第2章 半导体二极管及其应用
第二讲 半导体二极管及应用
导通:u 导通 D=Uon+ID×rD 截止: 截止 iD=0
2、交流小信
Q
UD
ID
id
+
id
+ -
uD =UD +ud
uD
-
rd
ud
交流小信号模型
当在二极管的工作点上叠加有低频交流小信号电压ud时， 只要工作点选择合适， 足够小，可将Q点附近的伏安特性 只要工作点选择合适，且ud足够小，可将 点附近的伏安特性 线性化)， 曲线看成直线(线性化 曲线看成直线 线性化 ，则交流电压与电流之间的关系可用一 来近似。 个线性电阻rd来近似。 rd ——工作点处的交流电阻。 rd = UT / ID 工作点处的交流电阻。 ★注意：小信号模型只能反映交流电压和电流之间的关系， 注意：小信号模型只能反映交流电压和电流之间的关系， 不能反映总的电压与电流的关系。 不能反映总的电压与电流的关系。
3、二极管的伏安特性曲线与材料和温度的关系： 二极管的伏安特性曲线与材料和温度的关系： iD 锗 硅 iD 80 20
0
uD
0
uD
材 料 硅 锗
导通 反向饱 开启 电压 压降 和电流 0.5V 0.6~0.8V <1A 0.1V 0.2~0.3V 几十 几十A
温度升高， 增大(1倍 ° 温度升高， IS增大 倍/10°C) 下降， 温度升高， 温度升高，Uon下降， 正向曲线左移2~2.5mV/ °C。 正向曲线左移 。
IZ
电击穿有两种： 电击穿有两种： 雪崩击穿 齐纳击穿
击穿 低掺杂的 高掺杂的 结 结 原因 PN结， PN结，价 价电子被 电子被场 碰撞电离 致激发 如果反向击穿时，电流过大， 如果反向击穿时，电流过大，使 >6V <4V 击穿 管子消耗的平均功率超过二极管 电压 容许值，会使管子过热而烧毁， 容许值，会使管子过热而烧毁， >0 <0 温度 为不可逆击穿。 称为热击穿，为不可逆击穿。 电击穿可利用，热击穿需避免。 *电击穿可利用，热击穿需避免。 系数
模拟电子技术基础习题ppt课件
18. 造成放大电路静态工作点不稳定的因素很多，其中影响 最大的是____温度升高____。
19. 三种基本组态的放大电路中，与相位相反的是___共射 ___电路，与相位相同的是____共集和共基_____电路。
9. 理想二极管正向电阻为__零__，反向电阻为__无穷大___， 这两种状态相当于一个___理想的开关___。
10. 稳压管工作在伏安特性的__反向特性区___，在该区内 的反向电流有较大变化，但它两端的电压__几乎不变__。
11. 当温度升高时，二极管的正向特性曲线将__左移___， 反向特性曲线将__下移__。
质。 2. 利用半导体的__杂敏__特性，制成杂质半导体；利用半导
体的__光敏__特性，制成光敏电阻；利用半导体的_热敏__ 特性，制成热敏电阻。 3. PN结加正向电压时_导通__，加反向电压时_截止_，这种特 性称为PN结_单向导电性_特性。 4. PN结正向偏置时P区的电位_高于_N区电位。 5. 二极管正向导通的最小电压称为_正向电压_电压，使二极 管反向电流急剧增大所对应的电压称为__反向击穿电压__ 电压。
10. 晶体管放大电路中，三个电极的电位分别
为 V1 4V ，V2 1.2V ，V3 1.5V，试判断晶体管的类型是 ___PNP_____，材料是____锗___。
11. 温度升高时，晶体管的电流放大系数将___增加___，穿 透电流将___增加___，发射极电压将___减小____。
12 温度升高时，晶体管的共射输入特性曲线将____左___移， 输出特性曲线将___上____移，而且输出特性曲线的间隔 将变____大___。
第二章 半导体二极管及其应用
0
图2-12 双向限幅电路
开关作用 电子开关电路。在自动化控制电路和数字电路中有广泛地应 用。电子开关比机械开关的开关速度快得多，可达一秒钟上万 次，且无触点的颤动引起的火花，安全可靠。 图2-13所示的两个电路。
我们将在下一节详细讨论。
2. 检波 通常，无线电波中含有复杂的多种频率成分， 调幅收音机必须从中挑选出需要的音频信号， 为此要设置检波电路。半导体二极管检波电 路如图2-11所示。其中VD是检波二极管，C1 是高频滤波电容，R是检波电路负载电阻， C2是与下一级电路的耦合电容。
ui 调频 信号 VD C1
N型半导体和 P 型半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）, 形成杂质半导体。 在常温下即可 变为自由电子 掺入五价元素 掺杂后自由电子数目 Si Si 多 余 大量增加，自由电子导电 电 成为这种半导体的主要导 S p+ Si 子 电方式，称为电子半导体 i 动画 或N型半导体。 失去一个 电子变为 正离子 磷原子 在N 型半导体中自由电子 是多数载流子，空穴是少数 载流子。
二极管电路定性分析
导通 截止 若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零， 反向截止时二极管相当于断开。
定性分析：判断二极管的工作状态
否则，正向管压降
硅0.6~0.7V 锗0.2~0.3V
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压UD的正负。 若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
