第4章半导体理论课件

《第4章半导体理论课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章半导体理论课件（175页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第第4 4章章 半导体理论半导体理论4.1 半导体导电特性半导体导电特性4.2 PN结的单向导电性结的单向导电性4.3 二极管和稳压管二极管和稳压管4.4 单相整流电路单相整流电路4.5 滤波与稳压电路滤波与稳压电路4.64.6晶体管晶体管4.74.7基本放大电路基本放大电路4.84.8晶闸管及其应用晶闸管及其应用4.94.9集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用4.104.10数字逻辑电路数字逻辑电路4.1 半导体的导电特性半导体的导电特性导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属，金属一般都是导体。一般都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导

2、电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡皮，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。、陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。一些硫化物、氧化物等。半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时，它的导电能当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入

3、某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力明显改变。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。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电子。电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构：体结构：一、本征半导体的导电机理一、本征半导体的导电机理在绝对在绝对0度度（T=0K）和没有外界

4、激发时和没有外界激发时, ,价价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即以运动的带电粒子（即载流子载流子），它的导电能力），它的导电能力为为 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电自由电子子，同时共价键上留下一个空位，称为，同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子+4+4+4+4在

5、其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流可以认为空穴是载流子。子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特

6、点。大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。二、二、 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也空穴浓度大大增加的杂质半导体，

7、也称为（空穴半导体）。称为（空穴半导体）。N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。也称为（电子半导体）。1、N 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由

8、电子，这样磷原子很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为子给出一个电子，称为施主原子施主原子。+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子N 型半导体中型半导体中的载流子是什的载流子是什么？么？1.1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2.2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为由电子浓度远大

9、于空穴浓度。自由电子称为多数载流多数载流子子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。2 2、P 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼的带负

10、电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为原子接受电子，所以称为受主原子受主原子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。一、一、 PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导型半导体和体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了交界面处就形成了PN 结。结。4.2 PN结的单向导电性P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E漂移运动漂移运动扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐

11、加宽，空间电荷区越宽。荷区越宽。内电场越强，就使漂移内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。间电荷区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。漂移运动漂移运动P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。+空间空间电荷电荷区区N型区型区P型区型区电位电位VV01.1.空间电荷区中没有载流子。空间电荷区中没有载流子。2.2.空间电荷

12、区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍P P中的空穴中的空穴. .N区区 中中的电子（的电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散运扩散运动动）。）。3.3.P 区中的电子和区中的电子和 N区中的空穴（区中的空穴（都是少都是少），），数量有限，因此由它们形成的电流很小。数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意注意: :二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性 PN 结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意思都是的意思都是： P 区区加正、加正、N 区加负电压。区加负电压。 PN 结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： P区区加负、加负、N 区

13、加正电压。区加正电压。+RE1 1、PN 结正向偏置结正向偏置内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成的扩散加强能够形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。2 2、PN 结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被加强，多子的内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电只能形成较小的反向电流。流。RE4.3 半导体二极管半导体二极管一、基本结构一、基本结构PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线

14、引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型PN二极管的电路符号：二极管的电路符号： 二、伏安特性二、伏安特性UI死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿反向击穿电压电压UBR三、主要参数三、主要参数1. 最大整流电流最大整流电流 ICM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。正向平均电流。2. 反向击穿电压反向击穿电压UBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向

15、导电性被破坏，甚至流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压压URWM一般是一般是UBR的一半。的一半。3. 反向电流反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。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流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。几

16、百倍。以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是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、主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。保护等等。四、四、 稳压二极管稳压二极管UIIZIZmax UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定。定。+-UZ动态电阻：动态电阻：rz越小，稳越小，稳压性能越好。压性能越好。（2）稳定电流稳定电流IZ、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（3）最大允许功耗）最大允许功耗稳压二极管的参数稳压二极管的参数:（1）稳定电压稳定电压 UZ整流电路的作用整流电路的作用

17、: : 将将交流交流电压转变为脉动的电压转变为脉动的直流直流电压。电压。 常见的整流电路：常见的整流电路： 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流；半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流；可控和不可控整流等。可控和不可控整流等。整流原理：整流原理： 利用二极管的单向导电性和晶闸管的可控性利用二极管的单向导电性和晶闸管的可控性4.4 单相整流电路单相整流电路交流交流直流直流整流整流逆变逆变下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节一、单相半波整流电路一、单相半波整流电路 +aTrDuou2bRLio+u1uDO u2 正半周，正半周，VaVb，二极管二极管D导通；导通；

