硬件基础知识笔记（二极管、三极管、MOS管、运放、滤波器、跟随器、整流）_三极管,mos管,电容电阻,pn结,运放电路,负反馈电路,555电路,数字电路,触发器电路,r

老样子，把电路设计时候有时候需要查的资料，知识点，笔记，记录下来，一点一点完善
有点乱，等找个时间好好整理下
......更新全面认识MOS管部分								2022/4/11
......更新全面认识二极管部分								2022/5/8
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一、二极管相关

二极管的知识我重新写了一篇文章总结，可以查看博文：

全面认识二极管，一篇文章就够了

二极管就是一个PN结，原理不多介绍，需要记住的是二极管的伏安特性：

• 正向特性(外加正向电压)
  当正向电压超过某一数值后，二极管才有明显的正向电流，该电压值称为导通电压，用Ｖth表示。
  在室温下，硅管的Ｖth约为0.5V，锗管的Ｖth约为0.1V。当流过二极管的电流Ｉ比较大时，二极管两端的电压几乎维持恒定，硅管约为0.6～0.8Ｖ（通常取0.7Ｖ），锗管约为0.2～0.3V（通常取0.2Ｖ）。

• 反向特性(外加反向电压)
  在反向电压小于反向击穿电压的范围内，由少数载流子形成的反向电流很小，而且与反向电压的大小基本无关。
  由二极管的正向与反向特性可直观的看出：①二极管是非线性器件；②二极管具有单向导电性。

• 反向击穿特性
  当反向电压增加到某一数值ＶBR时，反向电流急剧增大，这种现象叫做二极管的反向击穿。

温度对二极管伏安特性的影响：
温度升高会导致正向特性左移（导通电压降低，正向压降降低），反向特性下移（反向电流增加）。

主要参数
　　器件的参数是其特性的定量描述，是我们正确使用和合理选择器件的依据。
　　（1）正向—最大整流电流ＩF
　　（2）反向—反向击穿电压ＶBR

二极管应用电路

（1）限幅电路—利用二极管单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点组成，将信号限定在某一范围中
变化，分为单限幅和双限幅电路。多用于信号处理电路中。
（2）箝位电路—将输出电压箝位在一定数值上。
（3）开关电路—利用二极管单向导电性以接通和断开电路，广泛用于数字电路中。
（4）整流电路—利用二极管单向导电性，将交流信号变为直流信号，广泛用于直流稳压电源中。
（5）低电压稳压电路—利用二极管导通后两端电压基本不变的特点，采用几只二极管串联，获得3V以下输出电压。

稳压二极管

稳压管是一种特殊的二极管，它利用ＰＮ结反向击穿后特性陡直的特点，在电路中起稳压作用。稳压管工作在反向击穿状态。

TVS二极管

瞬态电压抑制二极管（Transient voltage suppression diode）也称为TVS二极管。

TVS二极管会和要保护的电路并联。当其电压超过突崩溃准位时，直接分流过多的电流。TVS二极管是箝位器，会抑制超过其崩溃电压的过高电压。当过电压消失时，TVS二极管会自动复归，而其吸收的能量比类似额定的撬棒电路要大很多。

二、三极管相关

（三极管相关点估计可以单独用一篇博文列出来，都是以前的笔记，如果我还保留以前参考的链接，肯定会把原链接放出来，有些笔记上没有，还望谅解，等有时间把三极管单独独立出来一篇）

用三极管需要考虑的问题：

1）耐压够不够

2）负载电流够不够大

3）速度够不够快（有时却是要慢速）

4）B极控制电流够不够

5）有时可能考虑功率问题

6）有时要考虑漏电流问题（能否“完全”截止）。

7）一般都不怎么考虑增益（我的应用还没有对此参数要求很高）

实际使用时，晶体管注意四个要素就行：-0.1~-0.3V振荡电路， 0.65-0.7V放大电路，0.8V以上为开关电路，β值中放、高放为30-40，低放60-80，开关100-120以上就行，不必研究其它的，研究它的共价键、电子、空穴没用

