第一章第一二节新教材PPT讲稿.ppt

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1、第一章第一二节新教材第1页，共57页，编辑于2022年，星期二信号信号:信信号号是是运运载载消消息息的的工工具具，是是消消息息的的载载体体。从从广广义义上上讲讲，它它包包括括光光信号、声信号和电信号等。信号、声信号和电信号等。其其中中，电电信信号号是是指指随随时时间间而而变变化化的的电电压压u u或或电电流流i i，u u=f f(t t)或或i i=f f(t t)。电电信信号号容容易易传传送送和和控控制制，应应用用广广泛泛。也也是是本本门门课课程程研研究究是重点。是重点。第第0章章 预备知识预备知识 信号可分为信号可分为:模拟信号：模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。在时间和幅值上都是

2、连续的信号。数字信号：数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。在时间和幅值上都是离散的信号。第2页，共57页，编辑于2022年，星期二 模拟信号无处不在，在自然界中能够提取到的未经处理的信号，模拟信号无处不在，在自然界中能够提取到的未经处理的信号，几乎都是模拟信号几乎都是模拟信号,如：说话的声音、一天中室内的温度、交流如：说话的声音、一天中室内的温度、交流电传输线路中的电压、等等这些都是模拟信号。电传输线路中的电压、等等这些都是模拟信号。模拟电子技术就是一门对产生、处理模拟信号的电路即模拟电模拟电子技术就是一门对产生、处理模拟信号的电路即模拟电路进行研究的课程。路进行研究的课程。其中所涉及到的

3、模拟信号，在本门课程中只涉其中所涉及到的模拟信号，在本门课程中只涉及到及到模拟模拟电电信号信号。在本门课程中，我们首先将会学习到一些典型的，重要在本门课程中，我们首先将会学习到一些典型的，重要的模拟电子器件，他们是：的模拟电子器件，他们是：二极管二极管、三极管三极管、场效应管场效应管、运算运算放大器放大器等。之后，我们将介绍一些基本的模拟电路等。之后，我们将介绍一些基本的模拟电路,并对其做进一并对其做进一步的分析研究，这些电路包括：步的分析研究，这些电路包括：基本放大电路、运算放大器电路、基本放大电路、运算放大器电路、负反馈放大电路、低频功放电路、电源电路负反馈放大电路、低频功放电路、电源电路

4、等。等。第3页，共57页，编辑于2022年，星期二对象对象温度、湿度温度、湿度等物理信号等物理信号模拟电信号模拟电信号信信号号提提取取信号预信号预处理处理信号信号驱动驱动信号信号加工加工传感器、传感器、红外接收红外接收器等器等隔离、滤波、放大隔离、滤波、放大调制解调制解调转换调转换放大、隔离等放大、隔离等信号信号执行执行运算运算比较比较信号信号运算运算执行，控制器执行，控制器件件 在我们学习过典型的模拟电路之后，结合其他所学课程，就在我们学习过典型的模拟电路之后，结合其他所学课程，就可以完成一个完整的模拟信号处理系统。可以完成一个完整的模拟信号处理系统。一个完整模拟信号处理系统框图如下所示：一

5、个完整模拟信号处理系统框图如下所示：第4页，共57页，编辑于2022年，星期二1 半导体器件半导体器件 2 基本放大电路基本放大电路3 集成运算放大电路集成运算放大电路4 放大电路的频率响应放大电路的频率响应5 负反馈放大电路负反馈放大电路6 信号处理与波形产生电路信号处理与波形产生电路7 低频功率放大器低频功率放大器8 直流电源直流电源课程内容课程内容 56学时学时 3.5学分学分6学时学时 12学时学时8学时学时4学时学时8学时学时8学时学时4学时学时6学时学时考核形式考核形式期末闭卷笔试期末闭卷笔试成绩占成绩占80%选择填空等客观题选择填空等客观题40%分析计算等占分析计算等占60%平时

6、成绩占平时成绩占20%第5页，共57页，编辑于2022年，星期二第第1章章 半导体器件半导体器件1.1 半导体器件的基础知识半导体器件的基础知识1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 半导体三极管半导体三极管1.4 场效应管场效应管第6页，共57页，编辑于2022年，星期二物质按导电性能可划分为：物质按导电性能可划分为：导体：导体：一般为低价元素，如铜、铁、铝等金属元素。一般为低价元素，如铜、铁、铝等金属元素。导电导电率为率为10105 5S.cmS.cm-1-1量级。量级。导电能力强。导电能力强。绝缘体：绝缘体：一般为高价元素，如：橡胶、云母、塑料等。一般为高价元素，如：橡胶、云母、塑料等。

