第1章半导体器件及整流电路精.ppt

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1、第1章半导体器件及整流电路第1页，本讲稿共97页 电子技术包含模拟电子技术基础和数字电子电子技术包含模拟电子技术基础和数字电子技术基础两部分内容，模拟电子技术主要研究技术基础两部分内容，模拟电子技术主要研究模拟电子信号的相关课目，数字电子技术主要模拟电子信号的相关课目，数字电子技术主要研究数字电子信号的相关课目。是理工科（非研究数字电子信号的相关课目。是理工科（非电专业）学生必修的一门基础理论课。电专业）学生必修的一门基础理论课。前面四章主要介绍常用半导体器件、放大前面四章主要介绍常用半导体器件、放大电路、集成运算放大器和稳压电源电路，是研电路、集成运算放大器和稳压电源电路，是研究究低频低频范

2、围内的范围内的在时间和空间上都連續的在时间和空间上都連續的模拟模拟信号的基本技术理论。后面章节着重介绍逻辑信号的基本技术理论。后面章节着重介绍逻辑代数、门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路代数、门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等，研究等，研究在时、空上不連續的、断续的在时、空上不連續的、断续的数字信数字信号的基本技术理论。号的基本技术理论。2第2页，本讲稿共97页1.1 半导体二极管及整流电路1.2 特殊二极管及稳压电路1.3 双极型三极管1.4 场效应晶体管1.5 晶体管的识别与简易测试第第1章章 半导体器件半导体器件3第3页，本讲稿共97页第第1章章 半导体器件半导体器件学习要点学习要点学

3、习要点学习要点二极管的工作原理、伏安特性、主要二极管的工作原理、伏安特性、主要参数和整流电路参数和整流电路双极型三极管的放大作用、输入和输出双极型三极管的放大作用、输入和输出特性曲线及主要参数特性曲线及主要参数场效应管的放大作用、输入和输出特场效应管的放大作用、输入和输出特性曲线及主要参数性曲线及主要参数晶体二极管、三极管的识别与简单測試晶体二极管、三极管的识别与简单測試晶体二极管、三极管的识别与简单測試晶体二极管、三极管的识别与简单測試4第4页，本讲稿共97页 对于元器件，重点放在特性、技术指标和正确对于元器件，重点放在特性、技术指标和正确使用方法上面，了解其内部机理。讨论器件的目使用方法上

4、面，了解其内部机理。讨论器件的目的在于应用。的在于应用。学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，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对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近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。的结果。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，R，C的值的值有误差。工程上允许一定的误差。采用合理估算有误差。工程上允许一定的误差。采用合理估算的方法。对电路进行整体考虑时，只要能满足技的方法。对电路进行整体考虑时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。

5、但分析计术指标，就不要过分追究精确的数值。但分析计算时另当别论。我们在分析计算时一般都以理想算时另当别论。我们在分析计算时一般都以理想条件为前提，已经考虑了各項近似因素。条件为前提，已经考虑了各項近似因素。5第5页，本讲稿共97页1.1 1.1 半导体二极管及整流电路半导体二极管及整流电路半导体二极管及整流电路半导体二极管及整流电路 半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。常用的半导体器半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管、集成块等。半导体器件是构件有二极管、三极管、场效应晶体管、集成块等。半导体器件是构成各种电子电路最基本的元件。成各种电子电

6、路最基本的元件。1.1.1 半导体的导电特征半导体的导电特征导体：导体：导体：导体：很容易导电的物体，如金、银、铜、铁等。很容易导电的物体，如金、银、铜、铁等。很容易导电的物体，如金、银、铜、铁等。很容易导电的物体，如金、银、铜、铁等。绝缘体：绝缘体：绝缘体：绝缘体：不容易导电或者完全不导电的物体，如塑料、不容易导电或者完全不导电的物体，如塑料、不容易导电或者完全不导电的物体，如塑料、不容易导电或者完全不导电的物体，如塑料、橡胶、陶瓷、玻璃等。橡胶、陶瓷、玻璃等。橡胶、陶瓷、玻璃等。橡胶、陶瓷、玻璃等。半导体半导体半导体半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅导电性能介于导体和绝缘体之

