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1、第第7章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管(一一)7.2 7.2 半导体二极管半导体二极管7.4 7.4 半导体三极管半导体三极管7.1 7.1 半导体的导电特性半导体的导电特性7.3稳压电源稳压电源本章要求本章要求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，三极管的电流安排和结的单向导电性，三极管的电流安排和结的单向导电性，三极管的电流安排和结的单向导电性，三极管的电流安排和 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
2、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；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简洁电路。三、会分析含有二极管的简洁电路。三、会分析含有二极管的简洁电路。三、会分析含有二极管的简洁电路。2 2、非线性问题的线性化：对电路进行分析计算时，、非线性问题的线性化：对电路进行分析计算时，、非线性问题的线性化：对电路进行分析计算时，、非线性问题的线性化：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。只要能满足技术指标，就不要过分追究精确
3、的数值。只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。半导体器件是非线性的、特性有分散性半导体器件是非线性的、特性有分散性半导体器件是非线性的、特性有分散性半导体器件是非线性的、特性有分散性,工程上工程上工程上工程上允许确定的误差、接受合理估算的方法。允许确定的误差、接受合理估算的方法。允许确定的误差、接受合理估算的方法。允许确定的误差、接受合理估算的方法。1 1、管为路用：对于半导体器件，重点放在特性、管为路用：对于半导体器件，重点放在特性、管为路用：对于半导体器件，重点放在特性、管为路用：对于半导体器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确运用方
4、法，不要过分追究其参数、技术指标和正确运用方法，不要过分追究其参数、技术指标和正确运用方法，不要过分追究其参数、技术指标和正确运用方法，不要过分追究其内部机理。探讨半导体器件的原理目的在于应用。内部机理。探讨半导体器件的原理目的在于应用。内部机理。探讨半导体器件的原理目的在于应用。内部机理。探讨半导体器件的原理目的在于应用。学习电子技术应留意的几个问题：学习电子技术应留意的几个问题：学习电子技术应留意的几个问题：学习电子技术应留意的几个问题：3 3、重点在于驾驭概念，而非计算技巧。、重点在于驾驭概念，而非计算技巧。、重点在于驾驭概念，而非计算技巧。、重点在于驾驭概念，而非计算技巧。物质按导电实
5、力的不同可分为导体、半导体和绝缘体三大类。，典型的半导体有硅(Si)和锗(Ge)，以及砷化镓(GaAs)等。硅和锗在元素周期表上是四阶元素。半导体的导电实力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能确定的：7.1 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：掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电实力明掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电实力明掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电实力明掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电实力明显变更显变更显变更显变更(可做成各种不同用途的半导体器件，如二可做成各种不同用途的半导体器件，
6、如二可做成各种不同用途的半导体器件，如二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）。极管、三极管和晶闸管等）。极管、三极管和晶闸管等）。极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电实力明显变更光敏性：当受到光照时，导电实力明显变更光敏性：当受到光照时，导电实力明显变更光敏性：当受到光照时，导电实力明显变更(可做成各可做成各可做成各可做成各 种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极 管等管等管等管等)。热敏性：当环境温度上升时，导电实
7、力显著增加（可做成热敏性：当环境温度上升时，导电实力显著增加（可做成热敏性：当环境温度上升时，导电实力显著增加（可做成热敏性：当环境温度上升时，导电实力显著增加（可做成 温度敏感元件，如热敏电阻）。温度敏感元件，如热敏电阻）。温度敏感元件，如热敏电阻）。温度敏感元件，如热敏电阻）。一一.本征半导体本征半导体自然的硅和锗是不能制作成半导体器件的。它们必需先经过自然的硅和锗是不能制作成半导体器件的。它们必需先经过高度提纯高度提纯.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
