廣東海洋大學(xué) 電路與電子學(xué) 上課課件 第4章1

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院NortheasternUniversity1.本課程的性質(zhì)2.特點(diǎn)3.研究?jī)?nèi)容4.教學(xué)目標(biāo)5.學(xué)習(xí)方法

前言6.成績(jī)?cè)u(píng)定

實(shí)驗(yàn)：20%平時(shí)：10%考試：70%7.教材

前言電路與電子學(xué)(第二版)劉淑英、蔡勝樂(lè)、王文輝主編電子工業(yè)出版社20028.參考書(shū)

童詩(shī)白主編，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》第三版，高教出版社

前言一些基本概念在電子技術(shù)中，被傳遞、加工和處理的信號(hào)可以分為兩大類(lèi)：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)：在時(shí)間上和幅度上都是連續(xù)變化的信號(hào)，稱(chēng)為模擬信號(hào)，例如正弦波信號(hào)、心電信號(hào)等。數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間和幅度上均不連續(xù)的信號(hào)。一些基本概念模擬電路：工作信號(hào)為模擬信號(hào)的電子電路。數(shù)字電路：工作信號(hào)為數(shù)字信號(hào)的電子電路。主要內(nèi)容半導(dǎo)體二極管和三極管放大電路基礎(chǔ)

功率放大電路集成運(yùn)算放大器負(fù)反饋放大電路信號(hào)的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路直流電源第4章半導(dǎo)體二極管和三極管

內(nèi)容主要有：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦园雽?dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)、工作原理、工作特性、參數(shù)半導(dǎo)體器件主要包括：半導(dǎo)體二極管（包括穩(wěn)壓管）三極管和場(chǎng)效應(yīng)管4.1PN結(jié)

1.半導(dǎo)體⑴半導(dǎo)體的物理特性物質(zhì)根據(jù)其導(dǎo)電性能分為

導(dǎo)體：導(dǎo)電能力良好的物質(zhì)。絕緣體：導(dǎo)電能力很差的物質(zhì)。半導(dǎo)體：是一種導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅、鍺、硒、砷化鎵及一些硫化物和氧化物。⑴半導(dǎo)體的物理特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力具有獨(dú)特的性質(zhì)。①溫度升高時(shí)，純凈的半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力顯著增加；②在純凈半導(dǎo)體材料中加入微量的“雜質(zhì)”元素，它的電導(dǎo)率就會(huì)成千上萬(wàn)倍地增長(zhǎng)；③純凈的半導(dǎo)體受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯提高。半導(dǎo)體為什么具有以上的導(dǎo)電性質(zhì)？⑵半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)

原子的組成：帶正電的原子核若干個(gè)圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電的電子且整個(gè)原子呈電中性。半導(dǎo)體器件的材料：硅（Silicon-Si）：四價(jià)元素，硅的原子序數(shù)是14，外層有4個(gè)電子。鍺（Germanium-Ge）：也是四價(jià)元素，鍺的原子序數(shù)是32，外層也是4個(gè)電子。

簡(jiǎn)化原子結(jié)構(gòu)模型如圖4-1(a)的簡(jiǎn)化形式。+4慣性核價(jià)電子圖4-1(a)硅和鍺的簡(jiǎn)化原子模型⑵半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)共價(jià)鍵:由相鄰兩個(gè)原子各拿出一個(gè)價(jià)電子組成價(jià)電子對(duì)所構(gòu)成的聯(lián)系。圖4-1(b)是晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的平面示意圖。⑵半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)

圖4-1(b)晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵⑵半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)

2.半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理

⑴本征半導(dǎo)體（IntrinsicSemiconductor）

純凈的、結(jié)構(gòu)完整的單晶半導(dǎo)體，稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。物質(zhì)導(dǎo)電能力的大小取決于其中能參與導(dǎo)電的粒子—載流子的多少。⑴本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體在絕對(duì)零度（T=0K相當(dāng)于T=－273℃）時(shí)，相當(dāng)于絕緣體。在室溫條件下，本征半導(dǎo)體便具有一定的導(dǎo)電能力。

