半导体器件及整流电路.ppt

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1、电电 子子 技技 术术 半导体器件及整流电路半导体器件及整流电路1 电子技术包含模拟电子技术基础和数字电子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技术基础两部分内容，模拟电子技术主要研究模拟电子信号的相关课目，数字电子技术主要模拟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（非研究数字电子信号的相关课目。是理工科（非电专业）学生必修的一门基础理论课。电专业）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，是研电路、集成运算放大器和稳压电源电路，

2、是研究究低频低频范围内的范围内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模拟信号的基本技术理论。后面章节着重介绍逻辑信号的基本技术理论。后面章节着重介绍逻辑代数、门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路代数、门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等，研究等，研究在时、空上不連續的、断续的在时、空上不連續的、断续的数字信数字信号的基本技术理论。号的基本技术理论。21.1 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

3、原理、伏安特性、主要二极管的工作原理、伏安特性、主要参数和整流电路参数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、输入和输出特场效应管的放大作用、输入和输出特性曲线及主要参数性曲线及主要参数晶体二极管、三极管的识别与简单測晶体二极管、三极管的识别与简单測試試4 对于元器件，重点放在特性、技术指标和正确对于元器件，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。讨论器件的目使用方法上面，了解其内部机理。讨论器件的目的在于应用。的在于应用。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

4、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近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。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的值有的值有误差。工程上允许一定的误差。采用合理估算的误差。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，就不要过分追究精确的数值。但分析计算指标，就不要过分追究精确的数值。但分析计算时另当别论。我们在分析计算时一般都以理想条时另当别论。我们在分

5、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素。件为前提，已经考虑了各項近似因素。51.1 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。半导体器件是构成各种电子电路最基本的元件。块等。半导体器件是构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

6、，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，如导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅硅(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，价元素，原子的最外层轨道上有原子的最外层轨道上

7、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物质内部原子结构及原子与原子之间的结合方式。与原子之间的结合方式。6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，往纯净的半导体中掺入某些杂质，使其导电能力明显改变。使其导电能力明显改变。光敏性：光敏性：当受到光照时，其导电能力明显变当受到光照时，其导电能力明显变化。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：热

8、敏性：当环境温度升高时，导电能力明显当环境温度升高时，导电能力明显増强。増强。7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，完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。称为本征半导体。硅和锗的晶体结构硅和锗的晶体结构8 室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为成为自由电子自由电子，同时在共价键中留下一个空位，这个，同时在共价键中留下一个空位，这个空位称为空位称为空穴空穴。失去价电子的原子成为正离子，就好。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。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

9、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。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，称为子共有，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紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。一起。两个相邻原子共用一对电子。由于由于温升、光照温升、光照等等原因，原因，共价键共价键共价键共价键的电子容易挣脱键

10、的束縛成为自由电子。的电子容易挣脱键的束縛成为自由电子。的电子容易挣脱键的束縛成为自由电子。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。这是半导体的一个重要特征。这是半导体的一个重要特征。这是半导体的一个重要特征。1 1 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电子和空穴热激发产生自由电子和空穴9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 共价键中的共价键中的两个电子被紧紧两个电子被紧紧束缚在共价键中，束缚在共价键中，称为称为束缚电子束缚电子。+4+4+4+410+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

11、常温下，由于在常温下，由于热激发，使一些价电热激发，使一些价电子获得足够的能量而子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，脱离共价键的束缚，成为成为自由电子自由电子（带负（带负电），同时共价键上电），同时共价键上留下一个空位，称为留下一个空位，称为空穴空穴（带正电）（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现象称为本征激发这一现象称为本征激发。11（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），新的空穴又会被邻近

12、的价电子填补。运动），新的空穴又会被邻近的价电子填补。带负电荷的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：带负电荷的自由电子和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带正电荷的空穴，这是半导体与导体在导电原理上的本質导电原理上的本質区别。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，称为穴又可能重新结合而成对消失，称为复合复合复

