半导体器件及整流电路ppt课件

1、 半导体器件及整流电路半导体器件及整流电路 电子技术包含模拟电子技术根底和数字电子技术根底两部分内容，模拟电子技术主要研讨模拟电子信号的相关课目，数字电子技术主要研讨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根底实际课。 前面四章主要引见常用半导体器件、放大电路、集成运算放大器和稳压电源电路，是研讨低频范围内的在时间和空间上都連續的模拟信号的根本技术实际。后面章节着重引见逻辑代数、门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等，研讨在时、空上不連續的、断续的数字信号的根本技术实际。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

2、的识别与简易测试 对于元器件，重点放在特性、技术目的对于元器件，重点放在特性、技术目的和正确运用方法上面，了解其内部机理。和正确运用方法上面，了解其内部机理。讨论器件的目的在于运用。讨论器件的目的在于运用。 学会用工程观念分析问题，就是根据实学会用工程观念分析问题，就是根据实践情况，对器件的数学模型和电路的任务践情况，对器件的数学模型和电路的任务条件进展合理的近似，以便用简便的分析条件进展合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实践意义的结果。方法获得具有实践意义的结果。 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的值有误差。工程上允许一定的误差。采的值有误差。工程上允

3、许一定的误差。采用合理估算的方法。对电路进展整体思索用合理估算的方法。对电路进展整体思索时，只需能满足技术目的，就不要过分清时，只需能满足技术目的，就不要过分清查准确的数值。但分析计算时另当别论。查准确的数值。但分析计算时另当别论。我们在分析计算时普通都以理想条件为前我们在分析计算时普通都以理想条件为前提，曾经思索了各項近似要素。提，曾经思索了各項近似要素。 半导体器件是用半导体资料制成的电子半导体器件是用半导体资料制成的电子器件。常用的半导体器件有二极管、三极器件。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根本

4、的元件。件是构成各种电子电路最根本的元件。1.1.1 半导体的导电特征半导体的导电特征半导体的特性：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：往纯真的半导体中掺入某些杂质，掺杂性：往纯真的半导体中掺入某些杂质，使其导电才干明显改动。使其导电才干明显改动。光敏性：当遭到光照时，其导电才干明显变光敏性：当遭到光照时，其导电才干明显变化。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：当环境温度升高时，导电才干明显热敏性：当环境温度升高时，导电才干明显増强。

5、増强。本征半导体本征半导体 完全纯真的、构造完好的半导体晶体，完全纯真的、构造完好的半导体晶体，称为本征半导体。称为本征半导体。硅和锗的晶体构造硅和锗的晶体构造 室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为自在电子，同时在共价键中留下键的束缚成为自在电子，同时在共价键中留下一个空位，这个空位称为空穴。失去价电子的一个空位，这个空位称为空穴。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。 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。每个原子周围

6、有四个純净的半导体叫本征半导体。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价电子组成电子对，原子之间的这种电子对为两原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，称为共价键构造。原子经过共价键严密结合在子共有，称为共价键构造。原子经过共价键严密结合在一同。两个相邻原子共用一对电子。由于温升、光照等一同。两个相邻原子共用一对电子。由于温升、光照等缘由，共价键的电子容易挣脱键的束縛成为自在电子。缘由，共价键的电子容易挣脱键的束縛成为自在电子。这是半导体的一个重要特征。这是半导体的一个重要特征。硅和锗的共价键构造

7、硅和锗的共价键构造共价键共共价键共用电子对用电子对 共价键中的两共价键中的两个电子被紧紧束缚个电子被紧紧束缚在共价键中，称为在共价键中，称为束缚电子。束缚电子。+4+4+4+4+4+4+4+4自在电子自在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，使一些价电子获激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自在价键的束缚，成为自在电子带负电，同时电子带负电，同时共价键上留下一个空位，共价键上留下一个空位，称为空穴带正电。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这一景象称为本征激发。这一景象称为本征激发。与自在电子的运动不同

8、 有了空穴，临近共价键中的价电子很容易过来填补这有了空穴，临近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到临近共价键中这是一种相对个空穴，这样空穴便转移到临近共价键中这是一种相对运动，新的空穴又会被临近的价电子填补。带负电荷的运动，新的空穴又会被临近的价电子填补。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。荷的空穴作相反方向的运动。 本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自在电子和本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自在电子和带正电荷的空穴，这是半导体与导体在导电原理上的本質带正电荷的空穴，这

9、是半导体与导体在导电原理上的本質区别。区别。 热激发产生的自在电子和空穴是成对出现的，电子和空热激发产生的自在电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又能够重新结合而成对消逝，称为复合。在一定温度下穴又能够重新结合而成对消逝，称为复合。在一定温度下自在电子和空穴维持一定的浓度，到达动态平衡。自在电子和空穴维持一定的浓度，到达动态平衡。在纯真半导体硅或锗在纯真半导体硅或锗4价中掺入磷、砷等价中掺入磷、砷等5价元素，价元素，由于这类元素的原子最外层有由于这类元素的原子最外层有5个价电子，故在构成的个价电子，故在构成的共价键构造中，由于存在一个多余的价电子而产生大量共价键构造中，由于存在一个多余的价电子而