7、间的物质，如硅(Si)、锗、锗(Ge)、金属氧化物等。硅和锗是、金属氧化物等。硅和锗是4价元素，原子价元素，原子的最外层轨道上有的最外层轨道上有4个价电子个价电子。物质导电性能的差异决定于物质导电性能的差异决定于物质内部原子结构及原子与原物质内部原子结构及原子与原子之间的结合方式。子之间的结合方式。6第6页，本讲稿共97页半导体的特性：半导体的特性：(可制成温度敏感元件，如热敏电阻可制成温度敏感元件，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，使其往纯净的半导体中掺入某些杂质，使其导电能力明显改变。导电能力明显改变。光敏性：光敏性：当受到光照时，其导电能力明显变化。当受到光照时，

8、其导电能力明显变化。(可制成各种光敏元件，如光敏电阻、可制成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等光敏二极管、光敏三极管、光电池等)。热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力明显当环境温度升高时，导电能力明显増强。増强。7第7页，本讲稿共97页本征半导体本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。本征半导体。硅和锗的晶体结构硅和锗的晶体结构8第8页，本讲稿共97页 室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为为自由电子自由电子，同时在共价键中留下一个空位，这个空位称为

9、，同时在共价键中留下一个空位，这个空位称为空穴空穴。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。荷一样。在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流子在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流子。純净的半导体叫本征半导体純净的半导体叫本征半导体。每个原子周围有四个相。每个原子周围有四个相邻的原子，每个原子的一个外层价电子与另一原子的外层邻的原子，每个原子的一个外层价电子与另一原子的外层价电子组成电子对，原子之间的这种电子对为两原子共有，价电子组成电子对，原子之间的这种电子对为两原子共有，称为称为共价键结构。共价键结构。共价键结构。共价键结构。原子原子

10、原子原子通过通过共价键共价键共价键共价键紧密结合在一起。两个相邻紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。原子共用一对电子。由于由于温升、光照温升、光照等原因，等原因，共价键共价键共价键共价键的电子容易的电子容易的电子容易的电子容易挣脱键的束縛成为自由电子。这是半导体的一个重要特征。挣脱键的束縛成为自由电子。这是半导体的一个重要特征。挣脱键的束縛成为自由电子。这是半导体的一个重要特征。挣脱键的束縛成为自由电子。这是半导体的一个重要特征。1 1 1 1热激发产生自由电子和空穴热激发产生自由电子和空穴热激发产生自由电子和空穴热激发产生自由电子和空穴9第9页，本讲稿共97页硅和锗的共价键结构硅和锗的

11、共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对 共价键中的共价键中的两个电子被紧紧两个电子被紧紧束缚在共价键中，束缚在共价键中，称为称为束缚电子束缚电子。+4+4+4+410第10页，本讲稿共97页+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子 在常温下，由于热在常温下，由于热激发，使一些价电子激发，使一些价电子获得足够的能量而脱获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成离共价键的束缚，成为为自由电子自由电子（带负电），（带负电），同时共价键上留下一个同时共价键上留下一个空位，称为空位，称为空穴空穴（带正（带正电）电）。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

12、征激发。11第11页，本讲稿共97页（与自由电子的运动不同）有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中（这是一种相对运动），新的空穴又会样空穴便转移到邻近共价键中（这是一种相对运动），新的空穴又会被邻近的价电子填补。被邻近的价电子填补。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电荷本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电

13、子和带正电荷的空穴，这是半导体与导体在的空穴，这是半导体与导体在导电原理上的本質区别。导电原理上的本質区别。热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为又可能重新结合而成对消失，称为复合复合复合复合。在一定温度下自由电。在一定温度下自由电子和空穴维持一定的浓度，达到动态平衡。子和空穴维持一定的浓度，达到动态平衡。2 2 2 2空穴的运动空穴的运动空穴的运动空穴的运动12第12页，本讲稿共97页3.3.3.3.在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其导电能在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其导电能在纯净半导体中掺入某些

