2.2.2-电阻丨电容丨二极管丨三极管 - 基础知识

电阻(Resistor)

贴片电阻的识别方法(两种):

三位：它的第一位和第二位为有效数字，第三位表示在有效数字后面所加“0”的个数．这一位不会出现字母。
例如：“472”表示“4700Ω”；“151”表示“150”

四位：前三位表示有效数字，第4位表示在有效数字后面所加“0”的个数。
例如：“2702”表示27000Ω=27kΩ

电容

电容器在调谐、旁路、耦合、滤波等电路中起着重要的作用。
在直流电路中，电容器是相当于断路的。电容器是一种能够储藏电荷的元件，也是最常用的电子元件之一（通交流 隔直流）。

二极管

判别正、负电极

1. 观察外壳上的符号标记。通常在二极管的外壳上标有二极管的符号，带有三角形箭头的一端为正极，另一端是负极。
2. 观察外壳上的色点。在点接触二极管的外壳上，通常标有极性色点(白色或红色)。一般标有色点的一端即为正极。还有的二极管上标有色环，带色环的一端则为负极。
3. 以阻值较小的一次测量为准，黑表笔所接的一端为正极，红表笔所接的一端则为负极。
4. 观察二极管外壳，带有银色带一端为负极。

分类

发光二极管、光电二极管、稳压管、面接触型二极管、点接触型二极管…
（肖特基二极管）

常规二极管原理

二极管由P(positive)型半导体和N(negative)型半导体接触组成，由P型流向N型的电流是正向电流。

1. P型半导体：半导体（硅或者锗）掺入3价硼原子，半导体最外层有4个电子，而磷原子最外层有3个电子，掺杂之后为了形成最外层8个电子的稳定结构，少了一个自由电子，称为空穴。
2. N型半导体：半导体（硅或者锗）掺入5价磷原子，半导体最外层有4个电子，而磷原子最外层有5个电子，掺杂之后为了形成最外层8个电子的稳定结构，多出来一个自由电子。

注意：P型半导体和N型半导体本身呈现电中性。

如P3.1所示，P型半导体和N型半导体接触后，N区自由电子向P区扩散以填充空穴。N区那部分PN结失去电子呈现正电，P区那部分PN结得到电子呈现负电，PN结内部产生一个从N区指向P区的电场，称为内建电场。
正所谓相反相成之谓道，电子的扩散运动造就内建电场的同时，内建电场也在阻止扩散运动的发生。内建电场能将电子从P区运送到N区，这恰恰与电子扩散运动的方向相反。同样的，当内建电场被外加电场增强时，就需要有更强的扩散运动与之平衡，参与内部扩散运动的电子也会随之增多，PN结变厚。
扩散运动和内建电场相互对抗相互成就，在接触面附近产生了一个稳定的PN结，看似是静止的运动，实则是运动的静止。

外接电源加正向电压时，内建电场与外加电场方向相反，内建电场被削弱，PN结势垒被逐渐打破，PN结变窄，促进扩散运动继续进行，二极管导通。
外接电源加反向电压时，内建电场与外加电场方向相同，内建电场被加强，PN结势垒被逐渐加强，PN结变宽，进一步阻碍扩散运动，二极管断路。

肖特基二极管原理及其优缺点

前情提要

反向恢复电流指的是二极管两端加反向电压时产生的一个微小且短暂的反向电流。在上面常规二极管原理中提到过内建电场被外加电场增强时，PN结变厚以重建平衡，就在PN结变厚的过程中，得有少量的负电荷从N区转移到P区，这部分负电荷从N区经由外部电路流经外加电源与负载转移到P区，产生一个短暂的反向电流。

而普通二极管的反向恢复电流持续时间相对较长，在高频电路中这是非常致命的缺点，会造成非常严重的失真。肖特基二极管应运而生，肖特基二极管就是为了解决电路高频作业下普通二极管造成结果失真的问题而被发明出来的。

肖特基二极管原理

肖特基二极管阴极为N型半导体，阳极为金属。N型半导体中自由电子浓度高，金属中自由电子浓度低，则N型半导体中的电子向金属中扩散，N型半导体失去电子形成一层肖特基势垒。原理与常规二极管差不多。
关键在于为什么肖特基二极管反向恢复时间短？原因很简单，因为肖特基二极管的结电容更小。
为什么叫结电容呢？因为常规二极管的PN结也好，肖特基二极管的肖特基结也好，在微观上看就像是一个平行板电容器，也就可以等效理解为电容，也就有了结电容的概念。