18、u2 负半周，负半周，Va Vb， 二极管二极管D 截止截止 。u tOO(1) (1) 整流电压平均值整流电压平均值 Uo(2) (2) 整流电流平均值整流电流平均值 Io(3) (3) 流过二极管电流平均值流过二极管电流平均值 ID(4) (4) 二极管的最高反向电压二极管的最高反向电压URm整流二极管的选择：整流二极管的选择： 平均电流平均电流I ID 与最高反向电压与最高反向电压URm 是选择整流二极管的主要依据。是选择整流二极管的主要依据。IF ID ， UR URm 电路及工作原理电路及工作原理下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节二、单相桥式整流电路二、单相桥

19、式整流电路u1D4D2D1D3RLuou2+aTbu2正半周:VaVb，uo= u2D1和和D3导通导通,+aTbu1D4D2D1D3RLuou2u2负半周:VaIC，UCE 0.3V称为饱称为饱和区。和区。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止区：截止区： UBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 四、主要参数四、主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应

20、地还有共基、共公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC，则则交流电流交流电流放大倍数放大倍数为：为：1. 电流放大倍数电流放大倍数和和 2.集集- -基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，受温流，受温度的变化度的变化影响。影响。BECNN

21、PICBOICEO= IBE+ICBO IBE IBEICBO进入进入N区，形成区，形成IBE。根据放大关系，根据放大关系，由于由于IBE的存的存在，必有电流在，必有电流 IBE。集电结反集电结反偏有偏有ICBO3. 集集- -射极反向截止电流射极反向截止电流ICEOICEO受温度影响很受温度影响很大，当温度上升大，当温度上升时，时，ICEO增加很快增加很快，所以，所以IC也相应也相应增加。增加。三极管的三极管的温度特性较差温度特性较差。4.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的下降，当当 值下降到正常值的三分之二时的集电

22、极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值时，超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。6. 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管， 所发出的焦耳所发出的焦耳 热为：热为：PC =ICUCE 必定导致结温必定导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(

23、BR)CEO安全工作区安全工作区4.7 基本放大电路基本放大电路 放大器的作用：把微弱的电信号（电压、电流放大器的作用：把微弱的电信号（电压、电流和功率）放大到所需的量级。和功率）放大到所需的量级。一、电路组成一、电路组成下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回共发射极基本电路共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+ 二、各元件的作用二、各元件的作用晶体管晶体管T-放大元件放大元件, , iC= iB。要保证集要保证集电结反偏电结反偏, ,发射结正发射结正偏偏, ,使晶体管工作在使晶体管工作在放大区放大区 。基极电源基极电源EB与基极与基极电阻电阻RB-使发

24、射结使发射结 处于正偏，并提供处于正偏，并提供大小适当的基极电大小适当的基极电流。流。ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回集电极电源集电极电源EC -为为电路提供能量。并保电路提供能量。并保证集电结反偏。证集电结反偏。集电极电阻集电极电阻RC-将将电流放大转变为电电流放大转变为电压放大。压放大。耦合电容耦合电容C1 、C2 -隔离输入、输出隔离输入、输出与放大电路的直流与放大电路的直流联系，使交流信号联系，使交流信号顺利输入、输出。顺利输入、输出。信信号号源源负载负载共发射极基本电路共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2

25、T+RL+ui+uo+下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回单电源供电电路单电源供电电路共发射极基本电路共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE直流量直流量：大写字母，大写下标大写字母，大写下标，如如 IB交流交流量：小写字母，小写下标量：小写字母，小写下标，如如 ib混合量：小写字母，大写下标混合量：小写字母，大写下标，如如 iB下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回iB = IB + ib三、放大电路的基本工作原理三、放大电路的基本工作原理静态：

26、未加输入信号时放大器的工作状态。静态：未加输入信号时放大器的工作状态。 动态：加上输入信号时放大器的工作状态。动态：加上输入信号时放大器的工作状态。下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节 uCE = UCC iC RC uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uo1、 放大电路的静态分析放大电路的静态分析1)1)静态工作点的确定静态工作点的确定(1)(1)图解法图解法 静态工作点：在晶体三极管输入、输出特性上所静态工作点：在晶体三极管输入、输出特性上所对应的工作点对应的工作点 Q ( (I IB、IC、UCE ) )。由电路结构由电路结构 IB Q输入特性输