半導(dǎo)體中的載流子自由電子空穴（Hole）

空穴和自由電子同時(shí)參加導(dǎo)電，是半導(dǎo)體的重要特點(diǎn)價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子的同時(shí)，在原來(lái)的共價(jià)鍵位置上留下了一個(gè)空位，這個(gè)空位叫做空穴?？昭◣д姾伞＂疟菊靼雽?dǎo)體在本征半導(dǎo)體中，激發(fā)出一個(gè)自由電子，同時(shí)便產(chǎn)生一個(gè)空穴。電子和空穴總是成對(duì)地產(chǎn)生，稱(chēng)為電子空穴對(duì)。半導(dǎo)體中共價(jià)鍵分裂產(chǎn)生電子空穴對(duì)的過(guò)程叫做本征激發(fā)（IntrinsicExcitation）。產(chǎn)生本征激發(fā)的條件：加熱、光照及射線照射。空穴是載流子嗎？⑴本征半導(dǎo)體動(dòng)畫(huà)空穴的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)上是價(jià)電子填補(bǔ)空穴而形成的。圖4-1(b)晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖BA空穴自由電子圖4-1(b)晶體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖+4+4+4+4+4+4+4+4+4C共價(jià)鍵⑴本征半導(dǎo)體由于空穴帶正電荷，且可以在原子間移動(dòng)，因此，空穴是一種載流子。半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)電子）和空穴載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)空穴），它們均可在電場(chǎng)作用下形成電流。⑴本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體由于熱激發(fā)而不斷產(chǎn)生電子空穴對(duì)，那么，電子空穴對(duì)是否會(huì)越來(lái)越多，電子和空穴濃度是否會(huì)越來(lái)越大呢？實(shí)驗(yàn)表明，在一定的溫度下，電子濃度和空穴濃度都保持一個(gè)定值。半導(dǎo)體中存在載流子的產(chǎn)生過(guò)程載流子的復(fù)合過(guò)程⑴本征半導(dǎo)體綜上所述：(1)半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子和空穴，電子帶負(fù)電，空穴帶正電。(2)本征半導(dǎo)體中，電子和空穴總是成對(duì)地產(chǎn)生，ni

=pi。(3)半導(dǎo)體中，同時(shí)存在載流子的產(chǎn)生和復(fù)合過(guò)程。⑵雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體的電導(dǎo)率很小，而且受溫度和光照等條件影響甚大，不能直接用來(lái)制造半導(dǎo)體器件。本征半導(dǎo)體的物理性質(zhì)：純凈的半導(dǎo)體中摻入微量元素，導(dǎo)電能力顯著提高。摻入的微量元素——“雜質(zhì)”。摻入了“雜質(zhì)”的半導(dǎo)體稱(chēng)為“雜質(zhì)”半導(dǎo)體。常用的雜質(zhì)元素三價(jià)的硼、鋁、銦、鎵五價(jià)的砷、磷、銻通過(guò)控制摻入的雜質(zhì)元素的種類(lèi)和數(shù)量來(lái)制成各種各樣的半導(dǎo)體器件。

雜質(zhì)半導(dǎo)體分為：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。⑵雜質(zhì)半導(dǎo)體①N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中加入微量的五價(jià)元素，可使半導(dǎo)體中自由電子濃度大為增加，形成N型半導(dǎo)體。摻入的五價(jià)雜質(zhì)原子占據(jù)晶格中某些硅（或鍺）原子的位置。如圖4-2所示。圖4-2N型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵摻入五價(jià)原子①N型半導(dǎo)體摻入五價(jià)原子占據(jù)Si原子位置在室溫下就可以激發(fā)成自由電子雜質(zhì)半導(dǎo)體中仍有本征激發(fā)產(chǎn)生的少量電子空穴對(duì)。自由電子的數(shù)目高，故導(dǎo)電能力顯著提高。把這種半導(dǎo)體稱(chēng)為N型半導(dǎo)體，其中的電子稱(chēng)為多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)多子），空穴稱(chēng)為少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)少子）。在N型半導(dǎo)體中自由電子數(shù)等于正離子數(shù)和空穴數(shù)之和，自由電子帶負(fù)電，空穴和正離子帶正電，整塊半導(dǎo)體中正負(fù)電荷量相等，保持電中性。

