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1、第五章半导体二极管和三极管第1页，共91页，编辑于2022年，星期三第第5章章 半导体器件基础与二极管电路半导体器件基础与二极管电路本章要求：本章要求：一、理解一、理解一、理解一、理解PNPN结的单向导电性，三极管的电流分配和结的单向导电性，三极管的电流分配和结的单向导电性，三极管的电流分配和结的单向导电性，三极管的电流分配和 电流放大作用；电流放大作用；电流放大作用；电流放大作用；二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工 作原理和特性曲线，理解主要参数的意义
2、；作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。第2页，共91页，编辑于2022年，星期三 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过对电路进行
3、分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。分追究精确的数值。分追究精确的数值。分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、RC RC 的值有误差、工的值有误差、工的值有误差、工的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标
4、和正对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。目的在于应用。第3页，共91页，编辑于2022年，星期三5.1 半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电
5、能力明显改变能力明显改变能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化 (可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极
6、管等)。热敏性：热敏性：热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强第4页，共91页，编辑于2022年，星期三5.1.1 本征半导体本征半导体 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。导体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价
7、键中的两个电子，称为价电子价电子。Si Si Si Si价电子价电子第5页，共91页，编辑于2022年，星期三 Si Si Si Si价电子价电子 价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，（温度升高或受光照）后，（温度升高或受光照）后，（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成即可挣脱原子核的束缚，成即可挣脱原子核的束缚，成即可挣脱原子核的束缚，成为为为为自由电子自由电子自由电子自由电子（带负电），同时（带负电），同时（带负电），同时（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为共价键中留下一个空位，称为共价键中留下一个空位，称
8、为共价键中留下一个空位，称为空穴空穴空穴空穴（带正电）（带正电）（带正电）（带正电）。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发这一现象称为本征激发。空穴空穴 温度愈高，晶体中产生的温度愈高，晶体中产生的温度愈高，晶体中产生的温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子便愈多。自由电子便愈多。自由电子便愈多。自由电子自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴
9、，其结果相当于空穴的补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。运动（相当于正电荷的移动）。运动（相当于正电荷的移动）。运动（相当于正电荷的移动）。第6页，共91页，编辑于2022年，星期三本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流电流
10、电流电流 (1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流电子电流电子电流 (2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流注意：注意：(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就愈好。愈好。愈好。愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电
11、子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。第7页，共91页，编辑于2022年，星期三5.1.2N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体 掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成量增加，自由电子导电成量增加，自由电子导电成量增加，自由电子导电成为这
12、种半导体的主要导电为这种半导体的主要导电为这种半导体的主要导电为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或方式，称为电子半导体或方式，称为电子半导体或方式，称为电子半导体或N型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可变在常温下即可变为自由电子为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质形成杂质形成杂质形
13、成杂质半导体。半导体。半导体。半导体。在在N N 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中自由电子是多自由电子是多自由电子是多自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。数载流子，空穴是少数载流子。数载流子，空穴是少数载流子。数载流子，空穴是少数载流子。第8页，共91页，编辑于2022年，星期三5.1.2N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体 掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称