27、入特性由由IB值值 一条曲线一条曲线输出特性输出特性下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节直流负载线（直流负载线（UCEUCCICRC)相交相交 Q (2)(2)估算法估算法下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节当当UBE 0 、UGK0时时T1导通导通ib1 = i giC1 = ig = ib2ic2 =ib2 = ig = ib1T2导通导通形成正反馈形成正反馈晶闸管迅速导通；晶闸管迅速导通；T1进一步导通进一步导通晶闸管开始工作时晶闸管开始工作时 ，UAK加反向电压，加反向电压，或不加触发信号（即或不加触发信号（即UGK = 0 ）；）；晶闸管导

28、通后，晶闸管导通后， UGK，去掉去掉依靠正反馈，依靠正反馈，晶闸管仍维持导通状态；晶闸管仍维持导通状态；晶闸管截止的条件：晶闸管截止的条件：（1）（2）晶闸管正向导通后，令其截止，必须晶闸管正向导通后，令其截止，必须减小减小UAK，或加大回路电阻，使晶闸管或加大回路电阻，使晶闸管中电流的正反馈效应不能维持。中电流的正反馈效应不能维持。结论结论晶闸管具有单向导电性晶闸管具有单向导电性（正（正晶闸管一旦导通，控制极失去作用晶闸管一旦导通，控制极失去作用。若使其关断，必须降低若使其关断，必须降低UAK或加大回路电阻，把阳极或加大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。电流减小到维持电流以下。 向导

29、通条件：向导通条件：A、K间加正向间加正向 电压，电压，G、K间加触发信号）；间加触发信号）；正向特性：正向特性： 控制极开路时，随控制极开路时，随UAK的加大，阳极电的加大，阳极电流逐渐增加。当流逐渐增加。当U = UDSM时，晶闸管自动导通。正时，晶闸管自动导通。正常工作时，常工作时， UAK应小于应小于 UDSM 。UDSM：断态不重复峰值电压断态不重复峰值电压，又称正向转折电压。，又称正向转折电压。U - 阳极、阴极间的电压阳极、阴极间的电压I - 阳极电流阳极电流反向特性反向特性：随反向电压的增加，反向漏电流：随反向电压的增加，反向漏电流稍有增加，当稍有增加，当U = URSM 时，

30、反向极击穿。正常时，反向极击穿。正常工作时，反向电压必须小于工作时，反向电压必须小于URSM。URSM ：反向不重复峰值电压反向不重复峰值电压。3、伏安特性、伏安特性UDRM：断态重复峰值电压断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。（晶闸管耐压值。一一般取般取 UDRM = 80% UDSM 。普通晶闸管普通晶闸管UDRM 为为 100V-3000V）URRM：反向重复峰值电压反向重复峰值电压。（控制极断路时，。（控制极断路时， 可以重复作用在晶闸管上的反向重复电可以重复作用在晶闸管上的反向重复电 压。一般取压。一般取URRM = 80% URSM。普通晶普通晶 闸管闸管URRM为为100V-300

31、0V） ITAV：通态平均电流通态平均电流。（环境温度为。（环境温度为40OC时时,在在 电阻性负载、单相工频电阻性负载、单相工频 正弦半波、正弦半波、导电导电角不小于角不小于170o的电路中，晶闸管允许的的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管最大通态平均电流。普通晶闸管ITAV 为为1A-1000A。）。）4、 主要参数主要参数ITAV含义说明含义说明it2ITAV主要参数（续）主要参数（续）UTAV ：通态平均电压通态平均电压。（管压降。在规定的条件。（管压降。在规定的条件 下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、 阴两极间的电压平均值。一般

32、为阴两极间的电压平均值。一般为1V左右。）左右。）IH：维持电流。维持电流。(在室温下，控制极开路、晶闸管在室温下，控制极开路、晶闸管 被触发导通后，维持导通状态所必须的最被触发导通后，维持导通状态所必须的最 小电流。一般为几十到一百多毫安。）小电流。一般为几十到一百多毫安。）UG、IG：控制极触发电压和电流。控制极触发电压和电流。（在室温下，（在室温下， 阳极电压为直流阳极电压为直流6V时，使晶闸管完全导通时，使晶闸管完全导通 所必须的最小控制极直流电压、电流所必须的最小控制极直流电压、电流 。一。一 般般UG为为1到到5V，IG为几十到几百毫安。）为几十到几百毫安。）晶闸管型号晶闸管型号通