N型半导体和 P 型半导体
半导体二极管及其基本应用
半导体二极管及其基本应用1. 二极管是什么？说到二极管，大家可能会想，“这玩意儿是什么？吃的吗？”其实，二极管是个小小的电子元件，但它的作用可大得很！简而言之，二极管就像个单行道，电流只能朝一个方向走，通俗点说，它让电流变得有规矩。
不论是在家里的电子产品里，还是在我们身边的各种科技设备中，二极管几乎无处不在。
听起来神秘，其实它在我们生活中默默无闻地工作着。
那么，二极管是怎么工作的呢？想象一下，一个人站在一个门口，门只能向一个方向打开，外面的人想进来，就得从这扇门走，反之则不行。
这就是二极管的基本原理。
它能让电流顺利通过，但一旦反向，它就会坚决拒绝，像个守门员一样把电流挡在外面。
1.1 二极管的类型当然，二极管可不是单一品种，市场上有各种各样的二极管，就像水果摊上的水果一样多。
例如，有普通的硅二极管，广泛应用于各种电路中；还有整流二极管，专门负责把交流电转换成直流电，就像把河水引入小渠里，确保水流顺畅。
再比如发光二极管（LED），它不仅能导电，还能发光，真是个“能发光的好家伙”，让我们的小夜灯亮起来，简直是黑夜里的小明星。
1.2 二极管的特点谈到二极管的特点，首先要提的是它的“单向导电性”。
就像一个不喜欢麻烦的人，只有在合适的情况下才会敞开心扉。
其次，二极管的反向击穿电压也很有意思。
当电压达到某个临界值时，二极管就像忍不住了，突然间放开了电流，虽然这在大多数情况下不是好事，但有时候却能拯救一些电路的生命。
还有，就是它的“恢复时间”，二极管在电流切换时的表现，也决定了它的应用场合。
2. 二极管的基本应用说了这么多，二极管到底有什么用呢？这可是个大问题，接下来我们就来聊聊它的一些基本应用。
2.1 整流电路首先要提的就是整流电路。
整流电路的任务就是把交流电转换成直流电。
你知道吗，家里的电器大部分都需要直流电，比如手机充电器、电脑等。
如果没有二极管，交流电就会让这些电器“崩溃”，简直就是电器界的“天塌下来了”。
《模拟电子技术》课件第2章半导体二极管及其基本电路
位，称为空穴（带正电）。
+4
+4
+4
+4 空穴
&;4
4
自由电子
空穴：共价键中的空位。
空穴的移动：相邻共价
+4
键中的价电子依次充填
空穴来实现。 +4
电子空穴对：由热激发
而产生的自由电子和空
+4
穴对。
§1.1 半导体的基本知识
P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的 半导体。【Positive】
1. P型半导体
三、杂质半导体
掺入三价元素（如硼）
Si
Si
BS–i
Si
空穴
掺杂后空穴数 目大量增加，空穴导电 成为这种半导体的主要 导电方式，称为空穴半 导体或 P型半导体。
接受一个 电子变为 负离子
硼原子
空穴：多子（多数载流子）
26
三、二极管的主要参数： (1) 最大整流电流IF
§3.3 二极管
二极二管极长管期反连向续电工流作急时， 允许剧通增过加二时极对管应的的最反大 整流向电电流压的值平称均为值反。向
击穿电压VBR。
(2) 反向击穿电压VBR和最大反向工为作安全电计压，V在R实M际工作
(3) 反向电流IR (4) 极间电容Cj
当vI = 6 sinωt (V)时，分别对于理想模型和恒压降模型绘出相应
的输出电压vO的波形。
R
+a.理想模型 D
当AVI=0V时 +
D截止
当VI=4V时
D导通
当VI=6V时
D导通
vI
VREF
模拟电子技术基础习题
10．稳压管工作在伏安特性的__反_向__击_穿__区，在该区内 的反向电流有较大变化，但它两端的电压_基_本__不__变_。
11．理想二极管正向电阻为____0____，反向电阻为 _无__穷__大__，这两种状态相当于一个___开_关___。
二、选择题
1．当晶体管的两个PN结都反偏时，则晶体管处于
(
)。
A.截止状态 B.饱和状态 C.放大状态 D.击穿
2．当晶体管的两个PN结都正偏时，则晶体管处于
(
)。
A.截止状态 B.饱和状态 C.放大状态 D.击穿
3.测得放大电路中某晶体管三个电极对地的电位分别 为6V、5.3V和-6V，则该晶体管的类型为（ ）。
5.当晶体管工作在＿＿放＿大＿区时，IC ≈βIB，条件
是发射极＿＿正＿向＿偏置，集电极＿＿反＿向＿偏置。
6.当晶体管工作在＿＿截＿止＿区时，IC≈0；条件是发
射极＿反＿向＿ 偏置或发射结电压 小于 死区电压， 集电极＿＿＿反偏向置。
7.当是晶发体射管极工＿作正＿在向＿＿＿＿饱偏＿和置＿，区集时电，极U＿CE＿正≈＿向0，＿条偏件置。
（u标2出极2性0）2，s并in求：t ( V )，试画出图中4只二极管和滤波电容
（1）正常工作时，Uo =？ 24V
（2）若电容脱焊，Uo=？ 18V
（3）若RL开路，Uo =？
28V
（4）若其中一个二极管短路，电路会有什么后果？
电路的u2将被短路，会烧毁器件。
8. 试分析图示电路的工作原理， 标出电容电压的极性和数 值，并标出电路能输出几倍压的输出电压和极性。
半导体二极管及-PPT课件
_ P
－ － －
内电场被被加强，多 子的扩散受抑制。少 子漂移加强，但少子 数量有限，只能形成 较小的反向电流。
N
+
+
内电场 外电场
R
E
PN结加反向电压的情形
3 PN结的伏安特性 PN结的伏安特性曲线：图2-4
