模拟电子技术 第3章

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1、第三章第三章 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路主要内容主要内容半导体的基本知识半导体的基本知识PNPN结的形成结的形成半导体二极管及其性质与参数半导体二极管及其性质与参数特殊二极管特殊二极管半导体材料及特性半导体材料及特性半导体的共价键结构半导体的共价键结构本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体、空穴及其导电作用杂质半导体杂质半导体 3.1 3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 半导体是一种导电特性位于导体和绝缘体之间的半导体是一种导电特性位于导体和绝缘体之间的物质物质,典型的半导体有硅典型的半导体有硅Si和锗和锗Ge以及砷化镓以及砷化镓GaAs等。等。掺杂性掺杂性：二极管

2、、三极管、场效应管等：二极管、三极管、场效应管等热敏性热敏性：热敏电阻：热敏电阻光敏性：光敏性：光敏电阻，光敏二极管、光敏三极管等。光敏电阻，光敏二极管、光敏三极管等。一、半导体材料及特性一、半导体材料及特性一、半导体材料及特性一、半导体材料及特性1. 1. 什么叫半导体？什么叫半导体？什么叫半导体？什么叫半导体？2. 2. 半导体材料的特性及应用半导体材料的特性及应用半导体材料的特性及应用半导体材料的特性及应用+4+4+4+4晶体结构晶体结构原子结原子结构构1. 本征半导体的共价键结构（硅与锗）本征半导体的共价键结构（硅与锗）二、本征半导体二、本征半导体二、本征半导体二、本征半导体纯净的半导

3、体晶体，纯净的半导体晶体，如：硅与锗如：硅与锗共价键共价键中的两个电子称为束缚电子外层轨道外层轨道电子，称电子，称为价电子为价电子共价键形成后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳共价键形成后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。并且，定结构。并且，使原子规则排列，形成晶体。使原子规则排列，形成晶体。2. 本征激发本征激发 在在T = 0 K（绝绝对对零零度度）和和无无外外界界激激发发，本本征征半半导导体体没没有有自自由由运运动动的的带带电电粒粒子子载载流流子子，因因而而不不能能导导电；电；+4+4+4+4A、T = 0 K （绝对零（绝对零度）和无外界激发时度）和无外界激发时自由电子自由

4、电子空穴空穴束缚电子束缚电子+4+4+4+4本征激发本征激发温度升温度升高高 由由于于温温度度上上升升，电电子子获获得得能能量量后后，少少数数共共价价键键中中的的束束缚缚电电子子挣挣脱脱束束缚缚成成为为自自由由电电子子，留留下下空空穴穴，称为称为本征激发本征激发，又称为，又称为热激发热激发。B、温、温度上升时度上升时半导体中的两种载流子：半导体中的两种载流子：+4+4+4+4不受束缚的电不受束缚的电子，称为自由子，称为自由电子电子共价键的空共价键的空位，称为位，称为空空穴穴摆脱束缚摆脱束缚束缚电子束缚电子半导体中的两种载流子：半导体中的两种载流子：由由于于自自由由电电子子与与空空穴穴的的有有序

5、序移移动动将将产产生生电电流流，因因而而称自由电子与空穴为半导体中的两种载流子；称自由电子与空穴为半导体中的两种载流子； 电电子子载载流流子子是是带带负负电电的的粒粒子子； 空空穴穴是是电电子子离离开开后产生的共价键空位，因而带正电；后产生的共价键空位，因而带正电；本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，数本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，数目相等。目相等。载载流流子子浓浓度度决决定定半半导导体体的的导导电电性性能能，浓浓度度越越高高，导电性能越好。导电性能越好。 温温度度越越高高，载载流流子子数数量量增增加加，导导电电能能力力越越强强，因因而具有热敏性。而具有热敏性。本本征征半半导导体体受