33、态平均电压（通态平均电压（UTAV）额定电压级别（额定电压级别（UDRM）额定通态平均电流额定通态平均电流（ITAV）晶闸管类型晶闸管类型P-普通晶闸管普通晶闸管K-快速晶闸管快速晶闸管S -双向晶闸管双向晶闸管晶闸管晶闸管K二、二、 可控整流电路可控整流电路（一）一） 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1、电阻性负载电阻性负载电路及工作原理电路及工作原理设设u1为为正弦波正弦波 u2 0 时，时，加上触发电压加上触发电压 uG ，晶闸管导通晶闸管导通 。且。且 uL 的大小随的大小随 uG 加入的早晚而变化；加入的早晚而变化； u2 R时时， ILAV在整个周期中可近似在整个周期中可近

34、似看做直流看做直流。LR Uo= =（二）（二） 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路1、电阻性负载桥式可控整流电路电阻性负载桥式可控整流电路（1）电路及工作原理电路及工作原理u2 0的导通路径：的导通路径：u2 (A)T1RLD2u2 (B)T1、T2 -晶闸管晶闸管D1、D2 -晶体管晶体管T1T2D1D2RLuLu2AB+-T2RLD1u2 (A)u2 (B)u2 u 时，时， uo = +Uo(sat) u+ u 时，时， uo = + Uo(sat) u+ 0 ui = Ui 13)“3)“非非非非” ” 门电路门电路门电路门电路 1 0逻辑表达式：逻辑表达式：Y=A10AY“

35、“非非非非” ” 门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表逻辑符号逻辑符号1AY4 4）“ “与非与非与非与非” ” 门电路门电路门电路门电路有有“0”出出“1”，全，全“1”出出“0”“ “与与与与” ”门门门门&ABCY&ABC“ “与非与非与非与非” ”门门门门00010011101111011001011101011110ABYC“ “与非与非与非与非” ” 门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表Y=A B C逻辑表达式：逻辑表达式：逻辑表达式：逻辑表达式： 1Y“ “非非非非” ”门门门门5 5）“ “或非或非或非或非” ” 门电路门电路门电路门电路有有“1”出出“

36、0”，全，全“0”出出“1”1Y“ “非非非非” ”门门门门00010010101011001000011001001110ABYC“ “或非或非或非或非” ” 门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表“ “或或或或” ”门门门门ABC 1“ “或非或非或非或非” ”门门门门YABC 1Y=A+B+C逻辑表达式：逻辑表达式：逻辑表达式：逻辑表达式： 例：根据输入波形画出输出波形例：根据输入波形画出输出波形例：根据输入波形画出输出波形例：根据输入波形画出输出波形ABY1有有“0”出出“0”，全全“1”出出“1”有有“1”出出“1”，全全“0”出出“0”&ABY1 1ABY2Y21 1）常

37、量与变量的关系）常量与变量的关系）常量与变量的关系）常量与变量的关系2 2、逻辑代数运算法则、逻辑代数运算法则、逻辑代数运算法则、逻辑代数运算法则2 2）逻辑代数的基本运算法则）逻辑代数的基本运算法则）逻辑代数的基本运算法则）逻辑代数的基本运算法则自等律自等律自等律自等律0-10-1律律律律重叠律重叠律重叠律重叠律还原律还原律还原律还原律互补律互补律互补律互补律交换律交换律交换律交换律2. 2. 逻辑代数的基本运算法则逻辑代数的基本运算法则逻辑代数的基本运算法则逻辑代数的基本运算法则普通代数普通代数普通代数普通代数不适用！不适用！不适用！不适用！证证证证: :结合律结合律结合律结合律分配律分配

38、律分配律分配律A+1=1 A A=A.110011111100反演律反演律反演律反演律列状态表证明：列状态表证明：AB00011011111001000000吸收律吸收律吸收律吸收律(1) A+AB = A (2) A(A+B) = A对偶式对偶式对偶式对偶式对偶关系：对偶关系：对偶关系：对偶关系： 将某逻辑表达式中的将某逻辑表达式中的将某逻辑表达式中的将某逻辑表达式中的与与与与( )( )换成或换成或换成或换成或 (+)(+)，或，或，或，或(+)(+)换成与换成与换成与换成与( )( )，得到一个新的逻辑表得到一个新的逻辑表得到一个新的逻辑表得到一个新的逻辑表达式，即为原逻辑式的达式，即为