①N型半導(dǎo)體②P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中加入微量的三價(jià)元素，可使半導(dǎo)體中的空穴濃度大為增加，形成P型半導(dǎo)體?？瘴籄圖4-3P型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖+4+4+4+4+4+3+4+4+4共價(jià)鍵空位吸引鄰近原子的價(jià)電子填充，從而留下一個(gè)空穴。在P型半導(dǎo)體中，空穴數(shù)等于負(fù)離子數(shù)與自由電子數(shù)之和，空穴帶正電，負(fù)離子和自由電子帶負(fù)電，整塊半導(dǎo)體中正負(fù)電荷量相等，保持電中性。綜上所述：(1)本征半導(dǎo)體中加入五價(jià)雜質(zhì)元素，便形成N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子，此外還有不參加導(dǎo)電的正離子。(2)本征半導(dǎo)體中加入三價(jià)雜質(zhì)元素，便形成P型半導(dǎo)體。其中空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子，此外還有不參加導(dǎo)電的負(fù)離子。(3)雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子濃度決定于雜質(zhì)濃度，少子由本征激發(fā)產(chǎn)生，其濃度與溫度有關(guān)。⑶載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)①漂移運(yùn)動(dòng)（DriftMovement）

有電場(chǎng)力作用時(shí)，電子和空穴便產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流稱(chēng)為漂移電流。②擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由于濃度差而引起的定向運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)（DiffusionMovement），載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱(chēng)為擴(kuò)散電流。擴(kuò)散是由濃度差引起的，所以擴(kuò)散電流的大小與載流子的濃度梯度成正比。3.PN結(jié)的形成

PN結(jié)：是指在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界處形成的空間電荷區(qū)。PN結(jié)是構(gòu)成多種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。

二極管的核心是一個(gè)PN結(jié)；三極管中包含了兩個(gè)PN結(jié)。濃度差引起載流子的擴(kuò)散。3.PN結(jié)的形成擴(kuò)散的結(jié)果形成自建電場(chǎng)?？臻g電荷區(qū)也稱(chēng)作“耗盡區(qū)”

“勢(shì)壘區(qū)”

自建電場(chǎng)阻止擴(kuò)散，加強(qiáng)漂移。動(dòng)態(tài)平衡。擴(kuò)散=漂移3.PN結(jié)的形成

動(dòng)畫(huà)4.PN結(jié)的特性

⑴PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

①PN結(jié)外加正向電壓如圖所示，電源的正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)，這種接法叫做PN結(jié)加正向電壓或正向偏置。動(dòng)畫(huà)①PN結(jié)外加正向電壓PN結(jié)外加正向電壓時(shí)（P正、N負(fù)），空間電荷區(qū)變窄。不大的正向電壓，產(chǎn)生相當(dāng)大的正向電流。外加電壓的微小變化，擴(kuò)散電流變化較大。

②PN結(jié)外加反向電壓如圖所示，電源的正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)，這種接法叫做PN結(jié)加反向電壓或反向偏置。②

PN結(jié)外加反向電壓

流過(guò)PN結(jié)的電流主要是少子的漂移決定的，稱(chēng)為PN結(jié)的反向電流。PN結(jié)的反向電流很小，而且與反向電壓的大小基本無(wú)關(guān)。PN結(jié)表現(xiàn)為很大的電阻，稱(chēng)之截止。PN結(jié)加反向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)變寬，自建電場(chǎng)增強(qiáng)，多子的擴(kuò)散電流近似為零。反向電流很小，它由少數(shù)載流子形成，與少子濃度成正比。少子的值與外加電壓無(wú)關(guān)，因此反向電流的大小與反向電壓大小基本無(wú)關(guān)，故稱(chēng)為反向飽和電流。溫度升高時(shí)，少子值迅速增大，所以PN結(jié)的反向電流受溫度影響很大。②PN結(jié)外加反向電壓

結(jié)論：PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕篜N結(jié)加正向電壓產(chǎn)生大的正向電流，PN結(jié)導(dǎo)電。PN結(jié)加反向電壓產(chǎn)生很小的反向飽和電流，近似為零，PN結(jié)不導(dǎo)電。⑵PN結(jié)的伏安特性定量描繪PN結(jié)兩端電壓和流過(guò)結(jié)的電流的關(guān)系的曲線——PN結(jié)的伏安特性。根據(jù)理論分析，PN結(jié)的伏安特性方程為外加電壓流過(guò)PN結(jié)的電流電子電荷量q=1.6×10-19C反向飽和電流絕對(duì)溫度(K)玻耳茲曼常數(shù)k=1.38×10-23J/K自然對(duì)數(shù)的底⑵

