合肥工业大学电工学第1章(上)

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4、稳压电路
R
限流电阻
+ Ui

V
+ RL Uo

稳压管必须与负载并联。
Uo = U Z
例2 如图所示电路，已知Ui=20V，R=1k， RL=2k， 稳压管的UZ=10V，IZM=8mA。求电流IR、IZ和IL。 R IR 解: I L U Z 10 5mA RL 2 + IL + IZ U i U Z 20 10 Ui U IR 10mA V RL o R 1k I Z I R I L 10 5 5mA
S
此例中，二极管起续流作用。
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练习题：
电路如图所示，二极管为理想二极管。求：UAB 。
–12V
18k B 6k
50k A 50k
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第三节 特殊二极管 一、稳压管 是一种特殊工艺、面接触型的半导体硅二极管。
1、符号 A _
阳极 V
（2）P型半导体 (又称空穴半导体) ——掺入三价元素，如硼元素
B 23 Si Si
空穴
– B Si
Si
在P 型半导体中， 空穴是多数载流子， 自由电子是少数载 流子。
硼原子得到一个电 子变为负离子
注意：无论N型或P型半导体都是中性的，对外 不显电性。 总目录 章目录 返回 上一页 下一页
杂质半导体的示意图
+ + + + + + + + +
–
– –
–
– –
+ + +
–
–
浓度差 形成空间电荷区
多子的扩散运动
空间电荷区变宽
扩散和漂移 这一对相反 的运动最终 达到动态平 衡，空间电 荷区的厚度 固定不变。
空间电荷区也称 PN 结、耗尽层、阻挡层。
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2、PN结的单向导电性
（1） PN 结加正向电压（正向偏置）
t
此例中，二极管起限 幅作用。
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例3： 已知：ui =30sinωt V，二极管的正向压 降可忽略不计，试画出 uo 波形。
+ ui
– ui V +
R
uo –
解：断开二极管，选取参 考点，分析二极管阳极和 阴极的电位。 V阳 = ui ，V阴 = 0 当ui > 0，V导通，uo= ui 当ui < 0，V截止，uo = 0 此例中，二极管起检波作用。
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阳极引线 PN结 金锑合金 底座
N 型硅
阴极引线
( b) 面接触型
二、二极管的伏安特性
—— 二极管两端的电压U 和通过二极管电流 I 之间的关系。
特点：非线性
+ – 反向电流在一定电压 60 范围内保持常数。 40 死区 导通 硅管：0.6~0.8V 反向击穿类型： 20 电压 锗管：0.2~0.3V 压降 –50 –25 U/V 电击穿— PN 结未损 O 0.4 0.8 坏，断电即恢复。 反向击穿 –20 硅管：0.5V 热击穿— PN 结烧毁 。 电压 U(BR) –40 –
否则，正向压降
硅管：0.6 ~ 0.8V 锗管：0.2 ~ 0.3V
* 分析方法：将二极管从电路中断开，分析二极管阴、
阳两极电位的高低或电压U的正负。 若 V阳 >V阴或 U > 0 ( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 <V阴或 U < 0 ( 反向偏置 )，二极管截止
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使用时要加限流电阻。
3、主要参数 (1) 稳定电压UZ 稳压管在正常工作下管子两端的反向击穿电压。 (2) 稳定电流 IZ 、最大稳定电流 IZM
(3) 最大允许耗散功率PZM：PZM = UZ IZM
(4) 动态电阻 r U Z Z
I Z
rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。
(5) 电压温度系数CTU 环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。
第一章 半导体器件及放大电路
第一节
第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
PN结
半导体二极管 特殊二极管 半导体三极管 基本放大电路 微变等效电路分析法
*第七节
第八节 *第九节
多级放大器及频率特性
共集电极放大电路 光耦合器
第十节
*第十一节
互补对称功率放大电路
场效应晶体管放大电路 总目录 章目录
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第 1 章 半导体二极管
影响工作频率的原因 — PN 结的电容效应
结论：Cj = 几十pf 1. 低频时，因容抗大，对 PN 结影响很小。 高频时，因容抗小，使结电容分流，导致单向 导电性变差。 2. 结面积小时结电容小，工作频率高。
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四、 二极管电路分析举例 导通 * 定性分析：判断二极管的工作状态 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。
变窄
– – – – – – – – – – – + + + + + + +
P接正、N接负
+
+
–
+
+
+
P IF
内电场 外电场
N
R
内电场被削弱， 多子的扩散运 动加强，形成 较大的扩散电 流。
+
–
结论：PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电阻 较小，正向电流较大，PN结处于导通状态。
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3. 反向峰值电流 IRM
指二极管加最高反向工作电压时的反向电流值。 反向电流大，说明管子的单向导电性差，受温度的 影响大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大。 4. fM — 最高工作频率—指二极管工作于交流电路时，保持单
向导电性，所对应交流电的最高频率。(超过时单向导电性变差)
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门电路(或门)
–12V
∵UDA> UDB
若二极管的正向压降为零，则VY=3V。
此例中， VA起钳位作用；VB起隔离作用。
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例5： 二极管的续流电路。
+US 解： 当开关闭合时，二极管截 RL V
止，线圈中流过电流。
当开关断开瞬间，电流不 能跃变，二极管提供续流 通路。
反向特性
I/mA
正向特性
+
I/μA
外加电压大于U(BR),二极管 被击穿，失去单向导电性。
锗管：0.1V 外加电压大于死区电压, 二极管才能导通。
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温度对二极管特性的影响
iD / mA
60 40 20 –50 –25 0 – 0.02 0.4
90C 20C
uD / V
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例2： 已知：ui =18sin t V，二极管是理想的， 试画出 uo 波形。
R
