第1章半导体器件及整流电路PPT讲稿.ppt

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1、第1章半导体器件及整流电路第1页，共97页，编辑于2022年，星期日 电子技术包含模拟电子技术基础和数字电子技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模拟术基础两部分内容，模拟电子技术主要研究模拟电子信号的相关课目，数字电子技术主要研究数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（非电专业）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。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、放大电路、集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，是研究成运算放大器和稳压电源电

2、路，是研究低频低频范围内范围内的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信号的基本技术模拟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、时序逻辑电路等，研究合逻辑电路、时序逻辑电路等，研究在时、空上在时、空上不連續的、断续的不連續的、断续的数字信号的基本技术理论。数字信号的基本技术理论。2第2页，共97页，编辑于2022年，星期日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，共97页，编辑于2022

3、年，星期日第第1章章 半导体器件半导体器件学习要点学习要点学习要点学习要点二极管的工作原理、伏安特性、主要参数二极管的工作原理、伏安特性、主要参数和整流电路和整流电路双极型三极管的放大作用、输入和输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出特性曲线及主要参数场效应管的放大作用、输入和输出特性曲场效应管的放大作用、输入和输出特性曲线及主要参数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4第4页，共97页，编辑于2022年，星期日 对于元器件，重点放在特性、技术指标和正确使对于元器件，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

4、的目的在用方法上面，了解其内部机理。讨论器件的目的在于应用。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近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的结似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。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。的值有误差。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，只要能满足技术指标，就不要过分追进行整体考虑时，只要能满足技术

5、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条件为前提，已经考虑了各項近似因算时一般都以理想条件为前提，已经考虑了各項近似因素。素。5第5页，共97页，编辑于2022年，星期日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

6、子电路最基本的元件。成各种电子电路最基本的元件。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

7、，如硅导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，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，原子的最价元素，原子的最外层轨道上有外层轨道上有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，共97页，编辑于2022年，星期日半导体的特性：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

8、性：当受到光照时，其导电能力明显变化。当受到光照时，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，导电能力明显増强。当环境温度升高时，导电能力明显増强。7第7页，共97页，编辑于2022年，星期日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，共97页，编辑于2022年，星期日 室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为室温下，由于热

9、运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为自自由电子由电子，同时在共价键中留下一个空位，这个空位称为，同时在共价键中留下一个空位，这个空位称为空空穴穴。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。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

10、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。两个相邻原紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。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

11、电子和空穴热激发产生自由电子和空穴9第9页，共97页，编辑于2022年，星期日硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对 共价键中的两共价键中的两个电子被紧紧束个电子被紧紧束缚在共价键中，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，共97页，编辑于2022年，星期日+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，成为价键的束缚，成为自由自由电子电子（带负电），同（带负电），同时共价键上留下一个时共价键上留下一个

12、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征激发。11第11页，共97页，编辑于2022年，星期日（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。会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

13、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的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的空穴，这是半导体与导体在空穴，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1

14、2第12页，共97页，编辑于2022年，星期日3.3.3.3.在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其导电在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其导电在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其导电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能力将大大增强能力将大大增强能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，由价元素，由于这类元素的原子最外层有于这类元素的原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键个价电子，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，结构中，由于存在一个多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子

15、导电这种半导体主要靠自由电子导电，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。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，共97页，编辑于2022年，星期日N N 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

16、称为多数称为多数载流子（多子），载流子（多子），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+5多余电子多余电子磷原子磷原子掺入五价元素掺入五价元素在常温下即可变为在常温下即可变为在常温下即可变为在常温下即可变为自由电子自由电子自由电子自由电子失去一个失去一个失去一个失去一个电子变为电子变为电子变为电子变为正离子正离子正离子正离子第14页，共97页，编辑于2022年，星期日（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

17、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，其其中中空空穴穴为为多多数数载载流流子子，热热激激发发形形成成的的自自由由电子是少数载流子。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，共97页，编辑于2022年，星期日P P 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

18、体中载流子浓度，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+3硼原子硼原子空穴空穴掺入三价元素掺入三价元素接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子第16页，共97页，编辑于2022年，星期日无论是无论是P型半导体还是型半导体还是N型半导体都是中性的，通常型半导体都是中性的，通常对外不显电性。对外不显电性。掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量掺入的杂质元素的浓度越

19、高，多数载流子的数量越多。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结后才能成为半导结后才能成为半导体器件体器件。17第17页，共97页，编辑于2022年，星期日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运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为称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的布不均匀，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，这种运动称为区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运扩散运动动。u将一块半