PN結(jié)的伏安特性

令

在常溫下，T=300K，

則當(dāng)U大于UT數(shù)倍即正向電流隨正向電壓的增加以指數(shù)規(guī)律迅速增大。⑵

PN結(jié)的伏安特性

外加反向電壓時(shí)，U為負(fù)值，當(dāng)|U|比UT大幾倍時(shí)，

I≈IS即加反向電壓時(shí)，PN結(jié)只流過(guò)很小的反向飽和電流。⑵

PN結(jié)的伏安特性

曲線OD段表示PN結(jié)正向偏置時(shí)的伏安特性，稱(chēng)為正向特性；曲線OB段表示PN結(jié)反向偏置時(shí)的伏安特性，稱(chēng)為反向特性。U（mV）I（mA）0圖4-5PN結(jié)的理論伏安特性DT=25℃B-IS（V）0.255075100(uA)0.511.52畫(huà)出PN結(jié)的理論伏安特性曲線。⑶PN結(jié)的反向擊穿加大PN結(jié)的反向電壓到某一值時(shí)，反向電流突然劇增，這種現(xiàn)象稱(chēng)為PN結(jié)擊穿，發(fā)生擊穿所需的電壓稱(chēng)為擊穿電壓，如圖所示。

反向擊穿的特點(diǎn)：反向電壓增加很小，反向電流卻急劇增加。UBRU（V）I（mA）0圖4-6PN結(jié)反向擊穿①雪崩擊穿由倍增效應(yīng)引起的擊穿。當(dāng)PN結(jié)外加的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，空間電荷數(shù)目較多，自建電場(chǎng)很強(qiáng)，使流過(guò)PN結(jié)的少子漂移速度加快，可獲得足夠大的動(dòng)能，它們與PN結(jié)中的中性原子碰撞時(shí)，能把價(jià)電子從共價(jià)建中碰撞出來(lái)，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)。雪崩擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度較低的PN結(jié)中。②齊納擊穿強(qiáng)電場(chǎng)破壞共價(jià)健引起的。齊納擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度較高的PN結(jié)中。雪崩擊穿和齊納擊穿均為電擊穿。⑷PN結(jié)的電容效應(yīng)除了單向?qū)щ娦灾?，PN結(jié)還存在電容效應(yīng)。①勢(shì)壘電容CB多子的充放電引起的。是指外加電壓的變化導(dǎo)致空間電荷區(qū)存儲(chǔ)電荷的變化，從而顯示出電容效應(yīng)。幾皮法~幾百皮法。②擴(kuò)散電容CD多子的積累引起的。是指PN結(jié)兩側(cè)積累的非平衡載流子數(shù)量隨外加電壓改變所產(chǎn)生的電容效應(yīng)。⑷

PN結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)的電容很小，是針對(duì)高頻交流小信號(hào)而考慮。PN結(jié)反向工作時(shí)，勢(shì)壘電容起主要作用，正向工作時(shí)擴(kuò)散電容起主要作用。PN結(jié)的面積增大時(shí)，PN結(jié)的電容也增大。4.2半導(dǎo)體二極管1.半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類(lèi)。(1)點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(a)點(diǎn)接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖1.半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(c)平面型往往用于集成電路制造中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。

(3)平面型二極管

(2)面接觸型二極管(4)二極管的代表符號(hào)(b)面接觸型陽(yáng)極陰極半導(dǎo)體二極管圖片半導(dǎo)體二極管圖片半導(dǎo)體二極管圖片2.二極管的伏安特性