8、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，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子价电子价电子。Si Si Si Si价电子价电子 Si Si Si Si价电子价电子 价电子在获得确定能价电子在获得确定能价电子在获得确定能价电子在获得确定能（温度上升或受光照）后，（温度上升或受光照）后，（温度上升或受光照）后，（温度上升或受光照）后，即可摆脱原子核的束缚，即可摆脱原子核的束缚，即可摆脱原子核的束缚，即可摆脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），成为自由电子（带负电），
9、成为自由电子（带负电），成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空同时共价键中留下一个空同时共价键中留下一个空同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。位，称为空穴（带正电）。位，称为空穴（带正电）。位，称为空穴（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这一现象称为本征激发本征激发。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
10、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补(价电子填空穴的现象称为价电子填空穴的现象称为复合复合复合复合)。而在该原子中出现一而在该原子中出现一而在该原子中出现一而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（个空穴，其结果相当于空穴的运动（个空穴，其结果相当于空穴的运动（个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动相当于正电荷的移动相当于正电荷的移动相当于正电荷的移动）。）。）。）。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
11、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：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 空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流留意：留意：留意：留意：(1)(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，温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目
12、愈多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。所以，温度对半导体器件性能影响很大。愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在确自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在确自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在确自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在确定温度下，
13、载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载定温度下，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确定的数目。流子便维持确定的数目。流子便维持确定的数目。流子便维持确定的数目。二二.N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，自由电子导电成为量增加，自由电子导电成为量增加，自由电子导电成为量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式这种半导体的主要导电方式这种半导体的主要导电方式这种半导体的主
14、要导电方式，称为电子半导体或，称为电子半导体或，称为电子半导体或，称为电子半导体或N N型半型半型半型半导体。导体。导体。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 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）,形成杂形成杂形成杂形成杂质半导体。质半导体。质半导体。质半导体。在在在在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自由电自由电自由电子是多数载流
