第1章半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用

1、新世紀(jì)高職高專教材編審委員會(huì)組編主編王成安孟曉明（基礎(chǔ)篇）（第三版）第第1 1章章 半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用1.31.3單相整流濾波電路單相整流濾波電路1.41.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.1 1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.21.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.51.5場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管1.61.6集成電路集成電路1.71.7直流穩(wěn)壓電源電路直流穩(wěn)壓電源電路第第1 1章章 半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用二十世紀(jì)四十年代，科學(xué)家對一直沉默于世的半導(dǎo)體進(jìn)行深入研究后，發(fā)明了PN結(jié)，半導(dǎo)體頓時(shí)身價(jià)倍增，竟然成為引領(lǐng)世界技術(shù)革命的急先鋒。PN結(jié)的奧秘在哪里，這是本

2、章首先要探索的問題。從PN結(jié)到二極管，再從二極管到三極管，結(jié)構(gòu)上僅僅多了一個(gè)PN結(jié)，卻實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體器件性質(zhì)上的一次巨變。微弱的信號(hào)經(jīng)過由三極管組成的放大器，就可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)美動(dòng)聽的歌聲和絢麗多彩的圖象，更可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。從三極管到場效應(yīng)管，是半導(dǎo)體器件發(fā)展進(jìn)程的又一次飛躍，為集成電路的集成規(guī)模做出了巨大貢獻(xiàn)。集成電路的普遍應(yīng)用是電子技術(shù)得以迅速普及和提高的基礎(chǔ)，是世界進(jìn)入電子時(shí)代的橋梁。學(xué)習(xí)了二極管、三極管、場效應(yīng)管和集成電路，你就會(huì)邁進(jìn)奧妙無窮的電子世界，再結(jié)合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目親自操作實(shí)踐，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)：電子世界就在你身邊，學(xué)習(xí)電子技術(shù)也并不難。章首導(dǎo)言1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.

3、1.11.1.1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體純凈的半導(dǎo)體被稱為本征半導(dǎo)體。目前用于制造半導(dǎo)體器件的材料主要有硅（Si）、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、碳化硅(SiC)和磷化銦(InP)等，其中以硅和鍺最為常用。硅和鍺都是四價(jià)元素。1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.11.1.1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體1. 本征半導(dǎo)體中的兩種載流子電子和空穴在室溫下，本征半導(dǎo)體中少數(shù)價(jià)電子因受熱而獲得能量，擺脫原子核的束縛，從共價(jià)鍵中掙脫出來，成為自由電子。與此同時(shí)，失去價(jià)電子的硅或鍺原子在該共價(jià)鍵上留下了一個(gè)空位，這個(gè)空位稱為空穴。電子與空穴是成對出現(xiàn)的，所以稱為電子-空穴對。1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體

4、的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.11.1.1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體2.本征半導(dǎo)體的熱敏特性和光敏特性溫度越高或光照越強(qiáng)，本征半導(dǎo)體內(nèi)的載流子數(shù)目越多，導(dǎo)電性能越強(qiáng)，這就是本征半導(dǎo)體的熱敏特性和光敏特性。利用這種特性就可以做成各種熱敏元件和光敏元件，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.11.1.1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體3.本征半導(dǎo)體的摻雜特性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在本征半導(dǎo)體中摻入微量的其他元素，會(huì)使其導(dǎo)電能力大大加強(qiáng)。摻入的微量元素稱為雜質(zhì)，摻入雜質(zhì)后的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體有P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體兩大類。1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.11.1.1本

5、征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體P 型半導(dǎo)體如果在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素，大量空穴，這種半導(dǎo)體叫做P型半導(dǎo)體。N 型半導(dǎo)體如果在本征半導(dǎo)體中摻入微量五價(jià)元素，在半導(dǎo)體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生許多自由電子，這種半導(dǎo)體叫做型半導(dǎo)體。1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.21.1.2PNPN結(jié)結(jié)單純的一塊P型半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體，只能作為一個(gè)電阻元件。但是如果把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體通過一定的制作工藝結(jié)合起來就形成了PN結(jié)。PN結(jié)是構(gòu)成半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管、晶閘管和集成電路的基礎(chǔ)。1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.21.1.2PNPN結(jié)結(jié)1. PN 結(jié)的形成由于P區(qū)與N區(qū)之間存在著載流子濃度的顯著差