二極管的伏安特性的測(cè)出。VmAVDRRW（a）測(cè)正向特性VmAVDRRW（b）測(cè)反向特性2.二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線可用下式表示(a)二極管理論伏安特性CDoBAUBRuDiD（b）2CP10-20的伏安特性曲線iD（mA）uD（V）012-100-20020406080-20-10-30（uA）75℃20℃（c）2AP15的伏安特性曲線iD（mA）uD（V）00.4-40-80204080-0.2-0.1-0.3600.8①正向特性死區(qū)電壓：硅管0.5V鍺管0.1V線性區(qū)：硅管0.6V～1V鍺管0.2V～0.5V對(duì)溫度變化敏感：溫度升高→正向特性曲線左移溫度每升高1℃→正向壓降減小約2mV。2.二極管的伏安特性(a)二極管理論伏安特性正向特性CDoBAUBRuDiD2.二極管的伏安特性②反向特性反向電流：很小。硅管0.1微安鍺管幾十個(gè)微安受溫度影響大：溫度每升高10℃→反向電流增加約1倍。③反向擊穿特性反向擊穿UBR:幾十伏以上。(a)二極管理論伏安特性反向擊穿特性CDoBAUBRuDiD反向特性3.二極管的主要參數(shù)最大整流電流IF最大反向工作電壓UR

反向電流IR最高工作頻率fM4.二極管的等效電路及應(yīng)用

二極管特性曲線的非線性，給二極管電路的分析帶來(lái)一定困難。為了簡(jiǎn)化分析，常常要做一些近似處理，可用某些線性電路元件來(lái)等效二極管，畫(huà)出二極管的等效電路。最常用的近似方法有二種。⑴理想二極管等效電路uDiDoDK理想二極管等效電路如果二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于和它串聯(lián)的電壓，二極管截止時(shí)的反向電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于與之并聯(lián)的電流，則可以忽略二極管的正向壓降和反向電流，把二極管理想化為一個(gè)開(kāi)關(guān)，如圖所示。⑵考慮正向壓降的等效電路在二極管充分導(dǎo)通且工作電流不是很大時(shí)，二極管的正向壓降UD變化不大（例如硅管約為0.6~0.8V），因此近似認(rèn)為二極管正向?qū)〞r(shí)有一個(gè)固定的管壓降UD（硅管取0.7V，鍺管取0.2V），于是可用一固定電壓源來(lái)等效正向?qū)ǖ亩O管。當(dāng)外加電壓U<UD時(shí)，二極管不通，電流為零，相當(dāng)于開(kāi)路。圖中畫(huà)出了這種近似等效電路。

uDiDoDUD⑵考慮正向壓降的等效電路考慮正向壓降的等效電路KUD⑶二極管電路的分析方法二極管電路有兩種基本分析方法。圖解法，其做法為：利用二極管伏安特性曲線，用做負(fù)載線的方法來(lái)分析電路。計(jì)算分析法，其做法為：根據(jù)不同的條件利用二極管的等效電路來(lái)近似分析和計(jì)算電路。這種方法簡(jiǎn)便易行，誤差較小，是常用的分析方法。下面將結(jié)合例子來(lái)說(shuō)明各種分析方法。由于二極管具有單向?qū)щ娦?，因此利用它可以進(jìn)行交流電到直流電的轉(zhuǎn)換。這樣的電路叫整流電路(RectifierCircuits)。圖(a)就是一個(gè)實(shí)用的單相橋式全波整流電路，常應(yīng)用于直流穩(wěn)壓電源中。四個(gè)二極管Dl~D4接成電橋形式。設(shè)交流電源u為：

u

π2π3π4πtwouo+_u+_RLD4D2D1D3ioAB（a）⑶二極管電路的分析方法動(dòng)畫(huà)在一般整流電路中，交流電壓幅值Um都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二極管的正向壓降UD，因此常近似為UD

=0，可以用理想二極管等效電路來(lái)分析電路的工作原理。當(dāng)交流電源u>0時(shí)，二極管Dl、D3導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合；D2、D4截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，如圖(b)所示。因此輸出電壓uO=u。uo+_u+_RLD4D2D1D3ioAB（a）uuo+_RLD4D2D1D3ioAB（b）+-⑶二極管電路的分析方法當(dāng)u<0時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，Dl、D3截止，如圖(c)所示。因此uO=-u。uo+_u+_RLD4D2D1D3ioAB（a）uou+_RLD4D2D1D3ioAB（c）+-⑶二極管電路的分析方法這樣無(wú)論在交流電源u的正半周還是負(fù)半周，負(fù)載RL兩端的輸出電壓uO始終是上正下負(fù)；RL電阻中的輸出電流iO始終是由A點(diǎn)流向B點(diǎn)。對(duì)應(yīng)于交流電源u的波形可以畫(huà)出uO，iO及二極管中的電流iD的波形如圖(d)所示。

