模拟电子课件

1、1.1 PN结1.1.1 半导体基础知识1.1.2 PN结1.2 半导体二极管1.2.1 基本结构、种类与符号1.2.2 伏安特性1.2.3 主要参数1.2.4 使用注意事项 1.3 二极管应用1.3.1 整流1.3.2 检波1.3.3 钳位1.3.4 限幅1.3.5 元件保护 1.4 特殊.1.4.1 稳压二极管1.4.2 发光二极管1.4.3 光敏二极管1.4.4 变容二极管1.4.5 隧道二极管1.4.6 肖特基二极管1.4.7 片式二极管1.4.8 快恢复二极管第第1章章 半导体二极管及其应用半导体二极管及其应用目录目录本章要点本章要点: 半导体基础知识半导体基础知识 PN结单向导电性

2、结单向导电性 半导体二极管结构、符号、伏安特性及应用半导体二极管结构、符号、伏安特性及应用 特殊二极管特殊二极管本章难点本章难点: 半导体二极管伏安特性 半导体二极管应用第第1章章 半导体二极管及其应用半导体二极管及其应用1.1 PN结结 在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。体、绝缘体和半导体。 典型的半导体是典型的半导体是硅硅Si和和锗锗Ge，它们都是它们都是4价元素价元素。sisi硅原子硅原子Ge锗原子锗原子Ge+4+4硅和锗最外层轨道上的硅和锗最外层轨道上的四个电子称为四个电子称为价电子价电子。1.半导体特性

3、半导体特性导电能力介于导体与绝缘体之间的，称之为半导体。导电能力介于导体与绝缘体之间的，称之为半导体。(1)热敏性：导体的导电能力对温度反应灵敏，受温度影响大。热敏性：导体的导电能力对温度反应灵敏，受温度影响大。当环境温度升高时，其导电能力增强，称为热敏性。利用当环境温度升高时，其导电能力增强，称为热敏性。利用热敏性可制成热敏元件。热敏性可制成热敏元件。(2)光敏性：导体的导电能力随光照的不同而不同。当光照增光敏性：导体的导电能力随光照的不同而不同。当光照增强时，导电能力增强，称为光敏性。利用光敏性可制成光强时，导电能力增强，称为光敏性。利用光敏性可制成光敏元件。敏元件。(3)掺杂性：导体更为

4、独特的导电性能体现在其导电能力受杂掺杂性：导体更为独特的导电性能体现在其导电能力受杂质影响极大，称为掺杂性。质影响极大，称为掺杂性。 .半导体基础知识半导体基础知识 动画演示 本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构束缚电子束缚电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4在绝对温度在绝对温度T=0K时，时，所有的价电子都紧紧束缚所有的价电子都紧紧束缚在共价键中，不会成为在共价键中，不会成为自自由电子由电子，因此本征半导体因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝的导电能力很弱，接近绝缘体。缘体。2. 本征半导体 本征半导体本征半导体化学成分纯净的半导体晶体。化学成分纯净的半导体晶体。制造半导体器件的

5、半导体材料的纯度要达到制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常，常称为称为“九个九个9”。 这一现象称为这一现象称为本征激发本征激发，也称也称热激发热激发。 当温度升高或受到当温度升高或受到光的照射时，束缚光的照射时，束缚电子能量增高，有电子能量增高，有的电子可以挣脱原的电子可以挣脱原子核的束缚，而参子核的束缚，而参与导电，成为与导电，成为自由自由电子电子。自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4 自由电子产生的自由电子产生的同时，在其原来的共同时，在其原来的共价键中就出现了一个价键中就出现了一个空位，称为空位，称为空穴空穴。空穴空穴 可见本征激发同时产生可

6、见本征激发同时产生电子空穴对。电子空穴对。 外加能量越高（外加能量越高（温度温度越高），产生的电子空越高），产生的电子空穴对越多。穴对越多。与本征激发相反的与本征激发相反的现象现象复合复合在一定温度下，本征激在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。对的浓度一定。常温常温300K时：时：电子空穴对的浓度电子空穴对的浓度硅：硅：310cm104.1锗：锗：313cm105.2自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴电子空穴对电子空穴对自由电子自由电子 带负电荷带负电荷 逆电场运动逆电场运动 电子流电子流+

7、4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子E总电流总电流载流子载流子空穴空穴 带正电荷带正电荷 顺电场运动顺电场运动 空穴流空穴流本征半导体的导电性取决于外加能量：本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。导电机制导电机制3. 3. 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为半导体称为杂质半导体杂质半导体。(1)(1) N型半导体型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为如磷，砷等，称为N型

