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1、第第1章常用半章常用半导体器体器件及其件及其应用用本讲稿第一页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用第第1 1章章 常用半导体器件及常用半导体器件及其应用其应用本章要点本章要点 半导体器件的基础知识 半导体二极管的基本知识与应用 整流、滤波电路的分析与应用 本讲稿第二页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用 晶体管的基本知识与应用 场效应晶体管的基本知识 直流稳压电路的分析与应用本讲稿第三页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识 1.1.1 1.1.1 半导体的特性半导体的特性 1.1.热敏特性热敏特性 半导体
2、对温度很敏感，其电阻率随着温度的升高半导体对温度很敏感，其电阻率随着温度的升高而显著减小。利用这一特性制成了各种自动控制装置而显著减小。利用这一特性制成了各种自动控制装置中常用的热敏电阻传感器和能迅速测量物体温度变化中常用的热敏电阻传感器和能迅速测量物体温度变化的半导体点温计等。的半导体点温计等。本讲稿第四页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用2.2.光敏特性光敏特性 半导体对光照很敏感，光照射时，其电阻值会半导体对光照很敏感，光照射时，其电阻值会显著减小。利用这一特性制成了光敏电阻、光电二显著减小。利用这一特性制成了光敏电阻、光电二极管、光电三极管及太阳能电池等极管、光电三极管
3、及太阳能电池等。3.3.杂敏特性杂敏特性 半导体对杂质很敏感，在纯净的半导体中掺入半导体对杂质很敏感，在纯净的半导体中掺入微量杂质，可以显著改变它的导电能力。利用这一微量杂质，可以显著改变它的导电能力。利用这一特性制成了不同性能、不同用途的半导体器件，如特性制成了不同性能、不同用途的半导体器件，如二极管、三极管等。二极管、三极管等。本讲稿第五页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.1.2 1.1.2 半导体的结构半导体的结构 一般半导体都是晶体结构，所以半导体管又叫做一般半导体都是晶体结构，所以半导体管又叫做晶体管。最常见的半导体材料为硅和锗，它们的结构晶体管。最常见的半导体材
4、料为硅和锗，它们的结构如图所示。如图所示。硅和锗原子结构平面示意图硅和锗原子结构平面示意图本讲稿第六页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.1.3 1.1.3 本征半导体本征半导体 1.1.本征半导体中的两种载流子本征半导体中的两种载流子 自由电子带负电荷，空穴是因为原子失去电子而自由电子带负电荷，空穴是因为原子失去电子而产生的，故带正电荷。产生的，故带正电荷。由于它们都是携带电荷的粒子，因此称自由电子由于它们都是携带电荷的粒子，因此称自由电子为电子载流子，称空穴为空穴载流子。为电子载流子，称空穴为空穴载流子。本讲稿第七页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用2.2
5、.两种导电方式两种导电方式 半导体中将会出现两部分电流：一部分是自由电子半导体中将会出现两部分电流：一部分是自由电子在外电场作用下逆电场方向运动形成的电子电流；另一在外电场作用下逆电场方向运动形成的电子电流；另一部分是空穴在外电场作用下顺电场方向运动形成的空穴部分是空穴在外电场作用下顺电场方向运动形成的空穴电流。电流。3.3.自由电子和空穴的复合自由电子和空穴的复合 因为热运动中自由电子和空穴两者如果相遇，因为热运动中自由电子和空穴两者如果相遇，则空穴会被自由电子填补掉，两种载流子就会一起则空穴会被自由电子填补掉，两种载流子就会一起消失，这个过程称为复合。消失，这个过程称为复合。本讲稿第八页，
6、共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.1.4 1.1.4 杂质半导体杂质半导体 1.P1.P型（空穴型）半导体型（空穴型）半导体 掺入硼杂质的硅（或锗）半导体中就具有相当掺入硼杂质的硅（或锗）半导体中就具有相当数量的空穴载流子，这种半导体主要靠空穴导电，数量的空穴载流子，这种半导体主要靠空穴导电，所以被称为空穴型半导体，简称为所以被称为空穴型半导体，简称为P P型半导体。在型半导体。在P P型型半导体中，不但有数量很多的空穴半导体中，不但有数量很多的空穴而且还有少量的而且还有少量的自由电子存在，空穴是多数载流子，自由电子是少自由电子存在，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。数
