实用模拟电子技术教程第1章电子课件

实用模拟电子技术教程第1章电子课件第一页，共45页。第一篇常用半导体器件

介绍常用半导体器件，包括晶体二极管、晶体三极管、场效应管和其他半导体器件的结构、工作原理、分类、主要性能指标、国家标准规定的命名方法以及主要应用。

第二页，共45页。第1章半导体二极管

学习要求：掌握二极管结构和单向导电的特性；掌握二极管最大整流电流、反向击穿电压、最大反向工作电压、反向电流和最高工作频率等特性指标的定义；掌握整流电路的工作原理；了解PN结、内建电场和正负载流子的概念；了解PN结单向导电的原理。

第一篇常用半导体器件第三页，共45页。1.1半导体二极管的单向导电特性

第1章半导体二极管1.1.1二极管的结构和产品外型二极管都有两根引脚，一个称为正极，另一个为负极。哪个为正，决定于内部结构。第四页，共45页。半导体二极管内部结构和电路符号：1.1半导体二极管的单向导电特性特点：都以半导体为材料(b)负极引脚正极引脚N型硅铝合金小球正极引脚N型锗金属丝负极引脚(a)正极引脚负极引脚N型硅片P型区二氧化硅层图1-1二极管的结构和电路符号(c)正极负极(d)第五页，共45页。二极管的单向导电特性实验观察

1.1半导体二极管的单向导电特性让电位器活动端逐渐向上移动，施加在二极管两端的电压也逐渐加大，测量不同电压时流过二极管的电流，即可以得到二极管两端电压与所流过的电流之间的关系。实验装置：图1-3测量二极管导电特性实验装置二极管负极二极管正极AVRPE+－RVD第六页，共45页。二极管的单向导电特性实验观察

1.1半导体二极管的单向导电特性实验结果：施加正向电压时的实验结果（二极管1N4148）电压从0增加到0.9V,流过的电流从0增加到69mA。以二极管两端电压u为横坐标，流过二极管的电流i为纵坐标，可画出流过二极管的电流随两端电压变化的曲线——称为二极管伏安特性曲线。表1-1二极管导电特性实验结果正向电压u(伏特)00.500.550.600.650.700.750.800.850.90正向电流i(毫安)00.100.401.013.006.8014.030.054.069.0第七页，共45页。二极管的单向导电特性实验观察

1.1半导体二极管的单向导电特性实验结果分析：1、存在一个开启电压

2、在一定范围内，电流发生较大的变化时，二极管两端的电压降只有微小的变化。正向电流从1.01mA增加到30mA，大了30倍，二极管压降从0.6伏增加到0.8伏，只变化了0.2伏。3、特性曲线还与温度有关开启电压第八页，共45页。二极管的单向导电特性实验观察

1.1半导体二极管的单向导电特性1、施加反向电压时，只有一个很小的电流流过二极管，称为反向电流施加反向电压时的实验结果3、反向电压增加到一定程度会导致二极管的反向击穿2、反向电流随温度的升高而显著增加第九页，共45页。1.2.1整流电路1.2二极管的应用

利用二极管的单向导电性，能将交流电转换为单向脉动电流，完成这种转换的电路称为整流电路。

常用整流电路分类：2、桥式整流电路1、半波整流电路第十页，共45页。1.2二极管的应用——1.2.1整流电路

1、半波整流电路电路结构与功能电路结构功能：将交流电转换为单向脉动电流第十一页，共45页。1.2二极管的应用——1.2.1整流电路电路主要参数：

1、半波整流电路（1）二极管所经受的反向电压（2）输出平均电压（3）整流二极管的功耗——等于二极管正向压降与负载电流的乘积，约为0.7V与流过二极管的平均整流电流的乘积。第十二页，共45页。1.2二极管的应用——1.2.1整流电路

2、桥式整流电路电路结构与功能简化电路画法

电路结构功能输入交流电半波整流输出桥式整流输出第十三页，共45页。1.2二极管的应用——1.2.1整流电路

2、桥式整流电路电路结构与功能工作原理正半周电流走向是从输入电压正端—二极管VD2—负载电阻—二极管VD4—输入电压负端，施加在负载电阻上的电压为上正下负

负半周电流的走向是从输入电压的正端—二极管VD3—负载电阻—二极管VD1—输入端负端，施加在负载电阻上的电压仍然是上正下负

第十四页，共45页。1.2二极管的应用——1.2.1整流电路

2、桥式整流电路电路参数（2）输出平均电压是半波整流输出的2倍每只二极管所流过的平均电流小了一半，因此这种情况下二极管的功耗是半波整流电路的一半。（3）整流二极管的功耗（1）二极管所经受的反向电压与半波整流相同第十五页，共45页。1.2二极管的应用——1.2.1整流电路