肖特基二极管的优缺点

肖特基二极管的最大特点是正向压降小，反向恢复时间短。肖特基二极管的开启电压低，电荷储存效应（结电容）小，适于高频工作。同样的电流情况下，它的正向压降要比普通二极管小许多。还具有损耗小、噪声低、检波灵敏度高、稳定可靠等特点，在微波通信和雷达中用于混频、检波、调制、倍频以及超高速开关、低噪声放大等。

肖特基二极管的优点：

1. 肖特基二极管正向导通压降(0.3 ~ 0.5V)比普通二极管(0.5 ~ 0.7V)低，所以低功耗。
2. 肖特基二极管反向恢复时间(10ns)比普通二极管(2μs)短，所以工作频率更高。
3. 肖特基二极管比普通的二极管通过的电流强。
4. 肖特基二极管比普通二极管的结电容小。
5. 肖特基二极管可以通过高频电流。

但是肖特基二极管也有明显的缺点：

1. 造价相对较贵，对于成本敏感型的嵌入式设备来说这就是最大的缺点，所以能用常规二极管就用常规二极管。
2. 因为肖特基势垒比较薄，所以反向耐压比较低，只有不到200V，击穿后将直接烧毁。而常规二极管的耐压可以轻松达到1000V以上。
3. 还是因为肖特基势垒较薄，所以反向漏电流会比常规二极管大很多。肖特基二极管反向漏电流典型值500μA，而常规二极管反向漏电流典型值仅有5μA。

三极管

三极管的概念

三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。

三极管的作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。

参考资料1 参考资料2 参考资料3

三极管的结构

三极管的结构简单来说是在一个硅（或锗）片上生成三个杂质半导体区域，一个P区（或N区）夹在两个N区（或P区）中间。所以三极管一般分为NPN型或PNP型，材质分为硅管或锗管。
从三个杂质半导体区域各引出一个电极分别叫发射极(Emitter)、集电极(Collector)、基极(Base)，相对应的杂质区域分布称为发射区、集电区、基区。三个区域形成两个PN结，发射区与基区间的PN结称为发射结，集电区和基区间的PN结称为集电结。

P4.1是两种类型三极管的概念图，其中发射极上的箭头表示发射结加正偏电压时，发射极的电流方向。

由于二极管由一个PN结组成，为便于理解可以将三极管看作为两个二极管串联，如P4.2，但是增加基区电流显然不能使三极管导通，所以并不完全等价。
在正确的理解中，三极管其实是两个靠得很近的二极管串联，这二极管之间的距离就是基区宽度(典型值2微米)，这个宽度必须远小于基区少子的扩散距离(典型值30微米)，这也是三极管导通的关键所在。

以下是两种三极管的符号，接下来的分析将围绕NPN型三极管展开，PNP型三极管原理与其一致。

三极管的作用

1. 电流放大
2. 开关

对于NPN型，基极高电平（基级b电势比发射e极高0.7V）导通；
对于PNP型，基极低电平（发射极e电势比基级b高0.7V）导通。
三极管工作在饱和区通常为开关作用，三极管工作在放大区通常为放大作用。

对于NPN型三极管来说：
基级b电压较小时，工作于截止状态；
基级b电压比发射极e电压高0.7V时，工作于放大状态，集电极c电流为基级b电流的β倍；
当基级电流较大时，三极管工作于饱和状态，集电极与发射极之间的压降极小，通过二极管的电流由集电极电阻决定，若集电极不加电阻，三极管极有可能过流烧毁。

三极管导通原理的微观分析

参考资料4 参考资料5

上面“三极管结构”中红色加粗字道出了三极管的本质，其工作原理涉及到了半导体中电子和空穴的运动。当对三极管施加适当的电压时，发射极和基极之间的电子（在NPN型）或空穴（在PNP型）会被推动到基极中。然后，由于基极很薄并且掺杂程度较低，大部分电子（或空穴）会穿过基极并达到集电极，从而形成电流。通过改变基极和发射极之间的电压，可以控制集电极和发射极之间的电流，实现放大或开关的功能。

需要注意的是，三极管的工作需要适当的偏置电压。对于NPN型三极管，基极-发射极需要正向偏置（基极电压高于发射极电压），基极-集电极需要反向偏置（基极电压低于集电极电压）。对于PNP型三极管，偏置条件是相反的。

三极管导通原理的直观理解

P4.5是NPN三极管导通的直观图解，绿色的箭头是基极电流，绿色小水流推动杠杆打开阀门，允许较大的蓝色水流通过阀门。增大绿色的水流就能间接增大蓝色的水流

如图P4.6，当基级电流较大(即绿色小水流较大)时，三极管工作于饱和区，集电极与发射极之间的压降极小(阀门完全打开)，通过二极管的电流由集电极电阻决定，若集电极不加电阻R(限流阀门)，三极管极有可能过流烧毁。