《晶体二极管》课件

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1、电子线路（线性部份）电子线路（线性部份）1.1 1.1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识1.3 1.3 晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法1.2 PN1.2 PN结结1.4 1.4 晶体二极管的应用晶体二极管的应用1.0 1.0 概述概述第一章第一章 晶体二极管晶体二极管电子线路：电子线路：指包含电子器件、并能对电信号指包含电子器件、并能对电信号实现某种处理的功能电路。实现某种处理的功能电路。第一章第一章 晶体二极管概述晶体二极管概述电路组成：电路组成：电子器件电子器件 + + 外围电路。外围电路。电子器件：电子器件：电子器件：电子器件：二极管、三极管、场效应管、集成电路。二极管

2、、三极管、场效应管、集成电路。外围电路：外围电路：外围电路：外围电路：直流电直流电( (压压) )源、电阻、电容、电流源等。源、电阻、电容、电流源等。模模拟拟信信号号：在在时时间间和和幅幅值值上上都都是是连连续续的的信信号号。处处理理模模拟拟信信号号的的电子电路电子电路, ,称称模拟电子线路（线性、非线性）。模拟电子线路（线性、非线性）。任务任务：不失真地传递信号不失真地传递信号(信息信息),或对信号进行处理。或对信号进行处理。半导体二极管的结构半导体二极管的结构(1) 点接触型二极管点接触型二极管1.0 1.0 概述概述(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图 PN

3、结面积小，结结面积小，结电容小，用于检波和电容小，用于检波和变频等高频电路。变频等高频电路。 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分二极管按结构分三大三大类类:点接触型、面接触型和平面型。点接触型、面接触型和平面型。(3) 平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造往往用于集成电路制造艺中。艺中。PN 结面积可大可小，结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。(2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。(b)(b)面接触型面接触型(c)(c

4、)平面型平面型(4) 二极管的代表符号二极管的代表符号构成构成: :实质上就是一个实质上就是一个PN结。结。PNPN结结+ +引线引线+ +管壳管壳半导体半导体二极管二极管（简称二极管）（简称二极管）PN+-阳极阳极阳极阳极阴极阴极阴极阴极二极管的几种外形二极管的几种外形 特性：特性：单向导电性。单向导电性。半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片点接触型点接触型 面接触型面接触型平面型平面型1.0 1.0 概述概述晶体二极管结构及电路符号：晶体二极管结构及电路符号：PNPN结正偏（结正偏（结正偏（结正偏（P P接接接接+ +、N N接接接接- - -

5、-），D D导通。导通。导通。导通。PN正极正极负极负极晶体二极管的主要特性：晶体二极管的主要特性：单方向导电特性单方向导电特性PNPN结反偏（结反偏（结反偏（结反偏（N N接接接接+ +、P P接接接接- - - -） ，D D截止。截止。截止。截止。即即主要用途：主要用途：用于整流、开关、检波电路中。用于整流、开关、检波电路中。（按（按电电导导率率分）分）导体：低价元素（如导体：低价元素（如CuCu铜铜、AIAI铝铝等）等）导电性能好导电性能好;绝缘体：高价元素（如惰性气体）绝缘体：高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如或高分子物质（如云母、云母、橡胶）橡胶）导电性能极差导电性能极差;半导

6、体：四价元素半导体：四价元素( (如如SiSi、GeGe等等) )。导体导体: :电阻率电阻率? ?低于低于1010-3-3cmcm的物质。的物质。绝缘体绝缘体: :电阻率电阻率? ?高于高于10109 9cmcm的物质。的物质。1.1 1.1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识半导体：半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。1、硅、硅 ( Si ) 、2、锗、锗 ( Ge ) 原子结构及简化模型：原子结构及简化模型：+14284+32 2 8418+4价电子价电子惯性核惯性核3、砷化镓、砷化镓GaAs等。等。GeSi 一、硅和锗的单晶称为一、硅和锗的

7、单晶称为本征半导体本征半导体。它们是。它们是制造半导体器件的基本材料。制造半导体器件的基本材料。+4+4+4+4+4+4+4+4 硅和锗共价键结构示意图：硅和锗共价键结构示意图：共价键共价键1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体化学成分纯净的、在物理化学成分纯净的、在物理结构上呈单晶体形态。结构上呈单晶体形态。电子空穴对电子空穴对q当当T升高或光线照射时升高或光线照射时产生产生成对的成对的自由电子空穴。自由电子空穴。q因共价键具有很强的结合力，当因共价键具有很强的结合力，当T=0KT=0K和无外界影响和无外界影响时，无自由移动的电子，即时，无自由移动的电子，即没有载流子没有载流子？，不导

8、电。，不导电。这种现象称为这种现象称为注意：注意：空穴的出现是半导体区别于导体的重要特征。空穴的出现是半导体区别于导体的重要特征。本征激发本征激发。 二、本征激发和复合二、本征激发和复合 载流子：载流子：在电场下，能运载电荷形成电流的在电场下，能运载电荷形成电流的带电粒子。如自由电子。带电粒子。如自由电子。在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，价键的束缚成为自由电子，同时，在原来共价键同时，在原来共价键的相应位置留下一个空位的相应位置留下一个空位( (空穴空穴) )的过程。的过程。 当当原原子子中中的的价价电电子子激激发发为为自自由

