1、 本文由Tg九留贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第九章 晶体二极管与整流电路9.1 半导体的导电特性 PN结 9.2 PN结 9.3 晶体二极管9.4 稳压二极管 9.59. 6 晶体管 光电器件对于元器件，重点放在特性、参数、 对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和 正确使用方法，不要过分追究其内部机理。 正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器 件的目的在于应用。 件的目的在于应用。 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况， 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近 似，以便用简
2、便的分析方法获得具有实际意义的结 果。 对电路进行分析计 ， 要能 技术指标， 对电路进行分析计 ， 要能 技术指标， 就不要过分追究 确的数 。 就不要过分追究 确的数 。 器件是 性的、特性有分 性、 器件是 性的、特性有分 性、RC 的 有 工程 的 、 用合理 的方法。 、工程 的 、 用合理 的方法。9.1 半导体的导电特性半导体的导电特性 半导体的导电特性 性 ， 性 ，导电能 可 元件， 电) (可 元件， 电)。 光 性 到光currency1 ， 光 性 到光currency1 ，导电能 “ (可 光 元件，光 电、光 二极 光 元件，光 电、 光 fi极管fl) 管、光 f
3、i极管fl)。 性 的半导体 ， 性 的半导体 ，导电 能 ”“( 能 ”“(可不用的半导 体器件，二极管、fi极管和晶管fl 。 体器件，二极管、fi极管和晶管fl 。9.1.1 本半导体的、具有晶体结的半导体， 的、具有晶体结的半导体，本 半导体。 半导体。电 Si SiSi 晶体 的方 Si晶 的结 的 电，电。 的 电，电 电。本半导体的导电机理 电在获得 能 或光currency1 或光currency1 ， 可 的 ， 可 的 ， Si Si 由电 电 ， 由电 由电电 ， 留下 Si Si 正电 ， 正电 。 本 。 本 。 ， ，晶体 电 的 由电便 。 的 由电便 。 在电的
4、作用下， 在电的作用下， 的电 ， 在 ， ， 在 ，其结果 于 的 于正电的 。 于 的 于正电的 。由电本半导体的导电机理 半导体端 电压 ， 半导体端 电压 ，在半导体 部分电流 (1) 由电作 电电流 (1) 由电作 (2)电 电流(2)电 由电和 载流 载流。 由电和 载流。 由电和 对地 的 对地 的 ， 由电和 对地 的 ，又不断复 在下， 合。在 下，载流的 和复合达到 态 平衡，半导体 载流便维持 的数目。平衡，半导体 载流便维持 的数目。 注意 注意 (1) 本半导体 载流数目极少, 其导电性能很 ； 本半导体 载流数目极少, 其导电性能很 ； (2) ， 载流的数目 ,半
5、导体的导电性 ， 载流的数目 , 能也就 好。所以， 对半导体器件性能影响很大。 能也就 好。所以， 对半导体器件性能影响很大。9.1.2 N型半导体和 P 型半导体 N型半导体和在本半导体 微 的 元素 在本半导体 微 的 元素 , 形半导体。 形半导体。 在常 下 可 “ 由电 五元素 由电数目 Si Si 大， 余 大 ， 由电导电 电 半导体的主要导 p+ Si Si 电方 ， 电方 ，电半导体 画 型半导体。 或N型半导体。 失去 电“ 正离 在N 型半导体 由电 型半导体 由电 磷 是数载流， 是数载流， 是少数 载流。 载流。9.1.2 N型半导体和 P 型半导体 N型半导体和S
6、i SiSi BSi硼 接 电“ 离fi元素 数目大 ， ， 导电 半导体的主要导电方 ， 半导体或 P型半导体。 型半导体。 型半导体 是 在 P 型半导体 是 数载流， 数载流， 由电是少数 载流。 载流。画无论N型或P型半导体 是 性的，对不 电性。 无论N型或P型半导体 是 性的，对不 电性。1. 在半导体 的数 与 a 浓 、b. 有关。 a. 浓 、b. 有关。 2. 在半导体 少的数 与 b a. 浓 、b. 有关。 浓 、b. 有关。 3. ，少的数 ， c 减少、 不“、 。 a. 减少、b. 不“、c. 。 4. 在电压的作用下，P 型半导体 的电流 在电压的作用下， 主要