8、半导体型半导体。 N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多数载流子多数载流子自由电子自由电子少数载流子少数载流子 空穴空穴+N型半导体施主离子施主离子自由电子自由电子电子空穴对电子空穴对 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。空穴空穴硼原子硼原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+3+4+4多数载流子多数载流子 空穴空穴少数载流子少数载流子自由电子自由电子P型半导体受主离子受主离子空穴空穴电子空穴对电子空穴对(2)(2) P型半导体型半导体杂质半导体的示意图杂质半导体的示意图+N型半导体

9、多子多子电子电子少子少子空穴空穴P型半导体多子多子空穴空穴少子少子电子电子少子浓度少子浓度本征激发产生，与温度有关本征激发产生，与温度有关多子浓度多子浓度掺杂产生与，温度无关掺杂产生与，温度无关内电场E因多子浓度差因多子浓度差形成内电场形成内电场多子的扩散多子的扩散 空间电荷区空间电荷区 阻止多子扩散，促使少子漂移。阻止多子扩散，促使少子漂移。PNPN结合结合+P型半导体+N型半导体+空间电荷区空间电荷区多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层1.2.1 1.2.1 PN结结 1 . PN结的形成结的形成 动画演示少子漂移少子漂移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，补充耗尽层失

10、去的多子，耗尽层窄，E多子扩散多子扩散 又失去多子，耗尽层宽，又失去多子，耗尽层宽，EP型半导体+N型半导体+内电场E多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层动态平衡：动态平衡： 扩散电流扩散电流 漂移电流漂移电流总电流总电流0势垒势垒 UO硅硅 0.5V锗锗 0.1V2. PN结的单向导电性结的单向导电性(1) 加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场外电场削弱内电场 耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子多子扩散形成正向电流扩散

11、形成正向电流I I F F+P型半导体+N型半导体+WER空间电荷区内电场E正向电流正向电流 动画演示(2) 加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接N区，负极接区，负极接P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场外电场加强内电场 耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I R R+内电场+E+EW+空 间 电 荷 区+R+IRPN 在一定的温度下，由本征激在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，发产生的少子浓度是一定的，故故IR基本上与外加反压的大小基本上与外加反压的大小无关无关，

12、所以称为所以称为反向饱和电流反向饱和电流。但。但IR与温度有关。与温度有关。 动画演示 PN结加正向电压时，具有较大的正向结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，扩散电流，呈现低电阻， PN结导通；结导通； PN结加反向电压时，具有很小的反向结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。结截止。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导结具有单向导电性。电性。 动画演示1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 二极管二极管 = PN结结 + 管壳管壳 + 引线引线NP1.结构结构符号符号阳极阳极+阴极阴极-1.2.1 基本结构、

13、种类与符号基本结构、种类与符号 2.二极管按结构分三大类：按结构分三大类：(1) 点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。N型 锗正 极 引 线负 极 引 线外 壳金 属 触 丝(3) 平面型二极管平面型二极管 用于集成电路制造工艺中。用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。(2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。SiO2正 极 引 线负 极 引 线N型 硅P型 硅负

14、 极 引 线正 极 引 线N型 硅P型 硅铝 合 金 小 球底 座半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：2AP9用数字代表同类器件的不同规格。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，代表器件的类型，P为普通管，为普通管，Z为整流管，为整流管，K为开关管。为开关管。代表器件的材料，代表器件的材料，A为为N型型Ge，B为为P型型Ge， C为为N型型Si， D为为P型型Si。2代表二极管，代表二极管，3代表三极管。代表三极管。 .2.2 VA特性曲线特性曲线 硅：硅：0.5 V 锗：锗： 0.1 V(1) 正向特性正

15、向特性导通压降导通压降反向饱和电流反向饱和电流(2) 反向特性反向特性死区死区电压电压iu0击穿电压击穿电压UBR实验曲线实验曲线uEiVmAuEiVuA锗锗 硅：硅：0.7 V 锗：锗：0.3V(1)正向特性：正向特性： 对应于图对应于图1-12曲线的第段，为二极管伏特性的正向特曲线的第段，为二极管伏特性的正向特性部分。这时加在二极管两端的电压不大，从数值上看，只性部分。这时加在二极管两端的电压不大，从数值上看，只有零点几伏，但此时流过二极管的电流却较大，即此时二极有零点几伏，但此时流过二极管的电流却较大，即此时二极管呈现的正向电阻较小。一般硅管正向导通压降约为管呈现的正向电阻较小。一般硅管

16、正向导通压降约为0.60.7V, 锗管约为锗管约为0.20.3V。 硅管的死区电压约为硅管的死区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为，锗管的死区电压约为0.1V。 (2)反向特性：反向特性： 对应于对应于图图1-12曲线的第曲线的第段，是当二极管加反向电压的段，是当二极管加反向电压的情况。当外加反向电压时，由于少数载流子的漂移，可以形情况。当外加反向电压时，由于少数载流子的漂移，可以形成反向饱和电流，又由于少子的数目少，因此反向电流很小，成反向饱和电流，又由于少子的数目少，因此反向电流很小，用用IS表示。表示。(3) 反向击穿特性：反向击穿特性： 对应于特性曲线的第对应于特性曲线的第段。当作用