13、合复合。在一定温度下。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。自由电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123.3.3.3.在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其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导电能力将大大增强导电能力将大大增强导电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，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

14、结构中，由于存在一个多余的价电子而产生大量共价键结构中，由于存在一个多余的价电子而产生大量自由电子，自由电子，这种半导体主要靠自由电子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型半导体，其中自由电子为多数载流子，热型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成的空穴为少数载流子。激发形成的空穴为少数载流子。（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）13N N 型半导体型半导体 掺杂浓度远大于本掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓征半导体中载流子浓度

15、，所以，自由电子度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。浓度远大于空穴浓度。自由电子自由电子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称为少数载流子（少子）。子（少子）。+4+4+4+4+4+4+4+4+5+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在常温下即可变在常温下即可变在常温下即可变为自由电子为自由电子为自由电子为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（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

16、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，热热激发形成的自由电子是少数载流子。激发形成的自由电子是少数载流子。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）15P P 型半导体型半导体 掺杂浓度远大于本掺

17、杂浓度远大于本征半导体中载流子浓征半导体中载流子浓度，所以，空穴浓度度，所以，空穴浓度远大于自由电子浓度。远大于自由电子浓度。空穴空穴称为多数载流称为多数载流子（多子），子（多子），自由电子自由电子称为少数称为少数载流子（少子）。载流子（少子）。+4+4+4+4+4+4+4+4+3+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，

18、多数载流子的数量越多。量越多。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结后才能成为半结后才能成为半导体器件导体器件。17u半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两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种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为动称为漂移运动漂移运动。在半导体中，如果载流子。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会浓度分布不均匀，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，这种从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为运动称为扩散运动扩散运动。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

19、导体，型半导体，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形成一个特殊的薄层交界面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 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 少子少子漂移漂移促使促使阻止阻止 扩散与漂移达到动态平衡扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的形成一定宽度的PN结结19u外加正向电压（也叫外加正向电压（也叫正向偏置正向偏置）u外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩

20、散运动大大超过漂移运动，运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，形成较大的正向区，形成较大的正向电流，这时称电流，这时称PN结处于低阻结处于低阻导通导通导通导通状态。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20u外加反向电压（也叫外加反向电压（也叫反向偏置反向偏置）u外加电场与内电场方向相同，增强了内电外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难以进行，少子在电场作用场，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流下形成反向电流，因为是少子漂移运动产因为是少子漂移运动产

21、生的，反向电流很小，这时称生的，反向电流很小，这时称PN结处于高结处于高阻阻截止截止状态。状态。21 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，就就构成了半导体二极管，简称二极管。符号用构成了半导体二极管，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型两类。触型两类。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，多多用用于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。于高频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

22、，结结电电容容也也小小，允允許許通通过电流大，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。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22二极管的结构示意图二极管的结构示意图VD（1 1）正向特性（导通）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）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时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，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

23、电流 随随着正向电压增大迅速上升。通常阈值电着正向电压增大迅速上升。通常阈值电压硅管约为压硅管约为0.5V，导通时电压导通时电压0.6V；锗锗管阈值电压约为管阈值电压约为0.2V，导通时电压导通时电压0.3V。正向特性曲线近似正向特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，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

24、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、强外电场破坏键结构；、强外电场破坏键结构；2、获得大能量的載流子碰撞原子产生新的电、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，会造成子空穴对。如无限流措施，会造成热击穿热击穿而损坏。而损坏。24（1）最大整流电流）最大整流电流IFM：指管子长期运行时，允许通过指管子长期运行时，允许通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）最大反向工作电压）最大反向工作电压URM：二

25、极管运行时允许承受的二极管运行时允许承受的最大反向电压（约为最大反向电压（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，则管子的单向导电性越好。其值越小，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，正向压降忽略不计；反向截止时为正向压降忽略不计；反向截止时为开路开路特性，特性，反向电阻反向电阻为无穷大为无穷大，反向漏电流忽略