10、产生大量自在电子，这种半导体主要靠自在电子导电，称为电子自在电子，这种半导体主要靠自在电子导电，称为电子半导体或半导体或N型半导体，其中自在电子为多数载流子，热型半导体，其中自在电子为多数载流子，热激发构成的空穴为少数载流子。激发构成的空穴为少数载流子。自在电子自在电子 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 在纯真半导体硅或锗在纯真半导体硅或锗4价中掺入硼、铝等价中掺入硼、铝等3价元价元素，由于这类元素的原子最外层只需素，由于这类元素的原子最外层只需3个价电子，故在个价电子，故在构成的共价键构造中，由于短少价电子而构成大量空穴构成的共价键构造中，由

11、于短少价电子而构成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称为空穴半导体或为空穴半导体或P型半导体，其中空穴为多数载流子，型半导体，其中空穴为多数载流子，热激发构成的自在电子是少数载流子。热激发构成的自在电子是少数载流子。自在电子自在电子 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P 型半导体N 型半导体无论是无论是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

12、的数量越多。量越多。只需将两种杂质半导体做成只需将两种杂质半导体做成PN结后才干成为半结后才干成为半导体器件。导体器件。u半导体中载流子有分散运动和漂移运动两半导体中载流子有分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种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。在半导体中，假设载流子动称为漂移运动。在半导体中，假设载流子浓度分布不均匀，由于浓度差，载流子将会浓度分布不均匀，由于浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为分散运动。运动称为分散运动。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，型半

13、导体，另一侧掺杂成另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的型半导体，在两种半导体的交界面处将构成一个特殊的薄层交界面处将构成一个特殊的薄层 PN结。结。1.1.2 PN结及其单导游电性结及其单导游电性P 区 空间电荷区 N 区PN 结及其内电场内电场方向P 区 N 区载流子的扩散运动 多子分散 构成空间电荷区产生内电场 少子漂移 分散与漂移到达动态平衡构成一定宽度的PN结u外加正向电压也叫正向偏置u外加电场与内电场方向相反，内电场减弱，分散运动大大超越漂移运动，N区电子不断分散到P区，P区空穴不断分散到N区，构成较大的正向电流，这时称PN结处于低阻导通形状。空间电荷区变窄E R内电场外电场PNI

14、E R内电场外电场空间电荷区变宽PNIu外加反向电压也叫反向偏置u外加电场与内电场方向一样，加强了内电场，多子分散难以进展，少子在电场作用下构成反向电流，由于是少子漂移运动产生的，反向电流很小，这时称PN结处于高阻截止形状。 一个一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。符号用就构成了半导体二极管，简称二极管。符号用VD表示表示。 半导体二极管按其构造不同可分为点接触型和面接半导体二极管按其构造不同可分为点接触型和面接触型两类。触型两类。 点接触型二极管点接触型二极管PN结面积很小，结电容很小，多用结面积很小，结电容很

15、小，多用于高频检涉及脉冲数字电路中的开关元件。于高频检涉及脉冲数字电路中的开关元件。 面接触型二极管面接触型二极管PN结面积大，结电容也小，允許经结面积大，结电容也小，允許经过电流大，多用在低频整流、检波等电路中。过电流大，多用在低频整流、检波等电路中。阳 极 阴 极1.2.1 半导体二极管的构造半导体二极管的构造二极管的构造表示图二极管的构造表示图VD-60 -40 -200.4 0.8 U /V40302010I /mA0正向特性反向特性外加正向电压小于开启电压阈值电压外加正向电压小于开启电压阈值电压时，外电场缺乏以抑制内电场对多子时，外电场缺乏以抑制内电场对多子分散的阻力，分散的阻力，P

16、N结处于截止形状结处于截止形状 。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 随着正向电压增大迅速上升。通常阈值随着正向电压增大迅速上升。通常阈值电压硅管约为电压硅管约为0.5V，导通时电压，导通时电压0.6V；锗管阈值电压约为锗管阈值电压约为0.2V，导通时电压，导通时电压0.3V 。正向特性曲线近似指数曲线。正向特性曲线近似指数曲线。外加反向电压时，外加反向电压时， PN结处于截止形状。结处于截止形状。1、温升使反向电流添加很快；、温升使反向电流添加很快；2、反向电流、反向电流 很小且稳定。很小且稳定。 1.2.2 半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性反向电压