3、滤波电路二极管整流后输出的单向脉动电压包含较多的交流成分，为了获得较好的直流电压还需要进行滤波。滤波电路结构与功能：结构：滤波电容并联负载两端滤波后的电压波形滤波前波形第十六页，共45页。1.2二极管的应用——1.2.2检波电路

1）什么是检波电路当输入交流电压的频率较高时，将这种交流电转换为单向脉动电的过程习惯上不叫整流，而称为检波。检波二极管一般采用点接触结构，结电容极小，能通过的电流也很小，因此也不用于整流。整流管一般为平面管或合金管，PN结面积大能通过大电流，因此结电容也大，不能用于检波；2）整流二极管不能用于检波二极管两极之间电容对高频信号来说是低阻抗第十七页，共45页。1.2二极管的应用——1.2.3稳压电路稳压管调整二极管的制作工艺，降低击穿电压并使反向特性曲线更陡根，由此制成的二极管称为稳压管外型电路符号反向特性与普通二极管的区别第十八页，共45页。1.2二极管的应用——1.2.3稳压电路稳压管组成的稳压电路电路结构工作原理稳压管DZ的反向击穿电压为6.0V，最大工作电流为20mA，电源电压VCC=9V，选电阻R1=150Ω，则流过稳压管的电流IZ等于

负载电阻从500Ω变到300Ω，两端电压维持为6V，原理如下：1、500Ω时流向负载的电流为12mA，流向稳压管的电流降为8mA，负载两端电压为6V2、3000Ω时负载的电流降为2mA，稳压管的电流升为18mA，负载两端电压仍维持为6V第十九页，共45页。1.3二极管的主要参数——1.3.1常用整流二极管参数

1、最大整流电流IF：二极管长期工作的情况下允许通过的最大正向平均电流。

4、反向电流IR：是二极管施加反向电压而未击穿情况下流过的反向电流。锗管一般为几十微安大小，硅管1微安以下。

3、最高反向工作电压UR：二极管工作时允许施加的最大反向电压，一般是反向击穿电压的一半或2/3。

2、反向击穿电压UBR：二极管所能承受的最高反向电压，超过该电压，二极管被击穿。

5、最高工作频率fM：二极管工作的上限频率，超过此值，PN结结电容的影响不能忽略，二极管的单向导特性变差。第二十页，共45页。1.3二极管的主要参数——1.3.2常用稳压管参数

1、稳定电流：稳压管产生稳压作用时通过的电流值，低于该电流值时稳压效果变差，高于该电流时，稳压效果更好，但不能超过额定功耗。

4、电压温度系数：温度每升高1℃引起的稳定电压变化的百分比。

3、额定功耗：稳压管正常工作时所允许的功耗，它等于稳压值和最大允许电流的乘积。额定功耗决定于稳压管允许的温升。

2、稳定电压：稳压管通过额定电流时两端的电压值。生产厂家给出的是稳压范围，例如9.3～10.6V。第二十一页，共45页。1.4二极管的分类——1.4.1常用二极管分类

1）整流二极管：用于电子控制、无线电通信或其他电气设备电源部分整流用的二极管一般都为硅管。第二十二页，共45页。1.4二极管的分类——1.4.1常用二极管分类

2）检波二极管：常用的检波二极管为锗管，检波二极管也可用于小电流整流。第二十三页，共45页。1.4二极管的分类——1.4.1常用二极管分类

3）稳压二极管：常用稳压管为硅二极管，用于稳压。第二十四页，共45页。1.4二极管的分类——1.4.2二极管封装

1、贴片封装：出于整机小型化和电子设备生产自动化的需要。第二十五页，共45页。1.4二极管的分类——1.4.2二极管封装

2、二极管组件：出于整机小型化和电子设备生产自动化的需要。整流桥四只二极管组成的排管第二十六页，共45页。1.4二极管的分类——1.4.2半导体器件命名方法

1、半导体器件命名的国家标准

以硅整流二极管2CZ56B为例来说明第二十七页，共45页。1.4二极管的分类——1.4.2半导体器件命名方法

1、半导体器件命名的国家标准

国标半导体器件命名规定第二十八页，共45页。1.4二极管的分类——1.4.2半导体器件命名方法

2、美国半导体器件命名方法美国电子工业协会半导体器件命名规定美国型号的二极管1N4001A：“1”表示该器件只有一个PN结，为二极管；“1”前面没有符号，表示这种型号的器件是非军用品；第三部分数字“N”为注册标志，表明已在美国电子工业协会注册；第四部分“4001”为登记序号；第五部分“A”表示档次。第二十九页，共45页。1.4二极管的分类——1.4.2半导体器件命名方法