伏安特性曲线（2-4） 对应表:
3.PN结的反向击穿
二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围 内，流过PN结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增 加，这种现象我们就称为反向击穿。
2-13
2-14
2.5.3 .1光电二极管
反向电流随光照强度的增加而上升。
I
U
照度增加
2.5.3 .2发光二极管
有正向电流流过
时，发出一定波长
范围的光，目前的 发光管可以发出从 红外到可见波段的 光，它的电特性与
一般二极管类似。
第二章结束
指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反 向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向 电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越 高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的 反向电流要比硅管大几十到几百倍。 以上均是二极管的直流参数，二极管的应用 是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、 限幅、保护等等。下面介绍两个交流参数。
对于二极管其动态电阻为：
du 1 1 u t u u di 1 di Ut Ut Is d ( Is ( 1 )) * e e du du
5. 二极管的极间电容
二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒 电容CB和扩散电容CD。 势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时， 就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出 的电容是势垒电容。 扩散电容：为了形成正向电流 （扩散电流），注入P 区的少子 （电子）在P 区有浓度差，越靠 近PN结浓度越大，即在P 区有电 子的积累。同理，在N区有空穴的 积累。正向电流大，积累的电荷 多。这样所产生的电容就是扩散 电容CD。
半导体二极管及其应用
半导体二极管的应用
激光二极管
激光二极管是一种特 殊的半导体二极管， 它能够产生激光。激 光二极管具有高效率 、低阈值、以及可调 谐的优点，被广泛应 用于各种领域，如通 信、医疗、军事等
5
总结
总结
1
2
3
4
半导体二极管作为 电子学中的基础元 件，具有广泛的应
用领域
从整流器到开关， 从保护电路到激光 二极管，二极管都 发挥着关键的作用
7
结论
2024/7/2
结论
半导体二极管作为电子学中的基础元件，已经经历了漫长的发展历程。 从最初的硅发展到锗，再到现在的硅锗合金等新型材料；从简单的整 流器发展到激光二极管、太阳能电池等多元化领域。这些发展和变化 不仅反映了人类对电子学认识的不断深入，也展示了半导体二极管在 推动科技进步和经济发展中的重要作用
半导体二极管的历史与发展
发展
随着半导体技术的不断进步，半导体二极管的性能也不断提高。材料方面，从早期的硅发 展到锗，再到现在的硅锗合金等新型材料；结构方面，从早期的点接触式发展到肖特基势 垒、PN结等结构；应用方面，从简单的整流器发展到激光二极管、太阳能电池等多元化领 域 同时，人们也在不断探索新的二极管材料和结构，如碳化硅、氮化镓等新型半导体材料， 以及超导二极管等新型结构。这些新型材料和结构的应用将进一步推动半导体二极管的发 展，并带来更多的应用领域和市场机会
整流器
整流器是二极管的基本应用之一。通过利用 二极管的整流效应，可以将交流电转换为直 流电
半导体二极管的应用
开关
二极管可以作为开关 使用，用于控制电路 的通断。其快速的开 关速度和低功耗使得 它在各种开关电路中 得到广泛应用
半导体二极管的应用
模拟电子技术基础科学出版社廖惜春(最完整版)(包括选择解读
第 2 章半导体二极管及其应用（ⅱ）时，当时，15V 达到正向最值；（ⅲ）时，当时，达到负向最值； 2 +12V A uo 画出输出电压波形如下：5V π UF 2π B 题2－6图 2-6 如图 2-58 所示，求出下列几种情况下的输出电压Uo(设二极管为理想器件。
（1）；（2）、0 ；（3）。
解：由优先导通的原则，有：（1）D1、D2 都导通，则V ；（2）D1 截止、D2 导通，则；（3）D1、D2 都导通，则； 2-7 R D D ui 4V (a uo ui R 4V (b uo R R D2 4V (c ui D1 2V uo ui D1 2V (d D2 4V uo 题2-7图在图 2-59 所示的各限幅电路中，设二极管为理想器件，已知，试画出输出电压 u o 波形。
解：（a）当－4 V 时，二极管截止，；当时，二极管导通，。
uo -4V -6V π 2π （b）当－4 V 时，二极管截止，；当 u i时，二极管导通，。
25第 2 章半导体二极管及其应用-4V -6V （c）当时，二极管 D2 导通，；当时，二极管 D1 导通，。
当时，两个二极管都截止，。
uo +6V +4V +2V -2π （d）当时，二极管 D2 导通，；当－2 V 时，二极管 D1 导通，－2V 。