7、载流子。本讲稿第九页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用2.N2.N型（电子型）半导体型（电子型）半导体 掺入磷杂质的硅（或锗）半导体中就具有相当数量的掺入磷杂质的硅（或锗）半导体中就具有相当数量的自由电子载流子，这种半导体主要靠自由电子导电，所以自由电子载流子，这种半导体主要靠自由电子导电，所以被称为电子型半导体，简称为被称为电子型半导体，简称为N N型半导体。在型半导体。在N N型半导型半导体体中，不但有数量很多的自由电子而且还有少量的空穴存中，不但有数量很多的自由电子而且还有少量的空穴存在，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。在，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。
8、本讲稿第十页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.1.5 PN1.1.5 PN结结 通过一定的生产工艺把一块半导体的通过一定的生产工艺把一块半导体的P P区部分和区部分和N N区部分结合在一起，则它们的交界处就会形成一个具有区部分结合在一起，则它们的交界处就会形成一个具有特殊性能的薄层，称为特殊性能的薄层，称为PNPN结。结。PNPN结具有单向导电性，它结具有单向导电性，它是二极管、三极管、晶闸管以及半导体集成电路等半导体是二极管、三极管、晶闸管以及半导体集成电路等半导体器件的核心部分。器件的核心部分。1.PN1.PN结的形成结的形成本讲稿第十一页，共一百零八页模拟电子技术与应
9、用模拟电子技术与应用2.PN2.PN结的特性结的特性 外加正向电压时，外加正向电压时，PNPN结的正向电阻很小，正向电流结的正向电阻很小，正向电流较大，是多数载流子的扩散运动形成的，此时较大，是多数载流子的扩散运动形成的，此时PNPN结正向结正向导通。导通。外加反向电压时，外加反向电压时，PNPN结的反向电阻很小，反向电流结的反向电阻很小，反向电流很小，是少数载流子的漂移运动形成的，此时很小，是少数载流子的漂移运动形成的，此时PNPN结反向截结反向截止。止。PNPN结的这种特性称为单向导电性。结的这种特性称为单向导电性。本讲稿第十二页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.2 1
10、.2 半导体二极管半导体二极管 1.2.1 1.2.1 二极管的结构和类型二极管的结构和类型 从二极管从二极管P P区引出的外引线称为二极管的阳极，区引出的外引线称为二极管的阳极，将从二极管将从二极管N N区引出的外引线称为二极管的阴极。区引出的外引线称为二极管的阴极。二极管的符号如图所示，其中三角箭头表示正向二极管的符号如图所示，其中三角箭头表示正向电流的方向，正向电流从二极管的阳极流入，阴电流的方向，正向电流从二极管的阳极流入，阴极流出。极流出。本讲稿第十三页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用二极管的结构和符号二极管的结构和符号 本讲稿第十四页，共一百零八页模拟电子技术与应
11、用模拟电子技术与应用 二极管有许多种类型。从工艺上分，有点接二极管有许多种类型。从工艺上分，有点接触型和面接触型；从材料上分，由硅二极管和锗触型和面接触型；从材料上分，由硅二极管和锗二极管；从用途上分，有整流管、检波二极管、二极管；从用途上分，有整流管、检波二极管、稳压二极管、光电二极管和开关二极管等。稳压二极管、光电二极管和开关二极管等。本讲稿第十五页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.2.2 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 根据理论分析，根据理论分析，PNPN结两端的电压与流过结两端的电压与流过PNPN结的电流结的电流之间的关系可表示为：之间的关系可表示为：
12、1.PN1.PN结的伏安特性方程结的伏安特性方程 此式称为理想二极管电流方程。式中，此式称为理想二极管电流方程。式中，I IS S称为称为PNPN结的结的反向饱和电流，反向饱和电流，U UT T称为温度的电压当量，常温下称为温度的电压当量，常温下U UT T26mV26mV。U U和和I I的参考方向都是由的参考方向都是由P P指向指向N N的。的。本讲稿第十六页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用 当二极管承受正向电压小于某一数值当二极管承受正向电压小于某一数值(称为死区电称为死区电压压)时，还不足以克服时，还不足以克服PNPN结内电场对多数载流子运动的阻结内电场对多数载流子运
13、动的阻挡作用，这一区段二极管正向电流很小，称为死区。挡作用，这一区段二极管正向电流很小，称为死区。通常，硅材料二极管的死区电压约为通常，硅材料二极管的死区电压约为0.5V0.5V，锗材料，锗材料二极管的死区电压约为二极管的死区电压约为0.1V0.1V。2.2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性1 1）正向特性）正向特性本讲稿第十七页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用 当正向电压超过死区电压值时，外电场抵消了内当正向电压超过死区电压值时，外电场抵消了内电场，正向电流随外加电压的增加而明显增大，二极管电场，正向电流随外加电压的增加而明显增大，二极管正向电阻变得很小。当二极管完全导通后