26、不计。，反向漏电流忽略不计。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251.3 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 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关元件等。一些特殊工艺制造的二极管还有更多更好的作用。有更多更好的作用。利用具有单向导电性能的整流元件如利用具有单向导电性能的整流元件如二极管等，将二极管等，将交流电转换成单向脉动直流交流电转换成单向脉动直流电的电路称为整流电路电的电路称为整流电路。整流电路按输入。

27、整流电路按输入电源相数可分为电源相数可分为单相单相整流电路和整流电路和三相三相整流整流电路，按输出波形又可分为电路，按输出波形又可分为半波半波整流电路整流电路和和全波全波整流电路。目前广泛使用的是桥式整流电路。目前广泛使用的是桥式（全波）整流电路。（全波）整流电路。27 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 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

28、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相同。29 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。303132 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。可以得到比较平滑的整流电流。33u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承受正向电压而导

29、通，承受正向电压而导通，D2、D4承受反向电压而承受反向电压而截止。此时电流的路径为：截止。此时电流的路径为：aD1RLD3b。34u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承受正承受正向电压而导通，向电压而导通，D1、D3承受反向电压而截止。此时电流的承受反向电压而截止。此时电流的路径为：路径为：bD2RLD4a。3536373839401.4 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、蓄电池充脉动较大，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

30、电等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。这种电源中的整设备需要平稳的直流电源。这种电源中的整流电路后面还需加滤波电路将交流成分滤除，流电路后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。滤波通常是利以得到比较平滑的输出电压。滤波通常是利用用电容电容或或电感电感的的能量存储功能能量存储功能来实现的。来实现的。411.4.1 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4243 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图所示。空载时（图所示。空载时（RL=，开路）开路），UDO=1.4U。负载负载加重时（

31、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波动较大，说明它的电路的输出电压在负载变化时波动较大，说明它的带负载能力较差带负载能力较差，只适用于负载较轻且变化不大的，只适用于负载较轻且变化不大的场合场合4445例：（P21 1-6题）46475.2.2 5.2.2 电感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。485.2.3 5.2.3 复合滤波电路复合滤波电路复合滤

32、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合。功率损耗，故只适用于负载电流较小的场合。49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

33、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。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PZ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是是指指稳压管允许通过的最大电流。它们之间的关系是：稳压管允许通过的最大电流。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

34、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的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。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。穿应是可逆的，工作电流能控制在一定范围内。1.5 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）501.5.2 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

35、压Udi，再经限流电阻再经限流电阻R和稳压管和稳压管VS组成的稳压电路接到负载组成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，增大，由于稳压管工作在由于稳压管工作在反向击穿狀態反向击穿狀態，其，其两端的电压略有增大，两端的电压略有增大，流过的电流增大很多流过的电流增大很多，使限流电阻，使限流电阻R上的电流增大，压降增上的电流增大，压降增大，使大，使Udi的电压增量几乎都降在限流电阻的电压增量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。

36、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，而压管两端的电压略有减小时，流过的电流减小很多，而R上上的电流基本不变，负载电流要增大，从而使的电流基本不变，负载电流要增大，从而使UDO保持不变。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，其值大起一定作用，其值大小的选择范围是：小的选择范围是：51IRIRLIVS52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

37、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。531.5.2 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，电子与空穴复合过程以光的形式放出能量。复合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

38、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，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。541.5.3 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，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发光二极管相反。当光线照射到光电二极管的PN结时，结时，能激发更多的电子，使之产生更多的电子空穴对，从能激发更多的电子，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。在而提高了少

39、数载流子的浓度。在PN结两端加反向电压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小与光的照时反向电流会增加，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工作时所加的电压为度成正比，所以光电二极管正常工作时所加的电压为反向电压。为使光线能照射到反向电压。为使光线能照射到PN结上，在光电二极管结上，在光电二极管的管壳上设有一个小的通光窗口。的管壳上设有一个小的通光窗口。55例P22，112作业：13、5、6、7、12、13。561.6 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