15、子子是多数载流子子是多数载流子子是多数载流子，空穴是少，空穴是少，空穴是少，空穴是少数载流子。数载流子。数载流子。数载流子。掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种增加，空穴导电成为这种增加，空穴导电成为这种增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，半导体的主要导电方式，半导体的主要导电方式，半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或称为空穴半导体或称为空穴半导体或称为空穴半导体或 P P型半导型半导型半导型半导体。体。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 型半导体中空穴型半导体中
16、空穴型半导体中空穴型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是多数载流子，自由电子是多数载流子，自由电子是多数载流子，自由电子是少数载流子。是少数载流子。是少数载流子。是少数载流子。B硼原子硼原子接受一个电接受一个电接受一个电接受一个电子变为负离子变为负离子变为负离子变为负离子子子子空穴空穴 无论无论无论无论N N型或型或型或型或P P型半导体都型半导体都型半导体都型半导体都是中性的，对外不显电性。是中性的，对外不显电性。是中性的，对外不显电性。是中性的，对外不显电性。此时整个晶体此时整个晶体带电吗？为什带电吗？为什么？么？三三.PN结及其单相导电性结及其单相导电性1.PN结的形成结的形成多子的扩散
17、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 内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间电荷区变薄。电荷区变薄。电荷区变薄。电荷区变薄。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。扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移这一对相反的这一对相反的这一对相反的这一对相反的运动最终达到运动最终达到运动最终达到运动最终达到动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空间电荷区
18、的厚间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。度固定不变。度固定不变。+形成空间电荷区形成空间电荷区2.PN结的单向导电性结的单向导电性 (1)PN 结加正向电压（正向偏置）结加正向电压（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减弱，多子减弱，多子减弱，多子减弱，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，结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结结结结变窄变窄变窄变窄，正向电流较
19、大，正向，正向电流较大，正向，正向电流较大，正向，正向电流较大，正向电阻较小，电阻较小，电阻较小，电阻较小，PNPN结处于结处于结处于结处于导通状态导通状态导通状态导通状态。内电场内电场PN+PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽(2)PN 结加反向电压（反向偏置）结加反向电压（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。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 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
20、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结处于结处于结处于结处于截止状态截止状态截止状态截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+把PN结用管壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一个电极，即可构成一个二极管。二极管是电子技术中最基本的半导体器件之一。依据其用途分有检波管、开关管、稳压管和整流管等。硅高频检波管开关管稳压管整流管发光二极管 电子工程实际中，二极管应用得特别广泛，上图所示即为各类二极管的部分产品实物图。7.2 半导体二极管半导体二极管一一.基本结构基本结构(a)(a)点
21、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、结面积小、结面积小、结电容小、正向结电容小、正向结电容小、正向结电容小、正向电流小。用于检电流小。用于检电流小。用于检电流小。用于检波和变频等高频波和变频等高频波和变频等高频波和变频等高频电路。电路。电路。电路。结面积大、结面积大、结面积大、结面积大、正向电流大、结正向电流大、结正向电流大、结正向电流大、结电容大，用于工电容大，用于工电容大，用于工电容大，用于工频大电流整流电频大电流整流电频大电流整流电频大电流整流电路。路。路。路。用于集成电用于集成电用于集成电用于集成电路制作工艺中。路制作工艺中。