当－时，两个二极管都截止，u i 。
uo +6V +4V -2V --8 在图 2-60 中，已知 U=20V、Ω 、，稳压管的稳压值为、最大稳定电流mA 。
试求稳压管中流过的电流 I Z 是否超过？如果超过，应采取什么措施？解：①，②如果超过，应适当增大限流电阻 R1 ，或降低输入电压 U ； IR R1 IZ Io UZ R2 R1 U DZ Uo U Z1 DZ1 ui U Z2 题2-9图 uo DZ2 题2-8图 2-9 稳压电路如图 2-61 所示，若输入正弦交流电压 u i 幅度足够大，试画出输出电压 u o 的波形。
02 二极管及其应用
第2章二极管及其电路半导体二极管是模拟电路的基本构件之一，在学习电子电路之前，必须对它的结构、工作原理、外特性及其应用有充分的了解。
2.1 教学要求1．理解半导体中两种载流子：电子和空穴的物理意义。
理解N和P型半导体的物理意义及PN结的形成机理。
2．熟练掌握PN结的单向导电性，理解PN结的伏安特性方程的物理意义。
3．掌握半导体二极管特性及主要参数，熟练掌握半导体二极管的模型对基本应用电路的分析。
4．掌握稳压管的特性及主要参数、稳压管稳压稳压电路。
3.特殊二极管(1).稳压二极管的伏安特性和主要参数。
(2).稳压管的稳压电路。
2.2 基本概念1. 半导体的基本知识半导体是一种导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。
它的导电能力与温度、光照和掺杂浓度有关。
(1) 本征半导体单质半导体材料是具有4价共价键晶体结构的硅（Si）和锗（Ge），如图2.1所示。
纯净且具有完整晶体结构的半导体称为本征半导体。
在一定的温度下，本征半导体内的最重要的物理现象是本征激发（又称热激发或产生），如图2.2所示。
本征激发产生两种带电性质相反的载流子——自由电子和空穴。
温度越高，本征激发越强。
(2) 杂质半导体在本征硅（或锗）中掺入微量5价（或3价）元素后形成N 型（或P 型）杂质半导体（N 型：图2.3所示，P 型：图2.4所示）。
N 型（P 型）半导体产生自由电子和杂质正离子对（空穴和杂质负离子对）。
由于杂质电离， N 型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴，而P 型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。
在常温下，多子>>少子。
多子浓度和掺杂浓度有关，几乎等于杂质浓度，与温度无关；而少子浓度是温度的敏感函数。
杂质半导体的导电率比本征半导体高很多。
(3) 半导体中的两种电流图2.2本征激发产生电子-空穴对两个电子的共价键图2.1 本征硅或锗的晶体结构空穴图2.4 P 型半导体自由电子图2.3 N 型半导体在半导体中存在因内电场作用产生的少数载流子漂移电流（这与金属导电一致）；还存在因载流子浓度差而产生的多数载流子扩散电流。
模拟电子技术基础目录
模拟电子技术基础目录模拟电子技术基础目录模拟电子技术基础目录前言教学建议第1章半导体二极管及其应用1.1 半导体物理基础知识1.1.1 本征半导体1.1.2 杂质半导体1.2 pn结1.2.1 pn结的形成1.2.2 pn结的单向导电性1.2.3 pn结的反向击穿特性1.2.4 pn结的电容特性1.3 半导体二极管及其基本电路1.3.1 半导体二极管的伏安特性曲线1.3.2 半导体二极管的主要参数1.3.3 半导体二极管的电路模型1.3.4 二极管基本应用电路1.4 特殊二极管1.4.1 稳压二极管.1.4.2 变容二极管1.4.3 光电二极管1.4.4 发光二极管思考题习题第2章双极型晶体管及其放大电路2.1 双极型晶体管的工作原理2.1.1 双极型晶体管的结构2.1.2 双极型晶体管的工作原理2.2 晶体管的特性曲线2.2.1 共射极输出特性曲线2.2.2 共射极输入特性曲线2.2.3 温度对晶体管特性的影响2.2.4 晶体管的主要参数2.3 晶体管放大电路的放大原理2.3.1 放大电路的组成2.3.2 静态工作点的作用2.3.3 晶体管放大电路的放大原理2.3.4 基本放大电路的组成原则2.3.5 直流通路和交流通路2.4 放大电路的静态分析和设计2.4.1 晶体管的直流模型及静态工作点的估算2.4.2 静态工作点的图解分析法2.4.3 晶体管工作状态的判断方法2.4.4 放大状态下的直流偏置电路2.5 共射放大电路的动态分析和设计2.5.1 交流图解分析法2.5.2 放大电路的动态范围和非线性失真2.5.3 晶体管的交流小信号模型2.5.4 等效电路法分析共射放大电路2.5.5 共射放大电路的设计实例2.6 共集放大电路（射极输出器）2.7 共基放大电路2.8 多级放大电路2.8.1 级间耦合方式2.8.2 多级放大电路的性能指标计算2.8.3 常见的组合放大电路思考题习题第3章场效应晶体管及其放大电路3.1 场效应晶体管3.1.1 结型场效应管3.1.2 绝缘栅场效应管3.1.3 场效应管的参数3.2 场效应管工作状态分析及其偏置电路3.2.1 场效应管工作状态分析3.2.2 场效应管的偏置电路3.3 场效应管放大电路3.3.1 场效应管的低频小信号模型3.3.2 共源放大电路3.3.3 共漏放大电路思考题习题第4章放大电路的频率响应和噪声4.1 放大电路的频率响应和频率失真4.1.1 