6、受热热激激发发只只产产生生少少量量电电子子空空穴穴对对，载载流子浓度很低，外加电场作用，电流极其微弱；流子浓度很低，外加电场作用，电流极其微弱；本征激发的特点本征激发的特点结论结论本征半导体外层电子构成稳定的共价键结本征半导体外层电子构成稳定的共价键结构，使原子规则排列，形成晶体。构，使原子规则排列，形成晶体。在在本征激发下，能产生少量的载流子，具本征激发下，能产生少量的载流子，具有微弱的导电作用。有微弱的导电作用。其导电性能具有热敏性，其导电性能具有热敏性，温度越高，载流温度越高，载流子的浓度越高，导电能力越强。子的浓度越高，导电能力越强。二、杂质半导体二、杂质半导体二、杂质半导体二、杂质半

7、导体半导体具有掺杂性，若半导体具有掺杂性，若在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入微量杂质，则导电性能大为改观，掺入百万分微量杂质，则导电性能大为改观，掺入百万分之一之一的杂质，载流子浓度增加的杂质，载流子浓度增加1百万倍。百万倍。 N N型半导体型半导体掺入五价杂质元素（如磷）掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。的半导体。 P P型半导体型半导体掺入三价杂质元素（如硼）的掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。半导体。1. N型半导体型半导体 形成形成本征掺杂：本征掺杂： 本征半导体本征半导体得到大量自由电子得到大量自由电子（无空穴）（无空穴）磷磷(5价价)本征激发：本征激发：得到少量得到少量 电子空

8、穴对电子空穴对 特点特点a. 自由电子为多数载流子（自由电子为多数载流子（多子多子） 空穴为少数载流子（空穴为少数载流子（少子少子）；）；b. 磷原子被称为施主杂质，本身因磷原子被称为施主杂质，本身因失去电子而成为正离子。失去电子而成为正离子。 N型半导体可简化成型半导体可简化成+图232. P型半导体型半导体 形成形成本征掺杂：本征掺杂： 本征半导体本征半导体得到大量空穴得到大量空穴（无自由电子）（无自由电子）硼硼(3价价)本征激发：本征激发：得到少量电子空穴对得到少量电子空穴对 特点特点a. 空穴为多数载流子空穴为多数载流子 （多子多子） 自由电子为少数载流子（自由电子为少数载流子（少子少

9、子）；）；b. 硼原子被称为受主杂质，本身因硼原子被称为受主杂质，本身因获得电子而成为负离子。获得电子而成为负离子。 P型半导体可简化成型半导体可简化成图25结论通通过过在在半半导导体体材材料料中中加加入入杂杂质质，可可以以改改变变半半导导体体的载流子浓度，从而改变其导电特性。的载流子浓度，从而改变其导电特性。加加入入5价价元元素素的的杂杂质质，得得到到N型型半半导导体体，电电子子为为多多数载流子。数载流子。加加入入3价价元元素素的的杂杂质质，得得到到P型型半半导导体体，空空穴穴为为多多数载流子。数载流子。 3.2 PN 3.2 PN结的形成结的形成一、一、一、一、PNPNPNPN结的形成结的

10、形成结的形成结的形成用化学方法把用化学方法把N型半导体和型半导体和P型半导体结合在一起。型半导体结合在一起。P型型+N型型多子的扩散运动多子的扩散运动由于浓度差异引由于浓度差异引起的载流子运动，起的载流子运动，称之为扩散称之为扩散 当当扩扩散和散和漂移漂移达到动态平衡，即形成稳定的达到动态平衡，即形成稳定的PN结。结。 多子的扩散，使得结合区产生内电场多子的扩散，使得结合区产生内电场内电场作用一方面将阻碍多子的扩散，同时也引起少内电场作用一方面将阻碍多子的扩散，同时也引起少数载流子产生数载流子产生漂移漂移；+P型区型区N型区型区空间空间电荷区电荷区内电场内电场V0多子扩散多子扩散少子漂移少子漂