7、导导电率为电率为1010-22-22 1010-14-14 S.cm S.cm-1-1量级。导电能力弱。量级。导电能力弱。半导体：半导体：一般为四价元素，如：硅（一般为四价元素，如：硅（SiSi）锗（）锗（GeGe）等。）等。导电性能介于导体和绝缘体之间。且导电能力随条件变导电性能介于导体和绝缘体之间。且导电能力随条件变化。化。1.1.1半导体材料半导体材料1.1 半导体器件的基础知识半导体器件的基础知识第7页，共57页，编辑于2022年，星期二半导体物质特性：半导体物质特性：掺入杂质则导电率显著增加掺入杂质则导电率显著增加掺杂特性掺杂特性半导体器件半导体器件温度增加使导电率大为增加温度增加使

8、导电率大为增加温度特性温度特性热敏器件热敏器件光照不仅大为增加导电率还可产生电动势光照不仅大为增加导电率还可产生电动势光照特性光照特性光敏器件、光电器件光敏器件、光电器件第8页，共57页，编辑于2022年，星期二完全完全纯净纯净、结构完整的半导体晶体被称为、结构完整的半导体晶体被称为本征半导体本征半导体。本征半导体晶体内所含的原子为本征半导体晶体内所含的原子为硅（硅（SiSi）或或锗（锗（GeGe）原子、其简原子、其简化的原子结构如右下图所示：化的原子结构如右下图所示：本本征半导体在物理结构上呈单晶体形态。（见左下图）征半导体在物理结构上呈单晶体形态。（见左下图）1.1.2本征半导体本征半导体

9、本征半导体：本征半导体：本征半导体的晶体结构本征半导体的晶体结构Si+142 8 4Ge+322 8 18 4+4常见本征半导体原子的结构简化模型常见本征半导体原子的结构简化模型第9页，共57页，编辑于2022年，星期二+4+4+4+4+4+4+4+4+41.1.在在T=0KT=0K，且无外部，且无外部激发能量时：激发能量时：本征半导体本征半导体的导电特性的导电特性:常见本征半导体晶体结构平面示意图常见本征半导体晶体结构平面示意图本征半导体内部没有本征半导体内部没有能够运能够运载电荷、载电荷、自由移动自由移动的的带电带电粒子粒子，即即载流子载流子，此时本征半导体，此时本征半导体呈绝缘特性。呈绝

10、缘特性。第10页，共57页，编辑于2022年，星期二+4+4+4+4+4+4+4+4+42.在有外部激发能量（如温度升高，光照）时，本征在有外部激发能量（如温度升高，光照）时，本征半导体内部产生本征（热）激发现象：半导体内部产生本征（热）激发现象：挣脱原子核束缚的电子称为自由电子，在本征（热）激发下形成带负电荷的载流子。留下的空位称为空穴，成为带正电荷的载流子。本征半导体的载流子在本征半导体的载流子在外外加加电场电场的作用下可定向移的作用下可定向移动形成动形成漂移电流漂移电流。共价键内的电子称为束缚电子第11页，共57页，编辑于2022年，星期二2.载流子载流子在在外外电场电场的作用下，定向移

11、动形成的的作用下，定向移动形成的漂移电流漂移电流由以下两种由以下两种电流组成：电流组成：空穴电流：电子电流：由带由带负负电的，运动方向与外电场方向相反的电的，运动方向与外电场方向相反的电子电子流流形成形成。由带由带正正电的，价电子递补空穴运动形成的，与外电的，价电子递补空穴运动形成的，与外电场方向相同的电场方向相同的空穴流空穴流形成。形成。电子流和空穴流方向相反，所形成的电子流和空穴流方向相反，所形成的电子电流电子电流和和空穴电空穴电流流方向方向相同相同，两者之，两者之和和即为漂移电流。即为漂移电流。1.1.在本征半导体中，一方面由于热在本征半导体中，一方面由于热激发激发，自由电子，自由电子-