9、由电电子子时时，原原子子中中留留下空位，同时原子因失去价电子而带正电。下空位，同时原子因失去价电子而带正电。 当邻近原子中的价电子不断填补这些空位时，形当邻近原子中的价电子不断填补这些空位时，形成一种运动，可等效看作是成一种运动，可等效看作是空穴的运动空穴的运动。见后图。见后图。注意：注意：空穴运动方向与价电子填补方向相反。空穴运动方向与价电子填补方向相反。自由电子自由电子 带负电带负电半导体中有两种导电的载流子半导体中有两种导电的载流子 空穴的运动空穴的运动空空 穴穴 带正电带正电复复合合: :自自由由电电子子和和空空穴穴在在运运动动中中相相遇遇重重新新结结合成对消失的过程。合成对消失的过程

10、。空穴的移动空穴的移动空穴空穴自由电子自由电子温度一定时：温度一定时： 激发与复合在某一热平衡值上达到动态平衡激发与复合在某一热平衡值上达到动态平衡。v 三、热平衡载流子浓度三、热平衡载流子浓度热平衡载流子浓度：热平衡载流子浓度：本征半导体中本征半导体中本征激发本征激发产生自由电子空穴对。产生自由电子空穴对。电子和空穴相遇释放能量电子和空穴相遇释放能量复合。复合。T导电能力导电能力ni或光照或光照热敏特性热敏特性光敏特性光敏特性(1-1-1) (1-1-1) v 一、一、N N型型（电子型）（电子型）半导体：半导体：1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体+4+4+5+4+4N型半导体型半

11、导体多子多子自由电子自由电子少子少子空穴空穴自由电子自由电子本征半导体掺入少量本征半导体掺入少量五价五价元素（元素（如磷、砷、锑等）如磷、砷、锑等）构成构成 多余的一个多余的一个价电子处于共价价电子处于共价键之外，束缚力键之外，束缚力较弱而成为自由较弱而成为自由电子。电子。特点：特点：特点：特点：有两种载流子；有两种载流子；有两种载流子；有两种载流子；主要靠自由电子导电。主要靠自由电子导电。主要靠自由电子导电。主要靠自由电子导电。 v 二、二、P P型型（空穴型）（空穴型）半导体半导体+4+4+3+4+4P型半导体型半导体少子少子自由电子自由电子多子多子空穴空穴空空 穴穴本征半导体中掺入少量本

12、征半导体中掺入少量三价三价（铝、硼、锢）（铝、硼、锢）元素构成。元素构成。 这种杂质原子这种杂质原子能吸收电子，称为能吸收电子，称为“受主杂质受主杂质”。 P型半导体的特点：型半导体的特点： 有两种载流子，有两种载流子，有两种载流子，有两种载流子，即自由电子和空穴。空即自由电子和空穴。空即自由电子和空穴。空即自由电子和空穴。空穴是多子，自由电子是穴是多子，自由电子是穴是多子，自由电子是穴是多子，自由电子是少子；少子；少子；少子； 主要靠空穴导电。主要靠空穴导电。主要靠空穴导电。主要靠空穴导电。注意注意注意注意P P 型半导体和型半导体和型半导体和型半导体和N N型半导体仍呈电中性，只起电阻作用

13、。型半导体仍呈电中性，只起电阻作用。型半导体仍呈电中性，只起电阻作用。型半导体仍呈电中性，只起电阻作用。 三、杂质半导体中（三、杂质半导体中（多子和少子多子和少子）热平衡载流子热平衡载流子 浓度？浓度？N型半导体型半导体（质量作用定理）（质量作用定理）（电中性方程）（电中性方程）P型半导体型半导体杂质半导体呈电中性杂质半导体呈电中性少子浓度取决于温度。少子浓度取决于温度。ni多子浓度取决于掺杂浓度。多子浓度取决于掺杂浓度。P6,例例3：杂质补偿：杂质补偿：掺入不同的杂质（相反性质），：掺入不同的杂质（相反性质），可改变导电类型。可改变导电类型。电子型，电子型，空穴型。空穴型。五价五价（磷、砷、

14、锑等）。（磷、砷、锑等）。(1-1-2) (1-1-2) (1-1-3) (1-1-3) (1-1-4) (1-1-4) (1-1-5) (1-1-5) 掺入杂掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下的影响，一些典型的数据如下:例例13。 T=300 K室温下室温下, ,本征硅的电子和空穴浓度本征硅的电子和空穴浓度: : (1-1-1) ni = n = p =1.51010/cm31 本征硅的原子浓度本征硅的原子浓度: : 4.961022/cm3 3以上三个浓度基本上依次相差以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。 2例例1。掺杂后掺杂

15、后, N 型半导体中型半导体中(多子多子)自由电子浓自由电子浓度度: n=81016/cm3， 少子少子2.8103/cm3 杂杂质对半导体导电性的影响质对半导体导电性的影响例例3 3：硅，五价，：硅，五价，N N型；再三价（浓度更高），型；再三价（浓度更高），P P型。型。杂质补偿。杂质补偿。1.1.3 1.1.3 两种导电机理两种导电机理漂移和扩散漂移和扩散 载流子在电场作用下的运动载流子在电场作用下的运动,称为称为漂移运动，漂移运动，所形所形成的电流，称为成的电流，称为漂移漂移电流。看书电流。看书P1-1-6P1-1-6图。图。P、N。漂移电流密度漂移电流密度总漂移电流密度：总漂移电流密