14、，正向电阻变得很小。当二极管完全导通后，正向压降基正向压降基本维持不变，称为二极管正向导通压降本维持不变，称为二极管正向导通压降U UF F。一般硅管为一般硅管为0.7V0.7V，锗管为，锗管为0.3V0.3V。本讲稿第十八页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用 当二极管承受反向电压时，外电场与内电场方向一当二极管承受反向电压时，外电场与内电场方向一致，只有少数载流子的漂移运动，形成的漏电流致，只有少数载流子的漂移运动，形成的漏电流I IR R极小，极小，这时二极管反向截止。这时二极管反向截止。当反向电压增大到某一数值时，反向电流将随反当反向电压增大到某一数值时，反向电流将随反向
15、电压的增加而急剧增大，这种现象称为二极管反向向电压的增加而急剧增大，这种现象称为二极管反向击穿。击穿时对应的电压击穿。击穿时对应的电压U UBRBR称为反向击穿电压。称为反向击穿电压。2 2）反向特性）反向特性本讲稿第十九页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线 本讲稿第二十页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.2.3 1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 1 1）第一部分用阿拉伯数字表示器件的电极数目：）第一部分用阿拉伯数字表示器件的电极数目：2 2代表二极管；代表二极管；3 3代表三极管。代表三极管。2 2）第二
16、部分用汉语拼音字母表示器件的材料：）第二部分用汉语拼音字母表示器件的材料：A A、B B是锗材料；是锗材料；C C、D D是硅材料。是硅材料。3 3）第三部分用汉语拼音字母表示器件的用途。）第三部分用汉语拼音字母表示器件的用途。4 4）第四部分用阿拉伯数字表示序号。）第四部分用阿拉伯数字表示序号。5 5）第五）第五部分用汉语拼音字母表示规格号。部分用汉语拼音字母表示规格号。1.1.二极管的型号命名法二极管的型号命名法本讲稿第二十一页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1 1）最大整流电流）最大整流电流I IFMFM：是指二极管长期工作时允许通过是指二极管长期工作时允许通过的最大正
17、向平均电流值。的最大正向平均电流值。2 2）最高反向工作电压）最高反向工作电压U URMRM：是指二极管不击穿所允许是指二极管不击穿所允许加的最高反向电压。加的最高反向电压。3 3）最大反向电流）最大反向电流I IRMRM：是指二极管在常温下承受最高是指二极管在常温下承受最高反向工作电压时的反向漏电流。反向工作电压时的反向漏电流。4 4）最高工作频率）最高工作频率f fM M：是指保持二极管单向导通性能是指保持二极管单向导通性能时，外加电压允许的最高频率。时，外加电压允许的最高频率。2.2.二极管的主要参数二极管的主要参数本讲稿第二十二页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.2
18、.4 1.2.4 二极管的应用二极管的应用 二极管在数字电路中应用时，常将其理想化为一二极管在数字电路中应用时，常将其理想化为一个无触电开关器件。个无触电开关器件。二极管正向导通时，其正向压降为二极管正向导通时，其正向压降为0 0，相当于开关，相当于开关闭合。闭合。二极管反向截止时，其反向电流为二极管反向截止时，其反向电流为0 0，相当于开相当于开关断开。关断开。1.1.开关开关本讲稿第二十三页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用 所谓的整流，就是将交流电变为单方向脉动的直流电。所谓的整流，就是将交流电变为单方向脉动的直流电。利用二极管的单向导电性可组成单相、三相等各种形式的利用
19、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，便可获得平稳的直流整流电路，然后再经过滤波、稳压，便可获得平稳的直流电。电。2.2.整流整流3.3.钳位钳位 利用二极管正向导通时压降很小的特性，利用二极管正向导通时压降很小的特性，可组成钳位可组成钳位电路。电路。本讲稿第二十四页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用 利用二极管正向导通后其两端电压很小且基本不变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以内。在某一电压值以内。4.4.限幅限幅5.