6、異：P區(qū)空穴多、電子少；N區(qū)電子多、空穴少。所謂擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，就是因濃度差而引起載流子從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散的結(jié)果：交界面附近P區(qū)因空穴減少而呈現(xiàn)負(fù)電，N區(qū)因電子減少而呈現(xiàn)正電。這樣，在交界面上出現(xiàn)了由正負(fù)離子構(gòu)成的空間電荷區(qū)，這就是PN結(jié)。PN結(jié)的形式結(jié)的形式1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.21.1.2PNPN結(jié)結(jié)2. PN 結(jié)的導(dǎo)電特性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PN 結(jié)在外加電壓作用下形成了電流。外加電壓的極性不同，流過PN 結(jié)的電流大小有極大差別。PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)論：結(jié)論：PN結(jié)正偏時(shí)導(dǎo)通，結(jié)正偏時(shí)導(dǎo)通，PN結(jié)反偏時(shí)截止，所以結(jié)反偏時(shí)截止，所以PN結(jié)具有單

7、向?qū)щ娦浴＝Y(jié)具有單向?qū)щ娦浴?.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.11.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)一些常見二極管的外形和通用符號(hào)一些常見二極管的外形和通用符號(hào)1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.11.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)一些常見二極管的外形和通用符號(hào)一些常見二極管的外形和通用符號(hào)1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.11.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)二極管結(jié)構(gòu)的示意圖二極管結(jié)構(gòu)的示意圖二極管的結(jié)構(gòu)按PN結(jié)的制造工藝方式可分為點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型幾種。平面型二極管適宜用作大功率開關(guān)管，在數(shù)字電路中有廣泛的應(yīng)用。1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二

8、極管1.2.21.2.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性二極管的主要特點(diǎn)是單向?qū)щ娦??？梢酝ㄟ^實(shí)驗(yàn)來認(rèn)識(shí)二極管兩端的電壓和流過二極管電流的關(guān)系。1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.21.2.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性二極管的伏安特性就是流過二極管的電流與加在二極管兩端的電壓U之間的關(guān)系曲線。二極管的伏安特性曲線二極管的伏安特性曲線1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.21.2.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性1.正向特性（二極管加正向電壓時(shí)的電流電壓關(guān)系）OA段：當(dāng)外加正向電壓較小時(shí)，正向電流非常小，近似為零。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)二極管實(shí)際上還沒有導(dǎo)通，二極管呈現(xiàn)的電阻很大，該區(qū)域常稱為“

9、死區(qū)”。硅二極管的死區(qū)電壓約為0.5，鍺管的死區(qū)電壓約為0.1。過A點(diǎn)后：當(dāng)外加正向電壓超過死區(qū)電壓后，正向電流開始增加，但電流與電壓不成比例。當(dāng)正向電壓大于0.6以后（對鍺二極管，此值約為0.2V），正向電流隨正向電壓增加而急速增大，基本上是線性關(guān)系。這時(shí)二極管呈現(xiàn)的電阻很小，可以認(rèn)為二極管是處于充分導(dǎo)通狀態(tài)。在該區(qū)域內(nèi)，硅二極管的導(dǎo)通壓降約為0.7V，鍺二極管的導(dǎo)通壓降約為0.3V。但是流過二極管的正向電流需要加以限制，不能超過規(guī)定值，否則會(huì)使PN結(jié)過熱而燒壞二極管。1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.21.2.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性2.反向特性（二極管加反向電壓時(shí)的電流電壓