14、为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或 P P型半导型半导体。体。掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在在在 P P 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中空穴是多数空穴是多数空穴是多数空穴是多数载流子，自由电子是少数载流载流子，自由电子是少数载流载流子，自由电子是少数载流载流子，自由电子是少数载流子。子。子。子。B硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴无论无论无论无论N N型或型或型或型或P P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型
15、半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。第9页，共91页，编辑于2022年，星期三 1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。2.2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度）有关。温度）有关。3.3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 （a.减少、减少
16、、减少、减少、b.b.不变、不变、不变、不变、c.增多）。增多）。增多）。增多）。a ab bc c 4.4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P P 型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是 ，N N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。（a.电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）空穴电流）空穴电流）b ba第10页，共91页，编辑于2022年，星期三5.2PN结结5.2.1 PN PN结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P P 型半导体型半导体型半导体型半导体N N 型半导体型半导体型半导体型半导体
17、 内电场越强，漂移运动越内电场越强，漂移运动越内电场越强，漂移运动越内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变强，而漂移使空间电荷区变强，而漂移使空间电荷区变强，而漂移使空间电荷区变薄。薄。薄。薄。扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 扩散和漂移这扩散和漂移这扩散和漂移这扩散和漂移这一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平衡，空间电荷区衡，空间电荷区衡，空间电荷区衡，空间电荷区的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。+形成空间电荷区形成
18、空间电荷区第11页，共91页，编辑于2022年，星期三5.2.2PN结的单向导电性结的单向导电性1.PN1.PN结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF 内电场被内电场被内电场被内电场被削弱，多子削弱，多子削弱，多子削弱，多子的扩散加强，的扩散加强，的扩散加强，的扩散加强，形成较大的形成较大的形成较大的形成较大的扩散电流。扩散电流。扩散电流。扩散电流。PN PN 结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结变窄，正向电流较大，结变窄，正向电流较大，结变窄，正向电流较大，结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，正向电阻较小，正向电阻
19、较小，正向电阻较小，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+第12页，共91页，编辑于2022年，星期三2.PN结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 内电场内电场内电场内电场P PN N+第13页，共91页，编辑于2022年，星期三PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽2.PN2.PN结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 内电场被加强，内电场被加强，少子的漂移加强少子的漂移加
20、强，由于少子数量，由于少子数量很少，形成很小很少，形成很小的反向电流。的反向电流。IR P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 +PN 结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，反向电结变宽，反向电流较小，反向电结变宽，反向电流较小，反向电结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，阻较大，阻较大，阻较大，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+PNPN结正偏，导通；反偏，截止。结正偏，导通；反偏，截止。结正偏，导通；反偏，截止。结正偏，导通；反偏，截止。第14页，共
21、91页，编辑于2022年，星期三5.3 半导体二极管半导体二极管5.3.1基本结构基本结构(a)点接触型点接触型点接触型点接触型(b)(b)面接触型面接触型面接触型面接触型 结面积小、结面积小、结电容小、正结电容小、正向电流小。用向电流小。用于检波和变频于检波和变频等高频电路。等高频电路。结面积大、结面积大、结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、结电容大，用结电容大，用结电容大，用结电容大，用于工频大电流于工频大电流于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。整流电路。整流电路。(c)(c)平面型平面型平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。