14、微量杂质，其导电能在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其导电能力将大大增强力将大大增强力将大大增强力将大大增强在纯净半导体硅或锗（在纯净半导体硅或锗（4价）中掺入价）中掺入磷、砷磷、砷等等5价元素，由于这类价元素，由于这类元素的原子最外层有元素的原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键结构中，由个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在一个多余的价电子而产生大量自由电子，于存在一个多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主这种半导体主要靠自由电子导电要靠自由电子导电，称为，称为电子电子半导体或半导体或N型半导体，其中自由型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成的空穴为少数载流子。电子为多数

15、载流子，热激发形成的空穴为少数载流子。（1 1）N N型半导体型半导体型半导体型半导体自由电子自由电子 多数载流子（简称多子）多数载流子（简称多子）空空 穴穴少数载流子（简称少子）少数载流子（简称少子）13第13页，本讲稿共97页N N 型半导体型半导体型半导体型半导体 掺杂浓度远大于本征掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。大于空穴浓度。自由电子自由电子称为多数载称为多数载流子（多子），流子（多子），空穴空穴空穴空穴称为少数载流子称为少数载流子（少子）。（少子）。+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5多余电子多余电子

16、磷原子磷原子掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素在常温下即可变在常温下即可变在常温下即可变在常温下即可变为自由电子为自由电子为自由电子为自由电子失去一失去一失去一失去一个电子个电子个电子个电子变为正变为正变为正变为正离子离子离子离子第14页，本讲稿共97页（2 2）P P型半导体型半导体型半导体型半导体 在在纯纯净净半半导导体体硅硅或或锗锗（4价价）中中掺掺入入硼硼、铝铝等等3价价元元素素，由由于于这这类类元元素素的的原原子子最最外外层层只只有有3个个价价电电子子，故故在在构构成成的的共共价价键键结结构构中中，由由于于缺缺少少价价电电子子而而形形成成大大量量空空穴穴，这这类类掺掺杂

17、杂后后的的半半导导体体其其导导电电作作用用主主要要靠靠空空穴穴运运动动，称称为为空空穴穴半半导导体体或或P型型半半导导体体，其其中中空空穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子。穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子。自由电子自由电子 多数载流子（简称多子）多数载流子（简称多子）空空 穴穴少数载流子（简称少子）少数载流子（简称少子）15第15页，本讲稿共97页P P P P 型半导体型半导体型半导体型半导体 掺杂浓度远大于本掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，征半导体中载流子浓度，所以，空穴浓度远大于所以，空穴浓度远大于自由电子浓度。自由电子浓度。空穴空穴称为多数载流子称为

18、多数载流子（多子），（多子），自由电子自由电子称为少数载称为少数载流子（少子）。流子（少子）。+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3硼原子硼原子空穴空穴掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素接受一接受一接受一接受一个电子个电子个电子个电子变为负变为负变为负变为负离子离子离子离子第16页，本讲稿共97页无论是无论是P型半导体还是型半导体还是N型半导体都是中性的，型半导体都是中性的，通常对外不显电性。通常对外不显电性。掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。量越多。只有将两种杂质半导体做成只有将两种杂质半导体做成PN结后才能成为半结后才能

19、成为半导体器件导体器件。17第17页，本讲稿共97页u半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为为漂移运动漂移运动。在半导体中，如果载流子浓度分。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩扩扩扩散运动散运动散运动散运动。u将一块半导体的一侧掺杂成将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一型半导体，另一侧掺杂成侧掺杂成N型半导体，在两种半导体

20、的交界面型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层处将形成一个特殊的薄层 PN结结。1 1 1 1PNPNPNPN结的形成结的形成结的形成结的形成1.1.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性18第18页，本讲稿共97页 多子多子扩散扩散 形成空间电荷区形成空间电荷区产生内电场产生内电场 少子漂少子漂移移促使促使阻止阻止 扩散与漂移达到动态平衡扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的形成一定宽度的PN结结19第19页，本讲稿共97页w外加正向电压（也叫外加正向电压（也叫正向偏置正向偏置）w外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大

21、超过漂移运动，大超过漂移运动，N区电子不断扩散到区电子不断扩散到P区，区，P区空穴区空穴不断扩散到不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这时称区，形成较大的正向电流，这时称PN结处于低阻结处于低阻导通导通导通导通状态。状态。2 2 2 2PNPNPNPN结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性20第20页，本讲稿共97页w外加反向电压（也叫外加反向电压（也叫反向偏置反向偏置）w外加电场与内电场方向相同，增强了内电外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难以进行，少子在电场作用场，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流，因为是少子漂移运动产下形成反向电流，因为是少子