10、關(guān)系）OD段：在所加反向電壓下，反向電流的值很小，且?guī)缀醪浑S電壓的增加而增大，此電流值被叫做反向飽和電流。此時(shí)二極管呈現(xiàn)很高的電阻，近似處于截止?fàn)顟B(tài)。硅管的反向電流比鍺管的反向電流小，約在1A以下，鍺管的反向電流達(dá)幾十微安甚至幾毫安以上。這也是現(xiàn)在硅管應(yīng)用比較多的原因之一。過D點(diǎn)以后：反向電壓稍有增大，反向電流就急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。二極管發(fā)生反向擊穿時(shí)所加的電壓叫做反向擊穿電壓。一般的二極管是不允許工作在反向擊穿區(qū)的，因?yàn)檫@將導(dǎo)致PN結(jié)的反向?qū)ǘ蜗驅(qū)щ姷奶匦?。綜上所述，可知二極管的伏安特性是非線性的，二極管是一種非線性元件。1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.31.2.3

11、半導(dǎo)體器件型號(hào)命名法半導(dǎo)體器件型號(hào)命名法1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.41.2.4二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)1. 最大整流電流 IF最大整流電流IF是指二極管長期工作時(shí)允許通過的最大正向直流電流。IF與二極管的材料、面積及散熱條件有關(guān)。點(diǎn)接觸型二極管的IF較小，而面接觸型二極管的IF 較大。在實(shí)際使用時(shí)，流過二極管最大平均電流不能超過IF，否則二極管會(huì)因過熱而損壞。1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.41.2.4二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)2. 最大反向工作電壓URM最大反向工作電壓URM是指二極管在工作時(shí)所能承受的最大反向電壓值。通常以二極管反向擊穿電壓的一半作為二極管最

12、大的反向工作電壓，二極管在實(shí)際使用時(shí)的電壓不應(yīng)超過此值，否則當(dāng)溫度變化較大時(shí)，二極管就有發(fā)生反向擊穿的危險(xiǎn)。1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.51.2.5特殊二極管介紹特殊二極管介紹1. 硅穩(wěn)壓二極管硅穩(wěn)壓二極管（簡稱穩(wěn)壓管）是一種用特殊工藝制造的面結(jié)合型硅半導(dǎo)體二極管。它工作在反向擊穿區(qū)，在規(guī)定的電流范圍內(nèi)使用時(shí)，不會(huì)因擊穿而損壞。因?yàn)槎O管在反向擊穿區(qū)內(nèi)，其電流變化很大而電壓基本不變，利用這一特性可實(shí)現(xiàn)直流電壓的穩(wěn)定。硅穩(wěn)壓管的伏安特性及符號(hào)硅穩(wěn)壓管的伏安特性及符號(hào)1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.51.2.5特殊二極管介紹特殊二極管介紹1. 硅穩(wěn)壓二極管在實(shí)際中使用穩(wěn)壓二極管要滿

13、足兩個(gè)條件：一是要反向運(yùn)用，即穩(wěn)壓二極管的負(fù)極接高電位，正極接低電位，使管子反向偏置，保證管子工作在反向擊穿狀態(tài)；二是要有限流電阻配合使用，保證流過管子的電流在允許范圍內(nèi)。穩(wěn)壓管常用電路穩(wěn)壓管常用電路1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.51.2.5特殊二極管介紹特殊二極管介紹穩(wěn)壓管的主要參數(shù) 穩(wěn)定電壓UZ 穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓過程 負(fù)載不變，輸入電壓變化 輸入電壓UI不變，負(fù)載RL變化穩(wěn)壓管和限流電阻的選擇 穩(wěn)壓管的選擇 限流電阻的選擇1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.51.2.5特殊二極管介紹特殊二極管介紹TL431的外型、符號(hào)和應(yīng)用電路。只要選擇合適的精密電阻R1和R2，則輸出電

14、壓：UO=（1+R1/R2）UZmin TL431 的外形、符號(hào)及應(yīng)用電路的外形、符號(hào)及應(yīng)用電路1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.51.2.5特殊二極管介紹特殊二極管介紹2. 發(fā)光二極管發(fā)光二極管（LED）是一種光發(fā)射器件，能把電能直接轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管伏安特性和符號(hào)發(fā)光二極管伏安特性和符號(hào)1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.51.2.5特殊二極管介紹特殊二極管介紹3. 光電二極管光電二極管又稱光敏二極管，是一種光接收器件，其PN結(jié)工作在反偏狀態(tài)。光敏二極管結(jié)構(gòu)及符號(hào)光敏二極管結(jié)構(gòu)及符號(hào)1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.51.2.5特殊二極管介紹特殊二極管介紹4. 變?nèi)荻O管變?nèi)?/p>

