電子技術(shù)基礎(chǔ) 模電

1、半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的某些物質(zhì)。如硅、鍺、硒和砷化鎵之間的某些物質(zhì)。如硅、鍺、硒和砷化鎵等都是半導(dǎo)體。等都是半導(dǎo)體。1.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料1.1.2 本征半導(dǎo)體、本征半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體及型半導(dǎo)體及N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體1.本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅(14)和鍺和鍺32)，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。Si硅原子硅原子Ge鍺原子鍺原子排列完全一致的晶體稱為排列完全一致的晶體稱為單晶單晶。完全純凈。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為的、

2、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體，無(wú)光照和未受熱時(shí)不導(dǎo)電。無(wú)光照和未受熱時(shí)不導(dǎo)電。在硅和鍺晶體中，每個(gè)原子與其相鄰的原在硅和鍺晶體中，每個(gè)原子與其相鄰的原子之間形成子之間形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。形成共，共用一對(duì)價(jià)電子。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層周圍電子是八個(gè)，價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層周圍電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵就是相鄰兩個(gè)原子中的價(jià)電子作為共價(jià)鍵就是相鄰兩個(gè)原子中的價(jià)電子作為共用電對(duì)而形成的相互作用力。共價(jià)鍵有很強(qiáng)共用電對(duì)而形成的相互作用力。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅

3、和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共共價(jià)鍵共用電子對(duì)用電子對(duì)+4+4+4+4+4+4表示除表示除去價(jià)電子去價(jià)電子后的原子后的原子 共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為共價(jià)鍵中，稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子自由電子，因，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，導(dǎo)電此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，導(dǎo)電能力很弱。能力很弱。當(dāng)溫度升高或受到光照后當(dāng)溫度升高或受到光照后, ,共價(jià)鍵中共價(jià)鍵中的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵束縛的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵束縛, ,成為自由電子成為自由電子, ,稱為稱為本征激發(fā)本征激發(fā)。本征激發(fā)后留下的空位稱為本

4、征激發(fā)后留下的空位稱為空穴空穴?？?。空穴和電子一樣可以參與導(dǎo)電穴和電子一樣可以參與導(dǎo)電, ,是帶正電荷是帶正電荷的載流子。的載流子。本征激發(fā)中產(chǎn)生的兩種載流子總是成本征激發(fā)中產(chǎn)生的兩種載流子總是成對(duì)出現(xiàn)的對(duì)出現(xiàn)的。實(shí)際上。實(shí)際上, ,在自由電子在自由電子- -空穴對(duì)產(chǎn)空穴對(duì)產(chǎn)生的過(guò)程中生的過(guò)程中, ,還同時(shí)存在復(fù)合過(guò)程。溫度還同時(shí)存在復(fù)合過(guò)程。溫度一定時(shí)一定時(shí), ,激發(fā)和復(fù)合達(dá)到平衡。激發(fā)和復(fù)合達(dá)到平衡。2.2.雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種

5、載流子濃度其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。載流子：電子，空穴大大增加。載流子：電子，空穴N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（多數(shù)載流子為（多數(shù)載流子為電子電子，電子，電子導(dǎo)電型半導(dǎo)體）導(dǎo)電型半導(dǎo)體）P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（多數(shù)載流子為（多數(shù)載流子為空穴空穴，空穴，空穴導(dǎo)電型半導(dǎo)體）導(dǎo)電型半導(dǎo)體）N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共

6、價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原子給出一個(gè)電子，稱磷為子給出一個(gè)電子，稱磷為施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)。硅或鍺硅或鍺 + +少量磷少量磷 N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N型硅表示型硅表示多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子SiPSiSiP P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或鋁如硼（或鋁, ,銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)銦），

7、晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來(lái)填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電來(lái)填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱硼為的離子。由于硼原子接受電子，所以稱硼為受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)。硅或鍺硅或鍺 + +少量硼少量硼 P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P型硅表示型硅表示空穴空穴硼原子硼原子SiSiSiB硅原子硅原子空穴被認(rèn)為帶一個(gè)單位的正電荷，并且空穴被