17、在二极管的反向电压段。当作用在二极管的反向电压高达某一数值后，反向电流会剧增，而使二极管失去单向导高达某一数值后，反向电流会剧增，而使二极管失去单向导电性，这种现象称为击穿，所对应的电压称为击穿电压。电性，这种现象称为击穿，所对应的电压称为击穿电压。 二极管的反向击穿，亦即二极管的反向击穿，亦即PN结的反向击穿，可分为热结的反向击穿，可分为热击穿与电击穿两种击穿与电击穿两种。TDS(e1)UUII 理想二极管的电流与端电压之间有如下关系理想二极管的电流与端电压之间有如下关系为温度电压当量，在室温为温度电压当量，在室温T=300K时，时，(1-1) 动画演示1.2.3主要参数主要参数1. 最大整

18、流电流最大整流电流Is：指二极管在长期运行时，允许通过的最指二极管在长期运行时，允许通过的最大大 正向平均电流。正向平均电流。2. 最高反向工作电压最高反向工作电压URM：指二极管运行时允许承受的最高指二极管运行时允许承受的最高反向电压。反向电压。3. 反向电流反向电流IR：指二极管在加上反向电压时的反向电流值。指二极管在加上反向电压时的反向电流值。 4. 最高工作频率最高工作频率fM：此参数主要由此参数主要由PN 结的结电容决定，结结的结电容决定，结电容越大，二极管允许的最高工作频率越低。电容越大，二极管允许的最高工作频率越低。 (2) 应根据需要正确地选择型号。应根据需要正确地选择型号。

19、1.2.4 使用注意事项使用注意事项(1) 在电路中应按注明的极性进行连接。在电路中应按注明的极性进行连接。 (3) 引出线的焊接或弯曲处，离管壳距离不得小于引出线的焊接或弯曲处，离管壳距离不得小于10mm。 (4) 应避免靠近发热元件，并保证散热良好。应避免靠近发热元件，并保证散热良好。 (5) 对整流二极管，建议反向电压降低对整流二极管，建议反向电压降低20%再使用。再使用。 (6) 切勿超过手册中规定的最大允许电流和电压值。切勿超过手册中规定的最大允许电流和电压值。 (7) 二极管的替换。硅管与锗管不能互相代用。二极管的替换。硅管与锗管不能互相代用。 1.3 二极管应用二极管应用1.3.

20、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单相、三相等各种形式的整流电路，然后再经过滤波、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稳压电源。稳压，便可获得平稳的直流稳压电源。 1.3.2 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

21、输出电流小于100mA 的的叫检波。叫检波。 动画演示1.3.3 钳位钳位 利用二极管正向导通时压降很小的特性可组成钳位电利用二极管正向导通时压降很小的特性可组成钳位电路如图所示路如图所示.若若A点点VA=0，二极管，二极管D可正向导通，其压降很小，可正向导通，其压降很小，故故F点的电位也被钳制在点的电位也被钳制在0V左右，即左右，即 VF0。二极管钳位电路二极管钳位电路 1.3.4 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，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。可以构成各种限幅电路，使输出电压幅度限制在

22、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限制输出电压负半周幅度的限幅电路限制输出电压负半周幅度的限幅电路双向限幅电路双向限幅电路 动画演示1.3.5 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，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，电压的损害，在如图所示的电路中，L和和R是线圈的电感和电是线圈的电感和电阻。阻。二极管保护电路二极管保护电路 动画演示当稳压二极管工作在当稳压二极管工作在反向击穿状态下反向击穿状态下,工作工作电流电流IZ在在Izmax和和Izmin之间变化时之间变化时,其两端电其两

23、端电压近似为常数压近似为常数稳定稳定电压电压 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管+-DZiuUZIUIzminIzmax正向同正向同二极管二极管反偏电压反偏电压UZ 反向击穿反向击穿UZ限流电阻限流电阻1.4.1 稳压二极管稳压二极管1.4 特殊二极管特殊二极管稳压二极管稳压过程稳压二极管稳压过程稳压管稳压电路稳压管稳压电路稳压过程稳压过程 稳压二极管的主要稳压二极管的主要 参数参数 (1) 稳定电压稳定电压UZ (2) 动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。下，所对应的反向工作电压

24、。 rZ = U / I rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 (3) (3) 最小稳定工作最小稳定工作 电流电流IZmin 保证稳压管击穿所对应的电流，若保证稳压管击穿所对应的电流，若IZIZmin则不能稳压。则不能稳压。 (4) (4) 最大稳定工作电流最大稳定工作电流IZmax 超过超过Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。稳压管会因功耗过大而烧坏。iuUZIUIzminIzmaxZ6.3VUF=0.7VUI=20VU=1kR【例例1-1】在图中，已知稳压二极管的在图中，已知稳压二极管的，已知，已知，时时,求求Uo稳压二极管的正向导通压降稳压二极管的正向导通