11、移由于电场的作用，由于电场的作用，而引起的载流子而引起的载流子运动，称之为漂运动，称之为漂移移N N型半导体和型半导体和P P型半导体结合型半导体结合 因浓度差因浓度差 空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 最后最后, ,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 PN结形成过程结形成过程二、二、二、二、PNPNPNPN结的符号结的符号结的符号结的符号把把PN结封壳，引线即成二极管。结封壳，引线即成二极管。其符号

12、和其符号和PN结相同。结相同。阳极阳极阴极阴极 3.3 3.3 半导体二极管半导体二极管一、二极管的结构一、二极管的结构 在在PNPN结上加上引线和封装，就成为一个二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有管。二极管按结构分有点接触型、面接触型点接触型、面接触型两大两大类。类。(1) (1) 点接触型二极管点接触型二极管(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 接触面积小，接触面积小，因而结间电容小，因而结间电容小，用于检波和变频等用于检波和变频等高频电路。缺点，高频电路。缺点，不能通过大电流不能通过大电流（a）面接触型）面接触型 （b）集成电路中的平

13、面型）集成电路中的平面型 （c）代表符号）代表符号 (2) (2) 面接触型二极管面接触型二极管(b)(b)面接触型面接触型接触接触面积大面积大，能通能通过大电流，缺点：过大电流，缺点：结间电容大结间电容大二、二极管（二、二极管（二、二极管（二、二极管（PNPNPNPN结）的单向导电性结）的单向导电性结）的单向导电性结）的单向导电性1. 正偏正偏: P + ，N PN结正向电阻很小。结正向电阻很小。 因此，正向电压使得扩散因此，正向电压使得扩散变强，并形成扩散电流，即变强，并形成扩散电流，即正向电流正向电流 IF ； VF ， IF ；12122 121PN VF IF图28P区空穴，区空穴，

14、N区电子得到补充区电子得到补充内电场变小内电场变小扩散变强扩散变强向空间电荷区持续扩散向空间电荷区持续扩散PN结变窄结变窄2. 反偏反偏 P ，N + PN结变宽（由结变宽（由11 到到22 ） PN结反向电阻很大。结反向电阻很大。 内电场变大（由内电场变大（由V0变到变到V0 + VF ） 形成漂移电流即反向（饱和）电流形成漂移电流即反向（饱和）电流 IS ；利于漂移，利于漂移，抑制扩散抑制扩散21211 212PN VR IF图19IR(或IS ) 在一定的温度条件下，由在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流定的，故少子形成的漂

15、移电流是恒定的，基本上与所加反向是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，电压的大小无关，这个电流也这个电流也称为称为反向饱和电流反向饱和电流。 结论： 由由于于在在正正向向电电压压作作用用下下，参参与与导导电电的的主主体体为为多多子子的扩散，因而，的扩散，因而，正向电流大，正向电流大，正向电阻小。正向电阻小。 由由于于在在反反向向电电压压作作用用下下，参参与与导导电电的的主主体体为为少少子子的漂移，因而，反的漂移，因而，反向电流小，向电流小，反向电阻大。二二极极管管(PN结结)正正向向电电阻阻小小，反反向向电电阻阻大大， 这这就就是是它的单向导电性。它的单向导电性。三、二极管的伏安特性三、二

16、极管的伏安特性三、二极管的伏安特性三、二极管的伏安特性I I = = f f ( (V V) )死区电压：硅死区电压：硅0.5V 锗锗OV(V)ISIFI(mA)+IV正向死区导通区反向截止区反向击穿区反响饱和电流反响饱和电流 正向导通区正向导通区IS ：反向饱和电流，受温度影响：反向饱和电流，受温度影响VT ：温度的电压当量：温度的电压当量 T =300K时，时， VT =26mV由于在导通区由于在导通区 V VT，因而，因而I 和和V成指数关系成指数关系 反向截止区反向截止区I = IS扩散电流扩散电流漂移电流漂移电流OV(V)ISIFI(mA)反向击穿区二极管（二极管（PNPN结）的结）