8、認(rèn)為帶一個(gè)單位的正電荷，并且可以移動(dòng)可以移動(dòng)雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過(guò)載流子的型半導(dǎo)體，經(jīng)過(guò)載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。結(jié)。PN結(jié)形成空間電荷區(qū)結(jié)形成空間電荷區(qū),內(nèi)電場(chǎng)由內(nèi)電場(chǎng)由N區(qū)區(qū)指向指向P區(qū)。區(qū)。P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)(耗盡層耗盡層)PN結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)+擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電擴(kuò)

9、散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸變薄。荷區(qū)逐漸變薄。漂移運(yùn)動(dòng)P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)EPN結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)加寬。使空間電荷區(qū)加寬。漂移運(yùn)動(dòng)P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)EPN結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)所以擴(kuò)散和漂所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)?shù)狡胶?，相?dāng)于兩個(gè)區(qū)之間于兩個(gè)區(qū)之間沒(méi)有電荷運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的空間電荷區(qū)的厚度固定不變。厚度固定不變。 1.1.的單向?qū)щ娦缘膯蜗驅(qū)щ娦?/p>

10、二極管的二極管的正向接法正向接法: :P P區(qū)加高區(qū)加高電壓電壓、N N區(qū)加低電壓區(qū)加低電壓。二極管的二極管的反向反向接法接法: :P P區(qū)加低電區(qū)加低電壓壓、N N區(qū)加區(qū)加高高電壓。電壓。PN結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置+內(nèi)電場(chǎng)減弱，使擴(kuò)散加強(qiáng)，內(nèi)電場(chǎng)減弱，使擴(kuò)散加強(qiáng)，擴(kuò)散擴(kuò)散 漂移，正向電流大漂移，正向電流大空間電荷區(qū)變薄空間電荷區(qū)變薄PN+_正向電流正向電流PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置空間電荷區(qū)變厚空間電荷區(qū)變厚+NP_+內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，使擴(kuò)散停止，內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，使擴(kuò)散停止，有少量漂移，反向電流很小有少量漂移，反向電流很小反向飽和電流反向飽和電流很小，很小， A級(jí)級(jí)2. 二極管的結(jié)構(gòu)和外型圖二極管的結(jié)構(gòu)和

11、外型圖陰極引線陰極引線陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線二氧化硅保護(hù)層二氧化硅保護(hù)層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金屬觸絲金屬觸絲陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極( d ) 符號(hào)符號(hào)D3.二極管的伏安特性曲二極管的伏安特性曲線及參數(shù)線及參數(shù)UIE+-U反向擊穿電反向擊穿電壓壓U(BR)死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.5V,鍺管鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅硅管管0.60.7V,鍺鍺管管0.20.3V。反向

12、漏電流反向漏電流（很小，（很小， A級(jí)）級(jí)）反向截止區(qū)反向截止區(qū) 1 1）正向特性）正向特性 （a a）不導(dǎo)通區(qū)）不導(dǎo)通區(qū)( (也叫死區(qū)也叫死區(qū)) ) 二極管開(kāi)始外加電壓較小，正向電流幾乎為二極管開(kāi)始外加電壓較小，正向電流幾乎為零，電阻較大，曲線比較平坦，稱作不導(dǎo)通區(qū)或零，電阻較大，曲線比較平坦，稱作不導(dǎo)通區(qū)或者死區(qū)。死區(qū)電壓，一般硅二極管約者死區(qū)。死區(qū)電壓，一般硅二極管約0.50.5伏，鍺二伏，鍺二極管約極管約0.20.2伏。伏。 （b b）導(dǎo)通區(qū)）導(dǎo)通區(qū) 當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓時(shí)，正向電流急劇當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓時(shí)，正向電流急劇增大。該段曲線陡直，電流隨電壓增長(zhǎng)很快，稱增大。該段曲線陡直

13、，電流隨電壓增長(zhǎng)很快，稱作導(dǎo)通區(qū)。二極管正向?qū)妷鹤鲗?dǎo)通區(qū)。二極管正向?qū)妷? ,硅二極管為硅二極管為0.6- 0.6- 0.70.7伏，鍺二極管為伏，鍺二極管為0.2-0.30.2-0.3伏。伏。 2 2）反向特性）反向特性 （a a）反向截止區(qū)）反向截止區(qū) 加反向電壓時(shí)，加反向電壓時(shí)，PNPN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)阻礙多子擴(kuò)散結(jié)內(nèi)電場(chǎng)阻礙多子擴(kuò)散, ,使使二極管呈現(xiàn)很大的電阻。少數(shù)載流子形成很小的二極管呈現(xiàn)很大的電阻。少數(shù)載流子形成很小的反向飽和電流，它會(huì)隨溫度變化。一般硅管在幾反向飽和電流，它會(huì)隨溫度變化。一般硅管在幾十微安以下，鍺管達(dá)幾百微安，大功率二極管的十微安以下，鍺管達(dá)幾百微安，大功率二極