25、压降。当稳压电路稳压电路解解 当I=+20VU， 反向击穿稳压 Z=6.3VU， DZ2V正向导通， F2= 0.7VUO= +7VU； 同理， I=20VUO=7VU1.4.2 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，它是一种将电能转换为光能的半导体器件。导体器件。 发光二极管的符号如图所示。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，发光二极管常用于作为显示器件，可单个使用，也可作成可单个使用，也可作成7段式或矩段式或矩阵式，工作时加正向电压，并接入阵式，工作时加正向电压，并接入相应的限流电阻，工作电流一般为相应的限流电阻，工作电

26、流一般为几毫安到几十毫安，正向导通时的几毫安到几十毫安，正向导通时的管压降为管压降为1.82.2V。 + +发光二极管符号发光二极管符号1.4.3 光敏二极管光敏二极管 光敏二极管又称为光电二极管，它是将光能转换为电能的光敏二极管又称为光电二极管，它是将光能转换为电能的半导体器件。半导体器件。 其结构与普通二极管相似，只是在管壳上留有一个能使其结构与普通二极管相似，只是在管壳上留有一个能使光线照入的窗口。其符号如图光线照入的窗口。其符号如图所所示。示。光敏二极管符号光敏二极管符号 光敏二极管的特性曲线光敏二极管的特性曲线 1.4.4 变容二极管变容二极管 用于自动频率控制用于自动频率控制(AF

27、C)和调谐用的小功率二极管称和调谐用的小功率二极管称变容二极管。变容二极管符号如图所示。通过施加反向电变容二极管。变容二极管符号如图所示。通过施加反向电压，压， 使其使其PN结的静电容量发生变化，因此，常用于自动结的静电容量发生变化，因此，常用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。 变容二极管符号变容二极管符号1.4.5 隧道二极管隧道二极管 隧道二极管是因为用含有大量杂质的本征半导体制作隧道二极管是因为用含有大量杂质的本征半导体制作PN结时，会产生极薄的耗尽层，若加正向偏压，则在达结时，会产生极薄的耗尽层，若加正向偏压，则在达到扩散电位之前，由于隧

28、道效应而发生电流流动。若接近到扩散电位之前，由于隧道效应而发生电流流动。若接近扩散电位，则为通常的二极管特性，所以如图扩散电位，则为通常的二极管特性，所以如图1-26所示，所示，在正向电压低的范围，显示出负的电阻。在正向电压低的范围，显示出负的电阻。隧道二极管的电压电流特性隧道二极管的电压电流特性 隧道二极管的优点是开隧道二极管的优点是开关特性好，速度快、工作频关特性好，速度快、工作频率高；缺点是热稳定性较差。率高；缺点是热稳定性较差。一般应用于某些开关电路或一般应用于某些开关电路或高频振荡等电路中。高频振荡等电路中。1.4.6 肖特基二极管肖特基二极管 肖特基二极管肖特基二极管(Schott

29、ky Barrier Diode)是利用金属与半是利用金属与半导体接触形成金属导体接触形成金属-半导体结制作二极管。其金属材料采用半导体结制作二极管。其金属材料采用金、钼、镍、钛等材料，其半导体材料采用硅或砷化镓，金、钼、镍、钛等材料，其半导体材料采用硅或砷化镓，多为多为N型半导体。型半导体。 它是高频和快速开关的理想器件，其工作频率可达它是高频和快速开关的理想器件，其工作频率可达100GHz。 常用的肖特基二极管有常用的肖特基二极管有DB0-004、MBR1545、MBR2535型等。型等。1.4.7 片式二极管片式二极管 片式二极管的外型如图所示，外壳一般为黑色，内部为片式二极管的外型如图

30、所示，外壳一般为黑色，内部为PN结，根据外型可分为圆柱形片式二极管图结，根据外型可分为圆柱形片式二极管图 (a)和矩形片式二和矩形片式二极管图极管图b所示，它们都没有引线，其两个端面就为正、负极。所示，它们都没有引线，其两个端面就为正、负极。其中标有白色竖条的一端为负极，另一端则为正极。其中标有白色竖条的一端为负极，另一端则为正极。片式二极管的外形片式二极管的外形1.4.8 快恢复二极管快恢复二极管1. 快恢复二极管的特点快恢复二极管的特点 快恢复二极管的结构与普通二极管不同，它不是一个单快恢复二极管的结构与普通二极管不同，它不是一个单一的一的PN结，而是在结，而是在P型与型与N型硅材料中间增