17、的反向击穿反向击穿 A、雪崩击穿雪崩击穿在在反反向向电电压压作作用用增增加加到到一一定定值值时时，强强电电场场大大大大增增加加了了自自由由电电子子与与空空穴穴的的数数量量，通通过过碰碰撞撞产产生生更更多多自自由由电电子子与空与空穴对，引起反向电流急剧增加穴对，引起反向电流急剧增加称为称为雪崩击穿雪崩击穿。强电场强电场载流子载流子破坏共价键破坏共价键载流子载流子碰撞碰撞ID在在杂杂质质浓浓度度较较高高的的PN结结空空间间电电荷荷区区中中存存在在一一个个强强电电场场，当当存存在在较较大大的的反反向向电电压压时时，内内电电场场叠叠加加外外电电场场，强强大大的的电电场场时时的的共共价价键键结结构构大大

18、量量被被破破坏坏，从从而而产产生生大大量量自自由由电电子子与与空空穴穴对对，形形成成较较大大的的反反向向电电流流称称为为齐齐纳纳击穿击穿。B、齐纳击穿、齐纳击穿强电场强电场载流子载流子破坏共价键破坏共价键载流子载流子碰撞碰撞ID高浓度杂质高浓度杂质强内电场强内电场反向电压反向电压B、电击穿电击穿与与热击穿热击穿当当PN结的热功率小于结的热功率小于PN结容许的耗散功率时，即：结容许的耗散功率时，即： 反向电压反向电压反向电流反向电流 PN结允许的耗散功率结允许的耗散功率 不不会会引引起起PN结结的的温温度度急急剧剧升升高高，这这时时的的击击穿穿是是可可逆逆的的称为称为电击穿电击穿，反之称为，反之

19、称为热击穿热击穿。 利利用用电电击击穿穿可可以以设设计计稳稳压压管管，而而在在设设计计中中必必须须避避免免热热击穿击穿四、二极管的直流参数四、二极管的直流参数四、二极管的直流参数四、二极管的直流参数1. 最大整流电流最大整流电流 IF：管子长期运行时，允许通过的最大正向管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流；平均电流；2. 反向击穿电压反向击穿电压 VBR与最大反相工作电压：VBR管子反向击穿时的电压值管子反向击穿时的电压值一般手册上给出的最高反向工作电压约为一般手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半。击穿电压的一半。OV(V)ISIFI(mA)反向击穿区VBR3.反向饱和电流反向

20、饱和电流IS管子未击穿时的反向电流，随温度变化而变化，硅管比锗管反相电流更小OV(V)ISIFI(mA)反向击穿区截止区截止区4.极间电容极间电容: 与结电阻处于并联状态，高频工作 时影响较大包括：势垒电容势垒电容CB与扩散电容与扩散电容CD二极管正向工作时主要取决于扩散电容扩散电容CD：二极管反向工作时主要取决于势垒电容势垒电容CB：CDCBPN8.最高工作频率等最高工作频率等7.反相恢复时间反相恢复时间5.耗散功率耗散功率Pr6.正相压降正相压降VF通过外加散热，可提高耗散功率通过外加散热，可提高耗散功率硅：，硅：， 锗：锗：例、设整流电路的电路如图所示，从表中选择合适的二例、设整流电路的

21、电路如图所示，从表中选择合适的二极管，其中，极管，其中，元件VF(V)Pr(W)VBR(V)1D0.70.6802D0.30.3603D0.30.180vivo+- 2.4 2.4 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一、图解分析法一、图解分析法一、图解分析法一、图解分析法1、将二极管当作负载，由电路求出二极管的负载方、将二极管当作负载，由电路求出二极管的负载方 程；程；vDOiD2在二极管的伏安特性上作负在二极管的伏安特性上作负载曲线；载曲线；Q3、负载线与伏安特性交点、负载线与伏安特性交点Q，为二极管工作点为二极管工作点,对应的电流与对应的电流与电压为二极管工作电流与电压电