7、是 b ，N 型半导体 的电流主要是 a 。 a. 电电流、b. 电流 电电流、b. 电流 电流 9.2 PN结 PN结9.2.1 PN结的形 PN结的形P 型半导体 画间电区也 PN 结少的漂 内电越，漂 内电越， 越， 越， 漂使 间 电区“薄。 电区“薄。内电 N 型半导体+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩 和漂 对 反的 最终达到 态平衡， 态平衡， 间电区的厚 固 不“。 固不“。浓 形 间电区的扩 扩 的结果使 间电区“宽。 间电区“宽。9.2.2 PN结的 导电性 PN结的 导电性接正、 接 1. PN 结正 电压
8、正 偏置 P接正、N接 结正 电压 正 偏置 接正PN 结“窄 + + + + + + + + + + + + + + + + + +画P IF + 内电 电N内电被 削弱， 削弱， 的扩 ， 的扩 ， 形较大的 扩 电流。 扩 电流。PN 结正 电压 ，PN结“窄，正 电流较 结正 电压 ，PN结“窄 结“窄， 正 电较小，PN结处于导通状态 结处于导通状态。 大，正 电较小，PN结处于导通状态。P接 、 2. PN 结反 电压 反 偏置 接 、N接正 结反 电压 反 偏置 + + + + + + + + + + + + + + + + +画P内电 电N+P接 、 2. PN 结反 电压 反
9、 偏置 接 、N接正 结反 电压 反 偏置 PN 结“宽 + + + + + + + + + + + + + + + + +画PIR内电 电N内电被 ，少的漂 ， ，由于 少数 很少， 少数 很少， 形很小的反 电流。 电流。+PN 结反 电压 ，PN结“宽，反 电流较小， 结反 电压 ，PN结“宽 反 电流较小， 结“宽，反 电较大，PN结处于截止状态 结处于截止状态。 反 电较大，PN结处于截止状态。 越 少的数目越，反 电流随 。 越 少的数目越，反 电流随 。9.3 半导体二极管9.3.1 基本结(a) 点接触型 结面积小、 结面积小、 结电容小、 结电容小、正 电流小。 电流小。用
10、于检波和“频 fl 频电路。 fl 频电路。 (b)面接触型 (b)面接触型 结面积大、 结面积大、 正 电流大、 正 电流大、 结电容大， 结电容大，用 于工频大电流 整流电路。 整流电路。(c) 平面型 用于集电路制作工艺 。PN结结面积可大可 用于集电路制作工艺 。PN结结面积可大可 用于 频整流和开关电路 。 小，用于 频整流和开关电路 。9.3 半导体二极管二极管的结示意图金属触丝 N型锗片 阳极 阴极 N型 型 P 型 阳极 二氧保护层( a) 点接触型铝合金小球 N 型壳阴极 阳极 PN结 金锑合金 底座( c ) 平面型阳极D 阴极阴极 ( d) 符号( b) 面接触型 图 1
11、 12 半导体二极管的结和符号9.3.2 伏安特性特点 性 特点 反 击穿 电压U 电压 (BR) 反 电流 在 电压 范围内保持 常数。 常数。I正 特性 P + N0.60.8V 导通压降 锗0.20.3V .20.3V U 管0.5V, 管0.5V, 死区电压 锗管0.1V。 锗管0.1V。 电压大于死区 电压二极管才能导通。 电压二极管才能导通。P+N反 特性电压大于反 击 穿电压二极管被击穿， 穿电压二极管被击穿， 失去 导电性。 失去 导电性。9.3.3 主要参数1. 最大整流电流 IOM 二极管长期使用 ， 二极管长期使用 ， 流过二极管的最大正 平均电流。平均电流。 2. 反
12、工作峰 电压URWM 反 工作峰 电压U 是保证二极管不被击穿 给的反 峰 电压， 是保证二极管不被击穿 给的反 峰 电压， 般是二极管反 击穿电压U 的 半或fi分之二。 般是二极管反 击穿电压UBR的 半或fi分之二。 二极管击穿 导电性被破坏，甚至过 烧坏。 二极管击穿 导电性被破坏，甚至过 烧坏。 3. 反 峰 电流IRM 反 峰 电流I 指二极管最 反 工作电压 的反 电流。 指二极管最 反 工作电压 的反 电流。反 电流大，说管的 导电性 ， 电流大，说管的 导电性 ，IRM 的 影响， 越 反 电流越大。管的反 电流较小， 影响， 越 反 电流越大。管的反 电流较小， 锗管的反