Vce=VCC（电源电压）-Vc（集电极电压）=VCC-Ic（集电极电流）Rc（集电极电阻）。
可以看出，这是一条斜率为-Rc的直线，称为“负载线”。当Ic=0时，Vce=Vcc。当Vce=0时（实际上正常工作时Vce不可能等于0，这是它的特性决定的），Ic=Vcc/Rc。也就是说，Ic不可能大于这个数值。对应的基极电流Ib=Ic/β=Vcc/βRc，这就是饱和基极电流的计算公式。
饱和分临界饱和和过度饱和两种状态。当Ib=Vcc/βRc时，三极管基本处于临界饱和状态。
当基极电流大于此值的两倍，三极管就基本进入深度饱和状态。三极管深度饱和和临界饱和的Vce差很大。临界饱和压降大，但退出饱和容易；深度饱和压降小但不容易退出饱和。所以，不同用途选择的基极电流是不一样的。
还有，饱和压降和集电极电流有直接关系。集电极电阻越小，饱和集电极电流就越大，饱和压降越大。反之也相反（集电极电阻越大，饱和集电极电流就越小，饱和压降越小）。如果集电极电流5毫安时三极管饱和，9013、9012之类的饱和压降一般不超过0.6伏。基极电流超过两倍Vcc/βRc时，一般饱和压降就小到0.3V左右了。

以下内容转至：三极管饱和及深度饱和状态的理解和判断！

三极管饱和问题总结：

1.在实际工作中，常用Ibβ=V/R作为判断临界饱和的条件。根据Ibβ=V/R算出的Ib值，只是使晶体管进入了初始饱和状态，实际上应该取该值的数倍以上，才能达到真正的饱和；倍数越大，饱和程度就越深。

2.集电极电阻 越大越容易饱和；

3.饱和区的现象就是：二个PN结均正偏，IC不受IB之控制

问题：基极电流达到多少时三极管饱和？

解答：这个值应该是不固定的，它和集电极负载、β值有关，估算是这样的：假定负载电阻是1K，VCC是5V，饱和时电阻通过电流最大也就是5mA，用除以该管子的β值（假定β=100）5/100=0.05mA=50μA，那么基极电流大于50μA就可以饱和。

对于9013、9012而言，饱和时Vce小于0.6V，Vbe小于1.2V。下面是9013的特性表：

问题：如何判断饱和？

判断饱和时应该求出基级最大饱和电流IBS，然后再根据实际的电路求出当前的基级电流，如果当前的基级电流大于基级最大饱和电流，则可判断电路此时处于饱和状态。

饱和的条件： 1.集电极和电源之间有电阻存在 且越大就越容易管子饱和；2.基集电流比较大以使集电极的电阻把集电极的电源拉得很低，从而出现b较c电压高的情况。

影响饱和的因素：1.集电极电阻 越大越容易饱和；2.管子的放大倍数 放大倍数越大越容易饱和；3.基集电流的大小；

饱和后的现象：1.基极的电压大于集电极的电压；2.集电极的电压为0.3左右，基极为0.7左右（假设e极接地）

谈论饱和不能不提负载电阻。假定晶体管集-射极电路的负载电阻（包括集电极与射极电路中的总电阻）为R，则集-射极电压Vce=VCC-IbhFER，随着Ib的增大，Vce减小，当Vce<0.6V时，B-C结即进入正偏，Ice已经很难继续增大，就可以认为已经进入饱和状态了。当然Ib如果继续增大，会使Vce再减小一些，例如降至0.3V甚至更低，就是深度饱和了。以上是对NPN型硅管而言。

另外一个应该注意的问题就是：在Ic增大的时候，hFE会减小，所以我们应该让三极管进入深度饱和Ib>>Ic(max)/hFE，Ic(max)是指在假定e、c极短路的情况下的Ic极限，当然这是以牺牲关断速度为代价的。

注意：饱和时Vb>Vc，但Vb>Vc不一定饱和。一般判断饱和的直接依据还是放大倍数，有的管子Vb>Vc时还能保持相当高的放大倍数。例如：有的管子将Ic/Ib<10定义为饱和，Ic/Ib<1应该属于深饱和了。

从晶体管特性曲线看饱和问题：我前面说过：谈论饱和不能不提负载电阻。现在再作详细一点的解释。

以某晶体管的输出特性曲线为例。由于原来的Vce仅画到2.0V为止，为了说明方便，我向右延伸到了4.0V。

如果电源电压为V，负载电阻为R，那么Vce与Ic受以下关系式的约束：Ic = (V-Vce)/R

在晶体管的输出特性曲线图上，上述关系式是一条斜线，斜率是 -1/R，X轴上的截距是电源电压V，Y轴上的截距是V/R（也就是前面NE5532第2帖说的“Ic(max)是指在假定e、c极短路的情况下的Ic极限”）。这条斜线称为“静态负载线”（以下简称负载线）。各个基极电流Ib值的曲线与负载线的交点就是该晶体管在不同基极电流下的工作点。见下图：
图中假定电源电压为4V，绿色的斜线是负载电阻为80欧姆的负载线，V/R=50MA，图中标出了Ib分别等于0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、1.0mA的工作点A、B、C、D、E、F。据此在右侧作出了Ic与Ib的关系曲线。根据这个曲线，就比较清楚地看出“饱和”的含义了。曲线的绿色段是线性放大区，Ic随Ib的增大几乎成线性地快速上升，可以看出β值约为200。兰色段开始变弯曲，斜率逐渐变小。红色段就几乎变成水平了，这就是“饱和”。实际上，饱和是一个渐变的过程，兰色段也可以认为是初始进入饱和的区段。在实际工作中，常用Ib*β=V/R作为判断临界饱和的条件。在图中就是假想绿色段继续向上延伸，与Ic=50MA的水平线相交，交点对应的Ib值就是临界饱和的Ib值。图中可见该值约为0.25mA。