22、压为二极管工作电流与电压 VD ID+ - VDvDOiD ID 1V 0.5V 1mA 0.5mA例、二极管特性曲线与应用电路如图所示，求二极管例、二极管特性曲线与应用电路如图所示，求二极管vD与与iDQ VD ID解：由解：由KVL方程，得：方程，得：因而，因而，因而，因而， 2.4 2.4 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二、模型分析法二、模型分析法二、模型分析法二、模型分析法1. 理想模型理想模型4. 小信号模型小信号模型3. 折线模型折线模型2. 恒压降模型恒压降模型vDOiDiD+vD正偏时，管子导通正向压降为正偏时，管子导通正向压降为0；反偏时，管子截止，电流

23、为反偏时，管子截止，电流为0；1. 理想模型理想模型伏安特性。伏安特性。2. 恒压降模型恒压降模型vDOiD(a)iD(b)+vD正偏时，正向压降为正偏时，正向压降为0.7V(硅硅) ，(V)称为称为导通电压导通电压，一般在一般在电流大于等于电流大于等于1mA时比较正确；时比较正确；反偏时，电流为反偏时，电流为0。3. 折线模型折线模型vDOiD(a)其中，其中，Vth为为门坎电压门坎电压V，锗约，锗约 rD的确定。的确定。当当iD =1mA，V。iD(b)+vDVthrD0.7 = Vth +1rD= 0.5 + rDrD将将V-I特性用折线来近似，导通时，有：特性用折线来近似，导通时，有：

24、4. 小信号模型小信号模型当二极管在特性曲线某点当二极管在特性曲线某点Q附近工作时，这时可附近工作时，这时可用用Q点的切线来近似点的切线来近似V-I特性，切线的斜率的倒数为小特性，切线的斜率的倒数为小信号的微变电阻，信号的微变电阻，即即图214vDOQVDvDiDIDiD称为静态工作点称为静态工作点 几个概念：几个概念：直流通路；直流通路；交流通路；交流通路；静态与动态。静态与动态。 求求 rd：如如 I = 2mA时，时， rd = 13 vDOQVDvDiDIDiD 工作在线性区，工作在线性区， 信号为微变量，信号为微变量， 且为低频信号。且为低频信号。 若二极管若二极管二极管可用微变电阻

25、二极管可用微变电阻rd代替。代替。+_iDvDrd图214(b)三、模型分析法应用举例三、模型分析法应用举例三、模型分析法应用举例三、模型分析法应用举例模型分析法可分析二极管电路的静态工作情模型分析法可分析二极管电路的静态工作情况，限幅电路、开关电路，低电压稳压等等。况，限幅电路、开关电路，低电压稳压等等。例例21 设电路如图，设电路如图，R=10K 。 VDD =10V，求电路求电路的的ID和和VD的值。的值。(每种情况都用理想模型、恒每种情况都用理想模型、恒压降模型、折线模型求解压降模型、折线模型求解)VDDvDR+_VDDvDiDR解：解：1、 理想模型：理想模型：D加正偏，加正偏，导通

26、时正向压降为导通时正向压降为0。2、 恒压降模型：导恒压降模型：导V。(V)+_3、折线模型、折线模型（硅）（硅）在二极管电流在二极管电流1mA附近，取：附近，取：VDDvDR+_例例22 用恒压降模型计算下图中流过二极管中用恒压降模型计算下图中流过二极管中的电流的电流 ID。5V3K3KAIDB10V解：解：把二极管以外的部分用一个电压源和一个把二极管以外的部分用一个电压源和一个电阻串联等效（运用戴维南定理）电阻串联等效（运用戴维南定理）2.5VAIDB1.5K二极管正向导通二极管正向导通其正向压降为。其正向压降为。若用折线模型若用折线模型5V3K3KAIDB10V例例23 一一限幅限幅电路