22、用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小，用于结结面积可大可小，用于结结面积可大可小，用于结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。高频整流和开关电路中。高频整流和开关电路中。高频整流和开关电路中。第15页，共91页，编辑于2022年，星期三阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a )点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b )面接触型面接触型图图 1 12
23、 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 5.3 半导体二极管半导体二极管二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D第16页，共91页，编辑于2022年，星期三5.3.2伏安特性伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管锗管锗管0.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降 外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。外加电压大于反向击穿外加电压大于反向击穿外加电压大于反向击穿外加电压大于反向击穿电
24、压二极管被击穿，失去电压二极管被击穿，失去电压二极管被击穿，失去电压二极管被击穿，失去单向导电性。单向导电性。单向导电性。单向导电性。正向特性正向特性反向特性反向特性特点：非线性特点：非线性特点：非线性特点：非线性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V锗锗锗锗0 0.20.3VUI死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持常数。常数。第17页，共91页，编辑于2022年，星期三5.3.3主要参数主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 IOMOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向
25、平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。电流。电流。电流。2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWMRWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二。二极管击穿后的一半或三分之二。二极管击穿后的一半或三分之二。二极管击穿后的一半或三分之二。二极管击
26、穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.3.反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流IRMRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，流大，说明管子的单向导电性差，流大，说明管子的单向导电性差，流大，说明管子的单向导电性差，I IRM受温度的影响，温受温度的影响，温受温度的影响，温受温度的影响，温度越高反向电流越
27、大。硅管的反向电流较小度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电锗管的反向电锗管的反向电锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。流较大，为硅管的几十到几百倍。流较大，为硅管的几十到几百倍。流较大，为硅管的几十到几百倍。第18页，共91页，编辑于2022年，星期三二极管的型号命名及含义：二极管的型号命名及含义：2AP92AP91.2.2 1.2.2 半导体二极管的使用常识半导体二极管的使用常识2CW562CW56N N型锗材料型锗材料普通二极管普通二极管N N型硅材料型硅材料稳压二极管稳压二极管2 C Z 5
28、2 A 规格号规格号序号序号整流管整流管N型硅材料型硅材料二极管二极管第19页，共91页，编辑于2022年，星期三二极管的简单测试二极管的简单测试二极管的简单测试二极管的简单测试 将红、黑表笔分别接二极管两端将红、黑表笔分别接二极管两端。所测。所测电阻小时电阻小时，黑表笔接触处黑表笔接触处为正极为正极，红表笔接触处为负极红表笔接触处为负极。1.判别正负极性判别正负极性万用表测试条件：万用表测试条件：R100或或R1k；万用表测试条件：万用表测试条件：R1k1k。2.2.判别好坏判别好坏(3)(3)若正向电阻约几千欧姆，反向电阻非常大，二极管正常。若正向电阻约几千欧姆，反向电阻非常大，二极管正常
29、。(2)(2)若正反向电阻非常大，二极管开路。若正反向电阻非常大，二极管开路。(1)(1)若正反向电阻均为零，二极管短路；若正反向电阻均为零，二极管短路；第20页，共91页，编辑于2022年，星期三小结：二极管小结：二极管的单向导电性的单向导电性1.1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，）时，）时，）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正
30、二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。向电流较大。向电流较大。向电流较大。2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正正正正）时，）时，）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。大，反向电流很小。大，反向电流很小。大，反向电流很小。3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反
31、向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。去单向导电性。4.4.4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。愈大。愈大。愈大。第21页，共91页，编辑于2022年，星期三 二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0.60.7V锗锗0.20.3V 分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位