40、背的半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成的。结构成的。重重要特性是具有电流放大作用和开关作用要特性是具有电流放大作用和开关作用，常见的有，常见的有平面型和合金型两类。在工作过程中，两种载流子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）都参与导电，故又称为（电子和空穴）都参与导电，故又称为双极型晶体双极型晶体双极型晶体双极型晶体管管管管，简称晶体管或三极管。，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）。这三个区域的排列，可以是结）。这三个区域的排列，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

41、：因此，双极型三极管有两种类型：NPNNPN型型型型和和PNPPNP型型型型。57NPN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581.6.2 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，保证足够多集电区，保证足够多載流子用于发射。載流子用于发射。b）基区很薄且低浓度，减小复合运动。基区很薄且低浓度，减小复合运动。C）集电区面积大，保证有足够的收集能力。集电区面积大，保

42、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三极管内部载流子的传输过程（过程（NPN为例）为例）a）发射区向基区注入电子，形成发发射区向基区注入电子，形成发射极电流射极电流 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，形集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流成集电极电流 iC=iCN+iCBO（3）电流分配关系电流分配关系：iE=iC+iB 59 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

43、近似等于IE。IB虽然很小，但对虽然很小，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制大量的作用，这就是三极管的电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。流放大作用。1.6.3 三极管的特性曲线（三极管的特性曲线（三极管的特性曲线（三极管的特性曲线（NPNNPN）1 1 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电压类似602 2 2 2输出特性曲线输出特性曲线（1）放大区：发射极

44、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 611.6.4 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

45、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时所时所允许的最大集电极电流，电路不能正常工作。允许的最大集电极电流，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。极间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，决定了管子的温升决定了管子的温升极限。在輸出特性曲线上是一条双曲线，划定了安全区。极限。在輸出特性曲线上是一条双曲线，划定了安全区。62ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO

46、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631.6.4 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；输入低电平时，管子反相截止，输出高电平。三极电平；输入低电平时，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）管起一个反相器的作用。（构成非门）（一）、（一）、饱和导通条件饱和导通条件：临界饱和时临界饱和时 UCE=UCES IC=ICS IB=IBS

47、 若若 IBIBSUCC/RC 管子一定飽和导通管子一定飽和导通 饱和导通时饱和导通时 UBE0.7v UCE=UCES0.3v（硅管）硅管）管子如一个管子如一个合上的开关合上的开关。（二）、（二）、截止条件截止条件：UBE0.5V （硅管）硅管）管子截止。管子截止。此时此时 IB0 IC0 UCEUCC管子如一个管子如一个打开的开关打开的开关。64三极管的开关特性三极管的开关特性uiRB+UCCRCTuouo+UCCRCCE。+UCC。RCCEuo饱和饱和导通导通，截止，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关闭合开关闭合uo UCC 三、开关时间三、开关时间 导通与

48、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、关闭时间toff：由饱和转换为截止的时间。由饱和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 三极管的开关时间一般为纳秒级，其中存储时间ts是影响三极管开关速度的关键参数。66三极管开关时间的波形：三极管开关时间的波形：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

49、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，关闭时间关闭时间 toff=ts+tf脉冲宽度脉冲宽度 tp 返回返回671.7 场效应晶体管（场效应晶体管（FET）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。因而获得广泛运用。按内部结构的不同，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-半导体材料构成，简称MO

50、S管。由P沟道、N沟道构造的PMOS和NMOS二种类型。其中每一类型又分增强型和耗尽型两种。(CMOS是由PMOS和NMOS管组成的互补对称的集成电路）增强型：UGS=0，不存在导电沟道，ID=0。耗尽型：UGS=0，存在导电沟道，ID=0。68耗尽型耗尽型GSDGSD增强型增强型N沟道沟道P沟道沟道GSDGSDN沟道沟道P沟道沟道G、S之间加一定之间加一定电压才形成导电沟道电压才形成导电沟道在制造时就具有在制造时就具有原始原始导电沟道导电沟道后一页后一页前一页前一页返回返回691.7.1 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(IGFET)IGFET)的结构的结构的