14、管的反向電流將更大些。反向電流將更大些。 （b b）反向擊穿區(qū)）反向擊穿區(qū) 當(dāng)反向電壓增大到超過(guò)某一個(gè)值時(shí)，電流急劇當(dāng)反向電壓增大到超過(guò)某一個(gè)值時(shí)，電流急劇加大，叫加大，叫反向擊穿反向擊穿。擊穿后反向電壓基本不變。擊穿后反向電壓基本不變, ,不不同的二極管，反向擊穿電壓不同。同的二極管，反向擊穿電壓不同。( (注意注意: :二極管不二極管不。反向擊穿區(qū)反向擊穿區(qū)) ) 二極管工作特點(diǎn)二極管工作特點(diǎn):單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?.1.4二極管的識(shí)別和簡(jiǎn)易檢測(cè)方法二極管的識(shí)別和簡(jiǎn)易檢測(cè)方法 用萬(wàn)用表判斷二極管的好壞用萬(wàn)用表判斷二極管的好壞:正向時(shí)電阻小正向時(shí)電阻小;反反向時(shí)電阻大向時(shí)電阻大。普通二極管的

15、。普通二極管的正向時(shí)電阻越小正向時(shí)電阻越小,反反向時(shí)電阻越大性能越好向時(shí)電阻越大性能越好。 指針式萬(wàn)用表指針式萬(wàn)用表( (電阻檔電阻檔) )的紅表筆是電池負(fù)極的紅表筆是電池負(fù)極, ,黑表筆是電池正極黑表筆是電池正極. .數(shù)字式萬(wàn)用表剛好相反。數(shù)字式萬(wàn)用表剛好相反。 用指針式萬(wàn)用表用指針式萬(wàn)用表R R100100或或R R1K1K檔測(cè)量二極管檔測(cè)量二極管, ,不同電阻檔測(cè)量二極管時(shí)不同電阻檔測(cè)量二極管時(shí), ,電阻會(huì)有不同。數(shù)電阻會(huì)有不同。數(shù)字式萬(wàn)用表不用電阻檔測(cè)量。字式萬(wàn)用表不用電阻檔測(cè)量。1.1.5 1.1.5 二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用1.1.二極管整流電路二極管整流電路 將交流電變換為直流電

16、的過(guò)程稱為將交流電變換為直流電的過(guò)程稱為整流整流 圖圖1.1-14 1.1-14 整流器的結(jié)構(gòu)整流器的結(jié)構(gòu) 電源變壓器電源變壓器: : 將交流電網(wǎng)電壓將交流電網(wǎng)電壓u u1 1變?yōu)楹献優(yōu)楹线m的交流電壓適的交流電壓u u2 2。 整流電路整流電路: : 將交流電壓將交流電壓u u2 2變?yōu)槊}動(dòng)的直流變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓電壓u u3 3。 濾波電路濾波電路: : 將脈動(dòng)直流電壓將脈動(dòng)直流電壓u u3 3轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槠交優(yōu)槠交闹绷麟妷旱闹绷麟妷簎 u4 4。 (1)單相半波整流電路單相半波整流電路u2 0 時(shí)，二極管時(shí)，二極管導(dǎo)通。導(dǎo)通。iLu1u2aTbDRLuL忽略二極管正忽略二極管正向壓降：向壓

17、降： uL=u2u1u2aTbDRLuLiL=0u20 時(shí)時(shí)D1,D3導(dǎo)通導(dǎo)通D2,D4截止截止電流通路電流通路:A D1RLD3Bu20 時(shí)時(shí)D2,D4導(dǎo)通導(dǎo)通D1,D3截止截止電流通路電流通路:B D2RLD4A輸出是脈動(dòng)的直流電壓！輸出是脈動(dòng)的直流電壓！u2tt橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形uD4,uD2uD3,uD1tuou2D4D2D1D3RLuLAB29 . 0 UUL負(fù)載上的電壓和電流平均值負(fù)載上的電壓和電流平均值 LLRUI29.0每只二極管承受的最大反向電壓就是每只二極管承受的最大反向電壓就是u u2 2的的峰值，即：峰值，即：2