32、将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压的高低或所加电压U UD D的正负。的正负。的正负。的正负。若若若若 V V阳阳阳阳 VV阴阴阴阴或或或或 U UD D为正为正为正为正(正向偏置正向偏置)，二极管导通，二极管导通，二极管导通，二极管导通若若若若 V V阳阳阳阳 VVV阴阴阴阴 二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB=6V6V否则，否则，否则，否则，U UABAB低于低于低于低于6V6V一个管压
33、降，为一个管压降，为6.36.3或或或或6.7V6.7V例例1：取取取取 B B 点作参考点，断点作参考点，断点作参考点，断点作参考点，断开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。D6V12V3k BAUAB+第23页，共91页，编辑于2022年，星期三两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取取取 B B 点作参考点，断开二
34、极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。V V1阳阳阳阳 =6 V，V V2 2阳阳阳阳=0 V=0 V，V V1 1阴阴阴阴 =V V2 2阴阴=12 V12 VUD1D1=6V=6V，UD2D2=12V=12V U UD2D2 U UD1D1 D2 2 优先导通，优先导通，优先导通，优先导通，D1截止。截止。截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB =0 V=0 V例例2:D1 1承受反向电压
35、为承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为6 V6 V流过流过流过流过 D D2 的电流为的电流为的电流为的电流为求：求：U UABAB 在这里，在这里，在这里，在这里，D D2 2 起钳起钳起钳起钳位作用，位作用，位作用，位作用，D1 1起隔离起隔离起隔离起隔离作用。作用。作用。作用。BD16V12V3k AD2UAB+第24页，共91页，编辑于2022年，星期三u ui i 8V 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 u uo o=8V=8V ui i 8V，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作
36、开路，二极管截止，可看作开路 u uo o=u ui i已知：已知：二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 uo 波形。波形。8V8V例例例例3 3：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：整流、检波、整流、检波、整流、检波、整流、检波、限幅、钳位、开限幅、钳位、开限幅、钳位、开限幅、钳位、开关、元件保护、关、元件保护、关、元件保护、关、元件保护、温度补偿等。温度补偿等。温度补偿等。温度补偿等。ui18V参考点参考点参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 V8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i+第25页，共91页，编辑于2022年，星期三5.3.4
37、 整流电路整流电路一、半波整流一、半波整流 tO 2 3 u2 tO 2 3 uO tO 2 3 iD=iO tO 2 3 uDRL220 V+uu2iD+uD第26页，共91页，编辑于2022年，星期三V3RLV4V2V1u1u2ioRLV4V3V2V1+uo u2u1二、桥式整流二、桥式整流输入正半周输入正半周1.1.工作原理工作原理输入负半周输入负半周+uo 第27页，共91页，编辑于2022年，星期三2.波形波形 tO tO tO tO 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uOu2uDiD=iOEWB演示第28页，共91页，编辑于2022年，星期三3.参数估算参数估算1)整流输出电压
38、平均值整流输出电压平均值2)二极管平均电流二极管平均电流3)二极管最大反向压二极管最大反向压 to to to to 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uOu2uDiD=iO第29页，共91页，编辑于2022年，星期三5.4 二极管应用二极管应用5.4.1 整流整流 所谓整流，就是将交流电变为单方向脉动的直流电。整流电路所谓整流，就是将交流电变为单方向脉动的直流电。整流电路是二极管的主要应用领域之一。利用二极管的单向导电性可组成是二极管的主要应用领域之一。利用二极管的单向导电性可组成单相、三相等各种形式的整流电路，然后再经过滤波、稳压，便单相、三相等各种形式的整流电路，然后再经过滤波、稳压
39、，便可获得平稳的直流稳压电源。可获得平稳的直流稳压电源。5.4.2 检波检波就原理而言，从输入信号中取出调制信号是检波，以整流电流的大小就原理而言，从输入信号中取出调制信号是检波，以整流电流的大小(100mA)作为界限，通常把输出电流小于作为界限，通常把输出电流小于100mA的叫检波。的叫检波。动画演示第30页，共91页，编辑于2022年，星期三5.4.3钳位电路钳位电路将输出电压钳制在一定数值上将输出电压钳制在一定数值上。二极管二极管D1两两端电位差大端电位差大而优先导通而优先导通UF=0.7VU0=钳制在钳制在4.3V第31页，共91页，编辑于2022年，星期三ui2.二极管钳位电路二极管
40、钳位电路 钳位电路是一种能改变信号的直流电压成分的电路，下图是钳位电路是一种能改变信号的直流电压成分的电路，下图是一个简单的二级管钳位电路的例子。一个简单的二级管钳位电路的例子。uc=2.5Vuo设输入信号设输入信号ui为幅度为幅度+2.5V的方波信号，的方波信号，ui2.5V-2.5V当当ui0时，时，D截止，截止，iD=0，回路无法放电，回路无法放电，使电容使电容C的电压保持的电压保持uc=ui=2.5V，而输出电，而输出电压：压：uo=ui+uc=ui+2.5V=5VVo5V第32页，共91页，编辑于2022年，星期三5.4.4限幅限幅利用二极管正向导通后其两端电压很小且基本不变的特性，