放大电路的幅频响应和幅频失真4.1.2 放大电路的相频响应和相频失真4.1.3 波特图4.2 晶体管的高频小信号模型和高频参数4.2.1 晶体管的高频小信号模型4.2.2 晶体管的高频参数4.3 晶体管放大电路的频率响应4.3.1 共射放大电路的频率响应4.3.2 共基、共集放大器的频率响应4.4 场效应管放大电路的频率响应4.4.1 场效应管的高频小信号等效电路4.4.2 共源放大电路的频率响应4.5 多级放大器的频率响应4.5.1 多级放大电路的上限频率4.5.2 多级放大电路的下限频率4.6 放大电路的噪声4.6.1 电子元件的噪声4.6.2 噪声的度量思考题习题第5章集成运算放大电路5.1 集成运算放大电路的特点5.2 电流源电路5.3 以电流源为有源负载的放大电路5.4 差动放大电路5.4.1 零点漂移现象5.4.2 差动放大电路的工作原理及性能分析5.4.3 具有电流源的差动放大电路5.4.4 差动放大电路的大信号分析5.4.5 差动放大电路的失调和温漂5.5 复合管及其放大电路5.6 集成运算放大电路的输出级电路5.7 集成运算放大电路举例5.7.1 双极型集成运算放大电路f0075.7.2 cmos集成运算放大电路mc145735.8 集成运算放大电路的外部特性及其理想化5.8.1 集成运放的模型5.8.2 集成运放的主要性能指标5.8.3 理想集成运算放大电路思考题习题第6章反馈6.1 反馈的基本概念及类型6.1.1 反馈的概念6.1.2 反馈放大电路的基本框图6.1.3 负反馈放大电路的基本方程6.1.4 负反馈放大电路的组态和四种基本类型6.2 负反馈对放大电路性能的影响6.2.1 稳定放大倍数6.2.2 展宽通频带6.2.3 减小非线性失真6.2.4 减少反馈环内的干扰和噪声6.2.5 改变输入电阻和输出电阻6.3 深度负反馈放大电路的近似计算6.3.1 深负反馈放大电路近似计算的一般方法6.3.2 深负反馈放大电路的近似计算6.4 负反馈放大电路的稳定性6.4.1 负反馈放大电路的自激振荡6.4.2 负反馈放大电路稳定性的判断6.4.3 负反馈放大电路自激振荡的消除方法思考题习题第7章集成运算放大器的应用7.1 基本运算电路7.1.1 比例运算电路7.1.2 求和运算电路7.1.3 积分和微分运算电路7.1.4 对数和反对数运算电路7.2 电压比较器7.2.1 电压比较器概述7.2.2 单门限比较器7.2.3 迟滞比较器7.2.4 窗口比较器7.3 弛张振荡器7.4 精密二极管电路7.4.1 精密整流电路7.4.2 峰值检波电路7.5 有源滤波器7.5.1 滤波电路的作用与分类7.5.2 一阶有源滤波器7.5.3 二阶有源滤波器7.5.4 开关电容滤波器思考题习题第8章功率放大电路8.1 功率放大电路的特点与分类8.2 甲类功率放大电路8.3 互补推挽乙类功率放大电路8.3.1 双电源互补推挽乙类功率放大电路8.3.2 单电源互补推挽乙类功率放大电路8.3.3 采用复合管的准互补推挽功率放大电路8.4 集成功率放大器8.5 功率器件8.5.1 双极型大功率晶体管8.5.2 功率mos器件8.5.3 绝缘栅双极型功率管及功率模块8.5.4 功率管的保护思考题习题第9章直流稳压电源9.1 直流电源的组成9.2 整流电路9.2.1 单相半波整流电路9.2.2 单相全波整流电路9.2.3 单相桥式整流电路9.2.4 倍压整流电路9.3 滤波电路9.3.1 电容滤波电路9.3.2 电感滤波电路9.3.3 复合型滤波电路9.4 稳压电路9.4.1 稳压电路的主要指标9.4.2 线性串联型直流稳压电路9.4.3 开关型直流稳压电路思考题习题第10章可编程模拟器件与电子电路仿真软件10.1 在系统可编程模拟电路原理与应用10.1.1 isppac10的结构和原理10.1.2 其他isppac器件的结构和原理10.1.3 isppac的典型应用10.2 multisim软件及其应用10.2.1 multisim 8的基本界面10.2.2 元件库10.2.3 仿真仪器10.2.4 仿真分析方法10.2.5 在模拟电路设计中的应用思考题习题第11章集成逻辑门电路11.1 双极型晶体管的开关特性11.2 mos管的开关特性11.3 ttl门电路11.3.1 ttl标准系列与非门11.3.2 其他类型的ttl标准系列门电路11.3.3 ttl其他系列门电路11.4 ecl门电路简介11.5 cmos门11.5.1 cmos反相器11.5.2 其他类型的cmos电路11.5.3 使用cmos集成电路的注意事项11.5.4 cmos其他系列门电路11.6 cmos电路与ttl电路的连接思考题习题参考文献延伸阅读：模拟电子技术基础50问1、空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗？答：不是，但是在它的运动中可以将其等效为载流子。
(二极管及其应用)
t t
u2负半周时： D2、D4 导通， D1 、D3截止
+
220V u1
+
D4
u2 3
+ D3
2
4
D1
1
D2
+
+
RL u L
-
+
u2
t
uL
t
（3）主要参数：
输出电压平均值：Uo=0.9u2 输出电流平均值:Io= Uo/Ro=0.9 u2 / RL
（4） 最高工作频率
是二极管工作fM的上限频率。它主要由PN结的结电
f