22、漂移运动产生的，反向电流很小，这时称生的，反向电流很小，这时称PN结处于高结处于高阻阻截止截止状态。状态。21第21页，本讲稿共97页 一一个个PN结结加加上上相相应应的的电电极极引引线线并并用用管管壳壳封封装装起起来来，就就构构成了半导体二极管，简称二极管。符号用成了半导体二极管，简称二极管。符号用VD表示。表示。半导体二极管按其结构不同可分为半导体二极管按其结构不同可分为点点接触型和接触型和面面接触型两类。接触型两类。点点接接触触型型二二极极管管PN结结面面积积很很小小，结结电电容容很很小小，多多用用于于高高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。频检波及脉冲数字电路中的开关元件。面面接接触触型

23、型二二极极管管PN结结面面积积大大，结结电电容容也也小小，允允許許通通过过电电流流大，多用在低频整流、检波等电路中。大，多用在低频整流、检波等电路中。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管1.2.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构22第22页，本讲稿共97页二极管的结构示意图二极管的结构示意图VD第23页，本讲稿共97页（1 1）正向特性（导通）正向特性（导通）正向特性（导通）正向特性（导通）外加正向电压小于开启电压（阈值电压）时，外外加正向电压小于开启电压（阈值电压）时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结处于截

24、止状态结处于截止状态。正向电压大于阈值电压后，正向电流正向电压大于阈值电压后，正向电流 随随着正向电压增大迅速上升。通常阈值电压着正向电压增大迅速上升。通常阈值电压硅管约为硅管约为0.5V，导通时电压，导通时电压0.6V；锗管阈值电；锗管阈值电压约为压约为0.2V，导通时电压，导通时电压0.3V。正向特性曲正向特性曲线近似线近似指数曲线指数曲线。外加反向电压时，外加反向电压时，PN结处于截止状态。结处于截止状态。1、温升使反向电流增加很快；、温升使反向电流增加很快；2、反向电流、反向电流 很小且稳定。很小且稳定。（2 2）反向特性（截止）反向特性（截止）反向特性（截止）反向特性（截止）1.2.

25、2 半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性（3 3）反向击穿）反向击穿反向电压大于击穿电压（反向电压大于击穿电压（UBR）时，反向电流急剧增加。原因为）时，反向电流急剧增加。原因为电击穿电击穿。1、强、强外电场破坏键结构；外电场破坏键结构；2、获得大能量的載流子碰撞原子产生新的电子空穴对。、获得大能量的載流子碰撞原子产生新的电子空穴对。如无限流措施，会造成如无限流措施，会造成热击穿热击穿而损坏。而损坏。24第24页，本讲稿共97页（1）最大整流电流）最大整流电流IFM：指管子长期运行时，允许通过的最大正：指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。向平均电流。（2）反向击穿电压）反向击

26、穿电压UBR：指管子反向击穿时的电压值。：指管子反向击穿时的电压值。（3）最大反向工作电压）最大反向工作电压URM：二极管运行时允许承受的最大反向：二极管运行时允许承受的最大反向电压（约为电压（约为UBR 的一半）。的一半）。（4）最大反向电流）最大反向电流IRM：指管子未击穿时的反向电流，其值越小，：指管子未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。则管子的单向导电性越好。（5）最高工作频率）最高工作频率fm：主要取决于：主要取决于PN结结电容的大小。结结电容的大小。理想二极管理想二极管理想二极管理想二极管：正向导通时为正向导通时为短路短路特性，特性，正向电阻为零正向电阻为零，正向