41、可以构成各利用二极管正向导通后其两端电压很小且基本不变的特性，可以构成各种限幅电路，使输出电压幅度限制在某一电压值内。种限幅电路，使输出电压幅度限制在某一电压值内。限制输出电压正半周幅度的限幅电路限制输出电压正半周幅度的限幅电路第33页，共91页，编辑于2022年，星期三5.4.5 元件保护元件保护在电子线路中在电子线路中，常用二极管来保护其他元器件免受过高电压的损，常用二极管来保护其他元器件免受过高电压的损害，在如图所示的电路中，害，在如图所示的电路中，L和和R是线圈的电感和电阻。是线圈的电感和电阻。二极管保护电路二极管保护电路第34页，共91页，编辑于2022年，星期三【例例1】画出二极管
42、电路的输出波形（设画出二极管电路的输出波形（设UD=0.7V）。0.7V0.7V-3V二极管限幅二极管限幅第35页，共91页，编辑于2022年，星期三例例2 ui=2 sin t(V),分析二极管的限幅作用。分析二极管的限幅作用。ui 较小，宜采用恒压降模型较小，宜采用恒压降模型V1V2uiuORui 0.7VV1、V2均截止均截止uO uiuO 0.7Vui 0.7VV2导通导通V截止截止ui 3.7V时，时，D1导通导通v0=3.7Vvi-3.7V时，时，D2导通导通v0=-3.7V-3.7vi8V8V8V8V时，时，时，时，D DZ Z Z Z被击穿，输出为稳压值被击穿，输出为稳压值被击
43、穿，输出为稳压值被击穿，输出为稳压值V VZ Z（8V8V8V8V）。）。）。）。v v v vi i i i-0.7V-0.7V-0.7V8V8V8Vv vi i i i-0.7V-0.7V-0.7V-0.7V时，时，D D D DZ Z Z Z不起作用，输出不起作用，输出不起作用，输出不起作用，输出与输入相同。与输入相同。与输入相同。与输入相同。第41页，共91页，编辑于2022年，星期三4.稳压管的应用稳压管的应用【例例1】典型应用电路：典型应用电路：RL为负载电阻，为负载电阻，R限流电阻限流电阻当当UI变化时，由于稳压管的作用，输出变化时，由于稳压管的作用，输出UO不变。不变。第42页
44、，共91页，编辑于2022年，星期三【例例2】已知稳压管的已知稳压管的UZ=6V,最小电流最小电流IZmin=5mA,最大电流最大电流IZmax=25mA。（1）分别计算）分别计算UI为为10V、15V、35V时输出时输出UO的值。的值。（2）若）若UI为为35V时负载开路，则会出现什么现象？时负载开路，则会出现什么现象？解题思路解题思路首先假设稳压管不工作（开路），求出其两端电压，首先假设稳压管不工作（开路），求出其两端电压，是否满足稳压条件是否满足稳压条件；然后假设稳压管工作（稳压），；然后假设稳压管工作（稳压），看其是否满足稳压条件看其是否满足稳压条件。第43页，共91页，编辑于2022
45、年，星期三解：解：假设稳压管不工作假设稳压管不工作UoUI为为10V时时 UO=RL/(RL+R)=3.33V UO UZ UO=6V【例例2】已知稳压管的已知稳压管的UZ=6V,最小电流最小电流IZmin=5mA,最大电流最大电流IZmax=25mA。（1）分别计算）分别计算UI为为10V、20V、35V时输出时输出UO的值。的值。（2）若）若UI为为35V时负载开路，则会出现什么现象？时负载开路，则会出现什么现象？假设稳压管工作假设稳压管工作IR=(UI-UZ)/R=18mAIL=UZ/RL=12mA IZmin IDZ UZ稳压管将因功耗过大而损坏稳压管将因功耗过大而损坏【例例2】已知稳
46、压管的已知稳压管的UZ=6V,最小电流最小电流IZmin=5mA,最大电流最大电流IZmax=25mA。（1）分别计算）分别计算UI为为10V、20V、35V时输出时输出UO的值。的值。（2）若）若UI为为35V时负载开路，则会出现什么现象？时负载开路，则会出现什么现象？假设稳压管工作假设稳压管工作IR=(UI-UZ)/R=29mA IDZ IZmaxIDZ=IR-IL=29mA（2）UI为为35V时负载开路时负载开路第46页，共91页，编辑于2022年，星期三1.4.2 发光二极管发光二极管发光二极管简称发光二极管简称LED，它是一种将电能转换为光能的半导体，它是一种将电能转换为光能的半导体
47、器件。器件。发光二极管的符号如图所示。发光二发光二极管的符号如图所示。发光二极管常用于作为显示器件，可单个使用，极管常用于作为显示器件，可单个使用，也可作成也可作成7段式或矩阵式，工作时加正段式或矩阵式，工作时加正向电压，并接入相应的限流电阻，工作向电压，并接入相应的限流电阻，工作电流一般为几毫安到几十毫安，正向导电流一般为几毫安到几十毫安，正向导通时的管压降为通时的管压降为1.82.2V。发光二极管符号发光二极管符号第47页，共91页，编辑于2022年，星期三1.4.2发光二极管发光二极管5VSR例例S闭和，闭和，LED亮；亮；S端开，端开，LED灭灭LED第48页，共91页，编辑于2022
48、年，星期三 1）普通发光二极管 普通发光二极管工作在正偏状态。检测发光二极管,一般用万用表R10k()挡,方法和普通二极管一样,一般正向电阻15k左右,反向电阻为无穷大。2）红外线发光二极管 红外线发光二极管工作在正偏状态。用万用表R1k()挡检测,若正向阻值在30k左右,反向为无穷大,则表明正常,否则红外线发光二极管性能变差或损坏。第49页，共91页，编辑于2022年，星期三6.0双极型三极管双极型三极管BJT一个一个PNPN结结二极管二极管单向导电性单向导电性二个二个PNPN结结三极管三极管电流放大（控制）电流放大（控制）第50页，共91页，编辑于2022年，星期三6.01BJT的结构简介
49、的结构简介(a)小功率管小功率管 (b)小功率管小功率管 (c)大功率管大功率管 (d)中功率管中功率管分类：分类：按频率分有高频管、低频管按频率分有高频管、低频管按功率分有小、中、大功率管按功率分有小、中、大功率管按材料分有硅管、锗管按材料分有硅管、锗管按结构分有按结构分有NPNNPN型和型和PNPPNP型型第51页，共91页，编辑于2022年，星期三三极管的不同封装形式三极管的不同封装形式金属封装金属封装塑料封装塑料封装大功率管大功率管中功率管中功率管第52页，共91页，编辑于2022年，星期三6.0 半导体三极管半导体三极管6.0.1基本结构基本结构NNP基极基极基极基极发射极发射极发射
50、极发射极集电极集电极集电极集电极NPNNPN型型型型BECBECPNP型型P PP PN N基极基极发射极发射极集电极集电极符号：符号：符号：符号：BECIBIEICBECIBIEICNPNNPN型三极管型三极管PNPPNP型三极管型三极管型三极管型三极管第53页，共91页，编辑于2022年，星期三基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结集电结集电结B BE EC CN NN NP P基极基极发射极发射极集电极集电极结构特点：结构特点：结构特点：结构特点：集电区：集电区：面积最大面积最大