容大小决定。信号频率超过此值时，二极管的单向导电 M性将变差。应该指出，由于制造工艺的限制，即使是同
一型号的器件，其参数的离散性也很大，因此，手册上
常常给出参数的范围。另一方面，器件手册上给出的参
数是在一定测试条件下测得的，若条件改变，相应的参 数值也会变化。
内电场 E
EW
R
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流I R
P
空间电 荷区
N
在一定的温度－ 下－ － －
++ ++
，由本征激发产－生的－ － －
++ ++
少子浓度是一定的， 故IR基本上与外－加反－ － －
本征激发
+4 空穴 +4
+4
+4
+4 +4
+4
+4
自由电子
半导体二极管及其应用电路
电容器
电容器的基本结构是在两个相互靠近的导体
之间夹一层不导电的绝缘材料——介质，构成电
容器。
电容器是一种储能元件，可在介质两边储存 一定量的电荷。在电容两导体（称为电极或极板） 上施加一定电压U，两个极板上就分别有等量异
号电荷Q，两极间的电压越高，极板上聚集的电
荷也就越多，而电荷量与电压的比值则保持不变， 这个比值称为电容器的电容量，用符号C表示， 是表征电容器储存电荷的能力，其基本单位是法 拉，以F表示。
CAX11－－为小型钽电解电容 CAX11－63－4.7－±5%
－－为小型钽电解电容，耐压63V、4.7μF 误差±5%
2.电容器的标志方法 电容器的标志方法与电阻器的标志方 法类似。
例：p33—0.33pF，5p1—5.1pF，3n3—3.3nF，
5μ1—5.1μF，33m—33×
μF。
电容器数码表示法，当第三位数为9时表
全部旋入时，动片与定片交叠的面积最大，电容量
最大；动片全部旋出时，电容量最小。
可变电容器的种类很多，按照介质划分有空气 可变电容器和薄膜可变电容器。按照联数划分有单
联、双联和四联等。
缘电阻为零，则表明电容器已击穿短路；若表
针不动，则表明电容器内部开路。
（ 2 ）对于容量小于 5100pF 的电容，由于充 电时间很快，充电电流很小，即使用万用表的
高阻值档也看不出表针摆动。所以，可以借助
一个NPN型的三极管的放大作用来测量。
选用 Ω×10k 档，将万用表红表笔接三极
管发射极，黑表笔接集电极，电容器接到集电
电容器可分为固定电容器、可变电 容器两大类。按照电容器的介质材料， 又可分为固体有机介质电容器、固体 无机介质电容器、电解电容器和气体 电容器等。
第二章 半导体二极管及其应用电路
2.光敏特性 许多半导体受到光照辐射，电阻率下降。利
用这种特性可制成各种光电元件。
3.掺杂特性 在纯净的半导体中掺入微量的某种杂质后，
它的导电能力就可增加几十万甚至几百万倍。利用这种特性就 可制成各种不同用途的半导体器件，如半导体二极管、三极管 晶闸管、场效应管等。
直流工作电流 I D
ID
US1 U F RS(6 Nhomakorabea0.7)V 1k
5.3mA
二极管的动态电阻
26mV 26mV
rd
ID
4.9
5.3mA
再令 US1 0 ，利用二极管的微变模型，求出流过二极管的交
流电流 id
id
us2 RD rd
0.2sin 3140 tV (1 4.9 10 3 )kΩ
2. P型半导体
在四价晶体中掺入微量的三价元素，这种杂质半导体中， 空穴浓度远大于自由电子浓度，空穴为多子，自由电子为少子。 这种半导体的导电主要依靠空穴，称其为P型半导体（P-type semiconductor）或空穴型半导体。
2021/3/2
7
需要指出的是：
不论是N型还是P型半导体，整个晶体仍然呈中性。
描述稳压管特性的主要参数为稳定电压值 U Z 和
最大稳定电流 2021/3/2
I Zmax。
26
参数简介：
是指稳压管正常工作时的额定电压值。由
稳定电压U Z ： 于半导体生产的离散性，手册中的往往给出的
是一个电压范围值。
最大稳定电
是稳压管的最大允许工作电流。在使用时，
流 I Zmax：
实际工作电流不得超过该值，超过此值时，稳压 管将出现热击穿而损坏。
半导体二极管及其应用电路
1.1.2 PN结
(1)雪崩击穿
当反向电压足够高时（一般U>6V） PN结中内电场较强，使参加漂移的载 流子加速，与中性原子相碰，使之价电 子受激发产生新的电子空穴对，又被加 速，而形成连锁反应，使载流子剧增， 反向电流骤增。这种形式的击穿称为雪 崩击穿.
半导体二极管及其应用电路
1.1.2 PN结
反偏时由于PN结变厚, 不能导电的区 域增大,因此,PN结呈现出的反向电阻很 大,流过的反向电流很小,基本为0.
因此, PN结反偏截止.
※PN结的单向导电性: 正偏导通,反偏截止
半导体二极管及其应用电路
1.1.2 PN结
三.PN结的反向击穿特性
反向击穿:当PN结的反偏电压增加到某一 数值时，反向电流急剧增大的现象。 PN结的击穿现象有下列两类： (1) 热击穿:不可逆,应避免 (2) 电击穿:可逆,又分为雪崩击穿和齐纳 击穿.
各用一个价电子组成，称为束缚电子。
价电子
＋4
＋
＋
＋
4
4
4
共价键的
两
个价电子
＋
＋
＋
4
4
4
＋
＋
＋
4
4
4
半导体二极管及其应用电路
1.1.1 半导体的导电特性
（2）本征激发现象
当温度升高或受光照射时，共价键中的价电子获
得足够能量，从共价键中挣脱出来，变成自由电 子；同时在原共价键的相应位置上留下一个空位， 这个空位称为空穴,电子-空穴对就形成了.