17、大于击穿电压反向电压大于击穿电压UBR时，反向电流急剧添加。缘由为电击穿。时，反向电流急剧添加。缘由为电击穿。1、强外电场破坏键构造；、强外电场破坏键构造；2、获得大能量的載流子碰撞原子产生新的电、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，会呵斥热击穿而损坏。子空穴对。如无限流措施，会呵斥热击穿而损坏。1最大整流电流最大整流电流IFM：指管子长期运转时，允许经过：指管子长期运转时，允许经过的最大正向平均电流。的最大正向平均电流。2反向击穿电压反向击穿电压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最大反向任务电压最大反向任务电压URM：二极管运转时允许接受

18、：二极管运转时允许接受的最大反向电压约为的最大反向电压约为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，：指管子未击穿时的反向电流，其值越小，那么管子的单导游电性越好。其值越小，那么管子的单导游电性越好。5最高任务频率最高任务频率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。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1.3 整流电路整流电路u1 u2 u3 u4 u5t t t t t 变 压 整 流 滤 波 稳 压u1 u2 u3 u4 u50 0 0 0 0 t u 0 2 3 4 t 0 2 3 4 uo + u + u

19、1 V D (a) 电 路 (b) 波 形 + uo RL 当u为正半周时，二极管VD接受正向电压而导通，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，那么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一样。 t u 0 2 3 4 t 0 2 3 4 uo + u + u1 VD (a) 电路 (b) 波形 + uo RL 当u为负半周时，二极管VD接受反向电压而截止。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=um。 t u 0 2 3 4 t 0 2 3 4 uo + u + u

20、1 VD (a) 电路 (b) 波形 + uo RL 单相半波整流电压的平均值为：单相半波整流电压的平均值为： o0122 sin()0.452DUUtdtUU 流过负载电阻流过负载电阻R RL L的电流平均值为：的电流平均值为： ooLL0.45DDUUIRR 流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等，即：流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等，即： DoL0.45UIIR 二极管截止时承受的最高反向电压为二极管截止时承受的最高反向电压为u u的最大值，即：的最大值，即： RMm2UuU 例例 有一单相半波整流电路，如图 5-2（a）所示。已知负载电阻 750LR，变压器副边电压20

21、VU ，试求 UDo、IDo，并选用二极管。 解解 o0.450.45 209 (V)DUU ooL90.012 (A)12 (mA)750DDUIR Do1 2 (m A )DII DRM22 2028.2 (V)UU 查半导体手册，二极管可选用 2AP4，其最大整流电流为 16mA，最高反向工作电压为 50V。为了使用安全，二极管的反向工作峰值电压要选得比UDRM大一倍左右。 + u1 + u2 D4 D3 D1 D2 RL + uo (a) 原理电路 a b + u1 + u RL + uo (b) 简化画法 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

22、D1、D3接受正向电压而导通，接受正向电压而导通，D2、D4接受反向电压接受反向电压而截止。此时电流的途径为：而截止。此时电流的途径为：aD1RLD3b。 a b VD3 + u1 + u VD1 RL + uo 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接受接受正向电压而导通，正向电压而导通，D1、D3接受反向电压而截止。此时电流接受反向电压而截止。此时电流的途径为：的途径为：bD2RLD4a。 a b + u1 + u VD4 VD2 RL + uo t u 0 2 3 4 t iD 1 0 2 3 4 t iD 2 0 2 3 4 t uo

23、0 2 3 4 单相全波整流电压的平均值为： o0122s in()20 .9UUtdtUU 流过负载电阻 RL的电流平均值为： ooLL0 .9UUIRR 流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即： DoL10 .4 52UIIR 每个二极管在截止时承受的最高反向电压为 u 的最大值，即： R MM2UuU 整流变压器副边电压有效值为： oo1.110.9UUU 整流变压器副边电流有效值为： o1.111.11LLUUIIRR 由以上计算，可以选择整流二极管和整流变压器。 例例：试设计一台输出电压为 24V，输出电流为 lA 的直流电源，电路形式可采用半波整流或全波整流，试确定两种电路

24、形式的变压器副边绕组的电压有效值，并选定相应的整流二极管。 解解：（1）当采用半波整流电路时，变压器副边绕组电压有效值为： o2453.30.450.45UU V 整流二极管承受的最高反向电压为： RM21.41 53.375.2UUV 流过整流二极管的平均电流为： 1oD IIA 因此可选用 2CZ12B 整流二极管，其最大整流电流为 3 A，最高反向工作电压为 200V。 （2）当采用桥式整流电路时，变压器副边绕组电）当采用桥式整流电路时，变压器副边绕组电压有效值为：压有效值为： o2426.70.90.9UU V 整流二极管承受的最高反向电压为：整流二极管承受的最高反向电压为： RM21