20、5.元件保护元件保护 在电子线路中，常用二极管来保护其他元器件免受过在电子线路中，常用二极管来保护其他元器件免受过高电压的损害。高电压的损害。本讲稿第二十五页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.2.5 1.2.5 特殊二极管特殊二极管 硅稳压二极管简称稳压管，是一种特殊的二极管，硅稳压二极管简称稳压管，是一种特殊的二极管，它与电阻配合具有稳定电压的特点。它与电阻配合具有稳定电压的特点。1.1.稳压二极管稳压二极管1 1）稳压二极管的伏安特性）稳压二极管的伏安特性稳压二极管伏安特性及符号稳压二极管伏安特性及符号 本讲稿第二十六页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用
21、 稳压管正向偏压时，其特性和普通二极管一样；稳压管正向偏压时，其特性和普通二极管一样；反向偏压时，开始一段和二极管一样，当反向电压反向偏压时，开始一段和二极管一样，当反向电压达到一定数值以后，反向电流突然上升，而且电流达到一定数值以后，反向电流突然上升，而且电流在一定范围内增长时，管两端电压只有少许增加，在一定范围内增长时，管两端电压只有少许增加，变化很小，具有稳压性能。这种变化很小，具有稳压性能。这种“反向击穿反向击穿”是可是可恢复的，只要外电路限流电阻保障电流在限定范围恢复的，只要外电路限流电阻保障电流在限定范围内，就不致引起热击穿而损坏稳压管。内，就不致引起热击穿而损坏稳压管。本讲稿第二
22、十七页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用2 2）稳压二极管的主要参数）稳压二极管的主要参数（1 1）稳定电压值）稳定电压值U UZ Z：稳压管在正常工作时管子的端电稳压管在正常工作时管子的端电压。压。（2 2）稳定电流）稳定电流I IZ Z：稳压管正常工作时的参考电流。稳压管正常工作时的参考电流。（3 3）动态电阻）动态电阻R RZ Z：稳压管端电压的变化量与对应电流稳压管端电压的变化量与对应电流变化量之比。变化量之比。（4 4）稳定电压的温度系数：当温度变化）稳定电压的温度系数：当温度变化11时稳压管时稳压管的稳压值的相对变化量。的稳压值的相对变化量。（5 5）稳压管额定功耗
23、）稳压管额定功耗P PZMZM：保证稳压管安全工作所允保证稳压管安全工作所允许的最大功耗。许的最大功耗。本讲稿第二十八页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用3 3）稳压二极管的应用）稳压二极管的应用 稳压二极管用来构成的稳压电路，如图所示。稳压二极管用来构成的稳压电路，如图所示。U UI I是不稳定的可变直流电压，希望得到稳定的电压是不稳定的可变直流电压，希望得到稳定的电压U UO O，故在两者之间加稳压电路。它由限流电阻，故在两者之间加稳压电路。它由限流电阻R R和稳压和稳压管管VDzVDz构成，构成，R RL L是负载电阻。是负载电阻。稳压管稳压电路稳压管稳压电路 本讲稿第二
24、十九页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用2.2.发光二极管发光二极管1 1）发光二极管的符号及特性）发光二极管的符号及特性发光二极管符号和伏安特性曲线发光二极管符号和伏安特性曲线 本讲稿第三十页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用 发光二极管是一种将电能直接转换成光能的固体发光二极管是一种将电能直接转换成光能的固体器件，器件，简称简称LED(Light Emitting Diode)LED(Light Emitting Diode)。发光二极。发光二极管和普通二极管相似，也由一个管和普通二极管相似，也由一个PNPN结组成。发光二极管结组成。发光二极管在正向导通时，
25、由于空穴和电子的复合而发出能量，在正向导通时，由于空穴和电子的复合而发出能量，发出一定波长的可见光。光的波长不同，颜色也不同。发出一定波长的可见光。光的波长不同，颜色也不同。发光二极管的伏安特性如图所示。它和普通二发光二极管的伏安特性如图所示。它和普通二极管的伏安特性相似，只是在开启电压和正向特性极管的伏安特性相似，只是在开启电压和正向特性的上升速率上略有差异。当所施加正向电压时，的上升速率上略有差异。当所施加正向电压时，正正向电流几乎为零，但电压一旦超过开启电压时，电向电流几乎为零，但电压一旦超过开启电压时，电流急剧上升。流急剧上升。本讲稿第三十一页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技