半导体二极管及其应用电路
1.1.1 半导体的导电特性
三、杂质半导体
在本征半导体中加入微量杂质，可使其导电性 能显著改变。根据掺入杂质的性质不同，杂质半 导体分为两类：电子型（N型）半导体和空穴型 （P型）半导体。
第二章 PN结二极管及其应用
点接触型：结面积小， 结电容小，故结允许 的电流小，最高工作 频率高。
面接触型：结面积大， 结电容大，故结允许 的电流大，最高工作 频率低。
平面型：结面积可小、 可大，小的工作频率 高，大的结允许的电 流大。
电子线路
2、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u)
当 PN 结正向偏臵时，回路中将产生一个较大的 正向电流， PN 结处于 导通状态； 当 PN 结反向偏臵时，回路中反向电流非常小， 几乎等于零， PN 结处于截止状态。
可见， PN 结具有单向导电性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电子线路
思 考
PN结耗尽层物理位臵是不是一定沿交界面中心线对称？
P
N
电子线路
5、PN 结的电容效应
3. 二极管的反向击穿特性
热击穿——不可逆
雪崩击穿
齐纳击穿
电击穿——可逆
雪崩击穿---碰撞电离：反向电压足够高时， 空间电荷区的合成电场较强，倍增效应！ 齐纳击穿----电场击穿：当反向电压 足够高，空间电荷区中的电场强度达
到105V／cm以上；场致激发！ 低掺杂PN结，雪崩击穿主要的，击穿电压>6V；重掺杂PN结中，齐纳击
电子线路
上节回顾：二极管的导电特性
二极管定性描述
单 向 导 电 性 电 容 反 向 击 穿 特 性 相互 印证 伏安特性曲线
反 向 击 穿 导 通
击穿 电压 反向饱 和电流
二极管定量描述
电流方程
正向 导通 导通
电压
指标参数 直 流 电 阻 交 流 电 阻
效
应
i IS (e
u UT
1)
半导体二极管及其应用电路
具有开关特性可以用于控制 电路的开关状态
具有整流特性可以用于将交 流电转换为直流电
半导体二极管的结构
半导体材料：硅、锗等 结构类型：PN结、PIN结等 工作原理：利用半导体材料的单向导电性 应用领域：电子、通信、电力等
半导体二极管的特性
单向导电性：二极管只允许电流在一个方向通过
汽车安全系统：用于安全气 囊、防抱死系统（BS）、 电子稳定程序（ESP）等
汽车辅助驾驶系统：用于自 适应巡航控制（CC）、车道 保持辅助系统（LKS）等
电动汽车充电系统：用于电 动汽车的充电控制和保护
06
半导体二极管的发展趋 势和挑战
发展趋势
技术进步：半导 体二极管性能不 断提高功耗降低 可靠性增强
通信领域
半导体二极管在通 信领域的应用广泛 如手机、电脑、路 由器等设备中都有 使用。
半导体二极管在通 信领域中主要起到 信号放大、调制解 调、滤波等作用。
半导体二极管在通 信领域中的主要应 用包括：射频电路、 功率放大器、调制 解调器等。
半导体二极管在通 信领域中的发展趋 势是朝着更高频率、 更大功率、更小体 积的方向发展。
反向击穿：当二极管两端电压大于击穿电压时二极管被击穿电流急剧增大
温度影响：温度升高二极管正向导通电压降低反向截止电压升高反向击穿 电压降低
半导体二极管的温度特性
温度对半导体二极管特性的影响 温度对半导体二极管导通电压的影响 温度对半导体二极管反向漏电流的影响 温度对半导体二极管开关速度的影响
04
限幅电路的组成： 二极管、电阻、电 容等
限幅电路的工作原 理：利用二极管的 单向导电性将信号 限制在一定范围内
限幅电路的应用： 音频放大器、电源 保护电路、信号处 理电路等
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– 半波整流 – 全波整流 – 桥式整流
2.限幅
• 限幅：限制信号的幅值。
3.保护
• 图中，二极管VD作为电感能量释放的回 路。
2.2
• • • • •
常用二极管
整流二极管、 稳压二极管、 发光二极管、 光电二极管、 变容二极管。
１.稳压二极管
１.稳压二极管
• 反向恢复时间极短，正向导通压降低 （仅0.3V左右）。
• 用于高频、低压、大电流整流二极管、 续流二极管、保护二极管。
1.用模拟万用表判别二极管的极性和质量优劣
2.稳压二极管的检测
（1）稳压二极管其极性的测量与普通二极 和相似。 （2）稳压二极管稳压值的测量
3.发光二极管的检测
• 要注意：发光二极管的死区电压较高。 ①正、负极的判别与普通二极管极性判定相同， 利用R×10k档（此档用于测量的内部电池通 常为9V），通过测量发光二极管的正、反向 电阻值可判别二极管的极性。 ②好坏的判断
普通高等教育”十一五”国家级规划教材
模拟电子技术
徐丽香编著
电子工业出版社
第2章 半导体二极管及其应用
• 学习目标：
（１）了解二极管的基本参数和特性 （２）了解常用二极管的应用 （３）理解整流电路的工作过程 （４）了解滤波电路的基本结构 （５）利用二极管单向导通的特性，做一个简单的稳 压电源，把交流信号变成稳定的直流信号。稳压电 源是利用变压器降压，二极管整流，电容滤波，稳 压二极管稳压。
桥式整流电容滤波电路
• 原理图与实物图
2.3.4 小功率直流电源
• 采用稳压二极管电路的直流稳压电源
本章回顾
