一、三极管三极管是电路中常见的电子元器件是二极管基础上发展而来的通过在半导体一般是硅上分三个区域在不同区域掺杂不同电价元素得到其两两间拥有二极管特性三极管使用时需要 3 个引脚这三个引脚分别是发射极 e集电极 c 和基极 b基本作用是当作开关或者电流放大器。具体工作原理比较复杂有需要可以参考《模拟电子技术基础》或者看看其他作者的介绍我主要说说我们在现实电路中需要注意些什么。种类按结构分我们分为 PNP 型和 NPN 型是由于掺杂不同形成的功能类似电流方向相反。在元件符号上不管是哪种管子画箭头的是发射极 e中间的是基极 b另外一个就是集电极 c然后再根据箭头指的方向箭头向内指就是 PNP向外指就是 NPN有时候分不清我们只需要记得 PN 结一定是 P 指向 N向内指基极是 N那么就是 PNP 型向外指基极是 P那么就是 NPN箭头方向同时也是电流方向。NPN适合用来接在电路上电压靠近地的位置也就是控制地线也叫低端控制做开关发射极 e 端指向低电压端集电极 c 端带负载。PNP 适合用来接在电路上电压靠近电源的位置也就是控制电源也叫高端控制发射极 e 从高电压端指向基极 b集电极 c 端带负载如果反过来NPN 控制电源PNP 控制地做电路分析会很麻烦一个不小心烧坏管子。按封装也有贴片的、直插的、大功率管和小功率管同样也要区分NPN和PNP。基极保护电阻的取值都要根据负载需求来算先确定需要的集电极电流 Ic再除以 β 得到理论所需的最小基极电流实际取这个值的 2~5 倍来保证管子充分饱和最后用 Rb(V 驱动−Vbe)/Ib 反推出电阻值。基极电阻太小会导致 Ib 过大、增加驱动功耗甚至烧坏发射结太大则 Ib 不足管子进不了饱和区、Vce 降不下来带不动负载。负载电阻和基极电阻之间没有 “谁必须小于谁” 的固定关系各自按回路单独计算即可。2.参数在三极管里我们要关心下面这些参数。最大集电极c电流。一般让三极管工作在最大值的1/2~2/3太大就会容易烧坏三极管。集电极c和发射极e间反向耐压。如果超过反向耐压会击穿三极管。直流电源放大倍数β基极b电流的β倍等于集电极c的电流。在小功率三极管β可能是几百在大功率三极管可能是几十但前提是工作在放大区也就是集电极c和发射极e之间的电压差要够大不然达不到放大效果。饱和压降。也就是三极管集电极c和发射极e之间导通压降这个压降就是三极管计算功率的电压当大电流通过就是用大电流乘压降得到功率功率过高会烧坏三极管。发射结导通压降。也就是基极b和发射极e之间导通压降达不到这个压降三极管就工作在截止区相当于开关断开。3.电气特性三级管有三个工作区间我们也是根据它不同工作区间的特性去设计我们的电路。第一个叫截止区当Ib为0的时候我们就说三极管工作在截止区。这是它可以做开关的基础只有三极管的基极b有电流流过那么发射极和集电极之间才能有电流流过理想状态现实一般会有很少量的电流在不那么精确的计算情况下可以认为β*IbIc也就是集电极c的电流Ic大小是基极b电流Ib大小的某个倍数β这个倍数β叫电流放大系数一般元器件参考书上会标注那么当Ib等于0的情况下当然Ic就为0了。在需要精确计算的情况下就需要考虑穿透电流也就是集电极c和发射极e之间的漏电但好的设计应该允许这种误差。根据节点电流可以计算β1*IbIe至于为什么发射极电流Ie更大但不用发射极e带负载就要考虑到电压问题了。总结一下就是三极管基极Ib电流是集电极c与发射极e之间的开关有Ib三极管才通电没有Ib三级管就断电通过控制Ib达到开关电路的目的同时由于存在放大倍数β它也可以用来当作电流放大器。第二个叫饱和区当集电极 c 与发射极 e 之间电压太小Vce 低于饱和压降 Vce (sat)集电极电流 Ic 不再随 Ib 增大而线性增大、达不到 β 倍的时候我们说三极管工作在饱和区。饱和区的特点是 Vce 很小硅管通常 0.2-0.3V所以管子的功耗 PVce×Ic 反而低适合做开关导通态来带负载—— 继电器驱动、LED驱动、电机开关这些应用三极管导通时就是工作在饱和区。要进入饱和区需要给基极足够大的电流一般取 Ib≥Ic/β 的 2~5 倍确保管子充分饱和、压降足够低。要特别注意的是三极管和二极管一样也有导通压降饱和区下 CE 间就是这个饱和压降。电路很多变可能我说起来会有些云里雾里但是多看几个三极管的电路分析很容易就能理解饱和区的概念。总结下来就是三极管做开关带负载时导通态就应该工作在饱和区压降低、发热小真正容易发热烧坏的是放大区里 Vce 和 Ic 同时都大的情况。