由图可见，根据Ib*β=V/R算出的Ib值，只是使晶体管进入了初始饱和状态，实际上应该取该值的数倍以上，才能达到真正的饱和；倍数越大，饱和程度就越深。

图中还画出了负载电阻为200欧姆时的负载线。可以看出，对应于Ib=0.1mA，负载电阻为80欧姆时，晶体管是处于线性放大区，而负载电阻200欧姆时，已经接近进入饱和区了。负载电阻由大到小变化，负载线以Vce=4.0为圆心呈扇状向上展开。负载电阻越小，进入饱和状态所需要的Ib值就越大，饱和状态下的C-E压降也越大。在负载电阻特别小的电路，例如高频谐振放大器，集电极负载是电感线圈，直流电阻接近0，负载线几乎成90度向上伸展（如图中的红色负载线）。这样的电路中，晶体管直到烧毁了也进入不了饱和状态。以上所说的“负载线”，都是指直流静态负载线；“饱和”都是指直流静态饱和。

转：这是我当年教电子技术时的一点心得，谈到三极管，初学的人很难理解，为了讲通讲透彻，我给学生做了一个形象的比喻：三极管就是一个资本家（全课堂哄然），比如一个生产手机的资本家，生产一部手机，原材料100元，售价400元，利润率400%，相对于三极管的放大倍数就是4，原来一天生产100部，利润好几万，资本家觉得这生意不错，想扩大利润，提高产能，改成一天生产200部，也就是三极管的输入电流增加了，这时资本家发现了，利润成倍上涨，好啊！随即改成一天生产300部，后来改成一天生产400部、500部……直到1000部，但是资本家很快发现，当产能超过800部时，利润就不再成比例上升了，而是缓慢上升，超过1000部，利润根本就不上升，维持原样，这是因为产量太大，市场饱和，售价下降等等，这时三极管就进入了饱和状态，输入电流再怎么增加，输出电流也不会增加。由于经济危机，产品销售不出去，资本家只好停产，每天一部也不生产，这时就相当于三极管进入截止状态，但是工厂总要维持，于是，就每天卖点原材料、废旧设备、废材料，或者组织工人打扫卫生，清理仓库和车间，卖点破烂，好歹每天能有点收益，这点收益就是三极管截止状态的漏电流。也就是说，输入端没有一点电流，输出端还是有些微电流的。从这个过程，我们可以发现，其实资本家只是放大了利润，原材料变成了成品，这中间要消耗大量的人力、脑力和电力。三极管与此类同，三极管电流放大其实放大的是三极管输入端的信号，输出的是放大之后的信号，中间要消耗大量的电能，这些电能必须是直流电，例如电池或者整流后的交流电。跟资本家维持工厂运转一样，人力、脑力和电力要基本维持稳定，不能天天乱变。当然对于功率放大三极管，道理基本一样，不过放大的是信号的电流和电压，当然，投入的人力、脑力和电力仍旧是必不可少的。三个级，基极是采购，集电极是加工车间，发射极是销售。

三、MOS管

MOS管部分可以查看我的另外一篇博文：

全面认识MOS管，一篇文章就够了。

四、光耦

输出特性

光耦合器的输出特性实际也就是其内部光敏三极管的特性，与普通的三极管类似。常见的参数有：

1. 集电极电流Ic（Collector Current） 光敏三极管集电极所流过的电流，通常表示其最大值。
2. 集电极-发射极电压Vceo（C-E Voltage） 集电极-发射极所能承受的电压。
3. 发射极-集电极电压Veco（E-C Voltage） 发射极-集电极所能承受的电压
4. 反向截止电流Iceo
5. C-E饱和电压Vce(sat)（C-E Saturation Voltage）

曾经在设计的时候考虑过，在输出端三极管的集电极端能加多少V的电压？

五、电感和磁珠

• 电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件。电感和磁珠都可以用于滤波，但是机理不一样。电感滤波是将电能转化为磁能，磁能将通过两种方式影响电路：一种方式是重新转换回电能，表现为噪声；一种方式是向外部辐射，表现为EMI（电磁干扰）。而磁珠是将电能转换为热能，不会对电路构成二次干扰。

