCM和散热条件有关，增加散热片可提高PCM。

3）集电极放射极击反向穿电压BVCEO表示基极开路时，c、e间的反向击穿电压。4)放射极基极反向击穿电压BVEBO

表示集电极开路时，b、e间的反向击穿电压。

5）集电极基极击穿电压BVCBO表示放射极开路时，b、c间的反向击穿电压。

6）工作温度7）贮藏温度8）结温Tj.5.2.5.1.2晶体管选用的一般原则

1）依运用条件选PCM在平安区工作的管子，

并赐予适当的散热要求。依据热设计要求在电路设计时选择合适的PCM和ICM。2）要留意工作时反向击穿电压

，

特殊是VCE不应超过

V（BR）CEO。

3）要留意工作时的最大集电极电流IC不应超过ICM。

4）要依运用要求：是小功率还是大功率，

低频、高频还是超高频，工作电源的极性，β值大小要求。5.2.5.2MOSFET的选择FET(FieldEffectTransistor)场效应管的原理和BJT管有所区分，BJT管是电流限制器件，而FET是电压限制器件。利用和半导体表面垂直的电场限制半导体的电导率或限制半导体中的电流，这种效应称为场效应。FET按导电沟道可分为P沟道和N沟道,按栅极电压幅值可分为耗尽型和增加型,FET主要分为结型（JFET）和绝缘栅型，其中金属－氧化物－半导体（MOS）FET是最重要的绝缘栅型FET。当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，MOSFET主要是N沟道增加型。内部结构示意图及电路符号功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参和导电，是单极型晶体管。导电机理和小功率mos管相同，但结构上有较大区分，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大都接受垂直导电结构，又称为VMOSFET（VerticalMOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流实力。在此先介绍了基于功率MOSFET的栅极电荷特性的开关过程；然后介绍了一种更直观明析的理解功率MOSFET开关过程的方法：基于功率MOSFET的导通区特性的开关过程，并详细阐述了其开关过程。开关过程中，功率MOSFET动态的经过是关断区、恒流区和可变电阻区的过程。在跨越恒流区时，功率MOSFET漏极的电流和栅极电压以跨导为正比例系列，线性增加。米勒平台区对应着最大的负载电流。可变电阻区功率MOSFET漏极减小到额定的值。MOSFET的栅极电荷特性和开关过程尽管MOSFET在开关电源、电机限制等一些电子系统中得到广泛的应用，但是许多电子工程师并没有特殊清楚的理解MOSFET开关过程，以及MOSFET在开关过程中所处的状态。一般来说，电子工程师通常基于栅极电荷理解MOSFET的开通的过程，如图1所示。此图在MOSFET数据表中可以查到。图1AOT460栅极电荷特性MOSFET的D和S极加电压为VDD，当驱动开通脉冲加到MOSFET的G和S极时，输入电容Ciss充电，G和S极电压Vgs线性上升并到达门槛电压VGS(th)，Vgs上升到VGS(th)之前漏极电流Id≈0A，没有漏极电流流过，Vds的电压保持VDD不变。