15、二極管是利用PN結(jié)的電容效應(yīng)工作的，它工作于反向偏置狀態(tài)，它的電容量與反偏電壓大小有關(guān)。改變變?nèi)荻O管的直流反偏電壓，就可以改變電容量。變?nèi)荻O管被廣泛應(yīng)用于諧振回路中。1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.51.2.5特殊二極管介紹特殊二極管介紹5. 激光二極管激光（是英文Laser的意譯）是由人造的激光器產(chǎn)生的，在自然界中尚未有發(fā)現(xiàn)。激光器分為固體激光器、氣體激光器和半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器是所有激光器中效率最高、體積最小的一種，現(xiàn)在已投入使用的半導(dǎo)體激光器是砷化鎵激光器，即激光二極管。1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.6 1.2.6 半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用1.整流所謂

16、整流，就是將交流電變成脈動(dòng)直流電。利用二極管的單向?qū)щ娦钥山M成單相和三相整流電路，再經(jīng)過濾波和穩(wěn)壓，就可以得到平穩(wěn)的直流電。整流部分的具體應(yīng)用在后面還要詳述。1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.6 1.2.6 半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用2.鉗位利用二極管正向?qū)〞r(shí)壓降很小的特性，可組成鉗位電路。二極管鉗位電路二極管鉗位電路1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.6 1.2.6 半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用3. 限幅利用二極管導(dǎo)通后壓降很小且基本不變的特性，可以構(gòu)成限幅電路，使輸出電壓幅度限制在某一電壓值內(nèi)。二極管限幅電路及波形二極管限幅電路及波形1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管

17、1.2.6 1.2.6 半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用4. 元件保護(hù)在電子電路中，常利用二極管來保護(hù)其它元器件免受過高電壓的損害。二極管保護(hù)電路二極管保護(hù)電路1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.6 1.2.6 半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用5.定向人們在日常生活中使用的電話機(jī)，連接在由電信公司引來的兩根電話線上。也許你并不注意，電話機(jī)不僅通過這兩根線傳遞信號(hào)，還要靠它提供電話機(jī)電路所需的直流電。其實(shí)在電話機(jī)里，設(shè)計(jì)人員已經(jīng)安裝了一個(gè)電源定向電路，它能保證電話機(jī)的兩根線無論怎樣連接，都能使電路得到正確的電源電壓。定向電路定向電路1.3 單相整流濾波電路單相整流濾波電路1.3.11.

18、3.1半波整流電路半波整流電路1. 半波整流電路的組成和工作原理圖是單相半波整流電路，變壓器 T 將電網(wǎng)的正弦交流電u1變成u2,設(shè)半波整流電路半波整流電路在變壓器副邊電壓u2的正半周期間，二極管VD正偏導(dǎo)通，電流經(jīng)過二極管流向負(fù)載，在負(fù)載電阻RL上得到一個(gè)極性為上正下負(fù)的電壓，即u0=u2。1.3 單相整流濾波電路單相整流濾波電路1.3.11.3.1半波整流電路半波整流電路2. 負(fù)載上直流電壓和電流的估算在半波整流的情況下，負(fù)載兩端的直流電壓可由下式計(jì)算：UO=0.45 U2負(fù)載中的電流：IO=0.45 U2/RL1.3 單相整流濾波電路單相整流濾波電路1.3.11.3.1半波整流電路半波整

19、流電路3. 二極管的選擇在半波整流電路中，二極管中的電流任何時(shí)候都等于輸出電流，所以在選用二極管時(shí)，二極管的最大正向電流IF應(yīng)大于負(fù)載電流IO。 二極管的最大反向電壓就是變壓器副邊電壓的最大值。根據(jù)IF和URM的值，查閱半導(dǎo)體手冊就可以選擇到合適的二極管。半波整流的波形圖半波整流的波形圖1.3 單相整流濾波電路單相整流濾波電路1.3.21.3.2單相橋式整流電路單相橋式整流電路1. 電路組成和工作原理橋式整流電路中的四只二極管可以是四只分立的二極管，也可以是一個(gè)內(nèi)部裝有四個(gè)二極管的橋式整流器（橋堆）。橋式整流電路橋式整流電路1.3 單相整流濾波電路單相整流濾波電路1.3.21.3.2單相橋式整