27、如下图，电路如下图，R=1K， VREF= 3V. 设设vi = 6sin tV。试绘出相应的输出电压试绘出相应的输出电压vo的波形。的波形。(用折线模型分析用折线模型分析)vivoVREF+_+_RD当当vi的幅值大于的幅值大于VREF + Vth时，管时，管子导通。子导通。vo = VREF + Vth + rD iD = 3.5 + 0.2 iD当当vi的幅值为的幅值为6V时，时， 管子导通时管子导通时vo的波形如蓝线所示。的波形如蓝线所示。否则，管子截止。否则，管子截止。 vo= vi。 vo波形如红线所示波形如红线所示vivo+_+_DrD0.2KRiDVREF0.5V解：解：折线模

28、型为折线模型为 t3.53.92vo6vi2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（6 6）小信号工作情况分析）小信号工作情况分析图示电路中，图示电路中，VDD = 5V，R = 5k ，恒压降模型的，恒压降模型的VD，vs t V。（。（1）求输）求输出电压出电压vO的交流量和总量；（的交流量和总量；（2）绘出）绘出vO的波形。的波形。 二极管应用之一二极管应用之一二极管的开关功能：二极管的开关功能： 将二极管断开，若阳、阴两极间所加的电压大于二将二极管断开，若阳、阴两极间所加的电压大于二极管的导通电压则闭合，否则关断。极管的导通电压则闭合，否则关断。vi1,vi2 取取 0或或5V只有只

29、有vi1,vi2 同时同时 取取 5V，输出才为输出才为5V，否则为，否则为0V数字电路中的数字电路中的与逻辑与逻辑二极管应用之二二极管应用之二低电压稳压功能：合理选择参数可低电压稳压功能：合理选择参数可获得低电压稳压功能，适用于获得低电压稳压功能，适用于34V以下（多只串联），以下（多只串联），当需稳压的数值较大时用稳压管。当需稳压的数值较大时用稳压管。稳压原理：正向导通电阻稳压原理：正向导通电阻较小，与较小，与R分压后对电压分压后对电压的波动不敏感。的波动不敏感。=0.7VSi二极管（a）电路图）电路图 （b）vs和和vO的波形的波形二极管应用之三二极管应用之三整流电路整流电路半波整流电路

30、半波整流电路全波整流电路全波整流电路vivovivo+-+-不考虑电容时的输出不考虑电容时的输出vo加入电容时的输出加入电容时的输出 2.5 2.5 特殊二极管特殊二极管一、齐纳二极管一、齐纳二极管一、齐纳二极管一、齐纳二极管( ( ( (稳压二极管稳压二极管稳压二极管稳压二极管) ) ) )1. 特点：特点： 利用齐纳击穿原理，掺入高浓度杂质（形成强内电场）利用齐纳击穿原理，掺入高浓度杂质（形成强内电场）反向击穿区很陡，主要作稳压器使用反向击穿区很陡，主要作稳压器使用2. 符号符号用用2CW，2DW命名命名+3. 伏安特性曲线伏安特性曲线：正向特性和普通二极管同正向特性和普通二极管同反向击穿

31、区曲线很陡，即动态电阻反向击穿区曲线很陡，即动态电阻 rZ 很小，稳压性很小，稳压性能越好。能越好。V(V)I(mA)O因此，动态电阻因此，动态电阻 rZ 越小，越小，稳压性能越好。稳压性能越好。(1) 稳定电压稳定电压VZ(2) 动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作在规定的稳压管反向工作电流电流IZ下，所对应的反向工作下，所对应的反向工作电压。电压。rZ = VZ / IZ(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM4. 稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数(5)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax (6)稳定电压温度系数稳定电压温度系数 VZ： 温度每升高温度每升高1度电压的变化