当Vgs到达VGS(th)时，漏极起先流过电流Id，然后Vgs接着上升，Id也慢慢上升，Vds照旧保持VDD。当Vgs到达米勒平台电压VGS(pl)时，Id也上升到负载电流最大值ID，Vds的电压起先从VDD下降。米勒平台期间，Id电流维持ID，Vds电压不断降低。米勒平台结束时刻，Id电流照旧维持ID，Vds电压降低到一个较低的值。米勒平台结束后，Id电流照旧维持ID，Vds电压接着降低，但此时降低的斜率很小，因此降低的幅度也很小，最终稳定在Vds=Id×Rds(on)。因此通常可以认为米勒平台结束后MOSFET基本上已经导通。对于上述的过程，理解难点在于为什么在米勒平台区，Vgs的电压恒定？驱动电路照旧对栅极供应驱动电流，照旧对栅极电容充电，为什么栅极的电压不上升？而且栅极电荷特性对于形象的理解MOSFET的开通过程并不直观。因此，下面将基于漏极导通特性理解MOSFET开通过程。MOSFET的漏极导通特性和开关过程MOSFET的漏极导通特性如图2所示。MOSFET和三极管一样，当MOSFET应用于放大电路时，通常要运用此曲线探讨其放大特性。只是三极管运用的基极电流、集电极电流和放大倍数，而MOSFET运用栅极电压、漏极电流和跨导。图2AOT460的漏极导通特性三极管有三个工作区：截止区、放大区和饱和区，MOSFET对应是关断区、恒流区和可变电阻区。留意：MOSFET恒流区有时也称饱和区或放大区。当驱动开通脉冲加到MOSFET的G和S极时，Vgs的电压慢慢上升时，MOSFET的开通轨迹A-B-C-D如图3中的路途所示。图3AOT460的开通轨迹开通前，MOSFET起始工作点位于图3的右下角A点，AOT460的VDD电压为48V，Vgs的电压慢慢上升，Id电流为0，Vgs的电压达到VGS(th)，Id电流从0起先慢慢增大。A-B就是Vgs的电压从VGS(th)增加到VGS(pl)的过程。从A到B点的过程中，可以特殊直观的发觉，此过程工作于MOSFET的恒流区，也就是Vgs电压和Id电流平衡找平衡的过程，即Vgs电压的变更伴随着Id电流相应的变更，其变更关系就是MOSFET的跨导：，跨导可以在MOSFET数据表中查到。当Id电流达到负载的最大允许电流ID时，此时对应的栅级电压。由于此时Id电流恒定，因此栅极Vgs电压也恒定不变，见图3中的B-C，此时MOSFET处于相对稳定的恒流区，工作于放大器的状态。开通前，Vgd的电压为Vgs-Vds，为负压，进入米勒平台，Vgd的负电压确定值不断下降，过0后转为正电压。驱动电路的电流绝大部分流过CGD，以扫除米勒电容的电荷，因此栅极的电压基本维持不变。Vds电压降低到很低的值后，米勒电容的电荷基本上被扫除，即图3中的C点，于是，栅极的电压在驱动电流的充电下又起先上升，如图3中的C-D，使MOSFET进一步完全导通。C-D为可变电阻区，相应的Vgs电压对应着确定的Vds电压。Vgs电压达到最大值，Vds电压达到最小值，由于Id电流为ID恒定，因此Vds的电压即为ID和MOSFET的导通电阻的乘积。结论基于MOSFET的漏极导通特性曲线可以直观的理解MOSFET开通时，跨越关断区、恒流区和可变电阻区的过程。米勒平台即为恒流区，MOSFET工作于放大状态，Id电流为Vgs电压和跨导乘积。MOSFET参数和符号意义：Cds漏-源电容

