電子電路第五章(簡)

1、充分的復(fù)習(xí) 掌握課本中的所有主要概念 復(fù)習(xí)課本中的所有例題 了解自己易出錯(cuò)的地方（作業(yè)）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)引言引言 電子技術(shù)的基本任務(wù)可稱之為電子技術(shù)的基本任務(wù)可稱之為信號(hào)的產(chǎn)生、信號(hào)的傳輸、信號(hào)的處理信號(hào)的產(chǎn)生、信號(hào)的傳輸、信號(hào)的處理對(duì)電子器件、電子電路、電子系統(tǒng)的性能的研究對(duì)電子器件、電子電路、電子系統(tǒng)的性能的研究按照功能和構(gòu)成原理的不同，電子電路可分為按照功能和構(gòu)成原理的不同，電子電路可分為模擬電模擬電路路和和數(shù)字電路數(shù)字電路兩大類。本兩大類。本書書著重討論模擬電路的基本著重討論模擬電路的基本概念、基本原理、基本分析方法及基本應(yīng)用概念、基本原理、基本分析方法及基本應(yīng)用。模擬

2、信號(hào)模擬信號(hào) 模擬信號(hào)的特點(diǎn)是，在時(shí)間上和幅值上均是連續(xù)的，模擬信號(hào)的特點(diǎn)是，在時(shí)間上和幅值上均是連續(xù)的，在一定動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)可能取任意值。在一定動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)可能取任意值。 從宏觀上看，我們周圍的世界大多數(shù)物理量都是時(shí)間從宏觀上看，我們周圍的世界大多數(shù)物理量都是時(shí)間連續(xù)、數(shù)值連續(xù)的變量。連續(xù)、數(shù)值連續(xù)的變量。 處理模擬信號(hào)的電子電路稱為模擬電路。處理模擬信號(hào)的電子電路稱為模擬電路。 第五章第五章 半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路 介紹半導(dǎo)體的有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)介紹半導(dǎo)體的有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí) 闡述闡述PN結(jié)的原理及主要特性結(jié)的原理及主要特性 討論以討論以PN結(jié)為基本結(jié)構(gòu)的雙極型晶體二極管、工作原理結(jié)為

3、基本結(jié)構(gòu)的雙極型晶體二極管、工作原理 整流電路簡介，穩(wěn)壓二極管的工作原理及應(yīng)用電路。整流電路簡介，穩(wěn)壓二極管的工作原理及應(yīng)用電路。 現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅硅和和鍺鍺，它們的最外層，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是電子（價(jià)電子）都是四個(gè)四個(gè)。GeSi鍺鍺原子示意圖原子示意圖硅硅原子示意圖原子示意圖5.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體概念：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。概念：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖+4+4表示除表示除去價(jià)電子去價(jià)電子后的原子后的原子共價(jià)鍵共共價(jià)鍵共用電子對(duì)用電子對(duì)5.1.2.1 N型半導(dǎo)體

4、型半導(dǎo)體概念：在本征半導(dǎo)體中摻入高價(jià)元素（概念：在本征半導(dǎo)體中摻入高價(jià)元素（施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)）使）使 自由電子濃度大大高于空穴濃度的半導(dǎo)體。自由電子濃度大大高于空穴濃度的半導(dǎo)體。圖圖5-4 N型半型半導(dǎo)體導(dǎo)體摻入磷元素?fù)饺肓自?.1.2.2 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體概念：在本征半導(dǎo)體中摻入低價(jià)元素（概念：在本征半導(dǎo)體中摻入低價(jià)元素（受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)）使）使 空穴濃度大大高于自由電子濃度的半導(dǎo)體。空穴濃度大大高于自由電子濃度的半導(dǎo)體。圖圖5-5 P型半型半導(dǎo)體導(dǎo)體摻入硼元素?fù)饺肱鹪?.2 PN5.2 PN結(jié)與晶體二極管結(jié)與晶體二極管在在同一片半導(dǎo)體基片同一片半導(dǎo)體基片上，用不同的摻雜工藝分別制造上

5、，用不同的摻雜工藝分別制造P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體和和N N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PNPN 結(jié)。結(jié)。5.2.1 PN結(jié)的形成及其動(dòng)態(tài)平衡過程和接觸電位差結(jié)的形成及其動(dòng)態(tài)平衡過程和接觸電位差 P型區(qū)到型區(qū)到N型區(qū)的過渡帶兩邊的自由電子和空穴型區(qū)的過渡帶兩邊的自由電子和空穴濃度濃度相差相差很大很大，在濃度差下形成擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，在濃度差下形成擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，P區(qū)的空穴（多子）向區(qū)的空穴（多子）向N區(qū)擴(kuò)散，區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)區(qū)的自由電子（多子）向的自由電子（多子）向P區(qū)擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散; 在過渡區(qū)域產(chǎn)生強(qiáng)烈的在過渡區(qū)域產(chǎn)生強(qiáng)烈的復(fù)合作用復(fù)合作用