27、，正向压降忽略不计；反向截止时为压降忽略不计；反向截止时为开路开路特性，特性，反向电阻为无穷大反向电阻为无穷大，反向漏电流忽略不计。反向漏电流忽略不计。1.2.3 半导体二极管的主要参数半导体二极管的主要参数25第25页，本讲稿共97页1.3 整流电路整流电路直流稳压电源的组成：直流稳压电源的组成：直流稳压电源的组成：直流稳压电源的组成：26第26页，本讲稿共97页 二极管应用范围很广，主要是利用二极二极管应用范围很广，主要是利用二极管的单相导电性，可用于整流、检波、开关管的单相导电性，可用于整流、检波、开关元件等。一些特殊工艺制造的二极管还有更元件等。一些特殊工艺制造的二极管还有更多更好的作

28、用。多更好的作用。利用具有单向导电性能的整流元件如二利用具有单向导电性能的整流元件如二极管等，将极管等，将交流电转换成单向脉动直流电的交流电转换成单向脉动直流电的电路称为整流电路电路称为整流电路。整流电路按输入电源相数。整流电路按输入电源相数。整流电路按输入电源相数。整流电路按输入电源相数可分为可分为可分为可分为单相单相单相单相整流电路和整流电路和整流电路和整流电路和三相三相整流电路，按输出整流电路，按输出波形又可分为波形又可分为半波半波整流电路和整流电路和整流电路和整流电路和全波全波整流电路。整流电路。目前广泛使用的是桥式（全波）整流电路。目前广泛使用的是桥式（全波）整流电路。27第27页，

29、本讲稿共97页 1.3.1 1.3.1 单相半波整流电路单相半波整流电路单相半波整流电路单相半波整流电路优点：电路结构简单。缺点：输出电压脉动系数大用途：可以用脉动电流的地方，如电镀、蓄电池充电等。28第28页，本讲稿共97页 当u为正半周时，二极管VD承受正向电压而导通，此时有电流流过负载，并且和二极管上的电流相等，即io=id。忽略二极管的电压降，则负载两端的输出电压等于变压器副边电压，即uo=u，输出电压uo的波形幅度与u相同。29第29页，本讲稿共97页 当u为负半周时，二极管VD承受反向电压而截止。此时负载上无电流流过，输出电压uo=0，变压器副边电压u全部加在二极管VD上，UVD=

30、um。30第30页，本讲稿共97页31第31页，本讲稿共97页32第32页，本讲稿共97页 1.3.2 1.3.2 单相桥式整流电路（常用整流电路）单相桥式整流电路（常用整流电路）单相桥式整流电路（常用整流电路）单相桥式整流电路（常用整流电路）可以得到比较平滑的整流电流。可以得到比较平滑的整流电流。可以得到比较平滑的整流电流。可以得到比较平滑的整流电流。33第33页，本讲稿共97页u为正半周时，为正半周时，a点电位高于点电位高于b点电位，二极管点电位，二极管D1、D3承承受正向电压而导通，受正向电压而导通，D2、D4承受反向电压而截止。此时承受反向电压而截止。此时电流的路径为：电流的路径为：a

31、D1RLD3b。34第34页，本讲稿共97页u为负半周时，为负半周时，b点电位高于点电位高于a点电位，二极管点电位，二极管D2、D4承受正向电压承受正向电压而导通，而导通，D1、D3承受反向电压而截止。此时电流的路径为：承受反向电压而截止。此时电流的路径为：bD2RLD4a。35第35页，本讲稿共97页36第36页，本讲稿共97页37第37页，本讲稿共97页38第38页，本讲稿共97页39第39页，本讲稿共97页40第40页，本讲稿共97页1.4 滤波电路滤波电路 整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动较大，在某些应用中如电镀、蓄电池充电等可直较大，在

32、某些应用中如电镀、蓄电池充电等可直接使用脉动直流电源。但许多电子设备需要平稳接使用脉动直流电源。但许多电子设备需要平稳的直流电源。这种电源中的整流电路后面还需加的直流电源。这种电源中的整流电路后面还需加滤波电路将交流成分滤除，以得到比较平滑的输滤波电路将交流成分滤除，以得到比较平滑的输出电压。滤波通常是利用出电压。滤波通常是利用电容电容或或电感电感电感电感的的能量存储能量存储能量存储能量存储功能功能功能功能来实现的。来实现的。41第41页，本讲稿共97页1.4.1 1.4.1 电容滤波电路电容滤波电路电容滤波电路电容滤波电路42第42页，本讲稿共97页43第43页，本讲稿共97页 单相桥式整流