25、.41 26.737.6UUV 流过整流二极管的平均电流为：流过整流二极管的平均电流为： 5 . 021oDIIA 因此可选用四只因此可选用四只 2CZ11A 整流二极管，其最大整整流二极管，其最大整流电流为流电流为 1 A，最高反向工作电压为，最高反向工作电压为 100V。 1.4 滤波电路滤波电路 t u 0 2 3 4 t 0 2 3 4 uo + u + uo + u1 D (a) 电 路 (b) 波 形 C RL + 假假设设电电路路接接通通时时恰恰恰恰在在 u 由由负负到到正正过过零零的的时时刻刻，这这时时二二极极管管 D开开始始导导通通，电电源源 u在在向向负负载载 RL供供电电

26、的的同同时时又又对对电电容容 C充充电电。如如果果忽忽略略二二极极管管正正向向压压降降，电电容容电电压压 uC紧紧随随输输入入电电压压u 按按正正弦弦规规律律上上升升至至 u 的的最最大大值值。然然后后 u 继继续续按按正正弦弦规规律律下下降降，且且Cuu，使使二二极极管管 D截截止止，而而电电容容 C则则对对负负载载电电阻阻 RL按按指指数数规规律律放放电电。uC降降至至 u大大于于 uC时时，二二极极管管又又导导通通，电电容容C再再次次充充电电。这这样样循循环环下下去去，u周周期期性性变变化化，电电容容 C周周而而复复始始地地进进行行充充电电和和放放电电，使使输输出出电电压压脉脉动动减减小

27、小，如如图图所所示示。电电容容 C 放放电电的的快快慢慢取取决决于于时时间间常常数数（CRL）的的大大小小，时时间间常常数数越越大大，电电容容 C放放电电越越慢慢，输输出出电电压压 uo就就越越平平坦坦，平平均均值值也也越越高高。 单相桥式整流、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下图。空载时下图。空载时RL=，开路，开路，UDO=1.4U。负载。负载加重时即加重时即RL减小，减小，IDO增大，此时增大，此时=RLC减小，减小，放电速度加快，放电速度加快，UDO下降。从图中可见，电容滤波下降。从图中可见，电容滤波电路的输出电压在负载变化时动摇较大，阐明它的电路

28、的输出电压在负载变化时动摇较大，阐明它的带负载才干较差，只适用于负载较轻且变化不大的带负载才干较差，只适用于负载较轻且变化不大的场所场所 Uo 1.4Uo 0.9Uo 0 Io 般常用如下经验公式估算电容滤波时的输出电压平均值。 为了获得较平滑的输出电压，一般要求CR1)1510(L，即： 2)53(LTCR 此时 半波：oUU 全波：o1.2UU 式中 T 为交流电压的周期。滤波电容 C 一般选择体积小，容量大的电解电容器。应注意，普通电解电容器有正、负极性，使用时正极必须接高电位端，如果接反会造成电解电容器的损坏。 加入滤波电容以后，二极管导通时间缩短，且短时间内承受较大的冲击电流（oCi

29、i），为了二极管的安全，选管时应放宽裕量。 单相半波整流、电容滤波电路中，二极管承受的反向电压为DRCuuu，当负载开路时，承受的反向电压为最高，为： RM22UU 例：P21 1-6题例 ： 设 计 一 单 相 桥 式 整 流 、 电 容 滤 波 电 路 。 要 求 输 出 电 压48oUV，已知负载电阻100LR，交流电源频率为 50Hz，试选择整流二极管和滤波电容器。 解：流过整流二极管的平均电流： 240A24.010048212121LooDRUIImA 变压器副边电压有效值： 402 .1481.2o2UUV 整流二极管承受的最高反向电压： 4 .564041.122RMUUV 因

30、此可选择 2CZ11B 作整流二极管，其最大整流电流为 1 A，最高反向工作电压为 200V。 取05.0202.0525LTCRs，则： 500F1050010005.06LRCF + u1 + u RL + uo L 电感滤波适用于负载电流较大的场所。它的缺陷是制做复杂、体积大、笨重且存在电磁干扰。LCCCLCCR(a) LC滤 波 电 路 (b) CLC滤 波 电 路 (c) CRC滤 波 电 路 LC、CLC型滤波电路适用于负载电流较大，要求输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所。在负载较轻时，经常采用电阻出电压脉动较小的场所。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重的电

31、感，构成替代笨重的电感，构成CRC型滤波电路，同样可以获型滤波电路，同样可以获得脉动很小的输出电压。但电阻对交、直流均有压降和得脉动很小的输出电压。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所。功率损耗，故只适用于负载电流较小的场所。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。反向击穿后稳定任务的电压。反向击穿后稳定任务的电压。2稳定电流稳定电流IZ。任务电压等于稳定电压时的电流。任务电压等于稳定电压时的电流。3动态电阻动态电阻rZ。稳定任务范围内，管子两端电压的变。稳定任务范围内，管子两端电压的变化量与相应电流的变化量之比。即：化量与相应电流的变化量之比。