u

π2π3π4πtwo

uo（io）

π2π3π4πtwo

iD

π2π3π4πtwo

iD1iD3

iD2iD4

（d）⑶二極管電路的分析方法那么橋式全波整流輸出電壓uO的平均值UO（即直流成分）為：

式中U為交流電源u的有效值。負(fù)載電阻RL中流過(guò)的電流iO的平均值IO為⑶二極管電路的分析方法從前圖中顯見(jiàn)每個(gè)二極管都只在交流電源的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，所以流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流ID均為IO的一半。即從圖

(b)、(c)中可見(jiàn)，每個(gè)二極管在截止時(shí)，它的兩端承受的最大反向電壓就是交流電源電壓u的峰值。記為⑶二極管電路的分析方法那么，設(shè)計(jì)選擇二極管時(shí)必須滿足下列條件：如果要精確考慮二極管的正向壓降及導(dǎo)通時(shí)的正向電阻、截止時(shí)的反向電阻的影響，那么圖

(d)中的波形還要進(jìn)行修正。⑶二極管電路的分析方法圖(a)是一個(gè)二極管組成的限幅電路(ClippingCircuit)。這種電路常用于有選擇地傳輸信號(hào)波形的一部分，所傳輸?shù)牟ㄐ尾糠痔幵陔娐吩O(shè)定的參考電壓以上或以下。DURRuou++––（a）⑶二極管電路的分析方法uo電路中u為交流正弦電壓信號(hào)。UR為直流參考電壓源。D為普通二極管?，F(xiàn)在用考慮正向壓降的二極管等效電路來(lái)分析電路的工作情況。若D為硅管，則正向?qū)▔航礥D=0.7V。從而得到圖(b)的等效電路。DURRuou++––（a）kURRuou++––（b）UD⑶二極管電路的分析方法從圖(b)的等效電路可見(jiàn)，當(dāng)u>0且u>UR+UD時(shí)，二極管D導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)閉合，輸出電壓UO=UR十UD。當(dāng)u<UR+UD時(shí)，二極管D截止，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，輸出電壓uO=u。kURRuou++––（b）UD⑶二極管電路的分析方法畫(huà)出uO的波形。電路將輸出電壓限制在UR+UD以下，可以采用理想二極管等效電路來(lái)進(jìn)行分析，那么uO的波形將近似在UR電壓以上削頂。kURRuou++––（b）UDuo（c）UR+UD⑶二極管電路的分析方法5.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管亦稱(chēng)齊納二極管(ZenerDiodes)，與一般二極管不同之處是它正常工作在PN結(jié)的反向擊穿區(qū)。因其具有穩(wěn)定電壓作用，故稱(chēng)為穩(wěn)壓管（VoltageRegulators）。

穩(wěn)壓管的符號(hào)和特性曲線如圖所示。5.穩(wěn)壓二極管它的伏安特性與二極管基本相同，只是穩(wěn)壓管正常工作時(shí)是利用特性曲線的反向擊穿區(qū)。電流改變而電壓基本不變的特性稱(chēng)為穩(wěn)壓特性，穩(wěn)壓管就是利用這一特性工作的。UIOUZIZUZIZIZM（b）陰極陽(yáng)極（a）穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：

穩(wěn)定電壓UZUZ是穩(wěn)壓管反向擊穿后的穩(wěn)定工作電壓值。例如穩(wěn)壓管2CWl的穩(wěn)定電壓是7~8.5V。由于工藝上的困難，同一型號(hào)的管子，穩(wěn)定電壓值有一定的分散性，就是說(shuō)，同樣都是2CWl型的管子，一個(gè)穩(wěn)定電壓是7V，而另一個(gè)卻可能是8.5V。5.穩(wěn)壓二極管動(dòng)態(tài)電阻rZrZ是穩(wěn)壓管在穩(wěn)定工作范圍內(nèi)管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流變化量之比即rZ越小，表示穩(wěn)壓作用越好。一個(gè)穩(wěn)壓管rZ的大小與工作電流有關(guān)，工作電流越大，rZ越小。5.穩(wěn)壓二極管如圖是2CWl的rZ隨工作電流變化的曲線。由圖可見(jiàn)，當(dāng)I=2mA時(shí)，rZ=4.5Ω；I=5mA時(shí)，rZ

