二极管、三极管（BJT）、MOSFET、IGBT 以及 场效应管（FET） 的分类详解
以下是针对 二极管、三极管（BJT）、MOSFET、IGBT 以及 场效应管（FET） 的分类详解，涵盖原理、功能、应用及关键参数：
1. 二极管（Diode）
原理
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基于 PN结单向导电性，正向偏置导通，反向偏置截止。
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特殊类型：
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肖特基二极管：金属-半导体结，低导通压降。
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齐纳二极管：反向击穿稳压。
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TVS二极管：瞬态电压抑制。
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功能与应用
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整流：交流转直流（如电源适配器）。
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稳压：齐纳二极管用于基准电压。
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保护：TVS防静电/浪涌。
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高频检波：收音机信号解调。
关键参数
| 参数 | 意义 | 典型值 |
|---|---|---|
| V<sub>F</sub> | 正向导通压降 | Si: 0.7V, 肖特基: 0.3V |
| I<sub>F</sub> | 最大正向电流 | 1A~10A（功率二极管） |
| V<sub>RRM</sub> | 最大反向耐压 | 50V~1000V |
| t<sub>rr</sub> | 反向恢复时间（影响高频性能） | 快恢复二极管：<100ns |
2. 三极管（BJT, Bipolar Junction Transistor）
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三极管 (BJT)
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由PNP或NPN三层半导体构成，通过电流控制（基极电流控制集电极电流）。
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核心术语：发射极、基极、集电极。
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属于双极型器件（电子和空穴均参与导电）。
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原理
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电流控制型，通过基极电流（I<sub>B</sub>）控制集电极电流（I<sub>C</sub>）。
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类型：NPN、PNP。
功能与应用
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放大：小信号放大（如音频放大器）。
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开关：数字电路、继电器驱动。
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线性稳压：调整管（如LDO）。
关键参数
| 参数 | 意义 | 典型值 |
|---|---|---|
| β（h<sub>FE</sub>） | 电流放大倍数 | 几十至几百 |
| V<sub>CE(sat)</sub> | 饱和压降（开关损耗关键） | 0.2V~1V |
| f<sub>T</sub> | 截止频率（高频性能） | 几十MHz~几百MHz |
| P<sub>max</sub> | 最大耗散功率 | 0.5W~100W |
3. 场效应管（FET）
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场效应管 (FET)
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由栅极、源极、漏极构成，通过电压控制（栅极电压控制漏极电流）。
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属于单极型器件（仅电子或空穴一种载流子导电）。
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常见类型：MOSFET（金属氧化物半导体FET）、JFET（结型FET）。
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分类与原理
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结型FET（JFET）：电压控制，耗尽型（默认导通）。
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MOSFET：绝缘栅控制，分增强型/耗尽型。
功能与应用
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JFET：低频模拟放大（高输入阻抗）。
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MOSFET：高频开关（如CPU供电）、功率转换（DC-DC）。
关键参数（以MOSFET为例）
| 参数 | 意义 | 典型值 |
|---|---|---|
| R<sub>DS(on)</sub> | 导通电阻（决定导通损耗） | 1mΩ~1Ω |
| V<sub>GS(th)</sub> | 阈值电压（开启门槛） | 2V~4V（逻辑电平更低） |
| Q<sub>g</sub> | 栅极电荷（影响开关速度） | 10nC~100nC |
| C<sub>iss</sub> | 输入电容（高频响应关键） | 几百pF~几nF |
4. 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
原理
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MOSFET栅极控制 + BJT导通特性，结合电压驱动与低导通损耗。
功能与应用
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高压大电流：变频器、电动汽车逆变器（耐压600V~6.5kV）。
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工业电源：电焊机、感应加热。
关键参数
| 参数 | 意义 | 典型值 |
|---|---|---|
| V<sub>CE(sat)</sub> | 导通压降（类似BJT） | 1.5V~3V |
| E<sub>on</sub>/E<sub>off</sub> | 开关能量（损耗关键） | 微焦级（μJ） |
| T<sub>j(max)</sub> | 最大结温（高温可靠性） | 150℃~175℃ |
5. 对比总结表
| 器件 | 控制方式 | 载流子 | 核心功能 | 优势场景 | 劣势 |
|---|---|---|---|---|---|
| 二极管 | 电压 | 单极 | 整流/稳压 | 简单、低成本 | 无放大能力 |
| BJT | 电流 | 双极 | 放大/开关 | 高增益、线性好 | 功耗大、速度较低 |
| MOSFET | 电压 | 单极 | 高频开关 | 速度快、输入阻抗高 | 高压下R<sub>DS(on)</sub>大 |
| IGBT | 电压 | 双极 | 高压开关 | 高压低损耗 | 开关速度低于MOSFET |
6. 选型指南
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低压高频：选MOSFET（如CPU供电）。
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高压低速：选IGBT（如逆变器）。
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模拟放大：BJT或JFET（低噪声）。
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简单整流：二极管（肖特基用于高频）。
7. 关键公式
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二极管电流：I = I<sub>S</sub>(e<sup>V/V<sub>T</sub></sup> - 1)
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BJT放大：I<sub>C</sub> = β·I<sub>B</sub>
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MOSFET导通电流：I<sub>D</sub> = k(V<sub>GS</sub> - V<sub>th</sub>)<sup>2</sup>
掌握这些器件的特性和参数，能高效完成电路设计中的 能源转换、信号处理、功率控制 等任务。实际应用中需权衡 速度、耐压、损耗、成本 等因素。