6、使自由電子和空穴基本消失，使自由電子和空穴基本消失，在過渡帶中產(chǎn)生一個(gè)在過渡帶中產(chǎn)生一個(gè)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)（耗盡區(qū)耗盡區(qū)），擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使過渡帶），擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使過渡帶內(nèi)失去了電中性，產(chǎn)生電場(chǎng)，稱為內(nèi)失去了電中性，產(chǎn)生電場(chǎng)，稱為內(nèi)建電場(chǎng)內(nèi)建電場(chǎng)，內(nèi)建電場(chǎng)由內(nèi)建電場(chǎng)由N區(qū)指向區(qū)指向P區(qū)區(qū)阻礙阻礙多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，卻促進(jìn)過渡帶中少子的多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，卻促進(jìn)過渡帶中少子的漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)，漂移，漂移運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中和中和過渡區(qū)中的電荷從而削弱內(nèi)建電場(chǎng)，隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂過渡區(qū)中的電荷從而削弱內(nèi)建電場(chǎng)，隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，最后達(dá)到一個(gè)移運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，最后達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)。P P型半導(dǎo)體區(qū)型半導(dǎo)體區(qū)N型

7、半導(dǎo)體區(qū)型半導(dǎo)體區(qū)+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 內(nèi)建電場(chǎng)內(nèi)建電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果是使空擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬間電荷區(qū)逐漸加寬內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。PN結(jié)的形成結(jié)的形成5.2.2 PN結(jié)和晶體二極管的結(jié)和晶體二極管的伏安特性伏安特性與與小信號(hào)等效模型小信號(hào)等效模型5.2.2.1 單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?PN PN 結(jié)加上結(jié)加上正向電壓正向電壓、正向偏置正向偏置的意思都是：的意思都是： P P區(qū)加正、區(qū)加正、N N 區(qū)加負(fù)電壓。區(qū)加負(fù)電壓。 PN PN 結(jié)

8、加上結(jié)加上反向電壓反向電壓、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： P P區(qū)加負(fù)、區(qū)加負(fù)、N N 區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。概念：正向偏置形成電流較大，反向偏置形成電流很小。概念：正向偏置形成電流較大，反向偏置形成電流很小。5.2.2.2 伏安特性伏安特性 伏安特性指流過二極管的電流與二極管兩端電壓之間伏安特性指流過二極管的電流與二極管兩端電壓之間的的關(guān)系式關(guān)系式或或曲線曲線。二極管理想伏安特性可用二極管理想伏安特性可用PN結(jié)的結(jié)的電流方程電流方程來表示：來表示：) 1(expTDsDVvIi式中：式中：iD 表示流過二極管的電流；表示流過二極管的電流； vD 表示二極管兩端的電壓，正向偏置為

9、正；表示二極管兩端的電壓，正向偏置為正； Is 表示反向飽和電流（硅：表示反向飽和電流（硅：10-910-15 A） VT 溫度的電壓當(dāng)量溫度的電壓當(dāng)量。常溫下（常溫下（T=300K）26m VTkTVq 二極管的伏安特性曲線：二極管的伏安特性曲線：UI死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.6V,鍺管鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅管硅管0.60.8V,鍺管鍺管0.20.3V。反向擊穿反向擊穿電壓電壓VBR電擊穿電擊穿（可逆）（可逆）熱擊穿熱擊穿（不可逆）（不可逆）例例1 寫出如圖所示各電路的輸出電壓值，設(shè)二極管導(dǎo)通電壓寫出如圖所示各電路的輸出電壓值，設(shè)二極管導(dǎo)通電壓UD0.7V。解：解：UO

10、11.3V，UO20，UO31.3V，UO42V，UO51.3V，UO62V。DADBR=9KR1=1KR2=1KUFAB例例 2求下列幾種情況下的求下列幾種情況下的UF及各元件中的電流。及各元件中的電流。（1）UA=10V；UB=0V（2）UA=6V；UB=5.8V（3）UA=UB=5V二極管視為理想二極管二極管視為理想二極管(1)設(shè)設(shè)DA導(dǎo)通，則導(dǎo)通，則UF = 則，則，DB截止所以：截止所以： UF = 9V IDA=10 / 10K=1mA IR=1mAV991910解答：解答：(2)UA=6V UB=5.8V 設(shè)設(shè)DA與與DB均導(dǎo)通（需要驗(yàn)證）均導(dǎo)通（需要驗(yàn)證） 則電路為（二極管為理

11、想二極管）則電路為（二極管為理想二極管） +1K1K9K6V5.8VF用等效電源原理：用等效電源原理：+0.5K9K5.9VFmAImAIVUDBDAF21. 0159. 58 . 541. 0159. 5668 . 559. 559. 595 . 099 . 5假設(shè)成立(3)UA=5V UB=5V 設(shè)設(shè)DA與與DB均導(dǎo)通（需要驗(yàn)證）均導(dǎo)通（需要驗(yàn)證） 則電路為（二極管為理想二極管）則電路為（二極管為理想二極管） +1K1K9K5V5VF用等效電源原理：用等效電源原理：+0.5K9K5VFmAImAIVUDBDAF2601744526017445574474495095.假設(shè)成立假設(shè)成立應(yīng)用舉