=2.2Ω；I>5mA時(shí)，rZ繼續(xù)下降，但變化不很明顯。I(mA)04812164812rZ(Ω)2CW1穩(wěn)壓管rZ—I曲線5.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)定電流IZ是穩(wěn)壓管工作時(shí)的參考電流數(shù)值，手冊(cè)上給出的穩(wěn)定電壓和動(dòng)態(tài)電阻都是指在這個(gè)電流下的值。工作電流若小于穩(wěn)定電流IZ，則rZ增大，穩(wěn)壓性能較差；工作電流若大于穩(wěn)定電流，rZ減小，穩(wěn)壓性能較好，但是要注意管子的功率損耗不要超出允許值。

5.穩(wěn)壓二極管額定功耗PZMPZM是由管子允許溫升限定的最大功率損耗。如果已知管子的穩(wěn)定電壓值，那么額定功耗除以穩(wěn)定電壓就是該穩(wěn)壓管允許的最大穩(wěn)定電流IZM=PZM/UZ。超過(guò)這個(gè)電流使用，就可能損壞管子。例如2CWl的額定功耗PZM=280mW，UZ

=8.5V，則最大穩(wěn)定電流IZM=280/8.5≈33mA。5.穩(wěn)壓二極管電壓溫度系數(shù)溫度變化1℃時(shí)，穩(wěn)定電壓變化的百分?jǐn)?shù)，定義為電壓溫度系數(shù)。它是表示穩(wěn)壓管溫度穩(wěn)定性的參數(shù)。例如2CWl的電壓溫度系數(shù)是0.07%/℃，假設(shè)20℃時(shí)穩(wěn)定電壓UZ=8V，那么50℃時(shí)穩(wěn)壓值將為5.穩(wěn)壓二極管電壓溫度系數(shù)越小，溫度穩(wěn)定性越好。通常，穩(wěn)定電壓UZ低于4V的管子，溫度系數(shù)是負(fù)的（齊納擊穿），高于6V的管子，溫度系數(shù)是正的（雪崩擊穿），而穩(wěn)定電壓在4V~6V左右的管子，溫度系數(shù)最小，接近于零。所以，要求溫度穩(wěn)定性較高的場(chǎng)合常選用6V左右的管子。

5.穩(wěn)壓二極管為了制造溫度系數(shù)小的管子，可采取溫度補(bǔ)償措施。例如2DW7系列的穩(wěn)壓管就是這種管子，它是由二個(gè)穩(wěn)壓值相同的管子反向串聯(lián)起來(lái)的，如圖所示。123具有溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓管圖工作時(shí)一個(gè)管子處于正向，有負(fù)溫度系數(shù)，另一個(gè)管子處于反向，有正溫度系數(shù)，二者互相補(bǔ)償，將1、2兩端的電壓溫度系數(shù)減到很小的程度。5.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管的應(yīng)用電路為了限制穩(wěn)壓管擊穿以后的電流，使用時(shí)必須在電路中串聯(lián)電阻如圖所示。RzUzDzI+-U+-穩(wěn)壓管電路5.穩(wěn)壓二極管U<UZ時(shí)，穩(wěn)壓管未擊穿，電路不通。U>UZ時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿必須適當(dāng)選擇R值，使得I<IZM。R稱(chēng)為限流電阻。

RzUzDzI+-U+-穩(wěn)壓管電路5.穩(wěn)壓二極管在不需考慮穩(wěn)壓管的電壓變化量的情況下，可以采用圖(a)所示的近似特性曲線（粗實(shí)線）和圖(b)穩(wěn)壓管電路等效電路。uiOUZ（a）KUZ（b）5.穩(wěn)壓二極管在只考慮穩(wěn)壓管擊穿穩(wěn)壓時(shí)，電壓的變化量△U，與電流變化量地之間關(guān)系時(shí)，可以采用圖(c)所示的微變等效電路，即用動(dòng)態(tài)電阻rZ來(lái)等效穩(wěn)壓管，從而分析變化量之間的關(guān)系。