22、路制作工艺中。路制作工艺中。PNPN结结面积可大结结面积可大结结面积可大结结面积可大可小，用于高频可小，用于高频可小，用于高频可小，用于高频整流和开关电路整流和开关电路整流和开关电路整流和开关电路中。中。中。中。(c)(c)平面型平面型平面型平面型阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二二氧化硅保护层氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅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)表示符表示符号
23、号D(a)点接触型点接触型(c)平面型平面型(b)面接触型面接触型二二.伏安特性伏安特性硅管硅管硅管硅管0.7V0.7V锗管锗管锗管锗管0.3V0.3V反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降 外加电压大于死区电外加电压大于死区电外加电压大于死区电外加电压大于死区电压二极管才能导通。压二极管才能导通。压二极管才能导通。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。正向特性正向特性正向
24、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.60.8V锗锗锗锗0 0.10.3V.10.3VUI死区电压死区电压死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流反向电流反向电流在确定电压在确定电压在确定电压在确定电压范围内保持范围内保持范围内保持范围内保持常数。常数。常数。常数。二二极极管管和和 PN 结结一一样样，具具有有单单向向导导电电性性，由由伏伏安安特特性性曲曲线线可可见见，当当外外加加正正向向电电压压很很低低时时，电电流流很很小小，几几乎乎为为零零。正正向向电电压压超超过过确确定定数数值值后后，电电流流很很快快增增大大，
25、将将这这确确定定数数值值的的正正向向电电压压称称为为死死区区电电压压。通通常常，硅硅管管的的死死区区电电压压约约为为0.5V，锗锗管管约约为为0.1V。导导通通时时的的正正向向压压降降，硅硅管管约约为为0.6 0.7V，锗锗管管约约为为0.2 0.3V。604020 0.02 0.0400.4 0.82550I/mAU/V正向特性正向特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性死区电压死区电压击穿电压击穿电压U(BR)反反向向特特性性I/mAU/V0.20.4 25 50510150.010.02锗管的伏安特性锗管的伏安特性0三三.二极管的参数二极管的参数1.1.最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整
26、流电流 I IF F二极管长期运用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期运用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期运用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期运用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.2.反向击穿电压反向击穿电压反向击穿电压反向击穿电压 U UBR BR 和最大反向工作电压和最大反向工作电压和最大反向工作电压和最大反向工作电压 U URMRM 二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压
27、穿电压穿电压穿电压UBRUBR。为平安计，在实际工作时，最大反向工作电压。为平安计，在实际工作时，最大反向工作电压。为平安计，在实际工作时，最大反向工作电压。为平安计，在实际工作时，最大反向工作电压URMURM一般只按反向击穿电压一般只按反向击穿电压一般只按反向击穿电压一般只按反向击穿电压UBRUBR的一半计算。的一半计算。的一半计算。的一半计算。3.3.反向电流反向电流反向电流反向电流 I I I IR R R R 在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电在室温下，在规定的反向电压下
28、，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。小功率硅二极管的反向电流一般在纳安压下的反向电流值。小功率硅二极管的反向电流一般在纳安压下的反向电流值。小功率硅二极管的反向电流一般在纳安压下的反向电流值。小功率硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)(nA)级；锗二极管在微安级；锗二极管在微安级；锗二极管在微安级；锗二极管在微安(A)A)级。级。级。级。4.4.4.4.正向压降正向压降正向压降正向压降 U U U UF F F F 在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。小电流硅在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下，约二极管的正向压降在中等电流水平下，约0.60