12、空穴对不断空穴对不断产生；另一方面，自由电子在运动过程中又会不断地填补空产生；另一方面，自由电子在运动过程中又会不断地填补空穴从而使自由电子穴从而使自由电子-空穴对消失，这一过程称为空穴对消失，这一过程称为复合复合。第12页，共57页，编辑于2022年，星期二3 3.本征半导体漂移电流的大小，取决于可用于导电的载流子的浓度。本征半导体漂移电流的大小，取决于可用于导电的载流子的浓度。一定温度下，一定温度下，激发激发和和复合复合作用相对平衡，载流子浓度一定。载流作用相对平衡，载流子浓度一定。载流子浓度子浓度受温度影响很大（可以证明成指数变化规律），与电场受温度影响很大（可以证明成指数变化规律），与

13、电场强度无关强度无关。4.4.本征半导体只能由本征（热）激发获得载流子，其浓度很小，得到本征半导体只能由本征（热）激发获得载流子，其浓度很小，得到的漂移电流也的漂移电流也很小很小。导电性能不强。导电性能不强。为了为了改善并控制改善并控制本征半导体本征半导体的导电性能，人们在本征半导体内的导电性能，人们在本征半导体内参入了杂质，得到参入了杂质，得到杂质半导体。杂质半导体。第13页，共57页，编辑于2022年，星期二杂质半导体N（电子）（电子）型半导体型半导体(掺入的五价元素如掺入的五价元素如P、Se等等)1.1.3杂质半导体杂质半导体P（空穴）（空穴）型半导体型半导体(掺入的三价元素如掺入的三价

14、元素如B、Al、In等等)杂质半导体杂质半导体：掺入了杂质的半导体被叫做：掺入了杂质的半导体被叫做杂质半导体杂质半导体。被。被掺入杂质越多，导电性能越强。掺入杂质越多，导电性能越强。第14页，共57页，编辑于2022年，星期二1.N1.N1.N1.N型半导体型半导体型半导体型半导体:+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5在本征半导体中掺入五价元素，如在本征半导体中掺入五价元素，如P P自由电子是自由电子是多数载流子（多子）多数载流子（多子）空穴是空穴是少数载流子（少子）少数载流子（少子）杂质原子提供由本征（热）激发形成由于五价元素很容易贡献电子，因由于五价元素很容易贡献电子，因此将其称为

15、此将其称为施主杂质施主杂质。施主杂质施主杂质因提供自由电子而带正电荷成因提供自由电子而带正电荷成为为正离子正离子第15页，共57页，编辑于2022年，星期二2.P2.P2.P2.P型半导体型半导体型半导体型半导体:+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3在本征半导体中掺入的三价元素如在本征半导体中掺入的三价元素如B B自由电子是自由电子是少数载流子少数载流子空穴是空穴是多数载流子多数载流子杂质原子提供由本征（热）激发形成因因留留下下的的空空穴穴很很容容易易俘俘获获电电子子，使使杂杂质质原原子子成成为为负负离离子子。三三价价杂杂质质因因而而也也称称为为受主杂质受主杂质。第16页，共57页，编

16、辑于2022年，星期二 多子多子受温度的影响很小受温度的影响很小,在杂质半导体，在杂质半导体，掺入杂质的浓掺入杂质的浓度度决定了多子的浓度，也就决定了多子的浓度，也就控制了杂质半导体的导电性能控制了杂质半导体的导电性能；少子少子是本征激发形成的，尽管其浓度很低，却对是本征激发形成的，尽管其浓度很低，却对温度非温度非常敏感常敏感，这一特性既可以让我们用其制作，这一特性既可以让我们用其制作光敏器件光敏器件和和热敏热敏器件器件，又是造成半导体器件，又是造成半导体器件温度稳定性差的原因温度稳定性差的原因。第17页，共57页，编辑于2022年，星期二1.1.4 PN1.1.4 PN结结1.PN1.PN结

17、的形成结的形成P型半导体和型半导体和N型半导体紧密接触在一起，在接触面形成型半导体紧密接触在一起，在接触面形成PN结。结。1 1、载流子因载流子因浓度浓度不同不同而有而有“扩散运动扩散运动”，形成形成“扩散电流扩散电流”。P P型型 N N型型空间电荷区空间电荷区4 4、内电场内电场促进促进少子少子（少数载流子）（少数载流子）的的“漂移运动漂移运动”，形成，形成“漂移电流漂移电流”。内电场内电场E EPNPN结结势垒区3 3、正负离子电荷在空间电荷区中、正负离子电荷在空间电荷区中形形成成由由N N区指向区指向P P区区的的“内电场内电场”。内电场内电场阻挡阻挡多子多子（多数载流子多数载流子)扩