20、流電路單相橋式整流電路2. 負(fù)載上直流電壓和電流的估算橋式整流輸出電壓波形的面積是半波整流時(shí)的兩倍，所以輸出的直流電壓UO也是半波時(shí)的兩倍，即： UO=0.9 U2輸出電流IO: IO= 0.9 U2 /RL1.3 單相整流濾波電路單相整流濾波電路1.3.21.3.2單相橋式整流電路單相橋式整流電路橋式整流電路橋式整流電路1.3 單相整流濾波電路單相整流濾波電路1.3.21.3.2單相橋式整流電路單相橋式整流電路 3. 二極管的選擇在橋式整流電路中,由于四只二極管兩兩輪流導(dǎo)電，即每只二極管都只是在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，所以每個(gè)二極管流過的平均電流是輸出電流平均值的一半，即：IF= IO/2二極管的最

21、大反向峰值電壓：URM= U21.3 單相整流濾波電路單相整流濾波電路1.3.21.3.2單相橋式整流電路單相橋式整流電路 3. 二極管的選擇橋式整流的組合器件，通常叫做橋堆。它是將四個(gè)二極管集中制作成一個(gè)整體，其外形。其中標(biāo)示“”符號(hào)的兩個(gè)引出線為交流電源輸入端，另兩個(gè)引出線為直流輸出端，分別標(biāo)有“+”號(hào)和“”號(hào)。整流橋堆外形圖整流橋堆外形圖1.3 單相整流濾波電路單相整流濾波電路1.3.31.3.3濾波電路濾波電路單相半波和橋式整流電路的輸出電壓中都含有較大的脈動(dòng)成分，除了在一些特殊場合可以直接應(yīng)用外，不能作為電源為電子電路供電，必須得采取措施減小輸出電壓中的交流成分，使輸出電壓接近于理想

22、的直流電壓。構(gòu)成濾波器的主要元件是電容器和電感器。幾種常見的濾波器幾種常見的濾波器1.3 單相整流濾波電路單相整流濾波電路1.3.31.3.3濾波電路濾波電路1.電容濾波電路電容濾波電路電容濾波電路全波整流電路的電壓、電流波形全波整流電路的電壓、電流波形1.3 單相整流濾波電路單相整流濾波電路1.3.31.3.3濾波電路濾波電路2.電感濾波電路橋式整流電感濾波電路，電感L串聯(lián)在負(fù)載RL回路中。電感的直流電阻很小，交流阻抗很大，直流分量經(jīng)過電感后基本上沒有損失，交流分量大部分降在電感上，減小了輸出電壓中的脈動(dòng)成分，負(fù)載RL上得到了較為平滑的直流電壓。單相橋式電感濾波電路單相橋式電感濾波電路單相橋

23、式電感濾波電路的電壓波形單相橋式電感濾波電路的電壓波形1.3 單相整流濾波電路單相整流濾波電路1.3.31.3.3濾波電路濾波電路3. 型濾波電路為橋式整流 型LC濾波電路，這種濾波電路是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加一級LC濾波電路構(gòu)成的。型型LC 濾波電路濾波電路1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.11.4.1三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)NPN 型晶體型晶體 半導(dǎo)體三極管是由三層不同類型的半導(dǎo)體構(gòu)成并引出三個(gè)電極的電子器件，在模擬電子電路中擔(dān)負(fù)放大信號(hào)和產(chǎn)生信號(hào)的作用。按照各層半導(dǎo)體排列次序的不同有PNP型和NPN型兩種結(jié)構(gòu)形式，分別稱為PNP型三極管和NPN型三極管。三極管有兩個(gè)PN結(jié)