29、.8 V；锗二极管；锗二极管约约0.20.3 V。大功率的硅二极管的正向压降往往达到。大功率的硅二极管的正向压降往往达到1V。反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。明显，rd与正向电流的大小有关，也就是求正向曲线上某一点Q的动态电阻。所以动态电阻是一个沟通参数，前几个是直流参数，或称为静态参数。动态电阻的定义如下 5.5.5.5.动态电阻动态电阻动态电阻动态电阻 r r r rd d d d 6.6.6.6.正向压降温度系数正向压降温度系数正向压降温度系数正向压降温度系数 反映了二极管正向压降随温度变更的规律，具有负温度系数。不论是锗管还是硅管基本上是一个常数 所以，二极管的正向特性曲线，当温度
30、上升时，会向Y轴移动，若正向特性曲线画在第一象限，曲线向左移动。运用二极管时，必需留意极性不能接反，否则电路非但不能正常工作，还有毁坏管子和其他元件的可能。总结总结:二极管二极管的单向导电性的单向导电性 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）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、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反二极管处于反向截止
31、状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。向电流很小。3.3.3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。向导电性。向导电性。向导电性。4.4.4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。流愈大。流愈大。流愈大。5.5.二极管的用途：整流、检波、限幅、钳位、开关、二极管的用途：整流、检波、限幅、钳位、开
32、关、二极管的用途：整流、检波、限幅、钳位、开关、二极管的用途：整流、检波、限幅、钳位、开关、元件爱护、温度补偿等。元件爱护、温度补偿等。元件爱护、温度补偿等。元件爱护、温度补偿等。二极管的应用举例二极管的应用举例留意：分析实际电路时为简洁化，通常把二极管进行志向留意：分析实际电路时为简洁化，通常把二极管进行志向留意：分析实际电路时为简洁化，通常把二极管进行志向留意：分析实际电路时为简洁化，通常把二极管进行志向化处理，即正偏时视其为化处理，即正偏时视其为化处理，即正偏时视其为化处理，即正偏时视其为“短路短路短路短路”，截止时视其为，截止时视其为，截止时视其为，截止时视其为“开路开路开路开路”。U
33、 UD D=0=0U UD D=正向导通时相当正向导通时相当一个闭合的开关一个闭合的开关+D D D D+D D D D+D D D DP P P PN N N N+反向阻断时相当反向阻断时相当一个打开的开关一个打开的开关+D D D DP P P PN N N N二极管的二极管的开关作用开关作用例：例：二极管组成电路如图，设二极管导通电压为二极管组成电路如图，设二极管导通电压为0.3V，试求输出电压，试求输出电压UF 。+3VUF12VR0VVD1VD23 0 12VVD1领先导通，领先导通，UF30.32.7VVD2截止截止解：解：例例例例1 1.电路如图，求：电路如图，求：电路如图，求：
34、电路如图，求：U UABAB V V阳阳阳阳=6 V V6 V V阴阴阴阴=12 V V12 V V阳阳阳阳VV阴阴阴阴 二极管导二极管导二极管导二极管导通通通通 若忽视管压降，二极管可看作短路，若忽视管压降，二极管可看作短路，若忽视管压降，二极管可看作短路，若忽视管压降，二极管可看作短路，UAB=UAB=6V 6V否则，否则，否则，否则，UAB UAB低于低于低于低于6V6V一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为6.36.3或或或或6.7V6.7V 解解解解: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，分析二极管阳开二极管，分析二极管
35、阳开二极管，分析二极管阳开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。极和阴极的电位。极和阴极的电位。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+四四.稳压二极管稳压二极管1.符号符号 UZIZIZM UZ IZ2.2.伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作时加反向电压时加反向电压时加反向电压时加反向电压运用时要加限流电阻运用时要加限流电阻运用时要加限流电阻运用时要加限流电阻 稳压管反向击稳压管反向击稳压管反向击稳压管反向击穿后，电流变更很穿后，