39、原逻辑式的达式，即为原逻辑式的达式，即为原逻辑式的对偶式对偶式对偶式对偶式。若原逻辑恒等若原逻辑恒等若原逻辑恒等若原逻辑恒等式成立，则其对偶式也成立。式成立，则其对偶式也成立。式成立，则其对偶式也成立。式成立，则其对偶式也成立。证明证明：A+AB = A（3）（4）对偶式对偶式对偶式对偶式（5）（6）对偶式对偶式对偶式对偶式4.10.2 触发器触发器特点：特点：特点：特点：1 1、有、有、有、有两个稳定状态两个稳定状态两个稳定状态两个稳定状态“0”态态态态和和“1”态态；2、能根据输入信号将触发器置成能根据输入信号将触发器置成能根据输入信号将触发器置成能根据输入信号将触发器置成“ “0”0”或

40、或或或“ “1”1”态态态态；3 3、输入信号消失后，被置成的、输入信号消失后，被置成的、输入信号消失后，被置成的、输入信号消失后，被置成的“0”或或“1”态态态态能能能能 保存下来，即具有记忆功能。保存下来，即具有记忆功能。保存下来，即具有记忆功能。保存下来，即具有记忆功能。双稳态触发器：双稳态触发器：双稳态触发器：双稳态触发器： 是一种具有记忆功能是一种具有记忆功能是一种具有记忆功能是一种具有记忆功能的逻辑单元电路，它能储存的逻辑单元电路，它能储存的逻辑单元电路，它能储存的逻辑单元电路，它能储存一位二进制码。一位二进制码。一位二进制码。一位二进制码。1 1、R RS S 触发器触发器触发器

41、触发器两互补输出端两互补输出端1 1）基本）基本）基本）基本 R RS S 触发器触发器触发器触发器两输入端两输入端&Q QQ Q.G1&.G2S SD DR RD D 正常情况下，正常情况下，正常情况下，正常情况下，两输出端的状态两输出端的状态两输出端的状态两输出端的状态保持相反。通常保持相反。通常保持相反。通常保持相反。通常以以以以Q Q端的逻辑电端的逻辑电端的逻辑电端的逻辑电平表示触发器的平表示触发器的平表示触发器的平表示触发器的状态，即状态，即状态，即状态，即Q Q=1=1，Q Q=0=0时，称为时，称为时，称为时，称为“ “1”1”态；反之为态；反之为态；反之为态；反之为“ “0”0

42、”态。态。态。态。反馈线反馈线 触发器输出与输入的逻辑关系触发器输出与输入的逻辑关系100 01设触发器原态设触发器原态为为“1”态。态。翻转为翻转为“0”态态(1) SD=1，RD = 01 10 01 10 0Q QQ Q.G1&.&G2S SD DR RD D设原态为设原态为“0”态态10 00 01 11 11 10触发器保持触发器保持“0”态不态不变变复位复位0 0 结论结论: 不论不论 触发器原来触发器原来 为何种状态，为何种状态， 当当 SD=1， RD=0时时， 将使将使触发器触发器 置置“0”或称或称 为为复位复位。Q QQ Q.G1&.&G2S SD DR RD D0 01

43、 1设原态为设原态为“0”态态0 01 11 11 10 00翻转为翻转为“1”态态(2) SD=0，RD = 1Q QQ Q.G1&.&G2S SD DR RD D设原态为设原态为“1”态态01 11 10 00 00 01触发器保持触发器保持“1”态不态不变变置位置位1 1 结论结论: 不论不论 触发器原来触发器原来 为何种状态，为何种状态， 当当 SD=0， RD=1时时， 将使将使触发器触发器 置置“1”或称或称 为为置位置位。Q QQ Q.G1&.&G2S SD DR RD D1 11 1设原态为设原态为“0”态态0 01 10 00 01 11保持为保持为“0”态态(3) SD=1

44、，RD = 1Q QQ Q.G1&.&G2S SD DR RD D设原态为设原态为“1”态态11 11 10 00 00 01触发器保持触发器保持“1”态不态不变变1 1 当当 SD=1， RD=1时时， 触发器保持触发器保持 原来的状态，原来的状态， 即即触发器具触发器具 有保持、记有保持、记 忆功能忆功能。Q QQ Q.G1&.&G2S SD DR RD D110011111110若若G1先翻转，则触发器为先翻转，则触发器为“0”态态“1”态态(4) SD=0，RD = 0 当信号当信号SD= RD = 0同时变为同时变为1时，由时，由于与非门的翻转于与非门的翻转时间不可能完全时间不可能完

