模拟电子技术教案

授课计划课题：半导体二极管的1、什么是半导体，什么是本证半导体？(10分钟)半导体：导电性介于导体和绝缘体之间的物质本征半导体：纯净(无杂质)的晶体结构(稳定结构)的半导体，所有半导体器件的基本材料。常见的四价元素硅和锗。2、杂质半导体(20分钟)N微量5价元素，使自由电子浓度增大，成为多数载流子(多子)，空穴成为少数载流子(少子)。如图(a)P型半导体：在本证半导体中参入微量3价元素，使空穴浓度增大，成为多子，电子成为少子，以空穴导电为主的杂志半导体称为P型半导体。如图(b))——电源正极接P区，负极接N区与内相反。外电场削弱内电场→耗尽层变窄→扩散运动>>漂移运动→多子扩散形成(与外电场方向一致)IF题)——电源正极接N区，负极接P区题与内相同。外电场加强内电场→耗尽层变宽→漂移运动>>扩散运动→少子漂移形成IR1、半导体二极管的构成2、半导体二极管的类型(1)二极管按半导体材料的不同可分为：硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等。(2)二极管按其结构不同可分为：点接触型、面接触型和平面型二极管三类。点接触型二极管PN结面积很小，结电容很小，多用于高频检波及脉冲数字电路体，空穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子于截止状态。N型半导体：自由电子为多数载流子空穴为少数载流子P型半导体：空穴为多数载流子自由电子为少数载流子PN结外加正向电压时处于导通状态外加反向电压时处于截止状态授课计划课题：半导体二极管I=IS(e−1)UT为温度的电压当量，UT≈26mV(1)正向特性外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结上升。通常死区电压硅管约为，锗管约为(2)反向特性二极管电压时，反向电流很小(I≈-IS)，而且在相当宽的反向电压范围内，反向电流几乎不变，因此，称此电流值为二极管的反向饱和电流结论：(1)二极管是非线性原件(2)二极管具有单项导电性(3)反向击穿特性从图可见，当反向电压的值增大到UBR时，反向电压外加反向电压时，电流和电压的关系称为二极管的反向特性。由图可见，二极管外加反向值稍有增大，反向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿，UBR为反向击穿电压。利用二极管的反向击穿特性，可以做成稳压二极管，但一般的二极管不允许工作在反向击穿区3、温度对二极管特性的影响温度升高，反向饱和电流会增大，反向伏安特性下移，温度每升高10℃，反向电流大约增加一倍国产二极管型号由五部分组成，符号意义见表表、二极管的主要参数(1)最大整流电流IFM最大整流电流IFM是指二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向电流(2)最高反向电压URM允许加在二极管上的反向电压的最大值。(3)反向饱和电流IS(4)最高工作频率fM：主要取决于PN结结电容的大小。理想二极管：正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，反向截止时为开路特性，反向漏电流忽略不计。(1)二极管的管脚级性将红、黑表笔分别接二极管的两个电极，若测得的电阻值很小(几千欧以下)，大(几百千欧以上)，则黑表笔所接电极为二极管负极，红表笔所接电极为二极管的(2)质量判断若测得的反向电阻很大(几百千欧以上)，正向电阻很小(几千欧以下)，表明性能良好。二极管短路，已损坏。明二极管断路，已损坏。最大整流电流IFM最高反向电压URM最高工作频率fM反向饱和电流IS3、半导体二极管的测量(1)反向电阻很大，正向电阻很小，二极管性能良好(2)若测得的反向电阻和正向电阻都很小，表明二极管短路，已损坏。(3)若测得的反向电阻和正向电阻都很大，表明二极管断路，已损坏。(10分钟)安特性及使用常识伏安特性：I=IS(e−1)硅管:，锗管:主要参数:最大整流电流IFM最高反向电压URM最高工作频率fM反向饱和电流IS授课计划课题：半导体二极管的基本应用电路工作原理复习上节课所讲内容，二极管的单项导电性，二极管的伏安特性，二极管的测量及参数，根据二极管的伏安特性图，引出二极管的电路模型图(10分钟)模型：相当一个开关UF不随电流而变，硅管UF取，锗管UF取。更接近实际二极管。[例二极管电路图如图所示，试分别用二极管的理想模型，恒压降模型计算回路解：首先要判断二极管是出于导通状态还是截止状态，可以通过计算(或观察)二极ababUab=Ua−Ub=−12V−(−16)V=4V>UF=0.7VI=UR=−US1+US2=(−12+16)V=2mARRRv2KΩU=−U=−12V0S1二：用恒压降模型I=UR=−US1+US2−UF=(−12+16−0,7)V=DRR2KΩU0=IDR0−US2=1.65mA×2KΩ−12V=−12.7V练习：二极管电路图如图所示，试分别用二极管的理想模型，恒压降模型计算回路中(1)简单介绍二极管的单向导电性，然后画出桥式整流电路的原理图电压)大小和方向随时间不断变化那么可以将交流电分成正负两个半周：正半周(下正下负)和负半周(下正上负)。正半周:上正下负,此时会产生一个下图中红色线条所示电流。负载电流方向：从上到下；电压方向：上正下负负半周:即下正上负。此时会产生下图中绿色线条所示的电流。负载电流方向：从上到下；电压方向：上正下负设电源变压器二次绕组的电压u2=√2U2sinωt2√2U=U=0.9U=U=0.9UUUI=0=0.92RRLLI=I=0.452D20RLUDRM=U2M=√2U2解:电压器的二次电压有效值为U=U0=1.11U=1.11×40V=44.4V.92.9U=√2U=√2×44.4V=62.8VDRM211I=I=×2A=1AD202三：硅整流组合管恒压降模型：硅，锗电源变压器二次绕组的电压u2=√2U2sinωt2√20π22U0π22UUI=0=0.920RRLLI=I=0.452D20RLU=U=√2UDRM2M2电路=1电路=1I=ID02=√2Usinωt2U=2√2U=0.9U0π22=U0=0.9U2RLRLuIP2300.45U2LRL授课计划课题：半导体二极管的基本应用复习上节课所讲内容，半导体二极管的电路模型，理想模型相当于开关，恒压模型，硅管，锗管。单项桥式整流电路输出电压输出电流的计算方式，根据桥式整流电路的工作原理，引出桥式滤波电路(10分钟)并联，如上图所示。(1)工作原理和D4管截止，电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电。当UC>U2，导致CC对充放电的影响电容充电时间常数为TD=RLC，因为二极管的RD很小，所阻RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大，如图所示。(2)参数计算TTD=RLC=(3~5)2T周期。U0=(1.1~1.2)U2UUI0=R0=(1.1~1.2)R2LL1UID=2I0=(1.1~1.2)2L(3)输出特性一般用在负载电流较小(RL较大)变化不大的场合。优点：输出直流电压高，波纹小缺点：输出特性较差(带负载能力差)适用于负载电流较大，负载变化较大的场合。体积大，在小型电子设备中很少采用P14表各种滤波电路的比较二：硅高压整流堆三：限幅电路利用二极管的单项导电性和导通后两端电压基本不变的特点，可组成限幅电路，LCU=0.9U2波电路00=1.2U2