26、术与应用2 2）发光二极管的应用）发光二极管的应用（1 1）电源通断指示电路。）电源通断指示电路。电源通断指示发光二极管作为电源通断指示电路，电源通断指示发光二极管作为电源通断指示电路，通常称为指示灯，在实际应用中给人提供很大的方便。通常称为指示灯，在实际应用中给人提供很大的方便。（2 2）数码）数码管。管。数码管是电子技术中应用的主要显示器件，它是用发数码管是电子技术中应用的主要显示器件，它是用发光二极管经过一定的排列组成的。要使它显示光二极管经过一定的排列组成的。要使它显示0-90-9的一系的一系列数字只要点亮其内部相应的显示段即可。数码管应用十列数字只要点亮其内部相应的显示段即可。数码管
27、应用十分广泛，凡是需要指示或读数的场合，大都可采用数码管分广泛，凡是需要指示或读数的场合，大都可采用数码管显示。显示。本讲稿第三十二页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用3.3.光电二极管光电二极管1 1）光电二极管的结构与工作原理）光电二极管的结构与工作原理 光电二极管又叫光敏二极管，它是一种将光信号转光电二极管又叫光敏二极管，它是一种将光信号转换为电信号的器件。光电二极管的基本结构也是一个换为电信号的器件。光电二极管的基本结构也是一个PNPN结，但管壳上有一个窗口，使光线可以照射到结，但管壳上有一个窗口，使光线可以照射到PNPN结结上。上。光电二极管工作在反偏状态下。无光照时
28、，与普光电二极管工作在反偏状态下。无光照时，与普通二极管一样，反向电流很小，被称为暗电流。当有光通二极管一样，反向电流很小，被称为暗电流。当有光照时，其反向电流随光照强度的增加而增加，被称为光照时，其反向电流随光照强度的增加而增加，被称为光电流。电流。本讲稿第三十三页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用光电二极管符号和特性曲线光电二极管符号和特性曲线 本讲稿第三十四页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用2 2）主要参数）主要参数（1 1）电参数）电参数:光电二极管的主要电参数有暗电流、光电流和最高工光电二极管的主要电参数有暗电流、光电流和最高工作电压。作电压。（2
29、2）光参数）光参数:光电二光电二极管的主要光参数有光谱范围、灵敏度极管的主要光参数有光谱范围、灵敏度和峰值波长等。和峰值波长等。3 3）主要应用）主要应用 光电二极管作为光电器件，广泛应用于光的测量光电二极管作为光电器件，广泛应用于光的测量和光电自动控制系统。和光电自动控制系统。本讲稿第三十五页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用4 4变容二极管变容二极管 变容二极管是利用变容二极管是利用PNPN结结电容效应的特殊二极管。结结电容效应的特殊二极管。变容二极管被广泛应用于谐振回路中。例如，在电变容二极管被广泛应用于谐振回路中。例如，在电视机中就使用它作为调谐回路的可变电容器，实现视
30、机中就使用它作为调谐回路的可变电容器，实现电视频道的选择。在高频电路中的应用也很多，可电视频道的选择。在高频电路中的应用也很多，可用于自动调谐、调频、调相等。用于自动调谐、调频、调相等。5 5激光二极管激光二极管 激光是由人造的激光器产生的，在自然界中尚未激光是由人造的激光器产生的，在自然界中尚未发现。激光二极管的应用非常广泛，计算机的光驱、发现。激光二极管的应用非常广泛，计算机的光驱、激光唱机和激光影碟机中都少不了它。激光唱机和激光影碟机中都少不了它。本讲稿第三十六页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.3 1.3 单相整流滤波电路单相整流滤波电路 1.3.1 1.3.1 单
31、相半波整流电路单相半波整流电路 1.1.单相半波整流电路的构成单相半波整流电路的构成 单相半波整流电路如图所示。单相半波整流电路如图所示。它由变压器它由变压器T T，整流，整流二极管二极管VDVD及负载电阻及负载电阻R RL L组成。其中组成。其中u u1 1、u u2 2分别表示变压分别表示变压器的原边和副边交流电压。变压器将电网交流电压器的原边和副边交流电压。变压器将电网交流电压u u1 1变成整流电路所需的交流电压变成整流电路所需的交流电压u u2 2。二极管只允许正向电流。二极管只允许正向电流通过。负载上的电压为整流输出电压通过。负载上的电压为整流输出电压u uO O。本讲稿第三十七页
