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1、实用模拟电子技术教程主编：徐正惠主编：徐正惠副副主编：主编： 刘希真刘希真 张小冰张小冰第一篇第一篇 常用半导体器件常用半导体器件 介绍常用半导体器件，包括晶体二极介绍常用半导体器件，包括晶体二极管、晶体三极管、场效应管和其他半导体管、晶体三极管、场效应管和其他半导体器件的结构、工作原理、分类、主要性能器件的结构、工作原理、分类、主要性能指标、国家标准规定的命名方法以及主要指标、国家标准规定的命名方法以及主要应用应用。 第第1 1章章 半导体二极管半导体二极管 学习要求：学习要求： 掌握二极管结构和单向导电的特性；掌握二极管最大掌握二极管结构和单向导电的特性；掌握二极管最大整流电流、反向击穿电
2、压、最大反向工作电压、反向电整流电流、反向击穿电压、最大反向工作电压、反向电流和最高工作频率等特性指标的定义；掌握整流电路的流和最高工作频率等特性指标的定义；掌握整流电路的工作原理；了解工作原理；了解PNPN结、内建电场和正负载流子的概念；结、内建电场和正负载流子的概念；了解了解PNPN结单向导电的原理。结单向导电的原理。 第一篇第一篇 常用半导体器件常用半导体器件1.1 1.1 半导体二极管的单向导电特性半导体二极管的单向导电特性 第第1章章 半导体二极管半导体二极管1.1.1 1.1.1 二极管的结构和产品外型二极管的结构和产品外型 二极管都有两根二极管都有两根引脚，一个称为正引脚，一个称
3、为正极，另一个为负极极，另一个为负极 。 哪个为正，决定哪个为正，决定于内部结构。于内部结构。半导体二极管内部结构和电路符号：半导体二极管内部结构和电路符号：1.1 1.1 半导体二极管的单向导电特性半导体二极管的单向导电特性 特点：都以半导体为材料特点：都以半导体为材料(b)负极引脚负极引脚正极引脚正极引脚N N型硅型硅铝合金小球铝合金小球正极引脚正极引脚N N型锗型锗金属丝金属丝负极引脚负极引脚(a)正极引正极引脚脚负极引脚负极引脚N N型硅片型硅片P型区二氧化硅层二氧化硅层图图1-1 1-1 二极管的结构和电路符号二极管的结构和电路符号(c)正极正极负极负极(d)二极管的单向导电特性实验
4、观察二极管的单向导电特性实验观察 1.1 1.1 半导体二极管的单向导电特性半导体二极管的单向导电特性 让电位器活动端逐渐向上移动，施加在二极管两端的电压让电位器活动端逐渐向上移动，施加在二极管两端的电压也逐渐加大，测量不同电压时流过二极管的电流，即可以得也逐渐加大，测量不同电压时流过二极管的电流，即可以得到二极管两端电压与所流过的电流之间的关系。到二极管两端电压与所流过的电流之间的关系。 实验装置：实验装置：图图1-3 1-3 测量二极管导电特性实验装置测量二极管导电特性实验装置二极管负极二极管负极二极管正极二极管正极AVRPE+RVD二极管的单向导电特性实验观察二极管的单向导电特性实验观察
5、 1.1 1.1 半导体二极管的单向导电特性半导体二极管的单向导电特性实验结果：施加正向电压时的实验结果（二极管实验结果：施加正向电压时的实验结果（二极管1 1N4148N4148） 电压从电压从0 0增加到增加到0.90.9V,V,流过的电流从流过的电流从0 0增加到增加到6969mAmA。 以二极管两端电压以二极管两端电压u u为横坐标，流过二极管的电流为横坐标，流过二极管的电流i i为纵为纵坐标，可画出流过二极管的电流随两端电压变化的曲线坐标，可画出流过二极管的电流随两端电压变化的曲线称为二极管伏安特性曲线。称为二极管伏安特性曲线。 表表1-1 1-1 二极管导电特性实验结果二极管导电特