16、度：迁移率迁移率漂移与漂移电流漂移与漂移电流外加电场，外加电场，(少子少子)定向运动。定向运动。注意注意注意注意: :(1-1-6) (1-1-6) (1-1-7) (1-1-7) (1-1-8) (1-1-8) 电导率：电导率： 半导体的电导率半导体的电导率电阻：电阻：电压：电压： V = E l电流：电流： I = S Jt+ - -V长度长度l截面积截面积S电场电场EI(1-1-9) (1-1-9) 载流子在浓度差作用下的运动，称为载流子在浓度差作用下的运动，称为扩散运动，扩散运动，所形成所形成的电流，称为的电流，称为扩散电流。扩散电流。P、N。P10,P10,导导/ /半区别半区别,

17、, 有有/ /无电场无电场 = = 有有/无无 电荷量差。电荷量差。浓度差。浓度差。扩散电流密度扩散电流密度: 扩散与扩散电流扩散与扩散电流N N 型型 硅硅光照光照n(x)p(x)载流子浓度载流子浓度xnopo光照或恒温，光照或恒温，浓度差，浓度差，(多子多子)定向运动。定向运动。注意注意注意注意: :(1-1-10) (1-1-10) (1-1-11) (1-1-11) 0少子漂移少子漂移多子扩散形成多子扩散形成较大较大的正向电流的正向电流IPNPN结导通结导通I电压电压V V 电流电流I I 正向接法正向接法或或正向偏置正向偏置P14, I ,P N补充失去的。补充失去的。 二、二、PN

18、PN结反偏结反偏伏安伏安伏安伏安特性特性：P+N内建电场内建电场E Elo- +- +VPN结结反偏反偏阻挡层变宽阻挡层变宽内建电场增强内建电场增强少子漂移少子漂移多子扩散多子扩散少子少子漂移漂移形成形成微小微小的反向电流的反向电流IRPNPN结截止结截止状态状态状态状态IRI IR R与与V V 近似无关。近似无关。温度温度T T 电流电流I IR R结论：结论：PNPN结具有单方向导电结具有单方向导电特性特性。反向接法反向接法或或反向偏置反向偏置P14, IR ,N P，书，书 VD(on)时时 随着随着V 正向正向R R很小很小 I PNPN结导通；结导通；V 0？V 6V) ) 形成原

19、因形成原因: : P,N P,N 少子，碰撞电离少子，碰撞电离。V(BR)ID(mA)V(V)形成原因形成原因: : 场致激发。场致激发。 发生条件发生条件PNPN结掺杂浓度较高结掺杂浓度较高 ( (lo o较窄较窄) )外加反向电压较小外加反向电压较小( (6V) ) 热击穿热击穿不可逆不可逆Izmax电击穿电击穿可逆可逆Izmin（1-2-5）机会多机会多机会多机会多. .因为因为T 载流子运动的平均自由路程载流子运动的平均自由路程 V(BR)(BR) 。 三、击穿电压的温度特性三、击穿电压的温度特性 雪崩击穿电压雪崩击穿电压具有正温度系数。具有正温度系数。 齐纳击穿电压齐纳击穿电压具有负

20、温度系数。具有负温度系数。因为因为T 价电子获得的能量价电子获得的能量 V(BR)(BR) 。四、稳压二极管四、稳压二极管（简称稳压管）（简称稳压管）VZID(mA)V(V)IZminIZmax+- -VZ Z 利用利用PNPN结的反向击穿特性，结的反向击穿特性，可可制成稳压二极管。制成稳压二极管。 要求：要求：Izmin Iz 少子漂移少子漂移几千几千PF几十几十PF 1.2.4 PN结的电容效应结的电容效应 (1) 势垒电容势垒电容CT 反偏反偏势垒电容示意图势垒电容示意图扩散电容示意图扩散电容示意图(2)(2)扩散电容扩散电容C CD D 正偏正偏 三、三、PN结结电容电容 PNPN结反

21、偏时结反偏时，CT CD ，则则 Cj CT PN结总电容：结总电容： Cj = CT + CD PN结正偏时，结正偏时，CD CT ，则则 Cj CD故：故：PN结正偏时，以结正偏时，以CD为主。为主。 故：故：PNPN结结反偏时，以反偏时，以CT为主。为主。通常：通常：CD 几十几十PF 几千几千PF。通常：通常：CT 几几PF 几十几十PF。 四、变四、变容容二极管：二极管：应用应用:电调谐等电调谐等(高频高频)。(1-2-13) (1-2-13) 1.3 1.3 晶体二极管电路的分析方法晶体二极管电路的分析方法 晶晶体体二二极极管管的的内内部部结结构构就就是是一一个个PNPN结结。就就

22、其其伏伏安安特特性性而而言言，它它有有不不同同的的表表示示方方法法，或或者者表表示示为为不不同同形式的模型：四个。形式的模型：四个。 适用于任一工作状态的适用于任一工作状态的伏安伏安曲线模型；曲线模型； 便于计算机辅助分析便于计算机辅助分析(CAA)(CAA)的的数学模型；数学模型；直流简化电路模型；直流简化电路模型；交流小信号电路模型。交流小信号电路模型。 电路分析时采用的电路分析时采用的1.3.1 1.3.1 晶体二极管模型晶体二极管模型模型？例：模型？例：模型？例：模型？例：R R理想理想理想理想 ，V V太大？太大？太大？太大？f f太高太高太高太高, ,分布？噪声？分布？噪声？分布？

23、噪声？分布？噪声？一、数学模型一、数学模型伏安特性方程式伏安特性方程式理想模型：理想模型：修正模型：修正模型：串联串联r rS S 体电阻体电阻 + + 引线接触电阻引线接触电阻 + + 引线电阻引线电阻其中：其中：n 非理想化因子非理想化因子I I 正常时正常时: : n 1 1I I 过小或过大时过小或过大时:n:n 2 2注意：注意：考虑到阻挡层内产生的自由电子空穴对及表面考虑到阻挡层内产生的自由电子空穴对及表面漏电流的影响，实际漏电流的影响，实际I IS S理想理想I IS S。1.3.1 1.3.1 晶体二极管模型晶体二极管模型(1-3-1)(1-3-1) (1-2-6)(1-2-6