20、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，共97页，编辑于2022年，星期日 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形成扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的一定宽度的PN结结19第19页，共97页，编辑于2022年，星期日w外加

21、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，扩散运外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，动大大超过漂移运动，N区电子不断扩散到区电子不断扩散到P区，区，P区空穴不断扩散到区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这区，形成较大的正向电流，这时称时称PN结处于低阻结处于低阻导通导通状态。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，共97页，编辑于2022年，星期日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，增强了内电场，外加

22、电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流，因为是少子漂移运动产生的，反向电向电流，因为是少子漂移运动产生的，反向电流很小，这时称流很小，这时称PN结处于高阻结处于高阻截止截止状态。状态。21第21页，共97页，编辑于2022年，星期日 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，就就构构成成了半导体二极管，简称二极管。符号用了半导体二极管，简称二极管。符号用VD表示。表示。半半导导体体二二极极管管按按其其结结构构不不同同可可分分为为点点接接触触型型和和面面接接触触型型两两

23、类。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频检波及脉冲数字电路中的开关元件。检波及脉冲数字电路中的开关元件。面面接接触触型型二二极极管管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大，多用在低频整流、检波等电路中。流大，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，共97页，编辑于2022年，星期日二极管的结构示意图二极管的结构示意图VD第23页，共97页，编辑于2022年，星期日（1 1）正向特性（导通

24、）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，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结处于截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；锗管阈值电压约为电压约为0.2V，导通时电压，导通时电压0.3V。正向特正向特性曲线近似性曲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

25、，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）1.2.2 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、强外电、强外电场破坏键结构；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。如无限、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，会造成流措施，

26、会造成热击穿热击穿而损坏。而损坏。24第24页，共97页，编辑于2022年，星期日（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：指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。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：二极管运行时允许承受的最大反向电压（约为反向电压（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，其值越：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

27、。小，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，正向压，正向压降忽略不计；反向截止时为降忽略不计；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，反向漏电流忽略不计。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，共97页，编辑于2022年，星期日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：26第26页，共97页，编辑于202

28、2年，星期日 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电交流电转换成单向脉动直流电的电路称为整流电路路称为整流电路。整流电路按输入电源相数可。整流电路按输入电源相数可分为分为单相单相整流电路和整流电路和三相三相整流电路，按输出波整流电路，按输出波形又可分为形又可分为半波半波整

29、流电路和整流电路和全波全波整流电路。目整流电路。目前广泛使用的是桥式（全波）整流电路。前广泛使用的是桥式（全波）整流电路。27第27页，共97页，编辑于2022年，星期日 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，共97页，编辑于2022年，星期日 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

30、幅度与u相同。29第29页，共97页，编辑于2022年，星期日 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=um。30第30页，共97页，编辑于2022年，星期日31第31页，共97页，编辑于2022年，星期日32第32页，共97页，编辑于2022年，星期日 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

31、的整流电流。33第33页，共97页，编辑于2022年，星期日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。承受反向电压而截止。此时电流的路径为：此时电流的路径为：aD1RLD3b。34第34页，共97页，编辑于2022年，星期日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承受正向电承受正向电压而导通，压而导通，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，共97页，编辑

32、于2022年，星期日36第36页，共97页，编辑于2022年，星期日37第37页，共97页，编辑于2022年，星期日38第38页，共97页，编辑于2022年，星期日39第39页，共97页，编辑于2022年，星期日40第40页，共97页，编辑于2022年，星期日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、蓄电池充电等动较大，在某些应用中如电镀、蓄电池充电等可直接使用脉动直流电源。但许多电子设备需可直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要平稳的直流电源。这种电源中的整流电路

33、后面还需加滤波电路将交流成分滤除，以得到比面还需加滤波电路将交流成分滤除，以得到比较平滑的输出电压。滤波通常是利用较平滑的输出电压。滤波通常是利用电容电容或或电电感感的的能量存储功能能量存储功能来实现的。来实现的。41第41页，共97页，编辑于2022年，星期日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，共97页，编辑于2022年，星期日43第43页，共97页，编辑于2022年，星期日 单相桥式整流、电容滤波电路的输出特性曲线如图所单相桥式整流、电容滤波电路的输出特性曲线如图所示。空载时（示。空载时（RL=，开路），开路），UDO=1.4U。负载加重时