31、加了一个基区型硅材料中间增加了一个基区I，构成构成PIN硅层，这种结构的二极管，由于基区很薄、反向恢硅层，这种结构的二极管，由于基区很薄、反向恢复电荷很少、故使该种二极管的反向恢复时间大为减少，其复电荷很少、故使该种二极管的反向恢复时间大为减少，其值一般为几百纳米以下。同时使它的正向压降较低，而使反值一般为几百纳米以下。同时使它的正向压降较低，而使反向峰值电压得到提高，其值可达几千伏。向峰值电压得到提高，其值可达几千伏。 快恢复二极管快恢复二极管(FRD)的优点是反向恢复时间短、开关特的优点是反向恢复时间短、开关特性好、体积小。广泛用于脉宽调制器、不间断电源、开关电性好、体积小。广泛用于脉宽调

32、制器、不间断电源、开关电源、变频调速器等电路中，作为高频大电流整流、续流二极源、变频调速器等电路中，作为高频大电流整流、续流二极管应用。管应用。 快恢复二极管的内部结构和外形如图所示。其内部结构可分为单管和对管两种，在对管内部有两只快恢复二极管，由于这两只管子的接法不同，又可分为共阴对管和共阳对管。快恢复二极管的内部结构和外形快恢复二极管的内部结构和外形2. 快恢复二极管的检测快恢复二极管的检测 将万用表置于R1k挡，测快恢复二极管的正、反电阻值，正向电阻值一般为几欧姆，反向电阻值为，如果测得的阻值为或0，则表明被测管损坏。对管的检测方法与上述方法基本相同，但必须首先确定其共用端是哪个引脚，然

33、后再用上述方法对各个二极管进行检测。3. 快恢复二极管的选用与使用快恢复二极管的选用与使用 快恢复二极管广泛应用于不间断电源、开关电源、交流电动机的变频调速器、脉宽调制脉宽调制器等电路中，作高频、高压、大电流整流、续流二极管用。具体选用时应根据具体电路的要求，选择合适参数的管子。 在选用时如果单管的参数不能满足要求而对管能满足要在选用时如果单管的参数不能满足要求而对管能满足要求时，则可把对管当作单管使用。在使用对管中如有一只求时，则可把对管当作单管使用。在使用对管中如有一只管子损坏，则可作单管使用。管子损坏，则可作单管使用。本章小结本章小结1半导体材料中有两种载流子：电子和空穴。电子带负电，半

34、导体材料中有两种载流子：电子和空穴。电子带负电，空穴带正电。在纯净半导体中掺入不同的杂质，可以得到空穴带正电。在纯净半导体中掺入不同的杂质，可以得到N型型半导体和半导体和P型半导体。型半导体。2采用一定的工艺措施，使采用一定的工艺措施，使P型和型和N型半导体结合在一起，型半导体结合在一起，就形成了就形成了PN结。结。PN结的基本特点是单向导电性。结的基本特点是单向导电性。3二极管是由一个二极管是由一个PN结构成的。其特性可以用伏安特性和结构成的。其特性可以用伏安特性和一系列参数来描述。在研究二极管电路时，可根据不同情况一系列参数来描述。在研究二极管电路时，可根据不同情况，使用不同的二极管模型。

35、，使用不同的二极管模型。4.二极管的应有用。二极管的应有用。目目 录录10.3.2 硅稳压管稳压电路的特点10.1 单相整流电路10.1.1 单相半波整流电路10.1.2 单相全波整流10.1.3 桥式全波整流电路10.2 滤波电路10.2.1 电容滤波电路10.2.2 电感滤波电路10.2.3 其他滤波电路10.3 硅稳压管稳压电路10.3.1 硅稳压管电路及工作原理10.4 串联型稳压电路10.4.1 串联型稳压电路的组成和稳压原理第第10章章 直流稳压电源直流稳压电源10.5.4 利用三端集成稳压器组成恒流源10.4.2 输出电压的调节10.4.3 分立元件组成的串联型稳压电路10.4.

36、4 稳压电路的保护措施10.4.5 稳压电路的质量指标10.5 三端集成稳压电源10.5.1 概述10.5.2 线性三端集成稳压器的分类10.5.3 应用电路10.6 开关直流稳压电源10.7 DC-DC变换器10.7.1 工作原理10.7.3 典型应用10.7.2 电路原理目目 录录本章要点本章要点: 1. 单相桥式整流电容滤波电路的工作原理及各项单相桥式整流电容滤波电路的工作原理及各项指标的计算。指标的计算。 2. 具有放大环节的简单串联型稳压电源的工作具有放大环节的简单串联型稳压电源的工作原理和电压调整范围。原理和电压调整范围。. 开关电源的工作原理和使用方法。开关电源的工作原理和使用方