24、) 二、曲线模型二、曲线模型伏安特性曲线伏安特性曲线V(BR)I (mA)V(V)VD(on)-IS当当V VD(on)时时二极管二极管导通；导通；当当V VD(on)时时 二极管二极管截止；截止；当反向电压当反向电压V V (BR)时时 二极管二极管击穿。击穿。晶体二极管的伏晶体二极管的伏安特性曲线，通安特性曲线，通常由实测得到。常由实测得到。1、定义定义:理想二极管理想二极管uDiD符号及符号及等效模型等效模型SS(1)(1)正偏正偏, ,导通导通, ,短路短路,0,0；反偏反偏, ,V V0,0V0，则理想二极管，则理想二极管导通导通；反之，则截止。；反之，则截止。实际？实际？当电路有当

25、电路有多只多只正偏正偏的的二极管时，令正偏电压二极管时，令正偏电压最大最大的那的那只只二极二极管管优先导通（短路）优先导通（短路）后，后，再重新分析再重新分析其余管工其余管工作状态（作状态（导通或截止）导通或截止）。 题题1-131-13（1 1）参）参P40,P40,例例2 2：设二极管是理想的，求设二极管是理想的，求VAO值。值。图图(a)(a), ,题题1-13，假设假设D开路，则开路，则D D两端电压：两端电压： VD=V1V2= 6 12= 18 0V， VD2=V2( (V1) )=15V 0V 由于由于VD2 VD1 ，则，则D2优先导通优先导通。此时此时VD1= 6V 2V时，

26、时，D D导通，则导通，则vO O= =vivi 2V时，时，D D截止，则截止，则vO O=2VV VO O与与V VI I关系（关系（= =传输关系传输关系) ) 画出画出v vO O的波形。的波形。 +-DV+-+-2V100RvO Ovit620vi(V)vO O(V)t026VRVmvit0Vi VR时，二极管导通，时，二极管导通，v vo o=v=vi i。ViV1时，时，D1导通、导通、D2截止，截止，Vo=V1。ViV2时，时，D2导通、导通、D1截止，截止，Vo=V2。V2ViV1时，时，D1、D2均截止，均截止，Vo=Vi。简化电路分析法，书例简化电路分析法，书例2 2：P

27、28-29P28-29。例例6：画出二极管电路的传输特性（画出二极管电路的传输特性（VoVI）。）。 解：解： -VA25V ，D1导通，导通，D2截止。截止。 VA100V !VA100V，D D1 1、D D2 2均导通。均导通。V VO O=100V=100V，V VI I137.5V 137.5V ？AA先按先按D2D2截止计算。截止计算。VO限定在限定在100V100V，钳位（箝，钳位（箝位）位） 。VI25V75V100V25V50V100V125VVO50V75V150V0升级：升级：D1、D2极变化、极变化、 V1、V2极变极变化。化。题题1-20。三、小信号分析法三、小信号分

28、析法 1-141-14，1-171-17，1-18 1-18 将将电电路路中中的的二二极极管管用用小小信信号号电电路路模模型型代代替替，并并用用小小信号等效电路，分析电压或电流的变化量。信号等效电路，分析电压或电流的变化量。分析步骤：分析步骤： 将直流电源短路将直流电源短路（？），（？），画交流通路。画交流通路。 用小信号电路模型代替二极管，得小信号等效电路。用小信号电路模型代替二极管，得小信号等效电路。 用小信号等效电路分析电压与电流的变化量。用小信号等效电路分析电压与电流的变化量。 书例书例3 3：P28-29P28-29板书。叠加原理板书。叠加原理(P80)(P80)。求。求V，图，图(

29、b)无无VDD? V如如5.2mV?5.2mV?1.4 1.4 晶体二极管的应用晶体二极管的应用电电 源源变压器变压器整流整流电路电路滤波滤波电路电路稳压稳压电路电路vivO Otvitv1tv2tv3tvO O直流稳压电源系统的组成：1 1、整流电路、整流电路: :将工频交流电转为具有直流电成分的电流将工频交流电转为具有直流电成分的电流( (电压电压) )。2 2、滤波电路、滤波电路: :将脉动直流中的交流成分滤除，输出比较平滑的脉将脉动直流中的交流成分滤除，输出比较平滑的脉动直流成分。动直流成分。3 3、稳压电路、稳压电路: :进一步稳定，整流后的脉动直流电压。进一步稳定，整流后的脉动直流

30、电压。1.4 1.4 晶体二极管的应用晶体二极管的应用全波整流、半波全波整流、半波降压降压 一、整流电路一、整流电路1.4.1 1.4.1 整流与稳压电路整流与稳压电路D+-+-RvO Ovi当当vi 0V时，时，D D导通，则导通，则vO O= =vi当当vi 0V时，时，D D截止，则截止，则vO O=0V由由此此，利利用用二二极极管管的的单单向向导导电性，实现了电性，实现了半波整流半波整流。 平均值：平均值： VOt0vit0vO O设：设：单相半波整流电路单相半波整流电路+图：单相半波整流电路各处波形图：单相半波整流电路各处波形2 2、电容滤波电路电容滤波电路（半波）半波）（1）滤波原