32、，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用单相半波整流电路单相半波整流电路本讲稿第三十八页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用2.2.单相半波整流电路的工作原理单相半波整流电路的工作原理 设变压器的次级电压为设变压器的次级电压为u u2 2=U=U2 2sintVsintV，认为变压器和，认为变压器和二极管是理想器件。二极管是理想器件。在在u u2 2的正半周，变压器副边电压极性是上正下负，的正半周，变压器副边电压极性是上正下负，二极管因承受正向电压而导通。此时负载电阻二极管因承受正向电压而导通。此时负载电阻R RL L上输上输出波形与出波形与u u2 2相同。相同。在在
33、u u2 2的负半周，变压器副边电压极性是上负下正，的负半周，变压器副边电压极性是上负下正，二极管因承受反向电压而截止。二极管因承受反向电压而截止。u u2 2的电压全部加在二极的电压全部加在二极管管VDVD上。整个周期内负载电阻上。整个周期内负载电阻R RL L上只有半个周期的电上只有半个周期的电压，即负载电阻压，即负载电阻R RL L上得到的是半波整流电压上得到的是半波整流电压u uo o。本讲稿第三十九页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用单相半波整流电路电压、电流的波形单相半波整流电路电压、电流的波形本讲稿第四十页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用 在上图
34、所示电路波形中，负载上得到的整流电压是单在上图所示电路波形中，负载上得到的整流电压是单方向的，此电路只有半个周期有波形，另外半个周期无波方向的，此电路只有半个周期有波形，另外半个周期无波形，因此称其为半波整流电路。形，因此称其为半波整流电路。单相半波整流电路虽然结构简单，所用元件少，单相半波整流电路虽然结构简单，所用元件少，但变压器利用率和整流效率低，输出电压脉动大，因但变压器利用率和整流效率低，输出电压脉动大，因此，单相半波整流电路只适用于小电流且对直流电源此，单相半波整流电路只适用于小电流且对直流电源要求不高的场合。要求不高的场合。U UO O的的平均值为：平均值为：I IO O的平均值的
35、平均值为：为：U URMRM的值的值为：为：本讲稿第四十一页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.3.2 1.3.2 单相全波整流电路单相全波整流电路 1.1.单相全波整流电路的构成单相全波整流电路的构成 为提高电源的利用率，可将两个半波整流电路合起来为提高电源的利用率，可将两个半波整流电路合起来组成一个单相全波整流电路，组成一个单相全波整流电路，如图所示。如图所示。单相全波整流电路单相全波整流电路 本讲稿第四十二页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用2.2.单相全波整流电路的工作原理单相全波整流电路的工作原理 二极管二极管VD1VD1，VD2VD2在正、负半周轮
36、流导通，且流过在正、负半周轮流导通，且流过负载负载R RL L的电流为同一方向，故在正、负半周，负载上的电流为同一方向，故在正、负半周，负载上均有输出电压。均有输出电压。U UO O的的平均值为：平均值为：I IO O的的平均值为：平均值为：U URMRM的值为：的值为：单相全波整流电路输出直流电压和直流电流为半单相全波整流电路输出直流电压和直流电流为半波时的两倍，每个二极管承受的反向峰值电压波时的两倍，每个二极管承受的反向峰值电压U URMRM比单比单相半波整流电路增大了一倍。相半波整流电路增大了一倍。本讲稿第四十三页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.3.3 1.3.3
37、单相桥式整流电路单相桥式整流电路 1.1.单相桥式整流电路的构成单相桥式整流电路的构成 单相桥式整流电路由四个二极管接成电桥形式组单相桥式整流电路由四个二极管接成电桥形式组成的桥式整流电路，如图所示。成的桥式整流电路，如图所示。单相桥式整流电路由变压器，四个整流二极管和单相桥式整流电路由变压器，四个整流二极管和负载组成，它属于全波整流电路。负载组成，它属于全波整流电路。本讲稿第四十四页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用单相桥式整流电路单相桥式整流电路本讲稿第四十五页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用2.2.单相桥式整流电路的工作原理单相桥式整流电路的工作原理 当
38、当U U2 2是正半周时，二极管是正半周时，二极管VDVD1 1和和VDVD3 3导通，而二极管导通，而二极管VDVD2 2和和VDVD4 4截止，负载截止，负载R RL L上的电流是自上而下流过负载，负载上的电流是自上而下流过负载，负载上得到了与上得到了与U U2 2正半周相同的电压。正半周相同的电压。在在U U2 2 的负半周，的负半周，U U2 2的实际极性是下正上负，二极管的实际极性是下正上负，二极管VDVD2 2和和VDVD4 4导通而导通而VDVD1 1和和VDVD3 3截止，负载截止，负载R RL L上的电流仍是自上而上的电流仍是自上而下流过负载，负载上得到了与下流过负载，负载上