18、2UURM 平均電流平均電流(ID)與反向峰值電壓與反向峰值電壓(URM)是選擇整流管是選擇整流管的主要依據(jù)。的主要依據(jù)。LoDRU.II24502122UURM如：如： 在橋式整流電路中，每個(gè)二極管只有半周導(dǎo)在橋式整流電路中，每個(gè)二極管只有半周導(dǎo)通。因此，流過(guò)每只整流二極管的平均電流通。因此，流過(guò)每只整流二極管的平均電流ID是負(fù)載平均電流的一半。是負(fù)載平均電流的一半。二極管截止時(shí)兩端承受的最大反向電壓：二極管截止時(shí)兩端承受的最大反向電壓：例如:單相橋式整流電路變壓器次級(jí)輸出電單相橋式整流電路變壓器次級(jí)輸出電壓壓U U2 2=6V=6V，整流后接，整流后接1K1K的負(fù)載，那么負(fù)的負(fù)載，那么負(fù)載

19、上直流電流的平均值為多少載上直流電流的平均值為多少? ? 解解: U: UL L=0.9U=0.9U2 2=5.4V=5.4V I IL L=U=UL L/R/RL L=5.4mA=5.4mA一、二倍壓整流電路一、二倍壓整流電路u2的正半周時(shí)：的正半周時(shí)：D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2截止，理截止，理想情況下，電容想情況下，電容C1的電壓充到：的電壓充到：22Uu2的負(fù)半周時(shí)：的負(fù)半周時(shí)：D2導(dǎo)通，導(dǎo)通，D1截止，理截止，理想情況下，電容想情況下，電容C2的電壓充到：的電壓充到：22 2U負(fù)載上的電壓：負(fù)載上的電壓：22 2LuU （4）單相倍壓整流電路）單相倍壓整流電路C1u1u2D1D2C222U+

20、222U+二、多倍壓整流電路二、多倍壓整流電路u2的第一個(gè)正半周：的第一個(gè)正半周：u2、D1、C1構(gòu)成回路，構(gòu)成回路，C1充充電到：電到：22Uu2的第一個(gè)負(fù)半周：的第一個(gè)負(fù)半周：u2、D2、C2 、C1構(gòu)成回路，構(gòu)成回路，C2充電到：充電到：222U+22UC1u1u2D1D2D3D4D5C3C5C2C4+222U+222U+222U+222Uu2的第二個(gè)正半周：的第二個(gè)正半周：u2、C2、D3 、C3、C1構(gòu)成回構(gòu)成回路，路， C1補(bǔ)充電荷，補(bǔ)充電荷，C3充電到：充電到：222Uu2的第二個(gè)負(fù)半周：的第二個(gè)負(fù)半周： u2、C1、C3、D4、C4 、C2構(gòu)構(gòu)成回路，成回路， C2補(bǔ)充電荷，補(bǔ)

21、充電荷， C4充電到：充電到：222U把負(fù)載接在相應(yīng)電容組的兩端，即可獲把負(fù)載接在相應(yīng)電容組的兩端，即可獲得所需的多倍壓直流輸出。得所需的多倍壓直流輸出。+22UC1u1u2D1D2D3D4D5C3C5C2C4+222U+222U+222U+222U二極管二極管數(shù)量數(shù)量輸出電壓平輸出電壓平均值均值UO二極管上承二極管上承受的最高電受的最高電壓壓二極管上的平二極管上的平均電流均電流半波半波1Uo=0.45U2ID = IL全波全波2Uo=0.9U2ID =0.5 IL橋式橋式4Uo=0.9U2ID =0.5 IL倍壓倍壓N222U22UN22U222U22U222UUL224UUL因?yàn)橐驗(yàn)橐驗(yàn)橐?/p>