24、：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。三個(gè)極分別叫做基極、發(fā)射極和集電極。PNP 型晶體管型晶體管1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.21.4.2三極管中的電流分配關(guān)系三極管中的電流分配關(guān)系 三極管的各極電流之間有一定的規(guī)律。晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.21.4.2三極管中的電流分配關(guān)系三極管中的電流分配關(guān)系1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.21.4.2三極管中的電流分配關(guān)系三極管中的電流分配關(guān)系兩種管型的三極管工作在放大區(qū)時(shí)各極的電位和電流關(guān)系。電流方向和各極極性電流方向和各極極性1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.31.4.3三極管的伏安特性三

25、極管的伏安特性1. 三極管的輸入伏安特性當(dāng)集電極和發(fā)射極之間的電壓UBE保持不變，改變基極和發(fā)射極之間的電壓UBE時(shí)，基極中的電流就會(huì)發(fā)生變化。這個(gè)關(guān)系用曲線表示出來，就叫做三極管的輸入伏安特性（共發(fā)射極接法）。晶體管輸入特性曲線晶體管輸入特性曲線1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.31.4.3三極管的伏安特性三極管的伏安特性可以分兩種情況討論：(1) 當(dāng)UCE=0時(shí)，相當(dāng)于集電極和發(fā)射極短路，此時(shí)的三極管相當(dāng)于發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個(gè)二極管正向并聯(lián)，IB和UBE的關(guān)系就和二極管的伏安特性類似。(2) 當(dāng)UCE增大時(shí)，輸入特性曲線向右移動(dòng)，表示出UCE對輸入特性有影響，但是當(dāng)UCE大于一定值（一般

26、當(dāng)UCE1V后），曲線將趨于重合，所以我們只研究其中的一條曲線即可。1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.31.4.3三極管的伏安特性三極管的伏安特性2. 三極管的輸出伏安特性基極電流IB保持不變,改變集電極和發(fā)射極之間的電壓UCE,集電極電流IC將隨之變化,兩者之間的關(guān)系是一條曲線。當(dāng)基極電流IB取不同的值時(shí),可以得到不同的曲線，所以三極管的輸出伏安特性是一族曲線。晶體管輸出特性曲線晶體管輸出特性曲線1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.31.4.3三極管的伏安特性三極管的伏安特性放大區(qū)輸出特性曲線近似于水平的部分是放大區(qū)。截止區(qū)在基極電流IB=0所對應(yīng)的曲線下方的區(qū)域是截止區(qū)。飽和區(qū)飽和區(qū)

27、是對應(yīng)于UCE較?。ù藭r(shí)UCEUBE）的區(qū)域。1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.41.4.4三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.41.4.4三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.41.4.4三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)2. 三極管極間反向電流(1) 反向飽和電流 ICBO 當(dāng)發(fā)射極開路時(shí)，集電極和基極之間的反向電流叫做反向飽和電流，是由少數(shù)載流子形成的。這個(gè)參數(shù)受溫度的影響較大。硅三極管的反向飽和電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鍺三極管的反向飽和電流，其數(shù)量級在微安和毫安之間，這個(gè)值越小越好。1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.41.4

28、.4三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)(2)穿透電流 ICEO當(dāng)基極開路時(shí)，由集電區(qū)穿過基區(qū)流入發(fā)射區(qū)的電流叫做穿透電流，也是由少數(shù)載流子形成的。在數(shù)量上，穿透電流和反向飽和電流有下列關(guān)系：盡管反向飽和電流 ICBO的值很小，但穿透電流ICEO的值卻不容忽視。在考慮到這個(gè)因素時(shí)，三極管工作在放大區(qū)時(shí)集電極電流的表達(dá)式就變成：CBOCEOII)1 (CEOBCIII1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.41.4.4三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)3. 三極管的極限參數(shù)(1) 集電極最大允許電流 ICM三極管工作在放大區(qū)時(shí)，若集電極電流超過一定值時(shí)，其電流放大系數(shù)就會(huì)下降。三極管的 值下降到正常值三