18、散扩散(阻挡层、阻挡层、势垒区势垒区)。2 2、电子空穴电子空穴在在扩散中扩散中在交界面附近在交界面附近复合复合，在，在P P区留下不能移动的负离子；在区留下不能移动的负离子；在N N区留下不能移动的正离子。区留下不能移动的正离子。形成形成“空间空间电荷区电荷区”。因多数载流子已耗尽，又叫因多数载流子已耗尽，又叫“耗尽层耗尽层”。5 5、开始时，扩散运动较强，漂移运动较弱，随着扩散的进行，空间电荷区加宽、内电场加强，、开始时，扩散运动较强，漂移运动较弱，随着扩散的进行，空间电荷区加宽、内电场加强，阻碍扩散运动、增强漂移运动，当扩散运动和漂移运动达到动态平衡，漂移电流等于扩散电流时，阻碍扩散运动

19、、增强漂移运动，当扩散运动和漂移运动达到动态平衡，漂移电流等于扩散电流时，稳定的稳定的空间电荷区空间电荷区，即，即PNPN结结形成。形成。第18页，共57页，编辑于2022年，星期二形成空间电荷区，产生内形成空间电荷区，产生内电场电场浓度差使多子做扩浓度差使多子做扩散运动散运动扩散，漂移动态平衡，形扩散，漂移动态平衡，形成成PNPN结结内电场阻碍多子继续扩散，加内电场阻碍多子继续扩散，加强少子漂移运动强少子漂移运动P PN N结形成过程流程图：结形成过程流程图：第19页，共57页，编辑于2022年，星期二2.PN2.PN结的单向导电性结的单向导电性 刚刚所讨论的刚刚所讨论的PNPN结处于平衡状

20、态，称为平衡结处于平衡状态，称为平衡PNPN结。如在结。如在PNPN结两端外结两端外加不同方向电压，就会破坏原平衡，呈现出单向导电性。加不同方向电压，就会破坏原平衡，呈现出单向导电性。P P型型 N N型型空间电荷区空间电荷区内电场内电场E EPNPN结结+-1 1、外加、外加正向正向电压形成外电压形成外电场，内外电场方向相电场，内外电场方向相反。反。内电场内电场被削弱。被削弱。2 2、外电场外电场使多子趋向使多子趋向分界面的空间电荷区与分界面的空间电荷区与离子中和。结果离子中和。结果使使空间空间电荷区电荷区离子层变薄离子层变薄，势势垒垒降低降低。3 3、势垒降低后，便会、势垒降低后，便会有有

21、大量的多子大量的多子越过空间越过空间电荷区电荷区作扩散运动形成作扩散运动形成较较大的正向大的正向扩散电流。扩散电流。外电场外电场正向电压正向电压 有较大正向电流，且随着正向电压的增大而增有较大正向电流，且随着正向电压的增大而增大，此时大，此时PN节电阻很小。节电阻很小。（1 1）外加正向电压）外加正向电压第20页，共57页，编辑于2022年，星期二(1)(1)在在PNPN结外加上正向电压时：结外加上正向电压时：PNPN结结正偏正偏（P(+),N(-)P(+),N(-)）时时，具有较，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，大的正向扩散电流，呈现低电阻，PNPN结结导通导通。正向电流随着正向电压的增

22、大正向电流随着正向电压的增大而增大而增大第21页，共57页，编辑于2022年，星期二2.PN2.PN结的单向导电性结的单向导电性P P型型 N N型型空间电荷区空间电荷区内电场内电场E EPNPN结结+-1 1、外加、外加反向反向电压形成外电电压形成外电场，内外电场方向相同，场，内外电场方向相同，内电场内电场被增强。被增强。2 2、外电场外电场使多子远离空使多子远离空间电荷区，结果间电荷区，结果使使空间电空间电荷区荷区离子层变厚，离子层变厚，势垒势垒增增加。加。3 3、势垒增加使、势垒增加使扩散电流扩散电流很快减很快减到零到零。只剩下只剩下漂移电漂移电流流。漂移电流漂移电流由少子形成，由少子形

23、成，其值其值很小很小，温度一定时，大，温度一定时，大小一定。小一定。不随外加电压改变不随外加电压改变。固固又叫又叫反向饱和电流反向饱和电流。外电场外电场反向电压反向电压（2 2）外加反向电压）外加反向电压 有很小的漂移电流，有很小的漂移电流，即反向饱和电流，即反向饱和电流，其值不随反其值不随反向电压而改变，此时向电压而改变，此时PN结电阻很高。结电阻很高。第22页，共57页，编辑于2022年，星期二(2)(2)在在PNPN结外加上反向电压时：结外加上反向电压时：PNPN结结反偏反偏（P(-),N(+)P(-),N(+)）时时，仅有，仅有很小的反向漂移很小的反向漂移(饱和饱和)电流，呈现高电流，