31、理：）滤波原理：半波半波设：设：注意注意：二极管两端的电压二极管两端的电压 当当u2uc时，时，D导通导通 u0=uc=u2 (充电充电)(放电放电)当当u2uc时，时，D截止截止当当0tuc D导通，导通，u0=uc=u2当当t1tt2时，时，u2uc D截止；截止；当当t2tuc D导通，导通，u0=uc=u2（2）波形如图所示：）波形如图所示：变平些了。变平些了。半波半波2、电容滤波电路、电容滤波电路二极管中的电流二极管中的电流输出电压波形输出电压波形= =单向脉动直流电。单向脉动直流电。全波全波 二、稳压电路二、稳压电路T 、VI或或RL变化变化 IZ 限流电阻限流电阻R：保证稳压管工

32、作在保证稳压管工作在Izmin Izmax之间。之间。P31P31稳压原理：稳压原理： 但但VO恒定恒定 VZVO= VZ输出输出电压：电压：D+-+-RRLILVIVOIZI某原因某原因稳压管的伏安特性与模型稳压管的伏安特性与模型: :P31 P31 图图1-4-4 稳压管稳压管大、小信号模型。大、小信号模型。（a）伏安特性。）伏安特性。（b）等效电路。）等效电路。D+-+-RRLILVIVOIZIP31,P31,例例：V =10V1V，20 ，R=10k ，10mA，。，。求求(1)(1)、(2)(2)、( (3)3)、( (4)4)R RL L= =，当当 V 变化变化1V时，管电压时，

33、管电压(输出电压输出电压)变化如何？变化如何？( (5)5)-。解：（解：（1 1）输出电压：）输出电压：V VO OV VZ Z，（2)(32)(3）板书。）板书。（2）Izmax:V max ,Rmin, RL=, （3）Izmin:V minx ,Rmin 定定, RLmin, 1.4.2 1.4.2 限幅电路限幅电路( (或削波电路？或削波电路？）参题）参题1-201-20 V2viV1时，时，D1、D2截止截止, ,vo= =vi t0vit0vO OVi V1时，时，D1导通、导通、D2截止截止, ,vo= =V1 Vi V2时，时，D2导通、导通、D1截止截止, ,vo= -=

34、-V2 由此由此 ，电路实现双向限幅功能。，电路实现双向限幅功能。vO Ovi+-D1+-+-RD2V1-V2+-其中其中:V1为上为上限幅限幅(上门限上门限)电平电平单单(上上)限幅限幅, ,图图1-4-8(a)1-4-8(a) V2为下为下限幅限幅( (下门限下门限) )电平电平单单(下下)限幅限幅, ,图图1-4-8(b)1-4-8(b)V1-V2-V2V1（1 1）单向导电特性。）单向导电特性。图图1-4-9(a)1-4-9(a)vi25VvO50V0改改P33,P34，实际，实际， 理解。理解。应用：失真？应用：失真？S/NS/N。图图1-4-9(b)1-4-9(b)（2 2）反向击

35、穿特性。）反向击穿特性。稳压管，图稳压管，图1-4-101-4-10。（1 1）突出优点：抗干扰能力强，可大量传输信息，）突出优点：抗干扰能力强，可大量传输信息，且传输功耗小，工作可靠。且传输功耗小，工作可靠。IU照度增加照度增加 1.5 其他类型二极管其他类型二极管（光电子器件）光电子器件） 1 1、光敏二极管：例：光敏二极管：例：CCDCCD。光电二极管是远红外线接收管，光电二极管是远红外线接收管，是光能与电能进行转换的器件。是光能与电能进行转换的器件。PNPN结型光电二极管利用结型光电二极管利用PNPN结的光结的光敏特性，将接收到的光的变化转敏特性，将接收到的光的变化转换成电流（换成电流

36、（自由电子空穴对）自由电子空穴对）的变化。的变化。v应用：光信号与电信号之间的接口。应用：光信号与电信号之间的接口。1.5.2 1.5.2 光电二极管光电二极管1.5.1 1.5.1 肖特基二极管：高频高速电路。肖特基二极管：高频高速电路。 （2 2）结构：）结构：与普通与普通PNPN结二极管类似，但在其结二极管类似，但在其PNPN结结处，有玻璃窗口能接收外部的光照，处，有玻璃窗口能接收外部的光照，PNPN结在反向偏置结在反向偏置下工作，它的反向电流随光照强度增加而上升。下工作，它的反向电流随光照强度增加而上升。 （3 3）主要特点：主要特点：反向电流与照度成正比。无光照反向电流与照度成正比。

37、无光照时，反向电流很小，称为暗电流；有光照时，反向电时，反向电流很小，称为暗电流；有光照时，反向电流很大，称为光电流。流很大，称为光电流。2 2、发光发光二极管二极管（LEDLED） ： 是一种发光器件，由砼、砷等化合物制成的是一种发光器件，由砼、砷等化合物制成的PNPN结结在正偏导通时在正偏导通时PNPN结两侧的多子结两侧的多子直接复合直接复合，以光（，以光（红、红、黄、绿）黄、绿）的形式释放光能量。的形式释放光能量。 而普通而普通PNPN结在导通时以热的形式释放能量。结在导通时以热的形式释放能量。（4 4）光敏光敏二极管外形及表示符号：二极管外形及表示符号： 2 2、发光二极管、发光二极管