29、分之二時(shí)的集電極電流，叫做三極管的集電極最大允許電流，用ICM來表示。集電極電流超過ICM時(shí)，不一定會(huì)引起三極管的損壞，但放大倍數(shù)的差別過大，這是工作在放大區(qū)的三極管所不允許的。1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.41.4.4三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)(2) 集電極和發(fā)射極反向擊穿電壓 U(BR)CEO 當(dāng)基極開路時(shí)，加于集電極和發(fā)射極之間的能使三極管擊穿的電壓值，一般為幾十伏到幾百伏以上，視三極管的型號(hào)而定。選擇三極管時(shí)，要保證U(BR)CEO大于工作電壓 兩倍以上，這樣才有一定的安全系數(shù)。1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.41.4.4三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)(3) 發(fā)射

30、極和基極反向擊穿電壓 U(BR)CEO當(dāng)集電極開路時(shí)，在發(fā)射極和基極之間所允許施加的最高反向電壓，一般為幾伏到幾十伏，視三極管的型號(hào)而定。選擇三極管時(shí)，要保證U(BR)CEO大于工作電壓 的兩倍以上。1.4半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.41.4.4三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù) (4) 集電極最大允許功耗 三極管工作于放大區(qū)時(shí)，其集電結(jié)上的電壓是比較大的。當(dāng)有集電極電流IC流過時(shí)，半導(dǎo)體管芯就會(huì)產(chǎn)生熱量，致使集電結(jié)的溫度上升。三極管在實(shí)用時(shí)，保證UECICUGS(th)時(shí)才能形成導(dǎo)電溝道。N溝道耗盡型絕緣柵型場效應(yīng)晶體管的特性溝道耗盡型絕緣柵型場效應(yīng)晶體管的特性1.5場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體

31、管1.5.11.5.1絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管N溝道耗盡型管的轉(zhuǎn)移特性曲線和漏極特性曲線。N溝道耗盡型的特性溝道耗盡型的特性1.5場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管1.5.21.5.2結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管1. 結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)結(jié)型場效應(yīng)管分成N溝道和P溝道兩種類型。N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)。結(jié)型場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)1.5場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管1.5.21.5.2結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管2.結(jié)型場效應(yīng)管的基本工作原理N溝道和P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理完全相同。UDS=0時(shí)，柵源電壓時(shí)，柵源電壓UGS對導(dǎo)電溝道影響對導(dǎo)電溝道影響1.5場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)

32、晶體管1.5.21.5.2結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管3.特性曲線柵源電壓對漏極電流的控制關(guān)系用轉(zhuǎn)移特性曲線表示出來。N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的輸出特性。N 溝道結(jié)型場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性溝道結(jié)型場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性N 溝道結(jié)型場效應(yīng)晶體管的輸出特性溝道結(jié)型場效應(yīng)晶體管的輸出特性1.5場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管1.5.31.5.3場效應(yīng)管與三極管的比較場效應(yīng)管與三極管的比較1. 場效應(yīng)管與三極管各自的特點(diǎn)比較表1.5場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管1.5.31.5.3場效應(yīng)管與三極管的比較場效應(yīng)管與三極管的比較總結(jié)起來, 場效應(yīng)管與三極管的特點(diǎn)有如下幾點(diǎn)：(1)場效應(yīng)管是電壓控制型元件，三極管是電流控制型元件。

33、(2)場效應(yīng)管的輸入電阻很高，三極管的輸入電阻比較小，分別適合于不同的信號(hào)源。(3)場效應(yīng)管的溫度穩(wěn)定性好，三極管的溫度穩(wěn)定性差。這是因?yàn)閳鲂?yīng)管靠多子導(dǎo)電，管中運(yùn)動(dòng)的只是一種極性的載流子；三極管既用多子導(dǎo)電，又有少子參與導(dǎo)電。(4)場效應(yīng)管的制造工藝簡單，便于集成化，適合制造大規(guī)模集成電路。而三極管受制造工藝和熱損耗大的影響，在集成度方面受到限制。1.5場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管2.使用場效應(yīng)管時(shí)的注意事項(xiàng)(1)緣柵型場效應(yīng)管的輸入電阻極高，使得柵極的感應(yīng)電荷不易釋放，又因極間電容很小，故容易造成電壓過高使絕緣柵擊穿。所以在保管MOS管時(shí)，要將三個(gè)極短接；(2)焊接時(shí)，電烙鐵的外殼要接地；測試