Cdu漏-衬底电容

Cgd栅-漏电容

Cgs栅-源电容

Ciss栅短路共源输入电容

Coss栅短路共源输出电容

Crss栅短路共源反向传输电容

D占空比（占空系数，外电路参数）

di/dt电流上升率（外电路参数）

dv/dt电压上升率（外电路参数）

ID漏极电流（直流）

IDM漏极脉冲电流

ID(on)通态漏极电流

IDQ静态漏极电流（射频功率管）

IDS漏源电流

IDSM最大漏源电流

IDSS栅-源短路时，漏极电流

IDS(sat)沟道饱和电流（漏源饱和电流）

IG栅极电流（直流）

IGF正向栅电流

IGR反向栅电流

IGDO源极开路时，截止栅电流

IGSO漏极开路时，截止栅电流

IGM栅极脉冲电流

IGP栅极峰值电流

IF二极管正向电流

IGSS漏极短路时截止栅电流

IDSS1对管第一管漏源饱和电流

IDSS2对管其次管漏源饱和电流

Iu衬底电流

Ipr电流脉冲峰值（外电路参数）

gfs正向跨导

Gp功率增益

Gps共源极中和高频功率增益

GpG共栅极中和高频功率增益

GPD共漏极中和高频功率增益

ggd栅漏电导

gds漏源电导

K失调电压温度系数

Ku传输系数

L负载电感（外电路参数）

LD漏极电感

Ls源极电感

rDS漏源电阻

rDS(on)漏源通态电阻

rDS(of)漏源断态电阻

rGD栅漏电阻

rGS栅源电阻

Rg栅极外接电阻（外电路参数）

RL负载电阻（外电路参数）

R(th)jc结壳热阻

R(th)ja结环热阻

PD漏极耗散功率

PDM漏极最大允许耗散功率

PIN--输入功率

POUT输出功率

PPK脉冲功率峰值（外电路参数）

to(on)开通延迟时间

td(off)关断延迟时间

ti上升时间

ton开通时间

toff关断时间

tf下降时间

trr反向复原时间

Tj结温

Tjm最大允许结温

Ta环境温度

Tc管壳温度

Tstg贮成温度

VDS漏源电压（直流）

VGS栅源电压（直流）

VGSF--正向栅源电压（直流）

VGSR反向栅源电压（直流）

VDD漏极（直流）电源电压（外电路参数）

VGG栅极（直流）电源电压（外电路参数）

Vss源极（直流）电源电压（外电路参数）

VGS(th)开启电压或阀电压

V（BR）DSS漏源击穿电压

V（BR）GSS漏源短路时栅源击穿电压

VDS(on)漏源通态电压

VDS(sat)漏源饱和电压

VGD栅漏电压（直流）

Vsu源衬底电压（直流）

VDu漏衬底电压（直流）

VGu栅衬底电压（直流）

Zo驱动源内阻

η漏极效率（射频功率管）

Vn噪声电压

aID漏极电流温度系数

ards漏源电阻温度系数5.2.6集成电路的选择IC的选择往往和方案的选择及其功能须要有关，因此，可选择的余地不大，一般都是在立项时就基本确定了此器件的选择，因此，这里只提示硬件设计人员留意在选择IC时，要留意：电源供电功耗温升其它特殊要求5.2.7连接器件及电源线的选择新打样连接器时，要求连接器的两个端子的1脚对应1脚，不是这样脚对应的连接器，原则上不允许接受。5.2.7.1连接器件的标称长度选择线材长度的优选以规定的长度为优先选择，不是优选长度的线材，原则上不允许接受。优选长度如下：误差范围为±5mm50mm60mm80mm100mm120mm140mm160mm180mm200mm220mm240mm260mm280mm300mm330mm350mm380mm400mm450mm500mm5.2.7.2连接器件的材质选择线材在电流，温升等物理条件允许的状况下，优先选用以下线材的AWG28号线。一般的连接线选用线材为UL2468AWG28号线，其线经为7×0.13mm。截面积为0.11m㎡最大导体电阻（20°C）为146欧姆/KM。绝缘体材料为聚氯乙烯（PVC）额定温度80°C，额定电压300V。价格最低。一般连接线假如因工艺要求须要线材较软，以便于安装时选用线材为UL20080AWG28号线。其线经为7×0.127，截面积为0.188，最大导体电阻（20°C）为146欧姆/KM，绝缘体材料为软质聚氯乙烯（PVC）额定温度80°C。因产品的品质要求，须要有屏蔽要求时，接受屏蔽线，选用线材为UL2547AWG28号线，其线经为7×0.127，截面积为0.11，最大导体电阻（20°C）为232欧姆/KM，绝缘体材料为半软质聚氯乙烯（PVC）额定温度80°C，缠绕的屏蔽线线经为0.12mm。5.2.7.2连接器端子的优选SAN直插针间距2.0mm额定电流2A适用线材：AWG30－AWG24适用PCB厚度：1.2mm－1.6mmPH插头间距2.0mm额定电流2A适用线材：AWG30－AWG24适用PCB厚度：1.2mm－1.6mmJC20卧插针间距2.0mm额定电流2A适用线材：AWG30－AWG24适用PCB厚度：1.2mm－1.6mm留意：a，以上端子的pin数可在2pin－15pin中选择。b，本节额定电流是指端子的额定电流，线材的额定电流请参考标准《连接器用导线优选系列标准：Q/WP1254-2003》在打样时须要将端子型号，pin脚数，线材规格，线材长度等写清楚。5.3通用功能和性能设计规范因为本规范主要针对家网电子产品，这里的通用功能和性能特指音频和视频的功能和功能。即音频指标的设计规范视频指标的设计规范电源电路的设计规范5.3.1音频指标的设计要满意音频指标的设计要求，首先必需了解各个客户对音频指标的详细要求，不同客户的要求不同，在多个客户中，尤其是PHILIPS对音频指标要求最高。其音频指标