32、量。度电压的变化量。(4)最小稳定工作电流最小稳定工作电流 IZmin 保证稳压管齐拉击穿的最小电流。保证稳压管齐拉击穿的最小电流。5. 并联式稳压电路并联式稳压电路当负载变化时自动调节当负载变化时自动调节 输出电压稳定输出电压稳定R：限流电阻：限流电阻RLIOVOVOIZIR分压IR限流电阻选择原则限流电阻选择原则1、阻值的选择原则：保证提供最大负载电流的同时，保证稳压管、阻值的选择原则：保证提供最大负载电流的同时，保证稳压管的电流大于最小稳定工作电流，即：的电流大于最小稳定工作电流，即：2、额定功率的选择原则：必须保证电阻最大能耗值小于额定功率，、额定功率的选择原则：必须保证电阻最大能耗值

33、小于额定功率，并考虑一定的保险系数，即：并考虑一定的保险系数，即：R：限流电阻：限流电阻稳压管选择原则：稳压管选择原则：1、依据负载工作电压选择稳压管的稳压值、依据负载工作电压选择稳压管的稳压值 2、rz越小稳定性能越好越小稳定性能越好3、保证稳压管工作电流始终在最小稳定工作电流与最大稳定、保证稳压管工作电流始终在最小稳定工作电流与最大稳定工作电流之间，即：工作电流之间，即：R：限流电阻：限流电阻4、最大耗散功率大于稳压管最大能耗，即：、最大耗散功率大于稳压管最大能耗，即： 例例 设计一稳压电路，作为汽车用收音机的供电电源，已知收音机设计一稳压电路，作为汽车用收音机的供电电源，已知收音机工作电

34、源为工作电源为9V，最大功率，汽车电源电压范围为，选择合适，最大功率，汽车电源电压范围为，选择合适的稳压管的稳压管(IZmin、IZmax、VZ、PZM)与电阻与电阻(阻值与额定功率阻值与额定功率)。收音机解：解：取：取：I IZminZmin=5mA=5mA取取2 2倍以上的保险系数，电阻额定功率取倍以上的保险系数，电阻额定功率取1W1W在负载开路且在负载开路且V VI I最大时，最大时，I IZ Z最大：最大： 例例 电路如图，设电路如图，设R=180，VI=101V,RL=1k,稳压管的稳压管的Vz，IZT =10mA，rz=20，Izmin=5mA,求求V0解：解：VVZ Z=V=Vz

35、0z0+r+rZ ZI IZ Z将将V Vz z，I IzTzT代入可求得代入可求得 V Vz0z0n1由由KCL，得，得n1节点方程节点方程由由KVL，得回路方程，得回路方程又又VVZ Z=V=Vz0z0+r+rZ ZI IZ Z(1)(1)(2)(2)(3)(3)由由(1)(2)(3)(1)(2)(3)得：得：在在V VI I=9V=9V与与V VI I=11V=11V时可求得时可求得I Iz z，分别为与，分别为与，因而，因而，Vo=IVo=IZ Zr rz z例例 设硅稳压管设硅稳压管DZ1、 DZ2的稳定电压分别为的稳定电压分别为5V、10V，又已知，又已知DZ1、 DZ2V，求，求

36、V0解：解：(a) DZ1、 DZ2工作在工作在反向击穿区反向击穿区 V0 = 5 +10 =15V(b) DZ1、 DZ2工作在工作在正向导通区正向导通区 V0DZ1DZ2+ 25V1KV0(a)DZ1DZ2+ 25V1KV0(b) 由于稳压管稳压值变化较小，定性分析时，通由于稳压管稳压值变化较小，定性分析时，通常可看为恒定值。常可看为恒定值。二、二、 变容二极管变容二极管（a）符号）符号 （b）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度） 三、肖特基二极管三、肖特基二极管（a）符号）符号 （b）正向）正向V-I特性特性优点：电容小，电容小，响应响应速度快，适