（1）二极管是由PN结构成的，PN结的单向导电性决定 了二极管的单向导电性。给二极管外加正向电压且等 于或大于导通电压UTH时，二极管导通；当给二极管 外加反向电压时，二极管截止。 （2）二极管的伏安特性是二极管的电流与电压关系曲线， 总体上反映了二极管的特性。正向特性区域的非线性 和近似线性关系是很重要的，不同用途的二极管所使 用的线段不同。反向特性区域分为反向截止段和反向 击穿段。稳压二极管工作在击穿段。
– 利用R×10k档测量发光二极管，当指针偏转时， 发光二极管会发光，此时黑表笔接的为发光二极管 的正极，且说明发光二极管正常。
4.数字万用表测试二极管管脚及极性
2.3
简单直流稳压电源
• 直流稳压电源提供稳定的直流电源，通 常是把交流电整流变换成稳定的直流电 的电子电路。
• 通常包括降压、整流、滤波和稳压四部 分电路。
3.光电二极管
• 光电二极管将光信号转换为电信号。
4.光电耦合器和光传感器
• 光电耦合器：实现电气隔离的电信号传送 • 光传感器：检测光信号
4.光电耦合器和光传感器
• 光电检测遮光叶片的位置
5.变容二极管
• 工作在反偏状态，变容二极管相当一个 小电容； • 改变反偏电压大小则改变电容值大小
6. 肖特基二极管
（2）稳压二极管稳压值的标识
a)较大体积的稳压二极管，管体上标有稳压 值。 b)若小功率稳压二极管体积小，在管子上标 注型号较困难时，有些国外产品采用色环来 表示它的标称稳定电压值。
２.发光二极管（LED）
2.发光二极管（LED）
• 使用时注意：
– 理想是采用恒流驱动，当电压驱动时必须注 意限流！
本章回顾
（3）二极管的主要参数在整流电路中最关注的有：最大 整流电流IF和最高反向工作电压URM。 （4）特殊二极管指的是具有特殊用途的二极管：稳压二 极管用于稳压电路，发光二极管用作指示电路，二极 管数码管是数字电路中常用的显示器件，光电二极管 是重要的光电转换器件。变容二极管是利用PN结的电 容量随外加电压变化的特性制成的二极管，常用作高 频调谐电路，很多场合都要用到。 （5）简单的直流稳压电路是由变压器、整流电路、滤波 电路和稳压管稳压电路构成。
2.1.2 二极管的种类和常见结构
• P型N型半导体交接触处由于自由电子、空穴浓度不同 产生扩散，形成内电场，这就是PN结 • 当外电压作用于PN结，只有当外电场使内电场减弱时 （即P为正极、N为负极时），电流才能从P区流向N 区。可见，PN结具有单向导电性。
2.1.3 二极管的结构及工作原理
2.1.4 二极管工作状态
2.1半导体二极管
• 半导体二极管有两个电极，习称二极管。
• 两个电极分别称为阳极（习称正极）、 阴极（习称负极）。 • 二极管有导通、截止和反向击穿三种工 作状态。
2.1.1 初识二极管
2.1.1 初识二极管
• 结论：二极管具有单向导电性，电流从 正极流向负极，沿着箭头方向。
2.1.2 二极管的种类和常见结构
【例2.1】
• 如图2.19所示桥式整流电容滤波电路中， 已知变压器次级输出电压U2 = 20V（有 效值），如果下述元件故障，测量负载 两端电压时，电压应为多少。
① RL断开了， ②D1开路， ③滤波电容C开路
解：
• 根据单相桥式整流电容滤波电路中，输出电压 与输入电压的关系式，U0 = 1.2U2， • 第①种情况，在没有负载的情况下，UO ≈≈1.4×20 =28V。 • 第②种情况，D1开路，相当于半波整流，UO ≈U2=20V。 • 第③滤波电容C开路，UO=0.9U2 = 18V。
• 整流后得到的直流电是脉动直流电
• 经过滤波电路滤波可以获得较为平滑的 直流电
– 电容、电感器可作为滤波器件使用
1.电容滤波电路
1.电容滤波电路
（1）滤波电容的选择
– 电容容量的数值越大，滤波效果越好 ，UC ＞ 2 U2
（2）输出直流电压的估算
UO ≈1~1.1 U2 （半波整流电路） UO ≈1~1.2 U2 （桥式）
桥式整流电路工作原理分析
2.二极管的选配
• 桥式整流电路输出的估算 • 二极管参数的选取
3.整流桥堆的使用
• 桥式整流电路非常常用，通常把4个整流 二极管根据桥式整流的连接结构封装在 一起，这就是整流桥堆。
【边学边做】 搭接由整 流桥组成的应用电路。
• 变压、桥式整流、滤波电路
2.3.3 滤波电路
2.3.1 单相半波整流电路
1.电路组成及工作原理
2.负载上直流电压与电流值的估算
• 单相半波整流电路输出估算
3.二极管的选择
• 选取时二极管的要注意反向电压和平均 电流两个参数。
2.3.2 单相桥式整流电路
• 1.电路组成及工作原理
桥式整流电路工作原理分析
• 不管在变压器输出的正半周、还时负半 周，桥式整流电路都会提供输出极性相 同的通路，即输出极性为上正下负。
2.1.5 二极管型号命名方法
2.1.5 二极管型号命名方法
• 美国电子工业协会命名规则
2.1.6 二极管的主要参数
• 主要性
• 二极管的伏安特性
2.1.8二极管应用举例
• 为了讨论方便，硅管导通电压规定为 0.7V，锗管的导通电压为0.2V。
1.整流
• 整流就是把交流电变为脉动直流电。
（3）电容滤波电路的特点
– 输出电压相比未加电容滤波时有所提高，输出 电压的脉动成分减少。
2. 电感滤波电路
• 输出电压的估算： UO ≈0.9U2 • 适用于电压低，负载电流较大的场合。
3.复式滤波电路
• 电感与负载串联减小电流的波动，电容 与负载并联减小电压的波动，从而使负 载RL上得到更加平滑的直流电。