6、性实验结果正向电压正向电压u(u(伏特伏特) )0 00.500.500.550.550.600.600.650.650.700.700.750.750.800.800.850.850.900.90正向电流正向电流i(i(毫安毫安) )0 00.100.100.400.401.011.013.003.006.806.8014.014.030.030.054.054.069.069.0二极管的单向导电特性实验观察二极管的单向导电特性实验观察 1.1 1.1 半导体二极管的单向导电特性半导体二极管的单向导电特性实验结果分析：实验结果分析： 1 1、存在一个、存在一个开启电压开启电压 2 2、在一定
7、范围内，电流发、在一定范围内，电流发生较大的变化时，二极管两生较大的变化时，二极管两端的电压降只有微小的变化。端的电压降只有微小的变化。正向电流从正向电流从1.011.01mAmA增加到增加到3030mAmA，大了大了3030倍，二极管压倍，二极管压降从降从0.60.6伏增加到伏增加到0.80.8伏，只伏，只变化了变化了0.20.2伏。伏。 3 3、特性曲线还与温度有关、特性曲线还与温度有关 开启电压开启电压二极管的单向导电特性实验观察二极管的单向导电特性实验观察 1.1 1.1 半导体二极管的单向导电特性半导体二极管的单向导电特性1 1、施加反向电压时，只、施加反向电压时，只有一个很小的电流
8、流过有一个很小的电流流过二极管，称为反向电流二极管，称为反向电流 施加反向电压时的实验结果施加反向电压时的实验结果3 3、反向电压增加到一反向电压增加到一定程度会导致二极管的定程度会导致二极管的反向击穿反向击穿 2 2、反向电流随温度的反向电流随温度的升高而显著增加升高而显著增加 1.2.11.2.1整流电路整流电路1.21.2二极管的应用二极管的应用 利利用用二二极极管管的的单单向向导导电电性性，能能将将交交流流电电转转换换为为单单向脉动电流，完成这种转换的电路称为整流电路。向脉动电流，完成这种转换的电路称为整流电路。 常用整流电路分类：常用整流电路分类：2 2、桥式整流电路、桥式整流电路1
9、 1、半波整流电路、半波整流电路1.21.2二极管的应用二极管的应用1.2.11.2.1整流电路整流电路 1 1、半波整流电路、半波整流电路电路结构与功能电路结构与功能电路结构电路结构功能：将交流电转换为单向脉动电流功能：将交流电转换为单向脉动电流 1.21.2二极管的应用二极管的应用1.2.11.2.1整流电路整流电路电路主要参数：电路主要参数： 1 1、半波整流电路、半波整流电路（1 1）二二极极管管所所经经受的反向电压受的反向电压 （2 2）输出平均电压）输出平均电压（3 3）整整流流二二极极管管的的功功耗耗等等于于二二极极管管正正向向压压降降与与负负载载电电流流的的乘乘积积，约约为为0
10、.70.7V V与与流流过过二二极极管管的的平平均均整整流流电电流流的的乘乘积。积。 1.21.2二极管的应用二极管的应用1.2.11.2.1整流电路整流电路 2 2、桥式整流电路、桥式整流电路电路结构与功能电路结构与功能简化电路画法简化电路画法 电路结构电路结构功能功能输入交流电输入交流电半波整流输出半波整流输出桥式整流输出桥式整流输出1.21.2二极管的应用二极管的应用1.2.11.2.1整流电路整流电路 2 2、桥式整流电路、桥式整流电路电路结构与功能电路结构与功能工作原理工作原理 正半周正半周电流走向是从输入电电流走向是从输入电压正端压正端二极管二极管VDVD2 2负载电阻负载电阻二极
11、管二极管VDVD4 4输入电压负端，输入电压负端，施加在负载电阻上的电压为施加在负载电阻上的电压为上上正下负正下负 负半周电流的走向是从输入负半周电流的走向是从输入电压的正端电压的正端二极管二极管VDVD3 3负负载电阻载电阻二极管二极管VDVD1 1输入端输入端负端，施加在负载电阻上的电负端，施加在负载电阻上的电压压仍然是上正下负仍然是上正下负 1.21.2二极管的应用二极管的应用1.2.11.2.1整流电路整流电路 2 2、桥式整流电路、桥式整流电路电路参数电路参数（2 2）输出平均电压）输出平均电压是半波整流输出的是半波整流输出的2倍倍每每只只二二极极管管所所流流过过的的平平均均电电流流