34、（即。负载加重时（即RL减小，减小，IDO增大，此时增大，此时=RLC减小），放电速度加快，减小），放电速度加快，UDO下降。从图中可见，电容滤波电路的输出电压在负载下降。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，说明它的变化时波动较大，说明它的带负载能力较差带负载能力较差，只适用于，只适用于负载较轻且变化不大的场合负载较轻且变化不大的场合44第44页，共97页，编辑于2022年，星期日45第45页，共97页，编辑于2022年，星期日例：（P21 1-6题）46第46页，共97页，编辑于2022年，星期日47第47页，共97页，编辑于2022年，星期日5.2.2 5.2.2 电感

35、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，共97页，编辑于2022年，星期日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，要求输出电压脉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的电感，构动较小的场合。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重的电感，构成成CRC型滤波电路，同样可以获得脉动很小的输出电压。但型滤波电路，同样可以获得脉动很小的输出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，

36、故只适用于负载电流较电阻对交、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。小的场合。49第49页，共97页，编辑于2022年，星期日稳压管的主要参数：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应电流的变化量之比。即：相应电流的变化量之比。即：rZ=UZ/IZ（4）额额定定功功率率PZ和和最最大大稳稳定定电电流流IZM。额额定定功功率率P

37、Z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过的最大电流。它们之间的关系是：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稳定电压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，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，工作电流能控制在一定范围内。工作电流能控制在一定范围内。1.

38、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，共97页，编辑于2022年，星期日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组成组成的稳压电路接到负载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，由于稳压管工作在压管工作在

39、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的电压增量的电压增量几乎都降在限流电阻几乎都降在限流电阻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，由于稳压管两应减小，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上的电流基本不变，上的电流基本不变，负载电流要增大，从而使负载电流要增大，从而使UDO保

40、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，其值大小的起一定作用，其值大小的选择范围是：选择范围是：51第51页，共97页，编辑于2022年，星期日IRIRLIVS52第52页，共97页，编辑于2022年，星期日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

41、电平；输出VZ;导通狀態，正极接高电平，负极接低电平，输出0.5V。53第53页，共97页，编辑于2022年，星期日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。过程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

42、器件，常用于信号指示、数字和字符显示。用的半导体器件，常用于信号指示、数字和字符显示。54第54页，共97页，编辑于2022年，星期日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，能激发更结时，能激发更多的电子，使之产生更多的电子空穴对，从而提高了少数多的电子，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。在载流子的浓度。在PN结两端加反向电压时反向电流会增加，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

43、小与光的照度成正比，所以光电二极管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结结上，在光电二极管的管壳上设有一个小的通光窗口。上，在光电二极管的管壳上设有一个小的通光窗口。55第55页，共97页，编辑于2022年，星期日例P22，112作业：13、5、6、7、12、13。56第56页，共97页，编辑于2022年，星期日1.6 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

44、两个背靠背的PN结构成的。结构成的。重要特性重要特性是具有电流放大作用和开关作用是具有电流放大作用和开关作用，常见的有平面型和合，常见的有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，故又称为参与导电，故又称为双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管，简称晶体管或三极，简称晶体管或三极管。管。两个两个PN结，把半导体分成三个区域（三区二结）。结，把半导体分成三个区域（三区二结）。这三个区域的排列，可以是这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以是，也可以是P-N-P。因此，双极型三极管有两种类型：因此，双极型三极

45、管有两种类型：NPNNPN型型型型和和PNP型型型型。57第57页，共97页，编辑于2022年，星期日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，共97页，编辑于2022年，星期日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，保证足够多載集电区，保证足够多載流子用于发射。流子用于发射。b）基区很薄且低浓度，减小复合运动。）基区很薄且低浓度，减

46、小复合运动。C）集电）集电区面积大，保证有足够的收集能力。区面积大，保证有足够的收集能力。外部外部：发射结正偏，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三极管内部载流子的传输过程（程（NPN为例）为例）a）发射区向基区注入电子，形成发射极）发射区向基区注入电子，形成发射极电流电流 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）集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流集电极电流 iC=iCN+iCBO（3）电流分配关系电流分配关系：iE=iC+iB 59第59页，共

47、97页，编辑于2022年，星期日 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 近似等于近似等于IE。IB虽然很虽然很小，但对小，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（NPN）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

48、电压类似60第60页，共97页，编辑于2022年，星期日2 2 2 2输出特性曲线输出特性曲线（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，共97页，编辑于2022年，星期日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

49、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+）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：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。的最大允许反向电压，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

50、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页，共97页，编辑于2022年，星期日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，共97页，编辑于2022年，星期日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