38、( (含含激光二极管激光二极管) )（1）类型）类型可见光可见光:红、黄、绿。红、黄、绿。不可见光不可见光:红外光。红外光。激光。激光。 （2） 外形及表示符号。外形及表示符号。 （3） 应用：显示电路。应用：显示电路。显示类型：显示类型：普通普通LEDLED，七段七段LED,LED,点阵点阵LEDLED。音响。音响EQEQ。可见光可见光 主要特点：主要特点：工作在正向偏置，在正向电流达到一工作在正向偏置，在正向电流达到一定值时发光。一般发光电流为几毫安到几十毫安。定值时发光。一般发光电流为几毫安到几十毫安。（4）发光发光二极管二极管(LED)原理原理 ： 发光二极管驱动电压低、功耗小、寿命长

39、、可发光二极管驱动电压低、功耗小、寿命长、可靠性高。靠性高。 当外加正向电压使得正向电流足够大时才发出一当外加正向电压使得正向电流足够大时才发出一定波长范围的光定波长范围的光, ,发光管可以发出从红外到可见波段发光管可以发出从红外到可见波段的光，电特性与一般二极管类似。开启电压较大，红的光，电特性与一般二极管类似。开启电压较大，红色的在之间，绿色的约为色的在之间，绿色的约为2V2V。3 3、光电耦合器光电耦合器 ：P37-38P37-38，光敏，光敏发光。发光。 （入与出）（入与出）电隔离电隔离。复复 习习 1. 二极管的等效电路二极管的等效电路折线化的等效电路折线化的等效电路微变等效电路微变

40、等效电路 2. 常用的二极管常用的二极管整流二极管整流二极管稳压二极管稳压二极管发光二极管发光二极管光电二极管光电二极管变容二极管变容二极管11.1 11.1 引言引言11.2 PSPICE11.2 PSPICE功能及特点功能及特点 11.3 PSPICE11.3 PSPICE的基本构成的基本构成11.4 PSPICE11.4 PSPICE文本描述文本描述11.5 PSPICE11.5 PSPICE窗口版的功能应用窗口版的功能应用 第一章附录第一章附录 PSPICE分析分析PSPICEPSPICE是机辅分析和设计的电子电路模拟软件。是机辅分析和设计的电子电路模拟软件。能进行模拟能进行模拟电路分

41、析、数字电路分析和模拟数字混合电路分析。电路分析、数字电路分析和模拟数字混合电路分析。 硬件设计实现之前，先对电路进行模拟分析，硬件设计实现之前，先对电路进行模拟分析，器件的模型、系统的调整、测试全由计算机完器件的模型、系统的调整、测试全由计算机完成。用户根据要求设置参数，计算机象扫频仪成。用户根据要求设置参数，计算机象扫频仪和示波器一样测试电路的频率响应和瞬态响应，和示波器一样测试电路的频率响应和瞬态响应，进行各种分析使电路达到最优。进行各种分析使电路达到最优。第一章附录第一章附录 PSPICE分析分析第一章附录第一章附录 PSPICE PSPICE功能及特点功能及特点 1 1）特点：）特点

42、： 节省时间，节省设备，产品一般性好，可节省时间，节省设备，产品一般性好，可靠性高，新产品更新快。靠性高，新产品更新快。2 2）功能：）功能：直流分析直流分析：计算工作点，计算直流小信号传输函：计算工作点，计算直流小信号传输函数数值分析值分析，直流扫描分析直流扫描分析,直流小信号灵敏度分析直流小信号灵敏度分析,计算直流转移特性曲线。计算直流转移特性曲线。交流分析交流分析：频域分析（幅频，相频）；噪声分析：频域分析（幅频，相频）；噪声分析（计算指定频率点上的噪声等效电平）。（计算指定频率点上的噪声等效电平）。瞬态分析瞬态分析：瞬态响应（绘不同信号的时域波形）；：瞬态响应（绘不同信号的时域波形）；

43、傅立叶分析（计算基波，谐波系数）。傅立叶分析（计算基波，谐波系数）。灵敏度分析灵敏度分析：计算元件参数变化引起电路输出变量：计算元件参数变化引起电路输出变量的变化（交、直流）。的变化（交、直流）。容差分析容差分析：蒙特卡罗（：蒙特卡罗（monte-carlo）分析。）分析。 （统计分析法）给定元件参数容差时，计算输出变量（统计分析法）给定元件参数容差时，计算输出变量的均值和标准偏差；最坏情况分析（的均值和标准偏差；最坏情况分析（Worst-Case）：）：参数处于容差边界的一种最坏组合情况下计算输出参数处于容差边界的一种最坏组合情况下计算输出的上界值和下限。的上界值和下限。温度特性分析温度特性

44、分析:通常在通常在27度进行分析，也可指定温度度进行分析，也可指定温度优化设计优化设计:给定电路拓扑结构和电路性能约束的情况给定电路拓扑结构和电路性能约束的情况下，确定元器件最佳参数组合。下，确定元器件最佳参数组合。PSPICEPSPICE的基本构成的基本构成PSPICEPSPICE文本描述文本描述1 1）电路描述）电路描述： 标题描述，标题描述， 电路描述（确定电路元件，节点，元件值，电路描述（确定电路元件，节点，元件值，元件模型，信号源），元件模型，信号源）， 分析功能描述，分析功能描述， 输出结果描述，输出结果描述， 结束描述结束描述 。PSPICEPSPICE窗口版的功能应用窗口版的功