37、法。. DC-DC变换器的使用方法及应用。变换器的使用方法及应用。 3. 集成三端稳压电路的使用方法。集成三端稳压电路的使用方法。本章难点本章难点:1. 滤波电路的工作原理滤波电路的工作原理 。2. 开关稳压电源的工作原理。开关稳压电源的工作原理。 电源变压器电源变压器: 将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2。 整流电路整流电路: 将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。 滤波电路滤波电路: 将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压转变为平滑的直流电压u4。 稳压电路稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及

38、负载变化的影响,保持输出电压保持输出电压uo的稳定。的稳定。直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo二极管导通，二极管导通，uL=u2二极管截止二极管截止, uL=0+io+u2 0 时时:u20时时:u2uLuD t 2 3 4 0+12L+uR-L1u2u220VD10.1 单相整流电路单相整流电路10.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路主要参数：主要参数：IL= UL /RL =0.45 u2 / RL uL 2 0 t（2

39、）输出电流平均值）输出电流平均值Io ：+12L+uR-L1u2u220VDIL ）（ tduULL2021（1）输出电压平均值）输出电压平均值UL：）（ ttdu sin22102 245. 0u （3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：uD 2 0 tURMID = ILURM=22u（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：+12L+uR-L1u2u220VDIL 220 V1212R2+Luuu2L1DD2+.工作原理：工作原理：+变压器副边中变压器副边中心抽头，感应心抽头，感应出两个相等的出两个相等的电压电压u2当当u2正半周时，正半周时， D1导通，导

40、通，D2截止。截止。当当u2负半周时，负半周时， D2导通，导通，D1截止。截止。 10.1.2 单相全波整流单相全波整流 全波整流电压波形全波整流电压波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2V22012122uuDD221+uLLRuL 2 0 tIL= UL /RL =0.9 u2 / RL 2.主要参数主要参数（2）输出电流平均值）输出电流平均值IL ：）（ tduULL 2021（1）输出电压平均值）输出电压平均值UL：）（ ttdu sin2102 29 . 0 u V22012122uuDD221+uLLRILuD 2 0 t（3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：

41、ID = IL/2（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：V22012122uuDD221+uLLR222uURM （1）组成：由四个二极管组成桥路）组成：由四个二极管组成桥路+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4u2正半周时正半周时: :D1 、D3导通导通， D2、D4截止截止+（2）工作原理：）工作原理：u2ttuL10.3 单相整流电路单相整流电路+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4-+u2负半周时：负半周时： D2、D4 导通导通， D1 、D3截止截止u2ttuL输出电压平均值：输出电压平均值：UL=0.9u2输出电流平均值输出

42、电流平均值:IL= UL/RL =0.9 u2 / RL 流过二极管的平均电流：流过二极管的平均电流：ID=IL/2u2ttuL（3）主要参数：）主要参数：二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：URM=22u+41232+43DuuDDL21LDR-脉动系数脉动系数1:用傅氏级数对桥式整流的输出用傅氏级数对桥式整流的输出 uL 分解后可得分解后可得:uL 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值输出电压平均值输出电压平均值LLACLLACUUUUS11 67. 032223242211 uuUUSLLAC集成硅整流桥：集成硅整流桥：u2uL+ +- +10.2 滤波电路滤波电路滤波电路

43、的结构特点滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压RLCRLL 10.2.1 电容滤波电路电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。1. 工作原理工作原理uoau1u2u1bD4D2D1D3RLSCRL未接入时未接入时(忽略整流电忽略整流电路内阻路内阻)u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形ucuoau1u2u1bD4D2

44、D1D3RLSCRL接入接入（且（且RLC较大）时较大）时 (忽略整忽略整流电路内流电路内阻阻)u2tuot无滤波电容无滤波电容时的波形时的波形加入滤波电容加入滤波电容时的波形时的波形uoau1u2u1bD4D2D1D3RLSCuotu2上升，上升， u2大于电容大于电容上的电压上的电压uc，u2对电容充电，对电容充电，uo= uc u2u2下降，下降， u2小于电容上的电压。小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。二极管承受反向电压而截止。电容电容C通过通过RL放电，放电， uc按指数按指数规律下降，时间常数规律下降，时间常数 = RL Cu2tuot只有整流电路输出只有整流电路输出电压

45、大于电压大于uc时，才时，才有充电电流。因此有充电电流。因此二极管中的电流是二极管中的电流是脉冲波。脉冲波。二极管中的二极管中的电流电流uoau1u2u1bD4D2D1D3RLSCRL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻)u2tuot电容充电时，电电容充电时，电容电压滞后于容电压滞后于u2。RLC越小，输出越小，输出电压越低。电压越低。uoau1u2u1bD4D2D1D3RLSC一般取一般取)105(TCRL (T: 电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL(b) 流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大R