33、、电容滤波电路的输出特性曲线如单相桥式整流、电容滤波电路的输出特性曲线如图所示。空载时（图所示。空载时（RL=，开路），开路），UDO=1.4U。负载加。负载加重时（即重时（即RL减小，减小，IDO增大，此时增大，此时=RLC减小），放减小），放电速度加快，电速度加快，UDO下降。从图中可见，电容滤波电路下降。从图中可见，电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，说明它的的输出电压在负载变化时波动较大，说明它的带负带负载能力较差载能力较差，只适用于负载较轻且变化不大的场合，只适用于负载较轻且变化不大的场合44第44页，本讲稿共97页45第45页，本讲稿共97页例：（P21 1-6题）46第4

34、6页，本讲稿共97页47第47页，本讲稿共97页5.2.2 5.2.2 电感滤波电路电感滤波电路电感滤波电路电感滤波电路电感滤波适用于负载电流较大的场合。它的缺点是制做复杂、体积大、笨重且存在电磁干扰。48第48页，本讲稿共97页5.2.3 5.2.3 复合滤波电路复合滤波电路复合滤波电路复合滤波电路 LC、CLC型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较小的场合。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重压脉动较小的场合。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重的电感，构成的电感，构成CRC型滤波电路，同样可以获得脉动很小的型滤波电路，同样可以获得脉动很小的输

35、出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，故只输出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，故只适用于负载电流较小的场合。适用于负载电流较小的场合。49第49页，本讲稿共97页稳压管的主要参数：稳压管的主要参数：（1）稳定电压）稳定电压UZ。反向击穿后稳定工作的电压。反向击穿后稳定工作的电压。（2）稳定电流）稳定电流IZ。工作电压等于稳定电压时的电流。工作电压等于稳定电压时的电流。（3）动动态态电电阻阻rZ。稳稳定定工工作作范范围围内内，管管子子两两端端电电压压的的变变化化量量与与相相应应电流的变化量之比。即：电流的变化量之比。即：rZ=UZ/IZ（4）额额定定功功率率PZ和和最最大大稳稳定

36、定电电流流IZM。额额定定功功率率PZ是是在在稳稳压压管管允允许许结结温温下下的的最最大大功功率率损损耗耗。最最大大稳稳定定电电流流IZM是是指指稳稳压压管管允允许许通通过的最大电流。它们之间的关系是：过的最大电流。它们之间的关系是：PZ=UZIZM 稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管的稳定电压稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管的稳定电压就是就是反向击穿电压反向击穿电压。稳压管的稳压作用在于：。稳压管的稳压作用在于：电流增量很大，电流增量很大，只引起很小的电压变化。稳压管的反向击穿应是可逆的，工只引起很小的电压变化。稳压管的反向击穿应是可逆的，工作电流能控制在一定范

37、围内。作电流能控制在一定范围内。1.5 1.5 特殊二极管特殊二极管特殊二极管特殊二极管1.5.1 稳压管（稳压管（W）50第50页，本讲稿共97页1.5.2 稳压管稳压电路稳压管稳压电路 最简单的稳压电源采用稳压管来稳定电压。最简单的稳压电源采用稳压管来稳定电压。（负极接（负极接+）经整流和滤波后的直流电压经整流和滤波后的直流电压Udi，再经限流电阻再经限流电阻R和稳压管和稳压管VS组成的稳压电路接到负载组成的稳压电路接到负载RL上，稳压管上，稳压管VS与负载与负载RL并联。并联。当当RL不变时，不变时，Udi随电网电压变化增大，应是随电网电压变化增大，应是UDO增大，由于稳增大，由于稳压管

38、工作在压管工作在反向击穿狀態反向击穿狀態，其，其两端的电压略有增大，流过的电流增大两端的电压略有增大，流过的电流增大很多很多，使限流电阻，使限流电阻R上的电流增大，压降增大，使上的电流增大，压降增大，使Udi的电压增量几的电压增量几乎都降在限流电阻乎都降在限流电阻R上。从而使上。从而使UDO保持不变。反之亦然。保持不变。反之亦然。当负载电阻当负载电阻RL变化（减小），则輸出变化（减小），则輸出UDO应减小，由于稳压管应减小，由于稳压管两端的电压略有减小时，流过的电流减小很多，而两端的电压略有减小时，流过的电流减小很多，而R上的电流基本不上的电流基本不变，负载电流要增大，从而使变，负载电流要增大