45、全相同相同，触发器状触发器状态可能是态可能是“1”态，态，也可能是也可能是“0”态，态，不能根据输入信不能根据输入信号确定。号确定。Q QQ Q.G1&.&G2S SD DR RD D10若先翻转若先翻转若先翻转若先翻转基本基本基本基本 R RS S 触发器状态表触发器状态表触发器状态表触发器状态表逻辑符号逻辑符号R RD D(Reset Direct)-(Reset Direct)-直接置直接置直接置直接置“0”“0”端端端端( (复位复位复位复位端端端端) )S SD D(Set Direct)-(Set Direct)-直接置直接置直接置直接置“1”“1”端端端端( (置位端置位端置位端

46、置位端) )QQSDRDSDRDQ1 0 0 置置00 1 1 置置11 1 不变不变 保持保持0 0 同时变同时变 1后不确定后不确定功能功能低电平有效低电平有效低电平有效低电平有效2 2）可控）可控）可控）可控 RSRS 触发器触发器触发器触发器基本基本R-S触发器触发器导引电路导引电路& G4SR& G3C.& G1& G2.SDRDQQ时钟脉冲时钟脉冲时钟脉冲时钟脉冲当当C=0时时011 R R，S S 输入状态输入状态输入状态输入状态 不起作用。不起作用。不起作用。不起作用。 触发器状态不变触发器状态不变触发器状态不变触发器状态不变11.& G1& G2.SDRDQQ& G4SR&

47、G3C S SD D，R RD D 用于预置触用于预置触用于预置触用于预置触发器的初始状态，发器的初始状态，发器的初始状态，发器的初始状态， 工作过程中应处于工作过程中应处于工作过程中应处于工作过程中应处于高电平，对电路工作高电平，对电路工作高电平，对电路工作高电平，对电路工作状态无影响。状态无影响。状态无影响。状态无影响。被封锁被封锁被封锁被封锁被封锁被封锁被封锁被封锁当当 C = 1 时时1打开打开触发器状态由触发器状态由触发器状态由触发器状态由R R，S S 输入状态决定。输入状态决定。输入状态决定。输入状态决定。11打开打开打开打开触发器的翻转触发器的翻转触发器的翻转触发器的翻转时刻受

48、时刻受时刻受时刻受C C控制控制控制控制（C C高电平时高电平时高电平时高电平时翻转）翻转）翻转）翻转），而触而触而触而触发器的状态由发器的状态由发器的状态由发器的状态由R R，S S的状态的状态的状态的状态决决决决定。定。定。定。.& G1& G2.SDRDQQ& G4SR& G3C当当 C = 1 时时1打开打开打开打开(1) S=0, R=00011触发器保持原态触发器保持原态触发器状态由触发器状态由R，S 输入状态决定。输入状态决定。11打开打开打开打开.& G1& G2.SDRDQQ& G4SR& G3C1101010(2) S = 0, R= 1触发器置触发器置“0”(3) S =

49、1, R= 0触发器置触发器置“1”11.& G1& G2.SDRDQQ& G4SR& G3C1110011110若先翻若先翻若先翻若先翻若先翻若先翻若先翻若先翻Q=1Q=011(4) S =1, R= 1当时钟由当时钟由 1变变 0 后后 触发器状态不定触发器状态不定11.& G1& G2.SDRDQQ& G4SR& G3C可控可控可控可控RSRS状态表状态表状态表状态表0 0 SR0 1 01 0 11 1 不定不定Qn+1QnQ Qn n时钟到来前触发器的状态时钟到来前触发器的状态时钟到来前触发器的状态时钟到来前触发器的状态Qn+1时钟到来后触发器的状态时钟到来后触发器的状态逻辑符号逻辑

50、符号QQSR CSDRDC C高电平时触发器状态由高电平时触发器状态由高电平时触发器状态由高电平时触发器状态由R R、S S确定确定确定确定跳转跳转例：例：例：例：画出可控画出可控画出可控画出可控 R RS S 触发器的输出波形触发器的输出波形触发器的输出波形触发器的输出波形R RS SC C不定不定不定不定可控可控可控可控 R RS S状态表状态表状态表状态表C C高电平时触发器高电平时触发器高电平时触发器高电平时触发器状态由状态由状态由状态由R R、S S确定确定确定确定QQ0 010 0 SR0 1 01 0 11 1 不定不定Qn+1Qn存在问题：存在问题：存在问题：存在问题： 时钟脉