46、LC 越大越大 Uo越高越高负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大 ; 整流管导整流管导电时间越短电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大2. 电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(a) 输出电压输出电压 平均值平均值Uo与时间常数与时间常数 RLC 有关有关 RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大(c) 二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压3.输出特性输出特性 输出特性是用来表示电路输出电压和输出电流之间输出特性是用来表示电路输出电压和输出电流之间的关系曲线，它是一种外电路特性。的关系曲线，它是一种外电路特性。 【例10-2】某电子设备

47、要求直流电压 Uo=12V，直流电流 Io=60mA，电源用的是工频市电220V，50Hz，采用单相桥式整流电容滤波电路，试选择电路中的元件。解解 (1) 电源变压器电源变压器参数的计算取UI=1.2Uo，则OI121.2 1.2UU =10(V)变压器的变压比为SI22010UnU(2) 整流二极管的选择整流二极管的选择流过二极管的平均电流为OD60=30(mA)22II二极管承受的反向最大电压为DRMI2V21014.1(V)U(3) 选择滤波电容选择滤波电容取RLC=2T，得电容容量为CMI2V14.1(V)U根据上面计算所得和参数，查表就可选择合适的电路元件。+4123LD+DLu4-

48、R220V32DD1u21uL电路结构电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L。输出电压平均值输出电压平均值: UL=0.9U2对谐波分量对谐波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电感上。电压大部分降在电感上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。对直流分量对直流分量: XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上 10.2.2 电感滤波电路电感滤波电路 为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。起来使用。LC滤波电路滤波电

49、路+uo+-LCu-i+u+u-iC-oRC12RC型滤波电路型滤波电路 10.2.3 其它滤波电路其它滤波电路稳压电路的作用稳压电路的作用: :交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直流直流电压电压10.3 硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路 稳压电源类型稳压电源类型:以下主要讨论以下主要讨论线性稳压电路。线性稳压电路。稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路( (小功率设备小功率设备) )电路最简单，但电路最简单，但是带负载能力差，是带负载能力差，一般只提供基准一般只提供

50、基准电压，不作为电电压，不作为电源使用。源使用。效率较高，目前效率较高，目前用的也比较多。用的也比较多。1. 1. 稳压原理稳压原理利用稳压管的反向击穿特性。利用稳压管的反向击穿特性。 由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。的电压变化。+UDziLRz-oU-+RUIZILIiuUZIUIzminIzmax 10.3.1 硅稳压管电路及工作原理硅稳压管电路及工作原理稳压原理：稳压原理：ZL+=IIIRiZO=UUUU+UDziLRz-oU-+RUIZILI(1) (1) 当输入电压变化时当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZ

51、IRU i由图知：由图知：(2)(2)当负载电流变化时当负载电流变化时稳压过程：稳压过程： ILUoURUoIZIR+UDziLRz-oU-+RUIZILI2. 电路参数计算电路参数计算(1) 稳压管型号的确定稳压管型号的确定一般选用稳压管型号要一般选用稳压管型号要看看 UZ，IZM 和和rZ 。一般选取。一般选取ZOUUZMOmax(1.5 3)IIrZIOM (负载短路)时在 RS上产生的压降足以使TS导通,TS对IA分流，从而使IB，Io减小，保护了调整管T。2. 截流型截流型 当发生短路时，通过保护电路使调整管截止，从而限制了短当发生短路时，通过保护电路使调整管截止，从而限制了短路电流

52、，使之接近为零路电流，使之接近为零 11BESOSROSO12RUI RUI RURR(因为Rf较负载RL小得多) 选取适当的R1，R2，当IoIoM时，uBESIOM时，时，Io增加，增加，uBESuOM，则保护管，则保护管TS导通，这时导通，这时立即引起下列反馈过程立即引起下列反馈过程 ： ICSIBIo UCE1 UoUR1(超过IoRS) ICS UBES 随着这一过程的快速进行，使电路的输出电压和输出电随着这一过程的快速进行，使电路的输出电压和输出电流都迅速的减小，使它们的值都近似为零，从而实现了截流流都迅速的减小，使它们的值都近似为零，从而实现了截流的作用，这种保护法的优点是调整管

53、的功耗很小。的作用，这种保护法的优点是调整管的功耗很小。10.4.5 稳压电路的质量指标稳压电路的质量指标 稳压电路的枝术指标分为两大类：一类为特性指标，用来稳压电路的枝术指标分为两大类：一类为特性指标，用来表示稳压电路规格，有输入电压、输出功率或输出直流电压和表示稳压电路规格，有输入电压、输出功率或输出直流电压和电流范围；另一类为质量指标，用来表示稳压性能，有以下几电流范围；另一类为质量指标，用来表示稳压性能，有以下几种指标。种指标。OOO0II/ 100%/TIUUSUU1. 稳压系数稳压系数ST 该指标反映了电网电压该指标反映了电网电压波动对稳压电路输出电压稳波动对稳压电路输出电压稳定性