39、，从而使UDO保持不变。保持不变。稳压电路中除稳压管外，限流电阻稳压电路中除稳压管外，限流电阻R起一定作用，其值大小的选起一定作用，其值大小的选择范围是：择范围是：51第51页，本讲稿共97页IRIRLIVS52第52页，本讲稿共97页稳压管稳压电路的特点稳压管稳压电路的特点 输出电压不能调节，负载电流变化范围小，稳定性，优点是电路简单，输出电压固定。稳压管的选择稳压管的选择 一般情况下，选稳压管型号依据：VZ=VO IZM=（1.53）Iomax输入电压的确定输入电压的确定 为保证足够的电压调整范围，Ui=(23)UZ电路连接电路连接 稳压狀態，正极接低电平，负极接高电平；输出VZ;导通狀態

40、，正极接高电平，负极接低电平，输出0.5V。53第53页，本讲稿共97页1.5.2 发光二极管（发光二极管（LED）当发光二极管的当发光二极管的PN结加上正向电压时，电子与空穴复合过程结加上正向电压时，电子与空穴复合过程以光的形式放出能量。以光的形式放出能量。不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低（发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低（1.53V）、）、反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，是一种很有用反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，是一种很有用的半导体器件，常用于信号指示、数字和字符显示。的半

41、导体器件，常用于信号指示、数字和字符显示。54第54页，本讲稿共97页1.5.3 光电二极管（光电二极管（U）光电二极管的又称为光敏二极管光电二极管的又称为光敏二极管，其工作原理恰好与发光二，其工作原理恰好与发光二极管相反。当光线照射到光电二极管的极管相反。当光线照射到光电二极管的PN结时，能激发结时，能激发更多的电子，使之产生更多的电子空穴对，从而提高了更多的电子，使之产生更多的电子空穴对，从而提高了少数载流子的浓度。在少数载流子的浓度。在PN结两端加反向电压时反向电流会增结两端加反向电压时反向电流会增加，所产生反向电流的大小与光的照度成正比，所以光电二极管加，所产生反向电流的大小与光的照度

42、成正比，所以光电二极管正常工作时所加的电压为反向电压。为使光线能照射到正常工作时所加的电压为反向电压。为使光线能照射到PN结上，结上，在光电二极管的管壳上设有一个小的通光窗口。在光电二极管的管壳上设有一个小的通光窗口。55第55页，本讲稿共97页例P22，112作业：13、5、6、7、12、13。56第56页，本讲稿共97页1.6 1.6 双极型三极管双极型三极管双极型三极管双极型三极管(TTL)1.6.1 三极管的结构及类型三极管的结构及类型三极管的结构及类型三极管的结构及类型半导体三极管是由两个背靠背的半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成的。结构成的。重重要特性是具有电流放大作用和开关作

43、用要特性是具有电流放大作用和开关作用，常见的有，常见的有平面型和合金型两类。在工作过程中，两种载流子平面型和合金型两类。在工作过程中，两种载流子（电子和空穴）都参与导电，故又称为（电子和空穴）都参与导电，故又称为双极型晶体双极型晶体双极型晶体双极型晶体管管管管，简称晶体管或三极管。，简称晶体管或三极管。两个两个PN结，把半导体分成三个区域（三区二结，把半导体分成三个区域（三区二结）。这三个区域的排列，可以是结）。这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以，也可以是是P-N-P。因此，双极型三极管有两种类型：。因此，双极型三极管有两种类型：NPNNPN型型型型和和PNPPNP型型型型。57第57