13、电流较大，管的几十到几百倍。 锗管的反 电流较大，管的几十到几百倍。二极管的 导电性 二极管的 导电性1. 二极管正 电压 正 偏置，阳极接正、阴 二极管正 电压 正 偏置，阳极接正、 二极管处于正 导通状态， 极接 ， 二极管处于正 导通状态，二极管正 电较小，正 电流较大。 电较小，正 电流较大。 2. 二极管反 电压 反 偏置，阳极接 、阴 二极管反 电压 反 偏置，阳极接 、 二极管处于反 截止状态， 极接正 ， 二极管处于反 截止状态，二极管反 电较大，反 电流很小。 电较大，反 电流很小。 电压大于反 击穿电压二极管被击穿， 3. 电压大于反 击穿电压二极管被击穿，失 去 导电性。
14、 去 导电性。 二极管的反 电流 的影响， 4. 二极管的反 电流 的影响， 反 电流 大。 电流 大。导通 截止 若二极管是理 的，正 导通 正 管压降 ， 若二极管是理 的，正 导通 正 管压降 ， 反 截止 二极管 于断开。 反 截止 二极管 于断开。 ，正 管压降 ， 0.60.7V .20.3V 锗0.20.3V二极管电路分析 性分析 性分析 断二极管的工作状态分析方法 二极管断开， 分析方法 二极管断开，分析二极管端电 的 或所电压U 的正。 的 或所电压UD的正 。 若 V阳 V阴或 UD正( 正 偏置 )，二极管导通 正( 若 V阳 V阴 二极管导通 若 管压降，二极管可看作
15、路， 若 管压降，二极管可看作 路，UAB = 6V ， 于6V 管压降 管压降， 6.3 ， UAB 于6V 管压降，6.3 或6.7V 在 ，二极管 作用。 在 ，二极管 作用。2:D2 D1 6V 3k? ? 12VUAB 二极管的阴极接在 A + 点作参 点， B 点作参 点，断开二极 UAB 管，分析二极管阳极和阴极 的电 。 B 的电 。V1阳 =6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= 12 V V， V， UD1 = 6V，UD2 =12V 6V， 优先导通， 截止。 UD2 UD1 D2 优先导通， D1截止。 若 管压降，二极管可看作 路， 若 管压降，二极管可看作 路
16、，UAB = 0 V 流过 D2 的电流 12 ID2 = = 4m 在 ， D2 A 在 ，作用， D1 作用， 3 D1 反 电压6 V 反 电压 离作用。 离作用。3 + ui R D 8V + uo u = 18sin t V i 二极管是理 的， 二极管是理 的， 画 波形。 uo 波形。二极管的用 二极管的用 整流、检波、 整流、检波、 、 、 、 、开 元件保护、 关、元件保护、 fl。 fl。ui 18V 8V参 点t二极管阴极电 8 V ui 8V，二极管导通，可看作 路 uo = 8V 8V，二极管导通， ui 0 UBC VB VE对于PNP型晶体管应 型晶体管应 : 对
17、于 型晶体管应 UEB 0 UCB 0 ， UBC ， ， UBE。 IC / mA4 3 放 2.3 2 1.5 1 0 3 6 9 大 区100 A 80A 60 A 40 A 20 A IB = 0 U /V CE12(1-34)(2)截止区 ) IC / mA 4 IB = 0 的 以下 100 A 和区 的区截止区。 的区截止区。IB = 很小) 0 ，IC = ICEO(很小)。 80A 3 型管， 对 NPN 型管， UBE 放 60 A 2.3 0)，晶体 管工作于 和状态。在 和区， 不正。 ， 管工作于 和状态。在 和区，IC 和 IB 不正。 ， 结也处于正 偏置， 结也
18、处于正 偏置，UCE 0 ， IC UCC/RC 。(1-35)晶体管 和 ， 晶体管 和 ， UCE 0， 极与集电极之间 ， 开关的接通，其间电很小； 晶体管截止 ， 开关的接通，其间电很小； 晶体管截止 ，IC 0 ， 极与集电极之间 开关的断开，其间电很大， 极与集电极之间 开关的断开 ， 其间电很大 ， 可 晶体管有放大作用， 有开关作用。 ，晶体管有放大作用， 有开关作用。 晶体管的fi工作状态下图所示。 晶体管的fi工作状态下图所示。IB UBC 0 ? IC + UCE ? IB = 0 ? UBC 0 + UBE 0 ?IC U CC RC+ UCE UCC + ? UBE