32、即：rZ=UZ/IZ4额定功率额定功率PZ和最大稳定电流和最大稳定电流IZM。额定功率。额定功率PZ是在是在稳压管允许结温下的最大功率损耗。最大稳定电流稳压管允许结温下的最大功率损耗。最大稳定电流IZM是是指稳压管允许经过的最大电流。它们之间的关系是：指稳压管允许经过的最大电流。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反向击穿电压。稳压管的稳压作用在于：的稳定电压就是反向击穿电压。稳压管的稳压作用在于：电流增量很大，只引起很小的电压变化。稳压管的反向击电流增量很大，只引起很小的电压变化。

33、稳压管的反向击穿应是可逆的，任务电流能控制在一定范围内。穿应是可逆的，任务电流能控制在一定范围内。阳极 阴极1.5.1 稳压管稳压管W1.5.2 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。负极接+ 经整流和滤波后的直流电压Udi，再经限流电阻R和稳压管VS组成的稳压电路接到负载RL上，稳压管VS与负载RL并联。 当RL不变时，Udi随电网电压变化增大，应是UDO增大，由于稳压管任务在反向击穿狀態，其两端的电压略有增大，流过的电流增大很多，使限流电阻R上的电流增大，压降增大，使Udi的电压增量几乎都降在限流电阻R上。从而使UDO坚持不变。反之亦然。 当负载电阻RL变化减

34、小，那么輸出UDO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R上的电流根本不变，负载电流要增大，从而使UDO坚持不变。 稳压电路中除稳压管外，限流电阻R起一定作用，其值大小的选择范围是：IImmmaxminminmaxDDlLUax UvsUin UvsRIvsIIvsI IRIRLIVSUiUdoIvsIrUrUdoUiUdoIvsIrUrUdoRlUdoIvsIrIvsIrlIrlUdoRlUdoIvsIrIvs IrlIrlUdo稳压管稳压电路的特点稳压管稳压电路的特点 输出电压不能调理，负载电流变化范围小，稳定输出电压不能调理，负载电流变化范围小，稳定性，优点是电路

35、简单，输出电压固定。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 普通情况下，选稳压管型号根据：普通情况下，选稳压管型号根据： VZ=VO IZM=1.53Iomax输入电压确实定输入电压确实定 为保证足够的电压调整范围，为保证足够的电压调整范围，Ui=(23)UZ电路衔接电路衔接 稳压狀態，正极接低电平，负极接高电平；输出稳压狀態，正极接低电平，负极接高电平；输出VZ; 导通狀態，正极接高电平，负极接低电平，输出导通狀態，正极接高电平，负极接低电平，输出0.5V。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，电子与空穴结加上正向电压时，

36、电子与空穴复合过程以光的方式放出能量。复合过程以光的方式放出能量。不同资料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。不同资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、明晰度高、电压低发光二极管具有亮度高、明晰度高、电压低1.53V、反响快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，、反响快、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。字和字符显示。阳极 阴极 (a) (b)LEDLEDRE1.5.3 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，其任务原理恰好与光电二极管的又称为光敏二极管，其任务原

37、理恰好与发光二极管相反。当光线照射到光电二极管的发光二极管相反。当光线照射到光电二极管的PN结结时，能激发更多的电子，使之产生更多的电子空穴对，时，能激发更多的电子，使之产生更多的电子空穴对，从而提高了少数载流子的浓度。在从而提高了少数载流子的浓度。在PN结两端加反向结两端加反向电压时反向电流会添加，所产生反向电流的大小与光电压时反向电流会添加，所产生反向电流的大小与光的照度成正比，所以光电二极管正常任务时所加的电的照度成正比，所以光电二极管正常任务时所加的电压为反向电压。为使光线能照射到压为反向电压。为使光线能照射到PN结上，在光电结上，在光电二极管的管壳上设有一个小的通光窗口。二极管的管壳

38、上设有一个小的通光窗口。阳极 阴极例P22， 112作业：13、5、6、7、12、13。1.6.1 三极管的构造及类型三极管的构造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构呵斥的。重构呵斥的。重要特性是具有电流放大作用和开关作用，常见的有要特性是具有电流放大作用和开关作用，常见的有平面型和合金型两类。在任务过程中，两种载流子平面型和合金型两类。在任务过程中，两种载流子电子和空穴都参与导电，故又称为双极型晶体电子和空穴都参与导电，故又称为双极型晶体管，简称晶体管或三极管。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

39、。这三个区域的陈列，可以是结。这三个区域的陈列，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：NPN型和型和PNP型。型。集电结 B发射结NPN集电区基区发射区CCEEB集电结 B发射结PNPCCEEB集电区基区发射区NPN型PNP型 箭头方向表示发射结箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方加正向电压时的电流方向向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1产生放大作用的条件工艺构造特点 内部：a发射区杂质浓度基区集电区，保证足够多載流子用于发射。 b基区很薄且低浓度，减小复合运动。C集电区面积大，保证有足够的搜集才