36、电流变更很穿后，电流变更很穿后，电流变更很大，但其两端电压大，但其两端电压大，但其两端电压大，但其两端电压变更很小，利用此变更很小，利用此变更很小，利用此变更很小，利用此特性，稳压管在电特性，稳压管在电特性，稳压管在电特性，稳压管在电路中可起稳压作用。路中可起稳压作用。路中可起稳压作用。路中可起稳压作用。_+UIO主要参数主要参数(1)(1)(1)(1)稳定电压稳定电压稳定电压稳定电压U UZ Z 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。(2)(2)(2)(2)最小稳定电
37、压最小稳定电压最小稳定电压最小稳定电压 UZmin UZmin UZmin UZmin 保证稳压管牢靠击穿所允许的最小反向电压。保证稳压管牢靠击穿所允许的最小反向电压。保证稳压管牢靠击穿所允许的最小反向电压。保证稳压管牢靠击穿所允许的最小反向电压。(3)(3)(3)(3)最大稳定电流最大稳定电流最大稳定电流最大稳定电流 I IZMZM(4)(4)(4)(4)最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率 P P P PZMZM 管子不至于发生热击穿的最大功率损耗。管子不至于发生热击穿的最大功率损耗。管子不至于发生热击穿的最大功率损耗。管子不至于发生热击穿的最大功率损耗。P P
38、ZM ZM=U UZ Z I IZMZM保证稳压管平安工作所允许的最大反向电流。保证稳压管平安工作所允许的最大反向电流。+U US SD DZ Z运用稳压二极管时应当留意的事项运用稳压二极管时应当留意的事项(1)(1)稳压二极管正负极的判别稳压二极管正负极的判别D DZ Z+(2)(2)稳压二极管运用时，应反向接入电路稳压二极管运用时，应反向接入电路U UZ Z(3)(3)稳压管应接入限流电阻稳压管应接入限流电阻(4)(4)电源电压应高于稳压二极管的稳压值电源电压应高于稳压二极管的稳压值(5)(5)稳压管都是硅管。稳压管都是硅管。其稳定电压其稳定电压U UZ Z最低为最低为3V3V，高的可达，
39、高的可达 300V 300V，稳压二极管在工作时的正向压降约为，稳压二极管在工作时的正向压降约为0.6V0.6V。光电二极管也称光电二极管也称光敏二极管光敏二极管，是将光信号变成电信号的半，是将光信号变成电信号的半导体器件，其核心部分也是一个导体器件，其核心部分也是一个PNPN结。光电二极管结。光电二极管PNPN结的结结的结面积较小、结深很浅，一般小于一个微米。面积较小、结深很浅，一般小于一个微米。D 光电二极管和稳压管类似，也是工作在反向电压下。无光照时，反向电流很小，称为暗电流；有光照射时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分价电子摆脱共价键的束缚，产生电子空穴
40、对，称为光生载流子。光生载流子在反向电压作用下形成反向光电流，其强度与光照强度成正比。光电二极管光电二极管 光电二极管也称光敏二极管，同光电二极管也称光敏二极管，同样具有单向导电性，光电管管壳上样具有单向导电性，光电管管壳上有一个能射入光线的有一个能射入光线的“窗口窗口”，这，这个窗口用有机玻璃透镜进行封闭，个窗口用有机玻璃透镜进行封闭，入射光通过透镜正好射在管芯上。入射光通过透镜正好射在管芯上。实物图实物图图符号和图符号和文字符号文字符号 发光二极管是一种能把电能干脆转换成光能的固体发光元件。发光二极管和一般二极管一样，管芯由PN结构成，具有单向导电性。实物图实物图图符号和图符号和文字符号文
41、字符号D 单个发光二极管常作为电子设备通断指示灯或快速光源及光电耦合器中的发光元件等。发光二极管一般运用砷化镓、磷化镓等材料制成。现有的发光二极管能发出红黄绿等颜色的光。发光管正常工作时应正向偏置，因死区电压较一般二极管高，因此其正偏工作电压一般在1.3V以上。发光管属功率限制器件，常用来作为数字电路的数码及图形显示的七段式或阵列器件。发光二极管发光二极管一、一、稳压电源及框图稳压电源及框图 电子线路要正常工作，首先就要与之相匹配的直流稳压电子线路要正常工作，首先就要与之相匹配的直流稳压电源。直流稳压电源就是把电网供应的电源。直流稳压电源就是把电网供应的22050HZ的正弦的正弦沟通电转换成稳
42、定的直流电的设备。小功率直流稳压电源是沟通电转换成稳定的直流电的设备。小功率直流稳压电源是常用的小型电子设备，其组成如图所示常用的小型电子设备，其组成如图所示图 小功率直流稳压电源的组成7.3 稳压电源稳压电源变压器变压器整流整流电路电路滤波滤波电路电路稳压稳压电路电路沟通沟通电源电源负载负载整流整流-将沟通电将沟通电压变换为单向脉压变换为单向脉动的直流电动的直流电 滤波滤波-将脉动将脉动电压中的沟通电压中的沟通重量滤除重量滤除 稳压稳压使传输使传输的直流电压稳的直流电压稳定、平滑定、平滑 各组成部分作用如下：1.电源变压器 将电网电压供应的沟通电变换成所须要的较低的沟通电。2.整流电路 将大
43、小、方向随时间变更的正弦沟通电压变成单向脉动的直流电压。3.滤波电路 将整流后的单向脉动直流电压中的纹波成分尽可能滤除掉，使其变成平滑的直流电。4.稳压电路 使输出的直流电压在电网电压、负载电流和温度发生变更的时候保证输出直流电压的稳定。二、二、单相整流电路单相整流电路1、单相半波整流电路单相半波整流电路 单相半波整流电路如图单相半波整流电路如图a所示。所示。1.工作原理：设工作原理：设 ，在，在u2的正半个周期，二极管因的正半个周期，二极管因正向偏置而导通，此时有电流流正向偏置而导通，此时有电流流过负载，并且和流过二极管的电过负载，并且和流过二极管的电流相等，因有电流流过负载，所流相等，因有