22、為所以所以所以所以V.UUL7098222000222VUUL354242二極管的最大反向電壓二極管的最大反向電壓二極管的最大反向電壓二極管的最大反向電壓VUURM1999222VUURM998222L2UU =17.7V42濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 電容與負(fù)載電容與負(fù)載 RL 并聯(lián)，或并聯(lián)，或電感與負(fù)載電感與負(fù)載RL串聯(lián)。串聯(lián)。交流交流電壓電壓脈動(dòng)脈動(dòng)直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波直流直流電壓電壓原理：原理：利用儲(chǔ)能元件利用儲(chǔ)能元件電容電容兩端的電壓兩端的電壓(或通過(guò)或通過(guò)電電感感中的電流中的電流)不能突變的特性不能突變的特性, 濾掉整流電濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保

23、留其直流成路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。2. 2. 濾波電路濾波電路 電容濾波電路電容濾波電路以電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所以電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所示。示。濾波原理濾波原理橋式整流電容濾波電路橋式整流電容濾波電路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+RL未接入時(shí)未接入時(shí)(忽略整流電路內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot設(shè)設(shè)t1時(shí)刻接時(shí)刻接通電源通電源t1整流電路為整流電路為電容充電電容充電充電結(jié)束充電結(jié)束沒(méi)有電容沒(méi)有電容時(shí)的輸出時(shí)的輸出波形波形RL接入（且接入（且RLC較大）時(shí)較大）時(shí) (忽略整流電路

24、內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot電容通過(guò)電容通過(guò)RL放電，放電，在整流電路電壓在整流電路電壓小于電容電壓時(shí)，小于電容電壓時(shí)，二極管截止，整二極管截止，整流電路不為電容流電路不為電容充電，充電，uo會(huì)逐漸會(huì)逐漸下降。下降。只有整流電路輸出電壓大于只有整流電路輸出電壓大于uo時(shí)，才有充電電流時(shí)，才有充電電流iD 。因此整流電路的輸出電流是脈沖波。因此整流電路的輸出電流是脈沖波?？梢?jiàn)，采用電容濾波時(shí)，整流管的導(dǎo)通角較小。可見(jiàn)，采用電容濾波時(shí)，整流管的導(dǎo)通角較小。 電感濾波電感濾波電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。就構(gòu)成了電感

25、濾波電路。電感濾波電路電感濾波電路u2u1RLLuouoRu2u1C1C2uo1 RL RC 型濾波電路型濾波電路 其他形式的濾波電路其他形式的濾波電路 L-C 型濾波電路型濾波電路u2u1LuoCRLuo1LC 型濾波電路型濾波電路u2u1LuoC2RLuo1C1顯然，顯然， LC 型濾波電路輸出電壓的脈動(dòng)系型濾波電路輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)比只有數(shù)比只有LC濾波時(shí)更小，濾波時(shí)更小，波形更加平滑波形更加平滑；由；由于在輸入端接入了電容，因而較只有于在輸入端接入了電容，因而較只有LC濾波濾波時(shí)，時(shí)，提高了輸出電壓提高了輸出電壓。3 3二極管的串并聯(lián)二極管的串并聯(lián) 在整流設(shè)備中，有時(shí)會(huì)遇到要求在整流設(shè)

26、備中，有時(shí)會(huì)遇到要求輸出很高電壓或很大電流的情況。這輸出很高電壓或很大電流的情況。這時(shí)，單個(gè)的整流器件已不能滿足要求，時(shí)，單個(gè)的整流器件已不能滿足要求，一般采用同型號(hào)的二極管串聯(lián)或并聯(lián)一般采用同型號(hào)的二極管串聯(lián)或并聯(lián)使用。使用。但二極管特性的差異會(huì)使電路損壞但二極管特性的差異會(huì)使電路損壞。（2 2）二極管的并聯(lián)）二極管的并聯(lián)均流電阻的作用：防止均流電阻的作用：防止正向電阻小正向電阻小的二極的二極管管先燒壞先燒壞4二極管箝位電路二極管箝位電路箝位電路：一種稱為波箝位電路：一種稱為波形箝位，可將信號(hào)的波形箝位，可將信號(hào)的波形幅值限制在選定的電形幅值限制在選定的電壓范圍之內(nèi)，這種電路壓范圍之內(nèi)，這種