3、欧洲半导体器件命名方法欧洲产器件型号由四部分组成，每一部分符号的含义如下

二极管BYV28为例：第一部分字母“B”表示制造材料为硅，第二部分字母“Y”表示器件为整流二极管，第三部分用一个字母加两位数字V28表示器件登记号。第三十页，共45页。1.4二极管的分类——1.4.2半导体器件命名方法

4、日本半导体器件命名方法日本半导体器件型号由五部分组成，规定如下1S1585：“1”表示该器件为二极管，第二部分“S”表示属半导体器件，“1585”是登记序号。第三十一页，共45页。1.5整流电路设计已知变压器输出的交流电有效值为45V，负载电阻20Ω，需直流供电，要求设计整流电路。设计步骤：

第一步：首先选择整流电路类型，选用桥式整流电路第二步：根据设计要求计算流过整流二极管的平均电流、二极管经受的反向电压和二极管的功耗。输出平均电压：求得负载电流：

二极管功耗：最大反向电压：

第三十二页，共45页。1.5整流电路设计已知变压器输出的交流电有效值为45V，负载电阻20Ω，需直流供电，要求设计整流电路。设计步骤：

第三步：根据上面计算所得的平均电流、最大反向电压和功耗值，从表1-1中选择合适的整流二极管——2CZ56C功耗：电流：

反向电压：

第三十三页，共45页。1.6二极管单向导电原理简介-1.6.1导体、绝缘体和半导体

绝缘体：不存在能够自由移动的电荷，不导电；导体：金属等存在大量能自由运动的电子属良导体；半导体：硅、锗情况比较特殊，很纯的半导体硅、锗（称为本征半导体）缺少自由电荷，几乎不导电。，但加入一定量的微量元素，导电能力将发生很大变化。

N型硅：硅中加入微量的5价元素（例如磷），4个被束缚在硅原子周围，而多出的一个就能够在半导体内自由移动，于是能导电；P型硅：加入微量的3价元素（例如硼），硼原子只有3个价电子，就容易从邻近硅原子的4个价电子中拉一个过来，邻近硅原子失去一个电子而带正电，称为空穴，空穴能自由移动，于是能导电。第三十四页，共45页。1.6二极管单向导电原理简介-1.6.1导体、绝缘体和半导体自由电子的增加使N型硅导电，导电能力随磷元素浓度变化，磷元素浓度增加时导电能力也增加。第三十五页，共45页。1.6二极管单向导电原理简介-1.6.1导体、绝缘体和半导体荷正电的空穴使P型硅导电，导电能力随硼元素浓度变化，硼元素浓度增加时导电能力也增加。第三十六页，共45页。1.6二极管单向导电原理简介——1.6.2PN结的形成硅的一边掺杂5价元素，成为N型半导体，另一边掺杂3价元素，成为P型半导体，在边界处便会形成一种特殊的结构称为PN结。P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，在边界附近的N区留下不能移动的正电荷，在P区留下不能移动的负电荷，正负电荷形成内建电场。第三十七页，共45页。1.6二极管单向导电原理简介——1.6.3二极管的单向导电特性

一个PN结，在其两端制作电极，用引脚引出再加上外壳，即为二极管。P区引出的为二极管的正极，N区引出的为二极管的负极。

第三十八页，共45页。1.6二极管单向导电原理简介——1.6.3二极管的单向导电特性

外加电场的方向和PN结区内建电场的方向相反，外加电场减弱了内建电场，因此扩散继续进行，形成正向电流，因此二极管加正向电压时导通。1、二极管施加正向电压时A内建电场方向外加电场方向第三十九页，共45页。1.6二极管单向导电原理简介——1.6.3二极管的单向导电特性外加电场与内建电场方向相同，内建电场得到加强，P区空穴、N区电子的扩散被阻止，二极管表现为截止状态。2、二极管施加反向电压时A内建电场方向外加