44、页，本讲稿共97页NPN型PNP型 箭箭头头方方向向表表示示发发射射结结加加正正向向电电压压时时的的电电流流方方向向58第58页，本讲稿共97页1.6.2 电流分配和电流放大作用电流分配和电流放大作用电流分配和电流放大作用电流分配和电流放大作用（1）产生放大作用的条件（工艺结构特点）产生放大作用的条件（工艺结构特点）内部内部：a）发射区杂质浓度）发射区杂质浓度基区基区集电区，保证足够多載流子用于集电区，保证足够多載流子用于发射。发射。b）基区很薄且低浓度，减小复合运动。）基区很薄且低浓度，减小复合运动。C）集电区面积大，保证）集电区面积大，保证有足够的收集能力。有足够的收集能力。外部外部：发射

45、结正偏，集电结反偏：发射结正偏，集电结反偏（2）三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程（NPN为例）为例）a）发射区向基区注入电子，形成发射）发射区向基区注入电子，形成发射极电流极电流 iEb）电子在基区中的继续扩散与复合，）电子在基区中的继续扩散与复合，形成基极电流形成基极电流 iB=iEN-iCBOc）集电区收集扩散过来的电子，形成集电极）集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流电流 iC=iCN+iCBO（3）电流分配关系电流分配关系：iE=iC+iB 59第59页，本讲稿共97页 实验表明实验表明IC比比IB大数十至数百倍，因而有大数十至数百倍，因而有IC 近似等于近似等

46、于IE。IB虽然虽然很小，但对很小，但对IC有控制作用，有控制作用，IC随随IB的改变而改变，即基极电流较小的变的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极具有小量控化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。1.6.3 三极管的特性曲线（三极管的特性曲线（三极管的特性曲线（三极管的特性曲线（NPNNPN）1 1 1 1输入特性曲线输入特性曲线与二极管加正向电压类似与二极管加正向电压类似60第60页，本讲稿共97页2 2 2 2输出特性曲线输出特性曲线（

47、1）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置（2）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置（3）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置 此时此时 61第61页，本讲稿共97页1.6.4 三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的主要参数1、电流放大系数、电流放大系数：iC=iB 有直流和交流之分，在小功率范围內认为相等。（有的用hfe表示）2、极间反向电流、极间反向电流iCBO、iCEO：iCEO也叫穿透电流，也叫穿透电流，与ICBO、及温度有关。iCEO=（1+）

48、iCBO3、极限参数、极限参数 （1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流 ICM：下降到额定值下降到额定值的的2/3时所允许的最时所允许的最大集电极电流，电路不能正常工作。大集电极电流，电路不能正常工作。（2）反向击穿电压）反向击穿电压U（BR）CEO：基极开路时，集电极、发射极间的：基极开路时，集电极、发射极间的最大允许反向电压，大了可能烧坏管子。最大允许反向电压，大了可能烧坏管子。（3）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCM=IC UCE，决定了管子的温升极限。决定了管子的温升极限。在輸出特性曲线上是一条双曲线，划定了安全区。在輸出特性曲线上是一条双曲线，划定了安全区。62第62

49、页，本讲稿共97页ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区第63页，本讲稿共97页1.6.4 三极管开关特性 在数字电路中，三极管作为最基本的开关元件，工作在截止区和饱在数字电路中，三极管作为最基本的开关元件，工作在截止区和饱和区。输入高电平时，管子导通饱和，输出低电平；输入低电平时，管和区。输入高电平时，管子导通饱和，输出低电平；输入低电平时，管子反相截止，输出高电平。三极管起一个反相器的作用。（构成非门）子反相截止，输出高电平。三极管起一个反相器的作用。（构成非门）（一）、（一）、饱和

50、导通条件饱和导通条件：临界饱和时临界饱和时 UCE=UCES IC=ICS IB=IBS 若若 IBIBSUCC/RC 管子一定飽和导通管子一定飽和导通 饱和导通时饱和导通时 UBE0.7v UCE=UCES0.3v（硅管）（硅管）管子如一个管子如一个合上的开关合上的开关。（二）、（二）、截止条件截止条件：UBE0.5V （硅管）（硅管）管子截止。管子截止。此时此时 IB0 IC0 UCEUCC管子如一个管子如一个打开的开关打开的开关。64第64页，本讲稿共97页三极管的开关特性三极管的开关特性uiRB+UCCRCTuouo+UCCRCCE。+UCC。RCCEuo饱和饱和导通导通，截止，截止3