44、电流流过负载，所以在负载上就可以得到一个极性以在负载上就可以得到一个极性为上正下负的电压为上正下负的电压u。若忽视二。若忽视二极管的导通电压，此时极管的导通电压，此时uo=u2。在在u2的负半个周期，二极管因反的负半个周期，二极管因反向偏置而截止，流过二极管的电向偏置而截止，流过二极管的电流基本上等于零，流经负载的电流基本上等于零，流经负载的电流也近似为零，所以负载上的电流也近似为零，所以负载上的电压压uo=0。半波整流电路中各处。半波整流电路中各处的波形如图的波形如图b所示。因为这种电所示。因为这种电路只在沟通电压的半个周期内才路只在沟通电压的半个周期内才有电流流过负载，所以称为单相有电流流
45、过负载，所以称为单相半波整流电路。半波整流电路。b）电路中电压电流波形a）电路图 单相半波整流电路电源变压器T。用电器RL二极管VDAB220V负极标记。2电路参数 （1）输出平均电压UO（AV)：指输出电压uo在一个周期内的平均值，即：（2）输出电流平均值I O（AV)：是指一个周期内流过负载RL的电流的平均值，即：（3）二极管承受的最高反向电压URM：二极管截止时所承受的最高反向电压，即URM=单相半波整流电路的优点：结构简洁，运用的元件少。缺点：效率低，输出脉动大，直流成分低等。所以只能用于输出电流较小，要求不高的场合。2、单相桥式整流电路单相桥式整流电路 单相桥式整流电路如图所示。其中
46、：T为电源变压器，VD1、VD2、VD3、VD4为四个整流二极管，也称为整流桥。图 单相桥式整流电路及常用简化电路 用电器RL。电源变压器T220V.二极管 VD4二极管 VD3二极管 VD1二极管 VD2ABRLio工作原理：工作原理：在在 u 的的正正半半周周，D1 和和 D3 导导通通，D2 和和 D4 截截止止(相相当当于于开开路路)电流的通路如图中电流的通路如图中红色箭头红色箭头所示。所示。D4D3D2D1+u+uo+RLD4D3D2ioD1 在在 u 的负半周，的负半周，D2 和和 D4 导通导通，D1和和 D3 截止截止(相当于相当于开路开路)，电流的通路如图中，电流的通路如图中
47、绿色箭头绿色箭头所示。所示。+u+uo+在一个周期内，通过电阻的电流方向相同，在负载上在一个周期内，通过电阻的电流方向相同，在负载上得到的是全波整流电压得到的是全波整流电压 uo。to to to to 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uD1uD3uD4uD2uOuuDiO 由由于于二二极极管管的的正正向向压压降降很很小小，因因此此可可认认为为 uO 的的波波形形和和 u 的的正正半半波波是是相相同同的的。输输出电压的平均值为出电压的平均值为式中式中 U 是变压器二次电压是变压器二次电压 u 的的有效值。有效值。截止管所承受的最高反向截止管所承受的最高反向电压为电压为（1.）工作原理 设
48、u2=sint。在u2的正半个周期，VD1、VD3导通，VD2、VD4截止，忽视二极管的正向导通电压时，输出电压uo=u2，RL上电压方向上正下负，电流从变压器二次侧a端动身，经过负载RL而由b端返回，即：aVD1RLVD3b 在u2的负半个周期，VD2、VD4导通，VD1、VD3截止，忽视二极管的正向导通电压时，RL上电压大小和u2一样，方向同样是上正下负，电流从变压器二次侧b端动身，经过负载RL而由a端返回，即：bVD2RLVD4a 单相桥式整流电路工作原理如图所示，输出电流、电压波形如图7-5所示。图 输出电流、电压波形图 单相桥式整流电路工作原理（2）电路参数 （1）输出平均电压UO(
49、AV)：由uo的波形可知，桥式整流是半波整流的2倍，即：UO(AV)=0.9U2。（2）输出电流平均值IO（AV）和流过二极管的电流平均值ID(AV)：一个周期内流过负载RL的电流为半波整流的两倍，即：在一个周期内四个二极管轮番导通，所以流过二极管的电流平均值为输出电流平均值的二分之一，即：（3）二极管承受的最高反向电压URM：二极管承受的最高反向电压URM为URM=。三、三、滤波电路滤波电路 整流电路虽然把沟通电变换整流电路虽然把沟通电变换为直流电，但输出电压脉动较大。为直流电，但输出电压脉动较大。除了在一些特殊场合可以干脆用除了在一些特殊场合可以干脆用作放大器的电源外，通常都要实作放大器的
50、电源外，通常都要实行确定的措施，尽量降低输出电行确定的措施，尽量降低输出电压的脉动成分。滤波电路的任务压的脉动成分。滤波电路的任务就是把脉动较大的直流电压变成就是把脉动较大的直流电压变成基本上平稳的电压。常见的滤波基本上平稳的电压。常见的滤波电路为电容滤波电路，如图电路为电容滤波电路，如图a所示。所示。a）电路 b）波形 图 桥式整流电容滤波电路及波形电容电容电容电容充电充电充电充电电容电容电容电容放电放电放电放电二极管导通时给电容充电，二极管截止时电容向负载放电；二极管导通时给电容充电，二极管截止时电容向负载放电；电容滤波器的组成和工作原理，如下图所示。电容滤波器的组成和工作原理，如下图所示