40、干。 外部：发射结正偏，集电结反偏NPNICIEIBRBUBBUCCRC 2三极管内部载流子的传输过程NPN为例a发射区向基区注入电子，构成发射极电流 iEb电子在基区中的继续分散与复合，构成基极电流 iB=iEN-iCBOc集电区搜集分散过来的电子，构成集电极电流 iC =iCN+iCBO 3电流分配关系： iE = iC + iB 实验阐明实验阐明IC比比IB大数十至数百倍，因此有大数十至数百倍，因此有IC 近似等于近似等于IE。IB虽然很小，但对虽然很小，但对IC有控制造用，有控制造用，IC随随IB的改动而改动，即的改动而改动，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，阐明基极电

41、流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，阐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。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NPNICIBRBUBBUCCRCVVAmA +UCE +UBE0.4 0.8 UBE /V40302010IB /mA0UCE1V测量三极管特性的实验电路 三极管的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 4 3 2 1 IB=0 0 3 6 9 12 UCE /V 20A 40A 60A 80A 100A 饱和区 截止区 放 大 区 IC /mA 1放

42、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BECEBEBuuui, 0, 0BCii0,0CBiiBCii2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 1.6.4 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，在小功有直流和交流之分，在小功率范围內以为相等。有的用率范围內以为相等。有的用hfe表示表示2、极间反向电流、极间反向电流iCBO、iCEO： iCEO也叫穿透电流，与也叫穿透电流，与

43、ICBO、 及温度有关。及温度有关。 iCEO=1+ 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：下降到额定值的下降到额定值的2/3时时所允许的最大集电极电流，电路不能正常任务。所允许的最大集电极电流，电路不能正常任务。 2反向击穿电压反向击穿电压UBRCEO：基极开路时，集电极、：基极开路时，集电极、发射极间的最大允许反向电压，大了能够烧坏管子。发射极间的最大允许反向电压，大了能够烧坏管子。 3集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM =IC UCE，决议了管子的，决议了管子的温升极限。在輸出特性曲线上是一条双曲线，划定了平安区温升极限。在輸出特性曲线上

44、是一条双曲线，划定了平安区。ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO平安任务区平安任务区由三个极限参数可画出三极管的平安任务区由三个极限参数可画出三极管的平安任务区1.6.4 三极管开关特性三极管开关特性 在数字电路中，三极管作为最根本的开关元件，任务在截止区和饱和区。输入高电平常，管子导通饱和，输出低电平；输入低电平常，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 一、饱和导通条件：临界饱和时 UCE=UCES IC=ICS IB=IBS 假设 IBIBSUCC/RC 管子一定飽和导通 饱和导通时 UBE0.7v UCE=UCES0.3v 硅管管子如一个合上的开关。

45、 二、截止条件： UBE0.5V 硅管 管子截止。此时 IB0 IC0 UCEUCC管子如一个翻开的开关。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，截止导通，截止3V0Vuo 0相当于相当于开关断开开关断开相当于相当于开封锁合开封锁合uo UCC 三、开关时间 导通与截止的转换时间称开关时间。1、开启时间ton： 由截止转换为饱和的时间。由截止IC=0跳变到IC=0.1Cmax导通的延迟时间td和导通到饱和IC=0.9ICmax的上升时间tr组成。 ton= td+tr2、封锁时间toff ： 由饱和转换为截止的时间。由

46、饱和Icmax转为导通IC=0.9ICmax的存储时间ts和导通跳变到截止IC=0.1Cmax的下降时间tf组成。 toff=ts+tf 三极管的开关时间普通为纳秒级，其中存储时间ts是影响三极管开关速度的关键参数。前一页前一页 后一页后一页A0.9A0.5A0.1AtptrtfT脉冲幅度脉冲幅度 A延迟时间延迟时间td, 上升时间上升时间 tr ，开启时间，开启时间 ton=td+tr脉冲周期脉冲周期 T存储时间存储时间ts, 下降时间下降时间 tf ，封锁时间，封锁时间 toff=ts+tf脉冲宽度脉冲宽度 tp 前往前往 场效应管也是一种由PN结组成的半导体，因是利用电场效应来控制电流的

47、故称为场效应管。和TTL比較，其主要特点是：輸入电阻大；受温度影响小，热稳定性好；噪声低；易于集成化。因此获得广泛运用。 按内部构造的不同，分为结型场效应管JFET和绝缘栅型场效应管IGFET二大类。 最常用的绝缘栅型场效应管是由金属-氧化物-半导体资料构成，简称MOS管。由P沟道、N沟道构造的PMOS和NMOS二种类型。其中每一类型又分加强型和耗尽型两种。(CMOS是由PMOS和NMOS管组成的互补对称的集成电路 加强型：UGS=0，不存在导电沟道，ID=0。 耗尽型：UGS=0，存在导电沟道，ID=0。耗尽型耗尽型GSDGSD加强型加强型N沟道沟道P沟道沟道GSDGSDN沟道沟道P沟道沟道