27、電路又叫限幅電路；另一種又叫限幅電路；另一種是電位箝位，將電路中是電位箝位，將電路中某點(diǎn)某點(diǎn)電位電位值箝制在選定值箝制在選定的數(shù)值上，使接于該處的數(shù)值上，使接于該處的負(fù)載在一定范圍內(nèi)變的負(fù)載在一定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，該點(diǎn)電位值保持動(dòng)時(shí)，該點(diǎn)電位值保持不變。不變。 1.1.6 1.1.6 特殊二極管及其應(yīng)用特殊二極管及其應(yīng)用特殊二極管包括：特殊二極管包括： 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管, ,變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管,PIN,PIN二極管二極管, ,肖肖特基二極管特基二極管, ,光電二極管光電二極管( (發(fā)光二極管發(fā)光二極管),),可控硅整流器和單結(jié)晶體管等可控硅整流器和單結(jié)晶體管等應(yīng)用：整流、逆變和各種自動(dòng)控制設(shè)應(yīng)用：整

28、流、逆變和各種自動(dòng)控制設(shè)備備中。中。1. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管-+穩(wěn)壓二極管符號(hào)穩(wěn)壓二極管符號(hào)穩(wěn)壓二極管工作在穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下反向擊穿狀態(tài)下,工作電流工作電流IZ在在Izmax和和 Izmin之間時(shí)之間時(shí),其其兩端電壓近似為常兩端電壓近似為常數(shù)數(shù)IZmaxUIUZIZ穩(wěn)壓二極管特性曲線穩(wěn)壓二極管特性曲線IZmin正向同正向同普通二普通二極管極管穩(wěn)定穩(wěn)定電流電流穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓例：穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用例：穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用RLuiuORDZiiziLUZ穩(wěn)壓二極管技術(shù)數(shù)據(jù)為：穩(wěn)壓值穩(wěn)壓二極管技術(shù)數(shù)據(jù)為：穩(wěn)壓值UZW=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻RL=2k

29、，輸入電，輸入電壓壓ui=12V，限流電阻，限流電阻R=200 。若。若負(fù)載電阻負(fù)載電阻變化范圍變化范圍為為1.5 k 4 k ，是否還能穩(wěn)壓？，是否還能穩(wěn)壓？RLuiuORDZiiziLUZUZW=10V ui=12VR=200 Izmax=12mAIzmin=2mARL=2k (1.5 k 4 k ) iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA）i= （ui - UZ）/R=（12-10）/0.2=10 （mA） iZ = i - iL=10-5=5 （mA）RL=1.5 k , iL=10/1.5=6.7（mA）, iZ =10-6.7=3.3（mA）RL=4 k , iL=10/

30、4=2.5（mA）, iZ =10-2.5=7.5（mA）負(fù)載變化負(fù)載變化,但但iZ仍在仍在12mA和和2mA之間之間,所以穩(wěn)所以穩(wěn)壓管仍能起穩(wěn)壓作用壓管仍能起穩(wěn)壓作用作業(yè)作業(yè)并聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖。并聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖。U Ui i=10V=10V、穩(wěn)壓電壓、穩(wěn)壓電壓U UZ Z=6V=6V、R=100R=100 ，求：，求：(1)(1)電路空載時(shí)穩(wěn)壓管電流電路空載時(shí)穩(wěn)壓管電流I IZ Z和輸出電壓和輸出電壓U UO O；(2)(2)加上加上R RL L=400=400 的負(fù)載后，的負(fù)載后，I IZ Z、U UL L和負(fù)載電流和負(fù)載電流I IL L；(3)(3)加上加上R RL L=100=100

31、 的負(fù)載后，的負(fù)載后，I IZ Z、U UL L和負(fù)載電流和負(fù)載電流I IL L。UZIZRUiRLIL2 2變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 變?nèi)荻O管通常是由硅半導(dǎo)體材料制成，其特變?nèi)荻O管通常是由硅半導(dǎo)體材料制成，其特點(diǎn)是結(jié)電容隨電壓的變化而變化。變?nèi)荻O管工作點(diǎn)是結(jié)電容隨電壓的變化而變化。變?nèi)荻O管工作在反向截止?fàn)顟B(tài)，其結(jié)電容隨著反向電壓的增大而在反向截止?fàn)顟B(tài)，其結(jié)電容隨著反向電壓的增大而下降。下降。 圖圖1.1-31 1.1-31 變?nèi)荻O管的符號(hào)和特性曲線變?nèi)荻O管的符號(hào)和特性曲線 圖圖1.1-31 1.1-31 變?nèi)荻O管結(jié)構(gòu)隨反向偏壓的變化變?nèi)荻O管結(jié)構(gòu)隨反向偏壓的變化 3 3PINPIN