12、小小了了一一半半，因因此此这这种种情情况下二极管的功耗是半波整流电路的一半。况下二极管的功耗是半波整流电路的一半。 （3 3）整流二极管的功耗）整流二极管的功耗 （1 1）二二极极管管所所经经受受的的反反向向电电压压与与半波整流相同半波整流相同1.21.2二极管的应用二极管的应用1.2.11.2.1整流电路整流电路 3 3、滤波电路、滤波电路二极管整流后输出的单向脉动电压包含较多的交流成分，二极管整流后输出的单向脉动电压包含较多的交流成分，为了获得较好的直流电压还需要进行滤波。为了获得较好的直流电压还需要进行滤波。 滤波电路结构与功能：滤波电路结构与功能：结结构构：滤滤波波电电容容并并联负载两
13、端联负载两端滤波后的电压波形滤波后的电压波形滤波前波形滤波前波形1.21.2二极管的应用二极管的应用1.2.21.2.2检波电路检波电路 1 1）什么是检波电路）什么是检波电路 当输入交流电压的频率较高时，将这种交流电转换为单向当输入交流电压的频率较高时，将这种交流电转换为单向脉动电的过程习惯上不叫整流，而称为检波。脉动电的过程习惯上不叫整流，而称为检波。 检波二极管一般采用点接触结构，结电容极小，能通过的检波二极管一般采用点接触结构，结电容极小，能通过的电流也很小，因此也不用于整流。电流也很小，因此也不用于整流。 整流管一般为平面管或合金管，整流管一般为平面管或合金管，PNPN结面积大能通过
14、大电流，结面积大能通过大电流，因此结电容也大，不能用于检波；因此结电容也大，不能用于检波；2）整流二极管不能用于检波整流二极管不能用于检波 二二极极管管两两极极之之间间电电容容对对高高频信号来说是低阻抗频信号来说是低阻抗1.21.2二极管的应用二极管的应用1.2.31.2.3稳压电路稳压电路稳压管稳压管 调整二极管的制作工艺，降低击穿电压并使调整二极管的制作工艺，降低击穿电压并使反向特性曲线反向特性曲线更陡更陡根，由此制成的二极管称为稳压管根，由此制成的二极管称为稳压管 外型外型电路符号电路符号反向特性与普通二极管的区别反向特性与普通二极管的区别1.21.2二极管的应用二极管的应用1.2.31
15、.2.3稳压电路稳压电路稳压管组成的稳压电路稳压管组成的稳压电路电路结构电路结构工作原理工作原理 稳压管稳压管D DZ Z的反向击穿电压为的反向击穿电压为6.06.0V V，最大最大工作电流为工作电流为2020mAmA，电源电压电源电压V VCCCC=9V=9V，选电选电阻阻R R1 1=150=150，则流过稳压管的电流则流过稳压管的电流I IZ Z等于等于 负负载载电电阻阻从从500 500 变变到到300 300 ，两两端端电电压压维持为维持为6 6V V，原理如下：原理如下：1 1、500500时时流流向向负负载载的的电电流流为为12 12 mAmA，流流向向稳稳压管的电流降为压管的电
16、流降为8 8 mAmA，负载两端电压为负载两端电压为6 6V V 2 2、30003000时时负负载载的的电电流流降降为为2 2 mAmA，稳稳压压管管的的电电流升为流升为18 18 mAmA，负载两端电压仍维持为负载两端电压仍维持为6 6V V 1.31.3二极管的主要参数二极管的主要参数1.3.11.3.1常用整流二极管参数常用整流二极管参数 1 1、最最大大整整流流电电流流I IF F：二二极极管管长长期期工工作作的的情情况况下下允允许许通过的最大正向平均电流。通过的最大正向平均电流。 4 4、反向电流、反向电流I IR R：是二极管施加反向电压而未击穿是二极管施加反向电压而未击穿情况下流过的反向电流。锗管一般为几十微安大小，情况下流过的反向电流。锗管一般为几十微安大小，硅管硅管1 1微安以下。微安以下。 3 3、最高反向工作电压、最高反向工作电压U UR R：二极管工作时允许施加的二极管工作时允许施加的最大反向电压，一般是反向击穿电压的一半或最大反向电压，一般是反向击穿电压的一半或2/32/3。 2 2、反反向向击击穿穿电电压压U UBRBR：二二极极管管所所能能承承受受的的最