• 电感在低频段滤波性能较好，但在50MHz以上的频段滤波性能较差；磁珠利用其电阻成分能充分地利用高频噪声，并将之转换为热能已达到彻底消除高频噪声的目的。

• 从EMC（电磁兼容）的层面说，由于磁珠能将高频噪声转换为热能，因此具有非常好的抗辐射功能，是常用的抗EMI器件，常用于用户接口信号线滤波、单板上高速时钟器件的电源滤波等。

• 电感和电容构成低通滤波器时，由于电感和电容都是储能器件，因此两者的配合可能产生自激；磁珠是耗能器件，与电容协同工作时，不会产生自激。

• 一般来说，电源用电感的额定电流相对较大，因此，电感常用于需要通过大电流的电源电路上，如用于电源模块滤波；而磁珠一般仅用于芯片级电源滤波。

• 磁珠和电感都具有直流电阻，磁珠的直流电阻相对于同样滤波性能的电感更小一些，因此用于电源滤波时，磁珠上的压降更小。

• 用于滤波时，电感的工作电流小于额定电流，否则，电感不一定会损坏，但是电感值会出现偏差

  参考《高速电路设计时间》-王剑宇

六、精密全波整流电路（利用单电源供电运放）

利用单电源运放的跟随器的工作特性，也可以实现精密全波整流。单电源供电的运放构成的跟随器，当输入信号大于0时，输出跟随输入变化。当输入信号小于0的时候，输出为0。利用这个特性可以构成如下的电路。

当输入为正电压时，等效电路如下：

输入电阻Rin = inf（以前做的笔记，现在又点不懂了= =~！）
输出电阻 Rout = 0
Vout = Vin

当输入为负电压时，等效电路如下：

输入电阻Rin = R1
输出电阻 Rout = 0
Vout = - R2/R1 * Vin

使用时要小心单电源运放在信号很小时的非线性。而且，单电源跟随器在负信号输入时也有非线性。这些都会导致输入波形的失真。另外，输入电阻随输入信号的极性也会发生变化，如果R1、R2 不相等，则增益也随输入信号的极性变化。

七、RC低通滤波器

采用这种模拟滤波器抑制低频干扰时，要求滤波器有较大的时间常数和高精度的RC网络，增大时间常数要求增大R值，其漏电流也随之增大，从而降低了滤波效果；

RC低通滤波器中R和C参数选择
输出电压 2A左右 1A左右 0.5-1A 0.1-0.5A 100-50mA 50m以下
滤波电容 4000uF 2000uF 1000uF 500uF 200-500uF 200uF

电容的放电时间常数（ t= RC）愈大，放电愈慢，输出电压愈高，脉动成分也愈少，即滤波效果愈好。
为了得到比较好的滤波效果，在实际工作中经常要根据下式来选择滤波电容的容量：

RC≥5T/2 RC≥（3-5）T（半波）

RC≥（3-5）T/2（全波）自己把C导出来就可以了

八、关于AD前面的电压跟随器

网上关于此电路有关解答：

R25的作用是消反射的，运放的3、4角理论上是电压相同的，且输入阻抗是无穷大！那么输入信号的电流主要是通过R28流入地，也就是输入点的电压在 IN 点形成，理论上不会有电流流入R25，如果没有R25那么信号就会100%反射到 IN 上，如果信号源的内阻非常的大，也就是带载的能力很差，反射的信号就会在R28的输入点附近形成很强的发射震荡也就是“回音”这样的噪声经过放大就会使输出信号质量很差，R25和C12的接入可以把在 3pin 的反射信号有效地吸收，高频的反射信号通过C12泄放到地（GND）R25把反射的信号阻隔在 3pin 的输入端。那么R25为什么是20K呢？ 这个可能是经验值，R25大了就会影响到 3pin 的信号强度毕竟运放不是理想的在说也同样会反射大量的信号，小了就像导线一样不能阻挡反射信号。通常会取到R28的2-3倍这个样子。R28、R25、R27的选取和运放的工作阻抗有关。D2、D3静电钳位，100ohm电阻不是阻抗匹配！通常的电路都有内阻，一般的数字电路的普遍内阻在100ohm左右，也就是VCC 5V的情况下，最大输出电流时50mA的样子，所以电路中常用100ohm的电阻来消反射。这样的电路中的输出功率最大也就是阻抗匹配！电流也最大，电路较通常！

尼玛！看了头痛。R25,明显只干了二件事情。
1）RC滤波的R。2）为降低失调电压平衡输入阻抗。
单电源供电需要设置直流偏置，并通过和电容进行电源滤波

答案只是原贴的复制，仅供参考