24、呈现高电阻，电阻，PNPN结结截止截止。第23页，共57页，编辑于2022年，星期二结论：结论：PNPN结加结加正向正向电压，即电压，即正偏正偏时，有较大的正向扩散电流，时，有较大的正向扩散电流，此时此时PNPN结结电阻小电阻小，处于，处于导通导通状态，此时的状态，此时的正向电流随着正向电流随着PNPN结两端的电压增大而增大；结两端的电压增大而增大；PNPN结加结加反向反向电压，即电压，即反偏反偏时，时，只有很小的，不随只有很小的，不随PNPN结两端结两端电压变化的反向饱和电流电压变化的反向饱和电流，此时，此时PNPN结结电阻大电阻大，处于，处于截止截止状状态。态。即即PNPN结结具有具有单向

25、导电性能单向导电性能。第24页，共57页，编辑于2022年，星期二 当加反向电压时当加反向电压时(U UT)：反偏反偏正偏正偏UI03.PN3.PN结的伏安特性结的伏安特性第25页，共57页，编辑于2022年，星期二4.PN4.PN结的击穿特性结的击穿特性反向击穿反向击穿PNPN结上反向电压达到某一数值结上反向电压达到某一数值(反向击穿电压反向击穿电压U UB B)，反向电流，反向电流激增激增。雪崩击穿：雪崩击穿：齐纳击穿：齐纳击穿：易发生于掺杂浓度相对易发生于掺杂浓度相对小的小的PNPN结，反向击穿电结，反向击穿电压相对压相对较高较高。易发生于掺杂浓度高易发生于掺杂浓度高的的PNPN结，反向

26、击穿电结，反向击穿电压相对压相对较低较低。可可逆逆击击穿穿PNPN结的电流或电压结的电流或电压较大，使较大，使PNPN结耗散结耗散功率超过极限值，功率超过极限值，使结温升高，导致使结温升高，导致PNPN结过热而烧毁。结过热而烧毁。热热击穿：击穿：不不可可逆逆击击穿穿串联限流电串联限流电阻避免阻避免第26页，共57页，编辑于2022年，星期二5.PN5.PN结的电容效应结的电容效应 PNPN结两端加上电压，结两端加上电压，PNPN结内就有电荷的变化，说明结内就有电荷的变化，说明PNPN结具有结具有电容效应电容效应CC1C2Q2Q1UUQ1Q2电容器定义和公式：电容器定义和公式：第27页，共57页

27、，编辑于2022年，星期二5.PN5.PN结的电容效应结的电容效应 势垒电容势垒电容C CB B：空间电荷区不能移动的正、负离子构成势垒空间电荷区不能移动的正、负离子构成势垒电容。电容。其结构类似平板电容，其其结构类似平板电容，其电荷随结电压变化而变化的过程类似平板电电荷随结电压变化而变化的过程类似平板电容充放电。容充放电。PNPN结加反向电压时，结电容基本以势垒电容为主。结加反向电压时，结电容基本以势垒电容为主。扩散电容扩散电容C CD D：多子扩散后，在多子扩散后，在PNPN结的另一侧累积形成的电结的另一侧累积形成的电容为扩散电容。容为扩散电容。PNPN结加正向电压时的结电容基本等于扩散电

28、容。结加正向电压时的结电容基本等于扩散电容。PN结的结电容结的结电容C：CjCBCD。结电容结电容C Cj j很小，工作频率低时可忽略，高频时要考虑电容影响。很小，工作频率低时可忽略，高频时要考虑电容影响。PN PN结结电容结结电容C Cj j由势垒电容和扩散电容组成。由势垒电容和扩散电容组成。第28页，共57页，编辑于2022年，星期二第第1章章 半导体器件半导体器件1.1 半导体器件的基础知识半导体器件的基础知识1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 半导体三极管半导体三极管1.4 场效应管场效应管第29页，共57页，编辑于2022年，星期二1.2 半导体二极管半导体二极管 二极管以二极管