39、得到了与U U2 2正半周相同的电压，正半周相同的电压，其电路工作波形如图所示，从波形图上可以看出，单其电路工作波形如图所示，从波形图上可以看出，单相桥式整流比单相半波整流电路波形增加了相桥式整流比单相半波整流电路波形增加了1 1倍。倍。本讲稿第四十六页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用单相桥式整流电路电压、电流的波形单相桥式整流电路电压、电流的波形本讲稿第四十七页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用 桥式整流电路的整流电压平均值桥式整流电路的整流电压平均值U UO O比半波整流时比半波整流时增加一倍：增加一倍：每两个二极管串联轮换导通半个周期，每个二极管每两个二
40、极管串联轮换导通半个周期，每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半：中流过的平均电流只有负载电流的一半：桥式整流电路通过负载电阻的直流电流也增加一倍：桥式整流电路通过负载电阻的直流电流也增加一倍：本讲稿第四十八页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用 单相桥式整流电路，在变压器次级电压相同的情况下，单相桥式整流电路，在变压器次级电压相同的情况下，输出电压平均值高、脉动小，整流二极管承受的反向电压输出电压平均值高、脉动小，整流二极管承受的反向电压和半波整流电路一样。和半波整流电路一样。虽然二极管用了四只，但小功率二极管体积小，价格虽然二极管用了四只，但小功率二极管体积小，价格低廉
41、，因此单相桥式整流电路得到了广泛的应用。低廉，因此单相桥式整流电路得到了广泛的应用。U URMRM的的值为：值为：本讲稿第四十九页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.3.4 1.3.4 倍压整流电路倍压整流电路 倍压整流电路，利用倍压整流电路可以得到比输入倍压整流电路，利用倍压整流电路可以得到比输入交流电压高很多倍的输出直流电压。交流电压高很多倍的输出直流电压。若在倍压整流电路中多增加几级，就可以得到若在倍压整流电路中多增加几级，就可以得到近似几倍压的直流电压。此时只要将负载接至有关近似几倍压的直流电压。此时只要将负载接至有关电容组的两端，就可以得到相应的多倍压的输出直电容组
42、的两端，就可以得到相应的多倍压的输出直流电压。流电压。本讲稿第五十页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.3.5 1.3.5 滤波电路滤波电路 经过整流后，输出电压是一个单方向脉动电压，虽经过整流后，输出电压是一个单方向脉动电压，虽然是直流，但输出电压波形仍然保持输入正弦波的波形，然是直流，但输出电压波形仍然保持输入正弦波的波形，电压起伏较大，在有些设备中不能适应（如电镀和蓄电电压起伏较大，在有些设备中不能适应（如电镀和蓄电池充电等设备）。为了得到平滑的直流电压波形，需在池充电等设备）。为了得到平滑的直流电压波形，需在整流后再加入滤波电路，以改善输出电压的脉动性。常整流后再加入
43、滤波电路，以改善输出电压的脉动性。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、LCLC滤波和滤波和型滤型滤波等。波等。本讲稿第五十一页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.1.电容滤波电路电容滤波电路 最简单的电容滤波是在负载最简单的电容滤波是在负载R RL L两端并联一只较大容两端并联一只较大容量的电容器，如图所示。量的电容器，如图所示。电容滤波电路电容滤波电路 本讲稿第五十二页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用 1 1）负载开路时，电容无能量储存。接入交流电源）负载开路时，电容无能量储存。接入交流电源后，当后，当U U2 2为正半周
44、时，为正半周时，VDVD1 1、VDVD2 2导通，则对电容充电，导通，则对电容充电，当当U U2 2为负半周时，为负半周时，VDVD3 3、VDVD4 4导通，对电容充电。电容导通，对电容充电。电容C C迅迅速被充到交流电压速被充到交流电压U U2 2的最大值。此时二极管的正向电压的最大值。此时二极管的正向电压始终小于或等于零始终小于或等于零,故二极管均截止，电容不可能放电，故二极管均截止，电容不可能放电，故输出电压故输出电压U Uo o恒为恒为U U2 2，其波形如图所示。，其波形如图所示。本讲稿第五十三页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用 2 2）接入负载后，前半部分和负