19、0 ?+ UCE 0 ?(a)放大 )(b)截止 )(c) 和 )(1-36)晶体管结电压的型 工 作 状 态 管 型 和 UBE/V UCE/V管(NPN) 管( ) 锗管( 锗管(PNP) ) 0.7 ?0.3 0.3 ?0.1放大 UBE/V0.6 0.7 ?0.2 ?0.3截止 UBE/V开截止 可 截止0.5 ?0.10 0.11. 电流放大 数 ， 晶体管接 极电路 ,在 态(无 号) 晶体管接 极电路 , 在 态 ( 无 号) 集 电极电流与基极电流的 态电流 流) 态电流( 电极电流与基极电流的 态电流(流)放大 数 IC = IB(1-37)9.4.4 主要参数晶体管工作在
20、态(有 号) ，基极电流的“ 晶体管工作在 态(有 号) 态 ?IB ， 集电极电流的“ ?IC 。 ?IC 与 ?IB 的 态电流 流) 态电流( 态电流(流)放大 数 ?I = C ?I B 较小的情况下， 在特性 近于平行fl ICEO 较小的情况下， 义不。 可近似 ， 义不。 2. 集-基极反 截止电流 ICBO 基极反 截止电流 ICBO 是 极开路 流 集电结的反 电流，其 很小。 是 极开路 流 集电结的反 电流，其 很小。 3集-极反 截止电流 ICEO 极反 截止电流 ICEO 是 基极开路(IB= 0) 的集电极电流，也穿 是 基极开路( ) 的集电极电流，也穿 电流，其
21、 越小越好。 电流，其 越小越好。 4集电极最大 电流 ICM 下降到正常数 的fi分之二 的集电极电流， 下降到正常数 的fi分之二 的集电极电流， 集电极最大 电流 集电极最大 电流 ICM 。 (1-38)5集-反 击穿电压 U(BR)CEO 反 击穿电压 基极开路 ，在集电极和 极之间的最大 电压， 基极开路 ，在集电极和 极之间的最大 电压， 集-反 击穿电压 集 反 击穿电压 U(BR)CEO 。 集电极最大 PCM 晶体管currency1 IC 6. 的参数“不 过， 的参数“不 过 ， ICM 集电极所 的最大， 集电极所 的最大 ， 集电极最大 PCM。 由 ICM 、U(
22、BR)CEO 、PCM fi 确 晶体管的安 ICEO O 工作区。 工作区。 安 PCM 工 作 区 U(BR)CEO UCE(1-39)9.6 光电器件9.6.1 光二极管9.6.1 光二极管(1-40)9.6.2 光电二极管(1-41)光电二极管 反 电流随光currency1 的 。 反 电流随光currency1 的 。 I 符号 Ucurrency1 光二极管 有正 电流流过 ， 波长范围的光， 有正 电流流过 ， 波长范围的光，目 的 光管可以 到可波的光， 的 光管可以 到可波的光， 的 电特性与 般二极管似， 电特性与 般二极管似，正 电压较 般二极管 几十mA ，电流几 几
23、十mA 光电二极管 光二极管 整流和 波电路整流电路的 整流电路的 “流电压 “流 的电压。 “流电压 “流 的电压。 常的小整流电路 常的小整流电路 半波、波、 和倍压整流fl。 半波、波、 和倍压整流fl。说 说 分析简 ，“二极管 作理 元件处理， 分析简 ，“二极管 作理 元件处理， 二极管的正 导通电 ，反 电无 大。 二极管的正 导通电 ，反 电无 大。(1-43)1、 半波整流电路的工作 理 、T u1 D a u2 iLu2 0 ，二极管导通。 二极管导通 导通。RL uo 二极管正 压降 二极管正 压降 uo=u2b T u1 D a iL=0 u2 RL uo 电流 电流0
24、。 uo=0(1-44)u20 u20 0D1,D3导通 D2,D4截止电流通路: 电流通路: A D1 RLD3BD2,D4导通 D1,D3截止电流通路: 电流通路 B D2 RLD4AuD4,uD2是 的流电压 是 的流电压uD3,uD1tuot(1-47)A D4 u2 B D1 D3 D2 (2) 二极管 的 最 电压 最 电压 RL uo (1) 电压波形 电压波形 uotU RM = 2U 2(3) (4) 二极管 的平均电流 二极管 的平均电流 1 ID = I L 2uo平均 Uo Uo=0.9U2(1-48)3、电容 波电路流 电压整流 流电压波流 电压波电路的结特点: 电容