29、以PNPN结为核心，结为核心，P P端引出的电极为正（称正极或端引出的电极为正（称正极或阳极），阳极），N N端引出的电极为负（称负极或阴极）。端引出的电极为负（称负极或阴极）。按使用材料，二极管分为硅管和鍺管。按使用材料，二极管分为硅管和鍺管。1.2.1半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型第30页，共57页，编辑于2022年，星期二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，为小用于检波和变频等高频电路，为小功率管。功率管。二极管按结构分有二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型三大类。三大类。(1)(1)点接触型点接触型(2)(

30、2)面接触型面接触型用用于于低低频频大大电电流流整整流流电电路路PN结结面面积积大大(3)(3)平面型平面型用用于于高高频频整整流流和和开开关关电电路路PN 结结面面积积可可大大可可小小往往往往用用于于集集成成电电路路制制造造中中第31页，共57页，编辑于2022年，星期二各类半导体二极管各类半导体二极管第32页，共57页，编辑于2022年，星期二1.2.2 半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性反向特性反向特性正向特性正向特性U0IUth导通压降导通压降:硅管硅管0.60.8V锗管锗管0.10.3V击穿击穿特性特性UB+NP-N+P-二极管具有单向导电性二极管具有单向导电性阈值电压:硅

31、管约0.5V锗管约0.1V第33页，共57页，编辑于2022年，星期二1.2.3 半导体二极管的主要电参数半导体二极管的主要电参数反向特性反向特性正向正向特性特性U0IUth导通压降导通压降:硅管硅管0.60.8V锗管锗管0.10.3V击穿击穿特性特性UB IF 最大整流电流最大整流电流(最大正向最大正向平均电流平均电流)URM 最高反向工作电压最高反向工作电压 IR 反向电流反向电流fM 最高工作频率最高工作频率(超过时单超过时单向导电性变差向导电性变差)IFURM IR URMUB/2 第34页，共57页，编辑于2022年，星期二UIUD 在实际分析计算时，为方便起见，可将二极管的伏安特性

32、曲线在实际分析计算时，为方便起见，可将二极管的伏安特性曲线折线化折线化处处理。理。图中，蓝线为截止区，红线为导通区。图中，蓝线为截止区，红线为导通区。注意注意图中阈值导通电压图中阈值导通电压UD的取值的取值：当：当二极管为二极管为非非理想理想二级管二级管时，时，UD=0.7V（硅管）、（硅管）、0.2V（锗管）（锗管）；当二极管为；当二极管为理想理想二极管二极管时，时，UD=0V。二极管应用等效模型及分析方法（重要）二极管应用等效模型及分析方法（重要）在分析二极管状态，可先将其在分析二极管状态，可先将其视为视为断开断开，观察或计算二极管两端，观察或计算二极管两端电压后再行判断。电压后再行判断。

33、当二极管两端加的正向电压当二极管两端加的正向电压大大于于阈值导通电压阈值导通电压UD时时导通导通，小于小于该值时二极管该值时二极管截止截止。导通时导通时二极二极管视作其管视作其值为值为UD的的电压源电压源，截止截止时时视作视作断路断路。二极管应用等效模型二极管应用等效模型2.2.分析方法分析方法1.1.应用等效模型应用等效模型理想二级管导理想二级管导通时视为？通时视为？第35页，共57页，编辑于2022年，星期二补充：半导体二极管的应用补充：半导体二极管的应用1.1.整流电路整流电路所谓整流，就是利用二极管的单向导电性，将交流电压变成所谓整流，就是利用二极管的单向导电性，将交流电压变成单向的直

34、流电压。单向的直流电压。例：在下图所示的半波整流电路中，二极管被视为例：在下图所示的半波整流电路中，二极管被视为理想理想元件，试根元件，试根据输入电压波形画出输出电压的相应波形。据输入电压波形画出输出电压的相应波形。uiuott第36页，共57页，编辑于2022年，星期二2.2.开关电路（逻辑开关）开关电路（逻辑开关）利用二极管的单向导电性，使得电路中输入电压大于利用二极管的单向导电性，使得电路中输入电压大于一定值时电路导通，小于一定值时截止断开，达到开关目一定值时电路导通，小于一定值时截止断开，达到开关目的。的。例例1 1：由理想二极管组：由理想二极管组成的电路如图，其中输入成的电路如图，其