32、二極管二極管 在在PINPIN二極管中，在兩層半導(dǎo)體之間還有一層二極管中，在兩層半導(dǎo)體之間還有一層高阻的高阻的I(I(本征本征) )型半導(dǎo)體，它是完全不摻雜的或極型半導(dǎo)體，它是完全不摻雜的或極微量摻雜的微量摻雜的N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。 特性：在頻率特性：在頻率1MHz1MHz以下時(shí)，與以下時(shí)，與常見(jiàn)的二極管相似。常見(jiàn)的二極管相似。在較高頻率（約大于在較高頻率（約大于10MHz)10MHz)時(shí)，時(shí)，PINPIN二極管二極管不再具有單向?qū)щ娦圆辉倬哂袉蜗驅(qū)щ娦?，就如同一個(gè)電阻，其阻值隨導(dǎo)就如同一個(gè)電阻，其阻值隨導(dǎo)電電流的增大而減小。電電流的增大而減小。4 4肖特基二極管肖特基二極管 肖特基二極管

33、是利用金屬肖特基二極管是利用金屬- -半導(dǎo)體的接觸來(lái)代替半導(dǎo)體的接觸來(lái)代替PNPN結(jié)，在結(jié)，在N N型半導(dǎo)體與金屬的界面中構(gòu)成一個(gè)阻擋層。型半導(dǎo)體與金屬的界面中構(gòu)成一個(gè)阻擋層。 圖圖1.1-34 1.1-34 肖特基二極管肖特基二極管 圖圖1.1-35 1.1-35 肖特基二極管電荷分布肖特基二極管電荷分布肖特基二極管與肖特基二極管與PNPN結(jié)差別：結(jié)差別：肖特基二極管是依靠一種肖特基二極管是依靠一種載流子工作的器件，消除了載流子工作的器件，消除了PNPN結(jié)中存在的少數(shù)載流子儲(chǔ)結(jié)中存在的少數(shù)載流子儲(chǔ)存現(xiàn)象，因而適用于高頻高存現(xiàn)象，因而適用于高頻高速電路。速電路。其次，省掉了其次，省掉了P P型

34、半導(dǎo)體，型半導(dǎo)體，因而有很低的正向電阻。因而有很低的正向電阻。肖特基二極管中的阻擋層薄，相應(yīng)的正向肖特基二極管中的阻擋層薄，相應(yīng)的正向?qū)妷汉头聪驌舸╇妷壕^導(dǎo)通電壓和反向擊穿電壓均較PNPN結(jié)低。結(jié)低。5 5光電二極管光電二極管 在光的照射下，某些半導(dǎo)體中受激發(fā)產(chǎn)生電子在光的照射下，某些半導(dǎo)體中受激發(fā)產(chǎn)生電子- -空穴對(duì)，改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。反之，在某些半空穴對(duì)，改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。反之，在某些半導(dǎo)體中，當(dāng)半導(dǎo)體中自由電子和空穴復(fù)合時(shí)，產(chǎn)生光導(dǎo)體中，當(dāng)半導(dǎo)體中自由電子和空穴復(fù)合時(shí)，產(chǎn)生光的輻射，且不同的半導(dǎo)體材料，會(huì)輻射出不同顏色的的輻射，且不同的半導(dǎo)體材料，會(huì)輻射出不同顏色的光。