+ ui – ui 18V 8V O V 8V + uo –
解：断开二极管，选取参 考点，分析二极管阳极和 阴极的电位。 V阳 = ui ，V阴 = 8V 当ui > 8V，二极管导通，uo = 8V 当ui < 8V，二极管截止，uo = ui
（2） PN 结加反向电压（反向偏置）
变宽
– – – – – – – –
P接负、N接正
+ + +
+
+ +
–
–
+
+
+
+
+
+
–
–
P
内电场 外电场
–
+
R
N IR
内电场被加强， 少子的漂移运 动加强，由于 少子数量很少， 形成很小的反 向电流。
结论： PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电阻很 大，反向电流很小，PN结处于截止状态。 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
代表失去一个电子 的五价杂质离子
+ + + + + + + – – –
代表得到一个电子 的三价杂质离子
– – – – – – – – –
+
+
+
+
+
N型半导体
P型半导体
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二、PN结及其单向导电性
1、PN结的形成
P型半导体
– – –
少子的漂移运动
空间电荷区变窄
内电场
–
N型半导体
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练习题：
1. 在杂质半导体中多子的数量与 a （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。 2. 在杂质半导体中少子的数量与 b （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。 3. 当温度升高时，少子的数量 c （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。 4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流 主要是 b ，N 型半导体中的电流主要是 a 。 （a. 电子电流、b.空穴电流）
在常温下，由于热激发(温度升高或受光照) 自由电子 带负电
Si Si
——本征激发
自由电子 载流子 空穴 温度越高，晶体中产生的 的自由电子越多。
Si
Si
空穴 带正电
价电子
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当本征半导体两端加上外电压时，在半导体 中将出现两部分电流： (1) 自由电子作定向运动 电子电流 (2) 价电子递补空穴 空穴电流 注意： (1) 本征半导体中存在数量相同的载流子。 自由电子和空穴成对产生，又不断复合，在一定 温度下，达到动态平衡。 (2) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很弱。 (3) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性能 也愈好。——温度对半导体器件性能影响很大。
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2、杂质半导体
（1）N型半导体 (又称电子半导体)
——掺入五价元素，如磷元素
P 285
Si
Si
在常温下即可变 为自由电子
多余 电子
p+ Si
Si
磷原子失去一个 电子变为正离子
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。
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第二节 半导体二极管 一、二极管的结构
金属触丝 阳极引线
符号： 阳极 V
A
阴极
K
N型锗片
阴极引线
( a) 点接触型
铝合金小球
外壳
特点：结面积小、结电 容小、正向电流小。 用于检波和变频等 高频电路。 特点：结面积大、结电 容大，正向电流大。 用于工频大电流整 流电路。
第一节 PN结
一、半导体 半导体的导电特性：
(1)热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强。 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 (2)光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化。 (可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管、光电池等)。 (3)掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变。 (可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、 三极管和晶闸管等)。
T 升高时，正向特性左移、反向特性下移。
UD 以 (2 2.5) mV/ C 下降
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三、二极管的主要参数 ——选择管子的依据 1. 最大整流电流 IF 指二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正 向平均电流。 1 2 U RM ( ~ )U (BR) 2. 最高反向工作电压URM 2 3 是保证二极管不被击穿而给出的最高反向电压。
阴极
+ 稳压管工作在 稳压管正常工作时 反向击穿区。 加反向电压
反向击穿类型： UZ
K
2、伏安特性 I
+
正向
–
(二极管)
O IZ
U
电击穿— PN 结未损 _ + 坏，断电即恢复。 反向
热击穿— PN 结烧毁。
(稳压管)
IZ UZ
IZM
稳压原理： IZ大→UZ小
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1、本征半导体 ——完全纯净的、具有晶体结构的半导体。 最常用的半导体是硅(Si) 和 锗(Ge)。
Si 2 8 4 Ge 2 818 4
价电子
Si
Si
Si 共价健 晶体中原子的排列方式
Si
硅单晶中的共价健结构
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本征半导体的导电机理：
例1： 电路如图所示，求：UAB 。
X
6V
V
X
3k
+
A
12V
UAB
– B
解：断开二极管，取 B 点 作参考点，分析二极管阳 极和阴极的电位。
V阳 = –6 V V阴 = –12 V V阳>V阴 ，二极管导通。
若忽略管压降，则UAB = – 6V。 否则， UAB= – 6.3Ｖ或– 6.7V。
此例中，二极管起钳位作用。
30V
O
t
uo
O
t
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例4：电路如图所示，求：输出端Y点的电位VY 。
+3V A 0V B
VA VB
R
解：断开二极管，则
Y
V A阳 =+3V ，V A阴 = –12V
∴UDA= +3V – (–12V ) =15V
V B阳 = 0V ，V B阴 = –12V ∴UDB= 0 – (–12V ) =12V ∴VA优先导通，VB截止。
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例1: 求通过稳压管的电流IZ。R是限流电阻， 其值是否合适？
+20V
IZ V R=1.6k
解: I 20 12 5mA I Z ZM 3 1.6 10 R阻值合适。
UZ=12V IZM=18mA
若计算出来IZ >IZM, 则应增大R的阻值。