35、中输入波形波形u ui i1 1、u ui i2 2如下，试画如下，试画出输出波形出输出波形u uo o。ui1t05Vui2t05Vuot03VVD1VD2R+3VuoVD1VD2ui1ui2导通导通导通导通截止截止导通导通导通导通截止截止截止截止截止截止导通导通导通导通截止截止截止截止第37页，共57页，编辑于2022年，星期二 例例2 2：由理想二极管组成的电路如图，试：由理想二极管组成的电路如图，试确定各电路的输出电压（例确定各电路的输出电压（例1-11-1）R6k-18VUoVD1VD2VD3-6V0V-6VR6k+18VUoVD1VD2VD3+6V0V-6VVD2导通，导通，UO=

36、0VVD2导通，导通，UO=-6V判断二极管导通与否，先断开二极管，再分析。判断二极管导通与否，先断开二极管，再分析。若有两只以上二极管，则承受正向电压最大的优先导通若有两只以上二极管，则承受正向电压最大的优先导通,然后然后再行判断其他二极管是否导通再行判断其他二极管是否导通第38页，共57页，编辑于2022年，星期二3.3.限幅电路限幅电路 当输入信号电压在一定范围内变化时，输出电压随输入电压相应变当输入信号电压在一定范围内变化时，输出电压随输入电压相应变化；而当输入电压超出该范围时，输出电压保持不变，这种电路就是限化；而当输入电压超出该范围时，输出电压保持不变，这种电路就是限幅电路。幅电路

37、。Ruiuouiuott二极管导通二极管导通电压不为零。电压不为零。例：在下图所示的限幅电路中，二极管的例：在下图所示的限幅电路中，二极管的导通电压为导通电压为U U D，输入波，输入波形如图所示，输入电压的最大值大于形如图所示，输入电压的最大值大于U UD D，试根据输入电压波形画试根据输入电压波形画出输出电压的相应波形。出输出电压的相应波形。UD第39页，共57页，编辑于2022年，星期二 例例3 3（教材（教材例例1-21-2）:二极管的双向限幅电路如图二极管的双向限幅电路如图1-1-2020（a a）所示。设）所示。设u ui i为幅值大于直流电源值的正弦波，二极为幅值大于直流电源值的

38、正弦波，二极管为理想器件。试画出的波形。管为理想器件。试画出的波形。分析图中二极管导通情况：分析图中二极管导通情况：V VD1D1导通条件导通条件u ui i U U1 1，导通后，导通后u uo o=U U1 1V VD2D2导通条件导通条件u ui i-U U2 2，导通后，导通后u uo o=-=-U U2 2当当-U U2 2 u ui i U U1 1时两二极管都不导通，此时两二极管都不导通，此时时u uo o=u ui iuiuo第40页，共57页，编辑于2022年，星期二4.4.检波电路检波电路 将调幅波上的语音信号取出。将调幅波上的语音信号取出。第41页，共57页，编辑于202

39、2年，星期二二极管的补充应用例题二极管的补充应用例题例例1 1：二极管导通电压：二极管导通电压U UD D约为约为0.7V0.7V。试估算开关。试估算开关断开和闭合时输出电压值。断开和闭合时输出电压值。开关断开时，二极管正向导通，开关断开时，二极管正向导通，UO=V1-UD=5.3V开关闭合时，二极管反向截止，开关闭合时，二极管反向截止，UO=V2=12V判断二极管的导通否，判断二极管的导通否，先断开二极管，再看先断开二极管，再看正负极的电位高低，正负极的电位高低，判断是否导通判断是否导通第42页，共57页，编辑于2022年，星期二例例3 3 电路如下图所示：估算流过二极管的电流电路如下图所示

40、：估算流过二极管的电流I IVDVD和和A A点电位点电位U UA A，设二极管的正向压降为，设二极管的正向压降为0.7V0.7V（1 1）先）先判断判断VD是否是否导通导通:假定假定VD断开，则断开，则A点电位为点电位为10V*（2000/2500）=8V，VD正正向压降超过向压降超过0.7V，导通。，导通。（2 2）VD导通，有恒压降导通，有恒压降0.7V，所以，所以A点电位点电位UA=6V+0.7V=6.7V。（3 3）由）由UA=6.7V计算计算流过电阻的电流：流过电阻的电流：IR1=(10V-6.7V)/0.5k=6.6mAIR2=6.7V/2k=3.35mA（4 4）流过）流过VD