第三个叫放大区就是三极管最好的工作区间能将基极电流Ib放大β倍而且集电极c与发射极e之间电压不至于大到把三极管击穿后级电路反馈对基极电流的影响容也易控制。要注意的是三级管是电流控制型器件它的工作逻辑一定是在电流上关于它的计算一般也是通过各种方式将电压转化成电流计算如果三极管内部不存在电流或者电流极小极小再大的电压也和很难驱动三极管工作强行用电压驱动工作一个不小心就击穿三极管。三极管的电路很多但是功能都逃不过放大开关电压信号甚至用两个三极管来消除耦合的差分对放大电路复杂的还有三级、四级电路尽可能的多看到一个电路就多分析一个电路元件也只是用来解决问题的手段而已更重要的是我们要解决什么样的实际问题。二、MOS管MOS管也叫场效应管也是常见的电子元件和三极管很像。三个电极源极s、栅极g和漏极d对应三极管的发射极e基极b和集电极c在学习的时候对照以下可以很快理解。不同的是MOS管电极之间两两间完全绝缘会有寄生电容。在应用时用栅极电压控制源极和漏极间的电流导通用在电源电路、电机驱动、开关电源、单片机外围开关、锂电池保护板等场景。核心作用一般是做电子开关也可以用作信号放大。关于MOS管的工作原理个人认为很有意思大家可以在找相关资料看一看这边不做详细介绍了。1.种类按沟道类型分为N沟道MOS管和P沟道MOS管N沟道最常用多用于电源负极侧开关低端开关P沟道多用于电源正极侧开关高端开关同封装下价格一般比NMOS贵。在电路图元件符号上N沟道的箭头从源极s指向栅极gP沟道的箭头从栅极g指向源极s同样记住PN结一定是P指向N就能很好的区分具体是NMOS管还是PMOS管。按工作模式分为增强型和耗尽型增强型VGS0时管子是关断的需要施加栅源电压才会形成导电沟道、管子导通。市面上绝大多数 MOS 管都是增强型。耗尽型VGS0时管子本身就是导通需要加反向栅源电压才能关断。实际项目很少使用。2.参数在MOS管里我们要关注以下这些参数。漏极‑源极最大可以承受的电压。实际使用电路最高电压要留至少 50% 余量。12V 电路不适用 12V 耐压 MOS一般选 25V 及以上。超过耐压管子很大可能直接击穿损坏。管子能持续流过的最大电流。注意该参数是理想散热条件下数值实际带板会因为发热打折扣选型要预留充足余量。让 MOS 管刚刚开始导通的栅源电压。注意单片机 3.3V IO 驱动时要选阈值电压明显低于 3.3V 的管子不然不能完全导通。MOS 完全导通后漏‑源之间的电阻。这个参数非常关键。越小导通损耗越小发热越小。大电流场合优先选低导通电阻 MOS。要注意的是温度升高后导通电阻会变大。栅源最大电压栅极氧化层很薄耐压低大部分 MOS 栅极最大不超过20V超过也很容易直接击穿报废。栅极电荷。代表栅极等效电容大小决定开关速度。Qg越大开关需要的驱动电荷越多IO 直接驱动会开关变慢。高频开关电源要关注这个参数。体二极管寄生二极管。MOS 内部自带寄生体二极管方向NMOS 源极–漏极。电机、感性负载电路这个二极管可以续流但不能指望它做大功率续流。3.电器特性MOS管有极高的栅极输入阻抗这是最基础的电气特性。工作过程中MOS管栅极几乎不会产生直流工作电流器件的导通与关断仅依靠栅极电压控制不用持续的驱动电流简单且静态功耗极低。但在实际应用中不能片面认为栅极无需电流便可随意驱动MOS管栅极存在固有寄生电容在器件开关切换的瞬间寄生电容需要完成快速充放电会产生瞬时工作电流若驱动能力不足会直接影响MOS管的开关性能。根据工作状态的不同MOS管可分为截止区、饱和区、线性区三个工作区间不同区间的电气表现和应用场景截然不同。截止区为MOS管的关断工作状态当栅源电压VGS小于阈值开启电压VGSth时器件内部导电沟道完全关闭漏源两极几乎无电流通过MOS管相当于电路断开状态。VGSth可以在元件手册上查到有可能是负数但是我们这里取的是绝对值只有开关电压的绝对值大部开启电压才有效。饱和区也叫恒流区当VGS大于VGSth且漏源电压VDS数值较大时漏极电流基本不受VDS的影响电流状态稳定该工作区间主要适用于信号放大场景。线性区又称欧姆区当栅源电压VGS足够大、漏源电压VDS较小时MOS管漏源之间会呈现出小电阻特性导通损耗极低。做电子开关我们希望 MOS 要么完全截止要么完全进入线性导通区避免长时间待在饱和区饱和区会发热严重烧坏管子。要注意寄生电容栅源电容 Cgs、栅漏电容 Cgd、漏源电容 Cds。会影响开关速度高频下会影响波形。现实中MOS管也不是理想元器件加电压同样会漏小电流一般来说是微安级别的在设计实际的电路要注意留出误差的空间。