51、冲不能过宽，否则出现空翻现时钟脉冲不能过宽，否则出现空翻现时钟脉冲不能过宽，否则出现空翻现时钟脉冲不能过宽，否则出现空翻现象，即在一个时钟脉冲期间触发器翻象，即在一个时钟脉冲期间触发器翻象，即在一个时钟脉冲期间触发器翻象，即在一个时钟脉冲期间触发器翻转一次以上。转一次以上。转一次以上。转一次以上。C克服办法：采用克服办法：采用克服办法：采用克服办法：采用 JKJK 触发器或触发器或触发器或触发器或 D D 触发器触发器触发器触发器0 0 SR 0 1 0 1 0 1 1 1 不定不定Qn+1QnQ=SQ=R2 2、主从、主从、主从、主从JKJK触发器触发器触发器触发器1 1 1 1）电路结构）

52、电路结构）电路结构）电路结构从触发器从触发器主触发器主触发器反反反反馈馈馈馈线线线线C C CF主主JKRS CF从从QQQSDRD1互补时互补时钟控制钟控制主、从主、从触发器触发器不能同不能同时翻转时翻转2 2）工作原理）工作原理）工作原理）工作原理01F F主主主主打开打开打开打开F F主主主主状态由状态由状态由状态由J J、K K决决决决定，接收信号并定，接收信号并定，接收信号并定，接收信号并暂存。暂存。暂存。暂存。F F从从从从封锁封锁封锁封锁F F从从从从状态保持不变。状态保持不变。状态保持不变。状态保持不变。01C CRS CF从从QQQSDRD1 CF主主JKC C0110状态保

53、持不变。状态保持不变。状态保持不变。状态保持不变。从触发器的状态取从触发器的状态取从触发器的状态取从触发器的状态取决于主触发器，并决于主触发器，并决于主触发器，并决于主触发器，并保持主、从状态一保持主、从状态一保持主、从状态一保持主、从状态一致，因此称之为主致，因此称之为主致，因此称之为主致，因此称之为主从触发器。从触发器。从触发器。从触发器。F F从从从从打开打开打开打开F主主封锁封锁0RS CF从从QQQSDRD1 CF主主JKC C01C01010010C高电平时触发器接高电平时触发器接收信号并暂存（即收信号并暂存（即F主主状态由状态由J、K决定，决定，F从从状态保持不变）。状态保持不变

54、）。要求要求C高电平期间高电平期间J、K的状态保持不变。的状态保持不变。C下降沿下降沿( )触发器触发器翻转翻转（ F从从状态与状态与F主主状态一致）。状态一致）。C低电平时低电平时,F主主封锁封锁J、K不起作用不起作用CRS CF从从QQQSDRD1 CF主主JKC 01RS CF从从QQQSDRD1 CF主主JKC C010分析分析分析分析JKJK触发器触发器触发器触发器的逻辑功能的逻辑功能的逻辑功能的逻辑功能(1)J=1, K=1 设触发器原设触发器原态为态为“0”态态翻转为翻转为“1”态态11 0110101001状态不变状态不变状态不变状态不变主从状主从状主从状主从状态一致态一致态一

55、致态一致状态不变状态不变状态不变状态不变01RS CF从从QQQSDRD1 CF主主JKC C010(1)J=1,K=110设触发器原设触发器原态为态为“1”态态为为“？”状态状态J=1, K=1时，每来时，每来一个时钟脉冲，状一个时钟脉冲，状态翻转一次，态翻转一次，即具即具有计数功能。有计数功能。(1)J=1, K=1跳转跳转01RS CF从从QQQSDRD1 CF主主JKC C010(2)J=0，K=1 设触发器原设触发器原态为态为“1”态态翻转为翻转为“0”态态01 100101011001设触发器原设触发器原态为态为“0”态态为为“？”态态01RS CF从从QQQSDRD1 CF主主J

56、KC C010(3)J=1，K=0 设触发器原设触发器原态为态为“0”态态翻转为翻转为“1”态态10 011010100101设触发器原设触发器原态为态为“1”态态为为“？”态态RS CF从从QQQSDRD1 CF主主JKC C010(4)J=0，K=0 设触发器原设触发器原态为态为“0”态态保持原态保持原态00 010001保持原态保持原态保持原态保持原态保持原态保持原态保持原态保持原态RS CF从从QQQSDRD1 CF主主JKC C01001结论：结论：结论：结论：C高电平时高电平时F主主状态状态由由J、K决定，决定，F从从状状态不变。态不变。C下降沿下降沿( )触发器触发器翻转翻转（