41、VD的电流为的电流为IVD=IR1-IR2=3.25mA+6V+Ucc=10V图图1-23（a）AR2 2kR1=500VDUA=6.7VIR1IR2IVD第43页，共57页，编辑于2022年，星期二例例3 3 电路如下图所示电路如下图所示:估算流过二极管的电流估算流过二极管的电流I IVDVD和和A A点点电位电位U UA A，设二极管的正向压降为，设二极管的正向压降为0.7V0.7V（1 1）先判断先判断VD是否是否导通导通:假定假定VD断开，则断开，则A点电位为点电位为10V*（10/13）=7.69V，VD正向正向压降超过压降超过0.7V，导通。，导通。（2 2）VD导通，有恒压降导通

42、，有恒压降0.7V。（3 3）考）考虑虑A点流入流出的电流点流入流出的电流：IR1=IR2+IR3 (10-UA)/3=UA/10+(UA-0.7)/2解得解得UA=3.95V（4 4）流过）流过VDVD的电流为的电流为IVD=(UA-0.7V)/2k=1.63mAUAIR1IR2+Ucc=10V图图1-231-23（b b）AR2 10kR1=3kVDR3=2kUA-0.7VIR3第44页，共57页，编辑于2022年，星期二1.2.5 特殊二极管特殊二极管1.硅稳压二极管硅稳压二极管伏安特性伏安特性 稳压二极管利用二极管的反向稳压二极管利用二极管的反向击穿特性实现稳压，稳压时工作击穿特性实现

43、稳压，稳压时工作在在反向击穿区反向击穿区。思考：二极管的正向导通区思考：二极管的正向导通区也有一定的稳压特性，可以也有一定的稳压特性，可以利用该特性实现稳压吗？利用该特性实现稳压吗？稳压二极管使用时与负载稳压二极管使用时与负载并联，且流过的电流大小并联，且流过的电流大小IDZ有有范围限制：范围限制：IDZ,minIDZUth（根据具体题目，根据具体题目，Uth可为可为0）时，稳压二极管）时，稳压二极管处于正向导通状态，两端电压等于处于正向导通状态，两端电压等于Uth。当当UdzUUth时时，稳压二极管处于反向截止状态，稳压二极管处于反向截止状态，此时，稳压二极管看做此时，稳压二极管看做断开断开

44、状态。状态。当当U5V，VDZ1击穿，输出击穿，输出UO=5V，(UA7V时，时，VDZ1仍然击仍然击穿，输出穿，输出UO=5V后，后，VDZ2不会击穿不会击穿)；-0.7VUA5V，二极管不导通不击穿，二极管不导通不击穿，UO=UA=UI/2。UA5V，UO=5V；-0.7VUA5V，UO=UA。UAUB,并且工作在稳压状态时并且工作在稳压状态时 DZ1正向导通，正向导通，DZ2反向击穿，稳定在反向击穿，稳定在UAB=7.7V2、当、当UBUA,并且工作在稳压状态时并且工作在稳压状态时 DZ1反向击穿，反向击穿，DZ2正向导通，稳定在正向导通，稳定在UAB=-5.7V3、当、当UA和和UB之

45、差不能使稳压管击穿时，这时二极管支路断之差不能使稳压管击穿时，这时二极管支路断开，电压在开，电压在-5.7V到到7.7V之间，具体数值由输入电压值和两之间，具体数值由输入电压值和两个电阻的具体数值分压确定。个电阻的具体数值分压确定。AB第55页，共57页，编辑于2022年，星期二如图，设稳压管正向导通电压如图，设稳压管正向导通电压0.7V,问问A、B之间的稳压值之间的稳压值1、当、当UAUB,并且工作在稳压状态时并且工作在稳压状态时 DZ1正向导通，正向导通，DZ2反向击穿，稳定在反向击穿，稳定在UAB=7.7V2、当、当UBUA,并且工作在稳压状态时并且工作在稳压状态时 DZ1反向击穿，反向击穿，DZ2正向导通，稳定在正向导通，稳定在UAB=-5.7V3、当、当UA和和UB之差不能使稳压管击穿时，这时二极管支之差不能使稳压管击穿时，这时二极管支路断开，电压在路断开，电压在-5.7V到到7.7V之间，具体数值由输入电压之间，具体数值由输入电压值和两个电阻的具体数值分压确定。值和两个电阻的具体数值分压确定。AB第56页，共57页，编辑于2022年，星期二1.2 半导体二极管半导体二极管特性曲线特性曲线和主要参数和主要参数理想模型理想模型和和恒压降模型恒压降模型及应用及应用稳压管和二极管的组合应用稳压管和二极管的组合应用第57页，共57页，编辑于2022年，星期二