45、能应用窗口版窗口版PSPICE目前已有版本，目前已有版本，1 1）原理图编辑器（）原理图编辑器（）放置元器件和画连线：放置元器件和画连线：选选Draw/Get New Part 屏幕出屏幕出现对话框，现对话框，在在标题为标题为Add Part中中:选选Browse/R 取电阻取电阻选选Browse/D 取二极管取二极管选选Browse/Q 取三极管取三极管选选Browse/AGND 取地线取地线选选Draw/wire 将元件连接好。将元件连接好。编辑元件属性：编辑元件属性：在元件上连击两下，出现在元件上连击两下，出现Editing Attribate的对话框，并键入相关参数，按的对话框，并键入

46、相关参数，按“Save Attr”和和OK按钮。按钮。存图：存图：选选File/Save（取名（取名Damp） 小结：小结：学习掌握一定的电路仿真模拟软件和设计软件，学习掌握一定的电路仿真模拟软件和设计软件，对于从事电子电路设计及相关领域的人员非常必要。直接使用对于从事电子电路设计及相关领域的人员非常必要。直接使用计算机软件模拟、分析、验证所设计的电路，可快速反映出电计算机软件模拟、分析、验证所设计的电路，可快速反映出电路的性能。根据需求，电路设计很容易被修正。同时，可有效路的性能。根据需求，电路设计很容易被修正。同时，可有效地节省开发产品的成本、时间。地节省开发产品的成本、时间。 近年来，随

47、着个人计算机的普及和近年来，随着个人计算机的普及和EDAEDA技术的发展，基于技术的发展，基于PCPC平台开发的平台开发的SPICESPICE相关电路模拟软件和用于大规模数字电路设相关电路模拟软件和用于大规模数字电路设计的开发软件越来越受到重视和欢迎。计的开发软件越来越受到重视和欢迎。 因各种软件的适用领域不同，作为从事电子行业的人员，因各种软件的适用领域不同，作为从事电子行业的人员，应该全面掌握一定的应该全面掌握一定的EDAEDA工具。工具。第一章附录第一章附录 PSPICE分析分析二、二、6种基本分析方法和种基本分析方法和7种高级分析种高级分析方法：方法： 直流工作点直流工作点(DC Op

48、erating Point)分析、分析、 交流频率交流频率(AC Frequency)分析分析 瞬态瞬态(Transient)分析分析 傅里叶傅里叶(Fourier)分析分析 失真失真(Distortion)分析分析 噪声噪声(Noise)分析分析 传递函数传递函数(Transfer Function)分析分析 零一极点零一极点(Pole-Zero)分析分析 灵敏度灵敏度(Sensitivity)分析分析 温度扫描温度扫描(Temperature Sweep)分析分析 参数扫描参数扫描(Parameter Sweep)分析分析 蒙特卡罗蒙特卡罗(Monte Carlo)分析分析 最坏情况最坏情

49、况(Worst Case)分析。分析。 一、一、Electronics Workbench (EWB)(现称为现称为MultiSim) 特点特点 EWBEWB介绍介绍 EWB EWB使用简介使用简介软件使用介绍软件使用介绍EWB的主要特点：的主要特点： 1. EWB 1. EWB提供交互式的提供交互式的SPICESPICE电路模拟，这种方式即电路模拟，这种方式即可增强可增强SPICESPICE的功能，也可发挥方便实用的人机图形界的功能，也可发挥方便实用的人机图形界面。面。 2. EWB 2. EWB具有完整的模拟电路分析、数字电路分析、具有完整的模拟电路分析、数字电路分析、模拟与数字电路混合分

50、析。模拟与数字电路混合分析。3. EWB3. EWB具有虚拟的仪表设备，包含波形函数产生具有虚拟的仪表设备，包含波形函数产生器、万用电表、示波器及逻辑分析仪等，可更具器、万用电表、示波器及逻辑分析仪等，可更具体的模拟实际的测量情况。体的模拟实际的测量情况。 分析方法小结分析方法小结二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法假设假设D截止（开路）截止（开路）求求D两端开路电压两端开路电压VD D正向导通正向导通- VBR IF ？D反向截止反向截止ID = 0VD = -10VD反向击穿反向击穿iD = ？vD = ？二极管状态判断方法二极管状态判断方法假设假设D截止截止(开路开路)，

51、求求D两端开路电压两端开路电压普通：热击穿损坏普通：热击穿损坏齐纳：电击穿齐纳：电击穿VD = - VBR= -40VVD 0VD正向导通？正向导通？-VBR V V V VD D D D（ONONONON），则可，则可，则可，则可用图（用图（用图（用图（a a a a）来等效二极管，则）来等效二极管，则）来等效二极管，则）来等效二极管，则I I I IDQV V V V/ / / /R R R R （2 2）若用图（若用图（若用图（若用图（b b b b）来等效）来等效）来等效）来等效二极管，则：二极管，则：二极管，则：二极管，则：取取取取V VD D= =V VD D（onon） （硅管）

52、（硅管）取取取取V VD D= =V VD D（onon） （锗管）（锗管） （3 3）若用图（若用图（若用图（若用图（c c c c）来等效二极管，则：）来等效二极管，则：）来等效二极管，则：）来等效二极管，则：一般地，近似分析时，多采用图（一般地，近似分析时，多采用图（b b）的等效电路。）的等效电路。求如图所示的求如图所示的I IDQDQ= =？例例9 9：1、稳压管稳压电路的稳压原理、稳压管稳压电路的稳压原理2、稳压管稳压电路的设计、稳压管稳压电路的设计1、UI的选择的选择 ： UI（23）UO2、稳压管的选择：稳压管的选择：UZUO IZMIZmin ILmax Ilmin3、限流电