25、与 载 RL ， ， 波电路的结特点: 。 或电与 载RL。 理 用能元件电容端的电压(或通过电 电容端的电压 理 用能元件电容端的电压(或通过电 的电流)不能 “的特性, 的电流)不能 “的特性, 整流 电路电压 的流， 电路电压 的流 ，保留其流 ，达到平 电压波形的目的。 ，达到平 电压波形的目的。(1-49)u21 波 理T u1 a u2 D+ cCtuo RL uotD导通 C 电 D截止 C放电b(1-50)a u1 u1 u2 D4 D1 D3 b 电容通过R 放电， 电容通过 L放电， 在整流电路电压小 于电容电压 ，于电容电压 ，二 极管截止，整流电 极管截止， 路不电容
26、电， 路不电容 电， uo会 下降。 会 下降。 u2 t uo t(1-51)C D2+ RLuoa u1 u1 u2 D4 D1 D3 b 有整流电路 电压大于u 电压大于 o ，才 有 电电流i 有 电电流 D 。currency1 整流电路的 电流是 波。 电流是 波。 u2iD + C D2RL uot uo整流电路的 电流iD可， 用电容 波 ， 可， 用电容 波 ， 整流管的导通 间较 。 整流管的导通 间较 。t(1-52)2、电容 波电路的特点有关。 (1) 电压 Uo与放电 间常数 RLC 有关。RLC 大 电容器放电 Uo(平均 ) 大 大 电容器放电 平均 ) T 般
27、= RLC (3?5) (T:电源电压的 期) 电源电压的 期) d 2 近似 :U 近似 o=1.2U2， U0 =U2 。 ，流过二极管 电流很大。 (2) 流过二极管 电流很大。RLC 越大 Uo越 越大 载电流的平均 越大;整流管导电 间越 载电流的平均 越大; iD的峰 电流越大IL 1 Uo 般选管 ， 般选管 ， ID = (23) = (23) 2 2 RL(1-53)稳压管与稳压电路1、伏安特性与主要参数 、稳压管符号 越， 越， 电压越稳 。 UZ+I+ IZmin ? IZ IZU用二极管反 击穿特性实 稳压。稳压二极管稳 用二极管反 击穿特性实 稳压。 I ? UZ Z
28、max压 工作在反 电击穿状态。 压 工作在反 电击穿状态。(1-54)、 u12、简流稳压电源UDZ“压u1 u1a D4整流波 稳压Ru2D1 D3 D2+ C RLb(1-55)i载电压不稳的 currency1 载电压不稳的 currency11、 i“，2、 RL “ 、 “， 、iLR DZuuiiZRLuo分析 分析 R 1 、 L不“， “大 、 不“， iuui ?u0 ?iZ ?iR = (iZ + iL ) ?uR ?u0 u 不“， 2 、 i 不“，R “大LRL ? iL ? iR ?u R ? u0 ? iZ ? iR = (iZ + iL ) ? u R ? u
29、0 (1-56)集稳压电源( 3、集稳压电源( 随半导体工艺的 ， 随半导体工艺的 ， 在 应 用的片集稳压电源，具有体积小，可 性 ， 用的片集稳压电源，具有体积小，可 性 ， 使用 ， 廉fl优点。 使用 ， 廉fl优点。最简的集稳压电 源 有，和 端， 源 有，和 端， 之fi端集 稳压器。 稳压器。 本节主要介绍常用的W7800 正电压 本节主要介绍常用的W7800 正电压 W7800 W7900 电压 fi端集稳压器。 和W7900 电压 fi端集稳压器。(1-57)1231端: 端 端 2端: 端 端 3端: 端 端1231端: 端 端 2端: 端 端 3端: 端 端W7800 稳
30、压器形 稳压器形W7900 稳压器形 稳压器形(1-58)1 集稳压电源的分 可调 fi端集 稳压器 固 稳压W79XX 稳压W79XX 正稳压W78XX正稳压W78XX型号 XX 数字代电压 注 型号 数字代电压 电压额 电压 有: 电压额 电压 有 5V、9V、12V 、18V、 24Vfl 。 、 、 、 fl(1-59)2 应用电路 1 固 电压的电路 固 正压 的接法图所示。 1+W78002 CI 0.11F Co 1F3+UI_Uo_W7800 稳压器 基本接 图 稳压器 注意 与端之间的电压不得 于3V 3V 注意 与端之间的电压不得 于3V(1-60)2 正 电压的电路 + 1 CI UI _ 2 CI 1 W79XX CO 3 _ UO W78XX 2 CO 3 + UO正 电压 电路(1-61)第九章 结 1