12、例應(yīng)用舉例：P 143 例例5-1 “與門電路與門電路”P 144 例例5-2 “限幅電路限幅電路”（要求會(huì)畫波形要求會(huì)畫波形）5.3 5.3 單相整流濾波電路介紹單相整流濾波電路介紹直流電源的組成及各部分的作用直流電源的組成及各部分的作用為適應(yīng)整為適應(yīng)整流的需要流的需要變?yōu)閱蜗蜃優(yōu)閱蜗蛎}動(dòng)電流脈動(dòng)電流減小紋波減小紋波穩(wěn)定直流穩(wěn)定直流電壓輸出電壓輸出直流電源的組成及各部分的作用直流電源的組成及各部分的作用OtuOtuOtuOtuOtu220 V單向單向脈動(dòng)電壓脈動(dòng)電壓合適的合適的交流電壓交流電壓濾濾 波波穩(wěn)穩(wěn) 壓壓單相單相橋式橋式整流電路整流電路單相橋式整流電路單相橋式整流電路簡化的畫法簡化的

13、畫法單相橋式整流電路的波形圖單相橋式整流電路的波形圖單相脈動(dòng)信號(hào)單相脈動(dòng)信號(hào)濾波電路濾波電路- -濾除濾除交流交流分量分量 (1)(1)濾波的基本概念濾波的基本概念 利用電抗性元件利用電抗性元件儲(chǔ)能儲(chǔ)能作用作用（2 2）電容濾波電路）電容濾波電路單相橋式單相橋式整流電容整流電容濾波電路濾波電路及穩(wěn)態(tài)時(shí)及穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形的波形未接入未接入負(fù)載是負(fù)載是電容已電容已經(jīng)充為經(jīng)充為U2的最的最大值大值.D1D3導(dǎo)電導(dǎo)電D2D4導(dǎo)電導(dǎo)電RLC較大較大輸出電壓不僅變輸出電壓不僅變得平滑了，而且得平滑了，而且平均值也變大了。平均值也變大了。5.4 5.4 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管UIIZIZmax UZ IZ穩(wěn)壓穩(wěn)壓

14、誤差誤差曲線越陡，電曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。壓越穩(wěn)定。+-UZ動(dòng)態(tài)電阻：動(dòng)態(tài)電阻：ZZIUZrrz 越小，穩(wěn)壓越小，穩(wěn)壓性能越好。性能越好。5.4.1 伏安特性伏安特性 利用反向擊穿特性，利用反向擊穿特性，在一定的電流的范圍內(nèi)在一定的電流的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)端電壓不變。實(shí)現(xiàn)端電壓不變。符號(hào)符號(hào)IZmin因此：因此： 穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，其特穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，其特性和普通二極管類似，但它的反向擊穿是性和普通二極管類似，但它的反向擊穿是可逆的可逆的，不，不會(huì)發(fā)生會(huì)發(fā)生“熱擊穿熱擊穿”， 而且其反向擊穿后的而且其反向擊穿后的特性曲線比較陡直特性曲線比較陡直，即反向，即反向

15、電壓基本不隨反向電流變化而變化，這就是穩(wěn)壓二極電壓基本不隨反向電流變化而變化，這就是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性。管的穩(wěn)壓特性。 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)為穩(wěn)壓值穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)為穩(wěn)壓值UZ和最大穩(wěn)定電和最大穩(wěn)定電流流IZM，穩(wěn)壓值，穩(wěn)壓值UZ一般取反向擊穿電壓。一般取反向擊穿電壓。 穩(wěn)壓二極管使用時(shí)一般需串聯(lián)限流電阻，以確保穩(wěn)壓二極管使用時(shí)一般需串聯(lián)限流電阻，以確保工作電流不超過最大穩(wěn)定電流工作電流不超過最大穩(wěn)定電流IZM 。 在下圖穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路在下圖穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 中，中，R R為限流電阻，為限流電阻，R RL L為負(fù)為負(fù)載電阻，只要輸入反向電壓在超過載電阻，只要輸入反向電壓在超過 UzUz的一

16、定范圍內(nèi)變的一定范圍內(nèi)變化，負(fù)載電壓則一直穩(wěn)定在化，負(fù)載電壓則一直穩(wěn)定在 UzUz。（。（R R和和I IZ Z的調(diào)節(jié)作用）的調(diào)節(jié)作用）穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路（P150P150）（解決電源與負(fù)載的波動(dòng)解決電源與負(fù)載的波動(dòng)）穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路（利用負(fù)反饋利用負(fù)反饋）并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路RIUURIO限流電阻限流電阻RLuiuouiuott二極管的應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)用舉例1：二極管半波整流二極管半波整流二極管的應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)用舉例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo負(fù)載電阻負(fù)載電阻：要求：要求：當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生 20%20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例1 1：5mA 20mA, V,10minmaxzzzIIV穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù)穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù): : k2LR解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為I Iz zmax max 。求：求：電阻電阻R R 和輸入電壓和輸入電壓 u ui i 的正常值。的正常值。mA25maxLZzRVIi10252 . 1RViRuZi 方程方程 1 1uoiZDZRiLiui