34、時(shí)，測量儀器也要接地，要先接好電路再去除電極之間的短接。測試結(jié)束后，要先短接電極再撤除儀器。(3)有些場效應(yīng)管的漏極和源極不可以互換，因?yàn)橐r底已經(jīng)和源極連在一起，這從管子的引腳數(shù)目可加以區(qū)分。1.5.31.5.3場效應(yīng)管與三極管的比較場效應(yīng)管與三極管的比較1.5場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管1.5.4 1.5.4 場效應(yīng)管的主要參數(shù)場效應(yīng)管的主要參數(shù)夾斷電壓UGS(off)或開啟電壓UGS(th)1零偏漏極電流IDSS2漏極和源極擊穿電壓U(BR)DS3柵源擊穿電壓U(BR)GS4直流輸入電阻RGS5漏極最大耗散功率PDM6跨導(dǎo)gm71.6集成電路集成電路1.6.11.6.1集成電路的類型集成電路的

35、類型集成電路按功能可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩大類；按其制作工藝可分為半導(dǎo)體集成電路、薄膜集成電路、厚膜集成電路和混合集成電路等；按其集成度可分為小規(guī)模集成電路(SSI)、中規(guī)模集成電路(MSI)、大規(guī)模集成電路(LSI)和超大規(guī)模集成電路(VLSI)，它表示了在一個(gè)硅基片上所制造的元器件的數(shù)目。集成電路的封裝形式有晶體管式封裝、扁平封裝和直插式封裝。其外形請參見半導(dǎo)體手冊。集成電路的管腳排列次序有一定的規(guī)律，一般是從外殼頂部向下看，從左下腳按逆時(shí)針方向讀數(shù)，其中第一腳附近一般有參考標(biāo)志，如凹槽、色點(diǎn)等。1.6集成電路集成電路1.6.11.6.1集成電路的類型集成電路的類型1.模擬集成電

36、路(1)模擬集成電路的分類、特點(diǎn)和結(jié)構(gòu) 模擬集成電路按用途可分為運(yùn)算放大器、直流穩(wěn)壓器、功率放大器和電壓比較器等。(2)片狀集成電路簡介為實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的體積微型化，近年來電子元器件向小、輕、薄的方向發(fā)展，人們發(fā)明了表面安裝技術(shù)，即SMT(Surface Mount Technology)。1.6集成電路集成電路1.6.11.6.1集成電路的類型集成電路的類型2.數(shù)字集成電路(1) 數(shù)字集成電路的類型數(shù)字集成電路按結(jié)構(gòu)不同可分為雙極型和單極型電路。其中雙極型電路有DTL、TTL、ECL、HTL等多種；單極型電路有JFET、NMOS、PMOS、CMOS等四種。 (2) TTL集成電路 TTL集成電

37、路是用雙極型晶體管為基本元件集成在一塊硅片上制成的，其品種、產(chǎn)量最多，應(yīng)用也最廣泛。1.6集成電路集成電路1.6.11.6.1集成電路的類型集成電路的類型2.數(shù)字集成電路(3) CMOS集成電路CMOS集成電路以單極型晶體管為基本元件制成，其發(fā)展迅速，主要是因?yàn)樗哂泄牡?、速度快、工作電源電壓范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、輸入阻抗高、扇出能力強(qiáng)、溫度穩(wěn)定性好及成本低等優(yōu)點(diǎn)，尤其是它的制造工藝非常簡單，為大批量生產(chǎn)提供了方便。CMOS集成電路有三種封裝方式：陶瓷扁平封裝；陶瓷雙列直插封裝；塑料雙列直插封裝。 1.6集成電路集成電路1.6.2 1.6.2 集成電路的型號(hào)命名法集成電路的型號(hào)命名法 1.7直流穩(wěn)壓電源電路直流穩(wěn)壓電源電路1.7.11.7.1直流穩(wěn)壓電源的組成和技術(shù)指標(biāo)直流穩(wěn)壓電源的組成和技術(shù)指標(biāo) 1. 直流穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源的組成1.7直流穩(wěn)壓電源電路直流穩(wěn)壓電源電路1.7.1