48、G、S之间加一定之间加一定电压才构成导电沟道电压才构成导电沟道在制造时就具有在制造时就具有原始导电沟道原始导电沟道后一页后一页前往前往 N沟道P型硅衬底N+N+源极S 栅极G 漏极DSiO2绝缘层金属铝DSG衬底DSG衬底N沟道绝缘栅型场效应管的结构N沟道耗尽型场效应管的符号N沟道增强型场效应管的符号1.7.1 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(IGFET)的构造的构造 P 沟道N 型硅衬底P+P+源极 S栅极 G 漏极 DSiO2绝缘层金属铝DSG衬底DSG衬底P 沟道绝缘栅型场效应管的结构P 沟道耗尽型场效应管的符号P 沟道增强型场效应管的符号无论是无论是N沟道沟道MOS管还是管还是P沟道

49、沟道MOS管，都只需一种载管，都只需一种载流子导电，均为单极型电压控制器件。流子导电，均为单极型电压控制器件。MOS管的栅极电流几乎为零，输入电阻管的栅极电流几乎为零，输入电阻RGS高达高达1015N沟道加强型沟道加强型MOS管任务原理管任务原理1.绝缘栅型场效应管的任务原理与特性曲线绝缘栅型场效应管的任务原理与特性曲线 漏极D和源极S之间是两个背对背的PN结，当UGS=0时，不论漏、源极之间加怎样极性的电压，总有一个PN结是反偏。其反向电阻很高，ID=0。 当UGS0,由于柵、漏电场的作用，在衬底上接近柵极外表构成由自在电子组成的N型簿层，通常叫“反型层，构成了联络漏、源极之间的导电沟道。假

50、设在漏、源极之间加上正向UDS时，便有漏极电流ID流动。我们把出現ID时的柵源电压UGS叫做“开启电压，即UGSth。当UGS UGSth时， UGS愈大，沟道愈宽， ID愈大，电压控制造用愈强。 当UGS和UDS共同作用时，在UGS UGSth时， 由于UDS的作用，沿沟道产生电位梯度，漏极附近的电场减弱，沟道变为楔形，假设此时UDS较小，UGD(UGS-UDS) UGSth,沟道变化不大，ID将随UDS的增大而线性增大，管子任务在可变电阻非饱和区。假设UDS继续增大， UGD(UGS-UDS) UGSth,沟道在漏极附近被夹断，ID将不受UDS影响而只与UGS有关。管子任务在放大饱和区。M

51、OS管做放大电路，一定要任务在饱和区。1612 8 403 6 9 12 UDS/VUGS=2V4V放 大 区ID/mA(b) 漏极特性曲线0 2 4 6 UGS/VID/mAUGS(th)1612 8 4IDSS(a) 转移特性曲线可变电阻区6VUDS=常数加强型场效应管不存在原始导电沟道，加强型场效应管不存在原始导电沟道， UGS=0时场效应管时场效应管不能导通，不能导通，ID=0 。 UGS0时会产生垂直于衬底外表的电时会产生垂直于衬底外表的电场。场。P型衬底与绝缘层的界面将感应出负电荷层，型衬底与绝缘层的界面将感应出负电荷层，UGS添添加，负电荷数量增多，积累的负电荷足够多时，两个加，

52、负电荷数量增多，积累的负电荷足够多时，两个N+区区沟通，构成导电沟道，在一定的漏、源电压沟通，构成导电沟道，在一定的漏、源电压UDS下，漏、下，漏、源极之源极之 按场效应管的任务情况可将漏极特性曲线分为两个区域。按场效应管的任务情况可将漏极特性曲线分为两个区域。在虚线左边的区域内，漏、源电压在虚线左边的区域内，漏、源电压UDS相对较小，漏极电流相对较小，漏极电流ID随随UDS的添加而添加，输出电阻的添加而添加，输出电阻ro较小，且可以经过改动较小，且可以经过改动栅、源电压栅、源电压UGS的大小来改动输出电阻的大小来改动输出电阻ro的阻值，这一区域的阻值，这一区域称为非饱和区可变电阻区。在虚线右

53、边的区域内，当栅、称为非饱和区可变电阻区。在虚线右边的区域内，当栅、源电压源电压UGS为常数时，漏极电流为常数时，漏极电流ID几乎不随漏、源电压几乎不随漏、源电压UDS的变化而变化，输出电阻的变化而变化，输出电阻ro很大，很大，UGD使沟道夹断，曲线趋使沟道夹断，曲线趋于与横轴平行，在栅、源电压于与横轴平行，在栅、源电压UGS增大时，漏极电流增大时，漏极电流ID随随UGS线性增大，这一区域称为饱和区放大区。线性增大，这一区域称为饱和区放大区。 综上所述，场效应管的漏极电流综上所述，场效应管的漏极电流ID受栅、源电压受栅、源电压UGS的的控制，即控制，即ID随随UGS的变化而变化，所以场效应管是