53、阻的选择：限流电阻的选择：保证稳压管既稳压又不损坏。保证稳压管既稳压又不损坏。电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。第八章第八章 稳压电路稳压电路(1)(1)硅二极管稳压电路、硅二极管稳压电路、可控硅稳压电路。可控硅稳压电路。(2)(2)晶体管串联型稳压电路（分立元件）。晶体管串联型稳压电路（分立元件）。(3)(3)集成稳压电路。集成稳压电路。(4)(4)开关稳压电路。开关稳压电路。供电电源组成框图：供电电源组成框图： 稳压电路稳压电路按调整

54、器件的类型可分为按调整器件的类型可分为四种：四种：2.按调整器件的工作状态可分为：按调整器件的工作状态可分为： 线性稳压电路、开关稳压电路。线性稳压电路、开关稳压电路。 8-1 8-1 集成三端稳压器集成三端稳压器 将串联稳压电源和保护电路集成在一起就将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。集成稳压器有：输入端、输出是集成稳压器。集成稳压器有：输入端、输出端和公共端，称三端集成稳压器。端和公共端，称三端集成稳压器。 集成稳压器符号集成稳压器符号外形图外形图一、概述 1. 1. 外形及使用要求：外形及使用要求： 正电压（正电压（78系列）和负系列）和负电压（电压（79系列）输出引脚排列

55、各不相同。系列）输出引脚排列各不相同。二、三端固定输出集成稳压器8-1 8-1 集成三端稳压器集成三端稳压器81 集成稳压电路集成稳压电路1.串联式稳压电路串联式稳压电路 元件作用元件作用输出电压输出电压VO是靠调节调整管的管压降实现稳压。是靠调节调整管的管压降实现稳压。调整管调整管 足够大，工作在放大区。足够大，工作在放大区。一、串联式稳压电路类型与工作原理：一、串联式稳压电路类型与工作原理： 电路图电路图 工作原理工作原理2 . 改进型的串联式稳压电路：改进型的串联式稳压电路： 电路特点电路特点 电路图电路图 求下图输出电压：求下图输出电压： 输出电压调节范围。输出电压调节范围。二、稳压电

56、源的性能指标二、稳压电源的性能指标 1.输出电压及其调节范围输出电压及其调节范围8-2. 开关稳压电源开关稳压电源 将调整管工作在开关状态，控制开关启闭将调整管工作在开关状态，控制开关启闭时间，实现稳压。时间，实现稳压。一、一、 开关稳压电路工作原理开关稳压电路工作原理二、二、 不同变换器的开关稳压电路不同变换器的开关稳压电路三、三、 自激式开关稳压电路自激式开关稳压电路四、四、 集成开关电路控制器集成开关电路控制器X631. 框图框图2. 各点波形各点波形一、一、 开关稳压电路工作原理开关稳压电路工作原理3. 工作原理工作原理二、二、 不同变换器的开关稳压电路不同变换器的开关稳压电路1. 串

57、联式开关电路串联式开关电路 a) 调整管调整管T1导通时导通时 工作过程工作过程 组成框图及框图说明组成框图及框图说明c) 输出电压受误差放大器输出电压控制的过程输出电压受误差放大器输出电压控制的过程b) 调整管调整管T1截止时截止时2. 并联式开关电路并联式开关电路能量，在截止期间刚好释放完毕。能量，在截止期间刚好释放完毕。a) 串联式开关电路是降压式的，串联式开关电路是降压式的，VOVIb) 选择选择L值，应是调整管值，应是调整管T1导通期间在导通期间在L中存储的中存储的 基本电路基本电路 结论：结论：3. 变压器式开关电路变压器式开关电路 工作原理工作原理 基本电路基本电路三、三、 自激

58、式开关稳压电路自激式开关稳压电路1. 组成框图组成框图b) 交流电源与机壳隔离。交流电源与机壳隔离。a) 加不同匝数比的独立绕组，可得到各种辅助电流。加不同匝数比的独立绕组，可得到各种辅助电流。 优点优点 开关环路由电路自己的环路产生。开关环路由电路自己的环路产生。 由由A点反馈，加到误差放大器同相端产生自激。点反馈，加到误差放大器同相端产生自激。2. 各点工作波形各点工作波形第第1 1章章 直流稳压电源直流稳压电源小小 结结1.1.了解直流稳压电源系统的组成。了解直流稳压电源系统的组成。2.2.熟悉硅稳压管组成电路的工作原理及特点。熟悉硅稳压管组成电路的工作原理及特点。3.掌握串联型稳压电路

59、的工作原理。掌握串联型稳压电路的工作原理。4.了解稳压电路的保护措施。了解稳压电路的保护措施。5.熟悉稳压电路的质量指标。熟悉稳压电路的质量指标。6.熟悉集成三端稳压电路的应用。熟悉集成三端稳压电路的应用。7.掌握开关型稳压电路的分类和工作原理。掌握开关型稳压电路的分类和工作原理。1.1.直流稳压电源由哪几部分组成？直流稳压电源由哪几部分组成？2.2.怎样选择硅稳压管稳压电路中的限流电阻？怎样选择硅稳压管稳压电路中的限流电阻？3.3.串联型稳压电路的过流保护措施是什么？串联型稳压电路的过流保护措施是什么？4.4.稳压电路有哪些质量指标？稳压电路有哪些质量指标？5.5.三端固定输出集成稳压器和三端可调集成稳三端固定输出集成稳压器和三端可调集成稳压器的区别是什么？它们又分别有哪些应用？压器的区别是什么？它们又分别有哪些应用？思考题：思考题：第第1 1章章 直流稳压电源直流稳压电源