45、载开路时相同，）接入负载后，前半部分和负载开路时相同，当当U U2 2从最大值下降时，从最大值下降时，U UC CU U2 2，二极管截止。电容通，二极管截止。电容通过负载放电。过负载放电。U Uo o按指数规律下降，如图所示。当按指数规律下降，如图所示。当U U2 2的值的值再增大后，电容再继续充电，同时也向负载提供电再增大后，电容再继续充电，同时也向负载提供电流。电容上的电压仍会很快地上升。通过这种周期流。电容上的电压仍会很快地上升。通过这种周期性充放电，在负载上得到比无滤波整流电路平滑的性充放电，在负载上得到比无滤波整流电路平滑的直流电，达到滤波效果。直流电，达到滤波效果。本讲稿第五十四
46、页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用 为了保证输出电压的平滑，使脉动成分减小，电为了保证输出电压的平滑，使脉动成分减小，电容器容器C C的的容量选择应满足：容量选择应满足：电容滤波简单，缺点是负载电流不能过大，否电容滤波简单，缺点是负载电流不能过大，否则会影响滤波效果，所以电容滤波适用于负载变动则会影响滤波效果，所以电容滤波适用于负载变动不大、电流较小的场合。不大、电流较小的场合。其中其中T T为交流电的周期。在单相桥式整流电容滤波时为交流电的周期。在单相桥式整流电容滤波时的直流输出电压的直流输出电压U UO O一一般估算为：般估算为：本讲稿第五十五页，共一百零八页模拟电子技术
47、与应用模拟电子技术与应用2.2.电感滤波电路电感滤波电路 利用电感的电抗性，同样可以达到滤波的目的。在整利用电感的电抗性，同样可以达到滤波的目的。在整流电路和负载流电路和负载R RL L之之间，串联一个电感间，串联一个电感L L就构成了一个简单就构成了一个简单的电感滤波电路，如图所示。的电感滤波电路，如图所示。电感滤波电路电感滤波电路 本讲稿第五十六页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用 根据电感的特点，在整流后电压的变化引起负载的电根据电感的特点，在整流后电压的变化引起负载的电流改变时，电感流改变时，电感L L上将感应出一个与整流输出电压变化相上将感应出一个与整流输出电压变化相
48、反的反电动势反的反电动势，两者的叠加使得负载上的电压比较平缓，两者的叠加使得负载上的电压比较平缓，输出电流基本保持不变。输出电流基本保持不变。虽然电感滤波电路对整流二极管没有电流冲击，但为虽然电感滤波电路对整流二极管没有电流冲击，但为了使了使L L值大，多用铁芯电感，但体积大、笨重，且输出电值大，多用铁芯电感，但体积大、笨重，且输出电压的平均值压的平均值U Uo o较较低。低。输出电压平均值输出电压平均值U Uo o一般小于全波整流电路输出电压的一般小于全波整流电路输出电压的平均值，如果忽略电感线圈的铜阻，则：平均值，如果忽略电感线圈的铜阻，则：本讲稿第五十七页，共一百零八页模拟电子技术与应用
49、模拟电子技术与应用3.LC3.LC滤滤波电路波电路 采用单一的电容或电感滤波时，电路虽然简单，但采用单一的电容或电感滤波时，电路虽然简单，但滤波效果欠佳。为了进一步减小输出电压的脉动程度，滤波效果欠佳。为了进一步减小输出电压的脉动程度，可以把前两种滤波结合起来，即用电容和铁芯电感组成可以把前两种滤波结合起来，即用电容和铁芯电感组成LCLC滤波电路。滤波电路。LCLC滤波电路最简单形式如图所示。滤波电路最简单形式如图所示。LCLC滤波电路滤波电路 本讲稿第五十八页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用4.4.型型 滤波电路滤波电路 为了进一步减小输出的脉动成分，可在为了进一步减小输出
50、的脉动成分，可在LCLC滤波电路滤波电路的输入端再加一只滤波电容就组成了的输入端再加一只滤波电容就组成了LC-LC-型滤波电路，型滤波电路，如图所示。如图所示。型型 滤波电路滤波电路 本讲稿第五十九页，共一百零八页模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用1.4 1.4 晶体管晶体管 1.4.1 1.4.1 三极管的结构和类型三极管的结构和类型 1.1.三极管的结构和类型三极管的结构和类型 三极管的内部结构为两个三极管的内部结构为两个PNPN结。结。这两个这两个PNPN结是由三个杂质半导体区域构成的，根据结是由三个杂质半导体区域构成的，根据三个杂质半导体区域排列的方式不同，可分为三个杂质半导体区域排