54、一种电压的变化而变化，所以场效应管是一种电压控制器件。场效应管栅、源电压控制器件。场效应管栅、源电压UGS对漏极对漏极ID控制造用的大控制造用的大小用跨导小用跨导gm表示：表示：间有间有ID出现。使管子由不导通转为导通的临界栅、源电压称出现。使管子由不导通转为导通的临界栅、源电压称为开启电压为开启电压UGS(th)。 UGS UGS(th)时，随时，随UGS的添加的添加ID增大。增大。1612 8 403 6 9 12 UDS/V2VUGS=0V放 大 区ID/mA(b) 漏极特性曲线4 2 0 2 4 UGS/VID/mAUGS(off)1612 8 4IDSS(a) 转移特性曲线可变电阻区

55、2VUDS=常数耗尽型场效应管存在原始导电沟道，耗尽型场效应管存在原始导电沟道，UGS=0时漏、源极之间时漏、源极之间就可以导电。这时在外加电压就可以导电。这时在外加电压UDS作用下的漏极电流称为漏作用下的漏极电流称为漏极饱和电流极饱和电流IDSS。UGS0时沟道内感应出的负电荷增多，沟时沟道内感应出的负电荷增多，沟道加宽，沟道电阻减小，道加宽，沟道电阻减小，ID增大。增大。UGS0时，在沟道内产生时，在沟道内产生出的感应负电荷减小，沟道变窄，沟道电阻增大，出的感应负电荷减小，沟道变窄，沟道电阻增大，ID减小。减小。UGS到达一定负值时，沟道内载流子全部复合耗尽，沟道被到达一定负值时，沟道内载

56、流子全部复合耗尽，沟道被夹断，夹断，ID=0，这时的，这时的UGS称为夹断电压称为夹断电压UGS(off)。1.7.3 绝缘栅型场效应管的主要参数绝缘栅型场效应管的主要参数场效应管的主要参数除输入电阻 RGS、漏极饱和电流 IDSS、夹断电压 UGS(off)和开启电压 UGS(th)外，还有以下重要参数：（1）跨导 gm。常数DSGSDmUUIggm表 示场 效 应管 栅 、源 电 压 UGS对漏 极 ID控 制 作用 的 大小，单位是A/V 或 mA V。（2）通态电阻。在确定的栅、源电压 UGS下，场效应管 进入饱和 导通 时，漏 极和 源极 之间的 电阻 称为 通态电 阻。 通态 电阻

57、的大小决定了管子的开通损耗。（3）最大漏、源击穿电压 UDS(BR)。指漏极与源极之间的 反向击穿电压。（4）漏极最大耗散功率 PDM。漏极耗散功率DDSDIUP的最大允许值，是从发热角度对管子提出的限制条件。绝缘栅场效应管的输入电阻很高，栅极上很容易积累较高的静电电压将绝缘层击穿。为了避免这种损坏，在保存场效应管时应将它的 3 个电极短接起来；在电路中，栅、源极间应有固定电阻或稳压管并联，以保证有一定的直流通道；在焊接时应使电烙铁外壳良好接地。 1.7.4 JFET(结型场效应管结型场效应管)的构造和任务原理的构造和任务原理 1.构造构造 结型场效应管按其导电沟道分为结型场效应管按其导电沟道

58、分为N沟沟道和道和P沟道两种。其构造表示图和电路符号如图沟道两种。其构造表示图和电路符号如图a和图和图b所示。所示。2.任务原理 1uGS对iD的控制造用 uGS对iD的控制造用如图3.3所示。 在图a中，栅源电压等于0，沟道面积最大。 在图b中，栅源之间加上反偏电压，沟道面积变窄。 在图c中，栅源之间的反偏电压添加，耗尽层合拢，沟道被夹断，面积为零。 综上所述，改动栅源反偏电压的大小，可以有效的控制沟道电阻的大小。2uDS对iD的影响 uDS对iD的影响如下图。(a) uDS=0时的情况 (b) uDS | UGS(off)|时的情况uDS对导电沟道的影响在图a中，漏源电压等于0，漏极电流等于零。在图b中，漏源电压添加，漏极电流添加。在图c中，漏源电压添加，使耗尽层在接近漏端合拢，漏极电流趋于饱和。在图d中，漏源电压继续添加，耗尽层的合拢点下移，漏极电流不变。 综上所述，漏源电压的主要作用是构成漏极电流。综上分析，可得下述结论： JFET栅极、沟道之间的PN结是反向偏置的，其作用是控制导电沟道的电阻，从而控制漏极电流的大小。 漏源电压的作用是构成漏极电流。 施加栅源电压和漏源电压的原那么是：必需保证管内的PN结处