57、F从从状态与状态与F主主状态一致）。状态一致）。3 3）JKJK触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能Qn10 0 1 1 1 0 0Qn0 0 0 1 0 01 0 1 1Q Qn+1n+1Q Qn nS S R R 0 1C高电平时高电平时F主主状态状态由由J、K决定，决定，F从从状状态不变。态不变。C下降沿下降沿( )触发器触发器翻转翻转（ F从从状态与状态与F主主状态一致）。状态一致）。 J J K K Q Qn n Q Qn+1 n+1 0 00 0 0 1 0 1 1 01 0 1 11 1 JKJK触发器状态表触发器状态表触发器状态表触发器状态表0 1

58、0 1 0 1 0 1 J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 Qn JKJK触发器状态表触发器状态表触发器状态表触发器状态表( (保持功能保持功能保持功能保持功能) ) ( (置置置置“ “0”0”功能功能功能功能) ) ( (置置置置“ “1”1”功能功能功能功能) ) (计数功能计数功能计数功能计数功能)C C下降沿触发翻转下降沿触发翻转下降沿触发翻转下降沿触发翻转S SD D 、 R RD D为直接置为直接置为直接置为直接置 1 1、置、置、置、置 0 0 端，不受时钟控制，端，不受时钟控制，端，不受时钟控制，端，不受时钟控制，低电平有效，低电平有效，低电平有效

59、，低电平有效，触发器工作时触发器工作时SD 、 RD应接高电平。应接高电平。逻辑符号逻辑符号逻辑符号逻辑符号 CQJKSDRDQ例：例：JK 触发器工作波形触发器工作波形CJKQ下降沿触发翻转下降沿触发翻转基本基本R-S触发器触发器导引电路导引电路& G2& G1QQSDRD& G3& G4& G5& G6CD3 3、维持阻塞、维持阻塞、维持阻塞、维持阻塞 D D 触发器触发器触发器触发器1 1 1 1）电路结构）电路结构）电路结构）电路结构反反馈馈线线跳转跳转& G2& G1QQSDRD& G3& G4& G5& G6CD2 2）逻辑功能逻辑功能逻辑功能逻辑功能01（1 1）D D = 0=

60、 01触发器状态不变触发器状态不变触发器状态不变触发器状态不变0当当当当C C = 0= 0时时时时110当当当当C C = 1= 1时时时时0101触发器置触发器置触发器置触发器置“ “0 0” ”封锁封锁封锁封锁在在在在C C = 1= 1期间期间期间期间，触发器保持触发器保持触发器保持触发器保持“ “0 0” ”不变不变不变不变& G2& G1QQSDRD& G3& G4& G5& G6CD2 2）逻辑功能逻辑功能逻辑功能逻辑功能01（1 1）D D = 1= 10触发器状态不变触发器状态不变触发器状态不变触发器状态不变1当当当当C C = 0= 0时时时时111当当当当C C = 1=

61、 1时时时时0110触发器置触发器置触发器置触发器置“ “1 1” ”封锁封锁封锁封锁在在在在C C = 1= 1期间期间期间期间，触发器保持触发器保持触发器保持触发器保持“ “1 1” ”不变不变不变不变封锁封锁封锁封锁D D触发器状态表触发器状态表触发器状态表触发器状态表D Qn+1 0101上升沿触上升沿触上升沿触上升沿触发翻转发翻转发翻转发翻转逻辑符号逻辑符号D CQQRDSDC C上升沿前接收信号，上升沿前接收信号，上升沿前接收信号，上升沿前接收信号，上升沿时触发器翻转，上升沿时触发器翻转，上升沿时触发器翻转，上升沿时触发器翻转，（ 其其其其Q Q的状态与的状态与的状态与的状态与D D状态状态状态状态一致；但一致；但一致；但一致；但Q Q的状态总比的状态总比的状态总比的状态总比D D的状态变化晚一步，的状态变化晚一步，的状态变化晚一步，的状态变化晚一步，即即即即Qn+1 =Dn；上升沿后上升沿后上升沿后上升沿后输入输入输入输入 D D不再起作用，不再起作用，不再起作用，不再起作用，触发器状态保持。触发器状态保持。触发器状态保持。触发器状态保持。 即即即即( (不会空翻不会空翻不会空翻不会空翻) )结论：结论：结论：结论：