35、例如，磷砷化鎵光。例如，磷砷化鎵(GaAsP(GaAsP) )發(fā)發(fā)紅紅光或光或黃黃光，磷化鎵光，磷化鎵(GaP(GaP) )發(fā)紅光或發(fā)紅光或綠綠光，氮化鎵光，氮化鎵(GaN(GaN) )發(fā)發(fā)藍(lán)藍(lán)光，砷化鎵光，砷化鎵(GaAs(GaAs) )發(fā)不可見(jiàn)的紅外光等。發(fā)不可見(jiàn)的紅外光等。 應(yīng)用應(yīng)用：利用上述光電轉(zhuǎn)換可以制成各種光電二極：利用上述光電轉(zhuǎn)換可以制成各種光電二極管，例如發(fā)光二極管、光敏二極管和光電耦合器等。管，例如發(fā)光二極管、光敏二極管和光電耦合器等。 （1 1）發(fā)光二極管）發(fā)光二極管發(fā)光二極管發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode (Light-Emitting Diode

36、，簡(jiǎn)，簡(jiǎn)寫為寫為 LEDLED) )是由電能轉(zhuǎn)換為光能的一種半導(dǎo)是由電能轉(zhuǎn)換為光能的一種半導(dǎo)體器件。體器件。特性特性：當(dāng)外加正偏電壓時(shí)，：當(dāng)外加正偏電壓時(shí)，P P型半導(dǎo)體接型半導(dǎo)體接電源的正極，電源的正極，N N型半導(dǎo)體接電源的負(fù)極，型半導(dǎo)體接電源的負(fù)極，N N區(qū)中的多數(shù)載流子電子注入?yún)^(qū)中的多數(shù)載流子電子注入P P區(qū)，并與其間區(qū)，并與其間的多數(shù)載流子空穴復(fù)合而發(fā)光。同理，的多數(shù)載流子空穴復(fù)合而發(fā)光。同理，P P區(qū)區(qū)中的多數(shù)載流子空穴注入中的多數(shù)載流子空穴注入N N區(qū)，并與其間的區(qū)，并與其間的電子復(fù)合而發(fā)光。電子復(fù)合而發(fā)光。發(fā)光二極管的伏安特性與普通二極管相似，它發(fā)光二極管的伏安特性與普通二極管

37、相似，它的正向?qū)妷涸诘恼驅(qū)妷涸?.35V1.35V到到2.5V2.5V之間，其最高反之間，其最高反向截止電壓約在向截止電壓約在3V3V與與6V6V之間。發(fā)光二極管之間。發(fā)光二極管的發(fā)光亮度隨通過(guò)的正向電流成正比地增加，的發(fā)光亮度隨通過(guò)的正向電流成正比地增加，但正向電流過(guò)大時(shí)，亮度的增加趨緩。發(fā)光二但正向電流過(guò)大時(shí)，亮度的增加趨緩。發(fā)光二極管的典型工作電流為極管的典型工作電流為10mA10mA。（2 2）光敏二極管）光敏二極管光敏二極管：光敏二極管：光能轉(zhuǎn)換為電能的一種半導(dǎo)體光能轉(zhuǎn)換為電能的一種半導(dǎo)體器件，它有一個(gè)能受到光輻射的器件，它有一個(gè)能受到光輻射的PNPN結(jié)。結(jié)。當(dāng)這樣的光子進(jìn)

38、入當(dāng)這樣的光子進(jìn)入PNPN結(jié)后，便會(huì)將它的能量結(jié)后，便會(huì)將它的能量賦給電子，而電子接受到足夠的能量后，就賦給電子，而電子接受到足夠的能量后，就能夠掙脫原子軌道的束縛，于是便成對(duì)地產(chǎn)能夠掙脫原子軌道的束縛，于是便成對(duì)地產(chǎn)生自由電子和空穴，它們將對(duì)流過(guò)生自由電子和空穴，它們將對(duì)流過(guò)PNPN結(jié)的電結(jié)的電流發(fā)生影響。流發(fā)生影響。這種作用過(guò)程稱為內(nèi)部的這種作用過(guò)程稱為內(nèi)部的光電效應(yīng)光電效應(yīng)。 圖圖1.1-39 1.1-39 光敏二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)光敏二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)圖圖1.1-40 1.1-40 光敏二極管的特性曲線光敏二極管的特性曲線光敏二極管工作在光敏二極管工作在反向偏置狀態(tài)反向偏置狀態(tài)，流，流過(guò)它的電流隨著照過(guò)它的電流隨著照度的增大而增大度的增大而增大,電電阻減少阻減少,它具有變阻它具有變阻特性。特性。（3 3）光電耦合器）光電耦合器 光電耦合器是由一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)光接光電耦合器是由一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)