54、的影响。定性的影响。 2. 负载调整特性负载调整特性SI%100 /0OOOIUIIUUS 该指标反映了负载变化对该指标反映了负载变化对输出电压稳定性的影响输出电压稳定性的影响 3. 输出电阻输出电阻Ro 0O IUOOUUR 其含义其含义与与SI 相似。相似。Ro 越小，负载变化对越小，负载变化对Uo 变化的影响变化的影响越小，表示带负载能力越强。一般越小，表示带负载能力越强。一般Ro 0NNPBBVCCVRbRCebc共发射极接法共发射极接法c区区b区区e区区 三极管在工作时要加上三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。适当的直流偏置电压。2.2.1 载流子的运动及各电极电流的形成载流子的

55、运动及各电极电流的形成 1BJT内部的载流子传输过程内部的载流子传输过程NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI（1 1）因为发射结正偏，所以发）因为发射结正偏，所以发射区向基区注入电子射区向基区注入电子 ，形成了形成了扩散电流扩散电流IEN 。同时从基区向发。同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成射区也有空穴的扩散运动，形成的电流为的电流为IEP。但其数量小，可忽但其数量小，可忽略。略。 所以发射极电流所以发射极电流I E I EN 。（2）发射区的电子注入基）发射区的电子注入基区后，变成了少数载流子。区后，变成了少数载流子。少部分遇到的空穴复合掉，少部分遇到的空穴复合掉，形

56、成形成IBN。所以。所以基极电流基极电流I B I BN 。大部分到达了集电。大部分到达了集电区的边缘。区的边缘。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI 另外，集电结区另外，集电结区的少子形成漂移的少子形成漂移电流电流ICBO。 （3）因为集电结）因为集电结反偏，收集扩散到反偏，收集扩散到集电区边缘的电子，集电区边缘的电子，形成电流形成电流ICN 。 动画演示3/28/20222电流分配关系电流分配关系IE =IC+IBNNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI定义：定义：ECNII ECBOECIIII(1)(1)IC与与I E之间

57、的关系之间的关系:所以所以:ECII其值的大小约为其值的大小约为0.90.90.990.99。 三个电极上的电流关系三个电极上的电流关系:NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIECNICICBOI联立以下两式联立以下两式：CBOECIII BCEIII得：得：CBOBCCBOECIIIIII）（ 所以所以：CBOBC111III BCEOBCIIII 得：得： 1令令：CBOCEO11II BI2.2.2 电流放大作用电流放大作用 动画演示 在分析估算放大电路参数时取在分析估算放大电路参数时取通常情况下，通常情况下，=20200。 综上：综上：有一小有一小IB就可以获得大就可以获得大I

58、C，实现了小基极电流，实现了小基极电流控制大集电极电流，这就是三极管的电流放大作用。控制大集电极电流，这就是三极管的电流放大作用。也证明了三极管是电流控制器件。当输入电压变化时，也证明了三极管是电流控制器件。当输入电压变化时，会引起输入电流会引起输入电流(基极电流基极电流)的变化，在输出回路将引的变化，在输出回路将引起集电极电流较大变化，该变化电流在集电极负载电起集电极电流较大变化，该变化电流在集电极负载电阻阻 RC 上产生较大的电压输出。这样，三极管的电流上产生较大的电压输出。这样，三极管的电流放大作用就转化为电路的电压放大作用。放大作用就转化为电路的电压放大作用。2.2.3 电流分配关系的

59、测试电流分配关系的测试 测试电路测试电路 三极管的三种接法：共射极、共集电极和共基极 三极管的三种电路 动画演示共发射极三极管各电极电流分配关系的测试电路 三极管电流分配关系的测试电路调RP，可测得IB、IC、IE，数据如表测试数据测试数据 数据分析数据分析 IB/mA-0.00400.010.020.030.040.050.06IC/mA0.0040.011.091.983.074.065.056.06IE/mA00.011.102.003.104.105.106.12IB、IC、I IE E测试数据测试数据 满足基尔霍夫电流定律 IB、IC、IE的关系：IE= IB+ICIC、IB的关系：

60、 三极管的直流放大作用 三极管的交流放大作用CB1.091000.01IICB1.981.090.89890.020.010.01II当IE=0时，即发射极开路，IC=-IB 当IB=0时，即基极开路，IC=IE0 反向饱和电反向饱和电流流ICBO 集电极集电极发发射极的穿透射极的穿透电流电流ICEO （1）uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。结并联。2.3 BJT的特性曲线（共发射极接法）的特性曲线（共发射极接法）2.3.1 2.3.1 输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=const+i-uBE+-uBTCE+Ci0.40.2i(V)(uA)BE80400.