37、合与高频速度快，适合与高频和开关状态；正向导和开关状态；正向导通电压较低。通电压较低。缺点：反向击穿电压反向击穿电压低，漏电流大。低，漏电流大。特点：阳极为金属材料，阳极为金属材料，阴极为阴极为N半导体；半导体； 多数多数载流子导电器件；耗尽载流子导电器件；耗尽区集中在区集中在N区，较薄；区，较薄；四、光电子器件四、光电子器件1. 光电二极管光电二极管 （a）符号）符号 （b）电路模型）电路模型 （c）特性曲线）特性曲线 在光照下，破坏共价键，载流子增多，从而反相电流增在光照下，破坏共价键，载流子增多，从而反相电流增大大 2. 2. 发光二极管发光二极管符号符号光电传输系统光电传输系统 用途：

38、用途：1、指示灯与显示器；、指示灯与显示器； 2、光传输系统；、光传输系统； 3、红外无线通讯、红外无线通讯3. 3. 激光二极管激光二极管（a）物理结构）物理结构 （b）符号）符号 用途：小功率设备中，如：光盘驱动，激光打印用途：小功率设备中，如：光盘驱动，激光打印本章小结本章小结1、半导体材料及特点，热敏性、光敏性与掺杂性；半导体材料及特点，热敏性、光敏性与掺杂性；2 2、2 2种载流子：自由电子与空穴的概念；种载流子：自由电子与空穴的概念；3 3、PNPN结形成及导电原理；结形成及导电原理；4 4、二极管、二极管(PN(PN结结) )的单相导电性与的单相导电性与V-IV-I特性；特性；5

39、 5、二极管器件性能指标；、二极管器件性能指标；6 6、二极管图解分析法；、二极管图解分析法；7 7、二极管模型分析法，、二极管模型分析法， 静态分析：理想模型、恒压降模型与折线模型；静态分析：理想模型、恒压降模型与折线模型； 动态分析：小信号模型动态分析：小信号模型8 8、特殊二极管：重点掌握稳压二极管、特殊二极管：重点掌握稳压二极管3.5.4 并联式稳压电路，要求输出电压并联式稳压电路，要求输出电压Vo=4V,输出电流输出电流Io=15mA, 输入直流电压输入直流电压VI=6V10%, 试选择稳压管型试选择稳压管型号和合适的限流电阻值，并验证他们的功率。号和合适的限流电阻值，并验证他们的功

40、率。选型思路：先计算确定电阻值，在计算确定稳压管参选型思路：先计算确定电阻值，在计算确定稳压管参数参数值，然后根据参数值差有关资料确定型号。数参数值，然后根据参数值差有关资料确定型号。阻值的选择原则：保证提供最大负载电流的同时，保证稳压管阻值的选择原则：保证提供最大负载电流的同时，保证稳压管的电流大于最小稳定工作电流，即：的电流大于最小稳定工作电流，即：考虑最坏情况下的功率消耗稳压管选择原则：稳压管选择原则：1、依据负载工作电压选择稳压管的稳压值、依据负载工作电压选择稳压管的稳压值4、满足以上条件的前提下，、满足以上条件的前提下，rz越小稳定性能越好越小稳定性能越好2、保证稳压管工作电流始终在

41、最小稳定工作电流与最大稳定、保证稳压管工作电流始终在最小稳定工作电流与最大稳定工作电流之间，即：工作电流之间，即：3、最大耗散功率大于稳压管最大能耗，即：、最大耗散功率大于稳压管最大能耗，即：解：解：稳压管型号可选择稳压管型号可选择2CW522CW52在负载开路且在负载开路且V VI I最大时，最大时，I IZ Z最大：最大：一般稳压管有：一般稳压管有：取取考虑一定的负载冗余，取考虑一定的负载冗余，取(1)(1)求求R R(2)(2)求求I IZmaxZmax与与P PZMZM(3)(3)求求P PRmaxRmax在在V VI I最大最大, ,而而V VZ Z最小时最小时，P PR R最大最大取取2 2倍余量，选择额定功率，阻值为倍余量，选择额定功率，阻值为5151的电阻的电阻若果使用Vz计算，在电路正常状态下可满足要求，没考虑到最坏情况。若果是先直接根据工作电压选定型号以后进行验证，求最大功率计算方法一样，但选错的概率高，经常要重选！