模拟电子技术-行动导向式教程 课件 子项目 1 保护模块电源电路

模拟电子技术半导体基础知识本征半导体1杂质半导体2PN结的原理3——目录——问题导航半导体与电子技术

没有具体了解过半导体，但一定听说过半导体，听闻了半导体的竞争！本征半导体半导体

—

导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。

材料

—

一般采用“硅材料”或“锗材料”。Si284Ge28184等效分析模型+4硅原子结构锗原子结构原子核外层电子本征半导体

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纯净的硅/锗材料制成，形成单晶体结构+4+4+4+4+4+4+4+4原始晶体结构本征激发结果共价键自由电子空穴与电子产生定向移动，形成电流温度光照导电空穴本征半导体杂质半导体N型半导体N型+5+4+4+4+4+4磷原子自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子P285磷原子结构参杂杂质半导体P型B23磷原子结构P型半导体硼原子导电空穴空穴为多数载流子电子为少数载流子参杂+3+4+4+4+4+4PN结的原理PN结的形成1.载流子的浓度差引起多子的扩散内建电场2.复合使交界面形成空间电荷区:

特点：该区域的多数载流子基本被耗尽，无法导电形成了PN结，产生内建电场，方向：N型->P型P型N型PN结的原理PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)P区N区内电场+

UR外电场外电场使多子向PN结移动,结果：使空间电荷区变窄IF扩散运动加强形成正向电流IF。2.外加反向电压(反向偏置)P

区N

区

+UR内电场外电场IR反向电流被阻止，不能导通漂移运动形成微弱反向电流IR外电场使多子背离PN结移动,结果：使空间电荷区变宽PN结的电容效应当PN上的电压发生变化时，PN结中储存的电荷量将随之发生变化，使PN结具有电容效应，影响PN结的工作频率。PN结加正向电压PN结加反向电压PN结的原理本课总结半导体：导电性介于导体与绝缘体之间，主要包括硅与锗；当本征激发后形成自由电子，但其导电能力较弱。PN结：参入不同类型杂质后，分别形成P型与N型半导体；当P型与N型进行复合时，在交界处将形成PN结；PN结具有单向导电特性，同时也伴随着结电容。谢谢观看主讲人：主讲人：模拟电子技术二极管结构及特性二级管结构与类型1二级管的伏安特性2二级管的主要参数3——目录——问题导航现实生活中的问题在厨房中有种配件叫单向止回阀，仅允许排烟向一个方向进行！在电子学领域，也有一种电流的单向阀，就是半导体二极管！止回阀的原理半导体二极管二级管结构与类型二极管构成：PN结+引线+外壳=二极管二极管符号：A(正极)K(负极)二极管分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型负极引线

面接触型N型硅PN结

正极引线铝合金小球底座金锑合金点接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线×√二级管的伏安特性二极管的伏安特性曲线604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD

/mAuD/V伏安特性曲线的测量电路伏安特性曲线伏安特性：在二极管两端的电压，与流过二极管电流的对应关系正向曲线测量反向曲线测量二极管的伏安特性OuDiD正向特性UthiD

=0Uth=

0.5V

0.1V硅管锗管U

UthiD急剧上升0

U

Uth

UD(on)=0.6

0.8V硅管0.7V0.1

0.3V锗管0.2V反向特性ISUBRU（BR)

U

0硅管<0.1

A、

锗管几十

AU<

U（BR）反向电流急剧增大（反向击穿）反向击穿类型：电击穿热击穿—PN结未损坏，断电恢复—PN结被烧毁，器件损坏死区电压反向击穿二级管的伏安特性UD（on）导通电压iD

/mAuD

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.02锗管的伏安特性0604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD

/mAuD/V硅管的伏安特性温度对二极管特性的影响温度升高时，UD(on)以2

2.5mV/

C下降温度升高10

C，反向电流约增大一倍604020–0.02O0.4–25–50iD

/mAuD/V20C90C材料对二极管特性的影响硅管较高锗管较低导通电压反向电流二级管的伏安特性硅管较低锗管较高二级管的主要参数1.IF—最大整流电流指二极管长期使用时允许通过二极管的最大正向平均电流值2.反向击穿电压：UBR、最高反向工作电压：URM反向击穿电压是指二极管在反偏时产生击穿现象的电压最高反向工作电压是指二极管工作时允许外加的最大反向电压3.IR

—反向电流在给定的反向电压下，通过二极管的反向电流值。

二极管单向导电性能的重要指标，反向电流小单向导电性能越好。4.fM—最高工作频率二极管的PN结存在结电容，超最高频率时单向导电性变差。IF604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD

/mAuD/V伏安特性UBRURMIRfM本课总结二极管的结构与类型：二极管由内部PN结与管壳引线组成，具有单向导电特性；按材料分为硅管与锗管，按结构分为点接触型与面接触型。二极管的伏安特性：正偏时未超过死区电压前微弱导通，超过后电流快速增大；反偏时反向电流很小，但超过击穿电压后电流急剧增大；参数包括：IF、IR、U(BR)、U(RM)、fM等，具有电容效应。谢谢观看主讲人：主讲人：模拟电子技术二极管基本应用大信号等效电路1大信号应用举例2——目录——问题：元器件性能的表示方法?R=U/I

公式电阻二极管i500.30.6u1.20.9IU

图形

公式

图形非线性器件

分析计算不方便解决方法：等效变换线性器件

分析计算方便

iDuD大信号等效电路一、理想等效电路理想伏安特性理性符号等效模型SS二、恒压降等效电路UD(on)导通电压uD=UD(on)0.7V(硅管)0.3V(锗管)正偏导通uD=0iDuD恒压降伏安特性iD=0UD(on)反偏截止大信号等效电路例：当采用硅二极管时，在理想模型与恒压降模型的条件下

如果R=1k

，VDD=5V时，分别求出io与uo的值？[解]已知条件：理想条件下：io=uo/R=5/1

=5mAuo=VDD=5V恒压降条件下：uo=VDD–UD(on)=5

0.7=4.3Vio=uo/R=4.3/1

=4.3mAVDD=5V，R=1kΩ大信号等效电路

解题小结：

1.根据已知条件或实际情况确定二极管采用的模型；

2.假定二极管断开，分别计算VA,VK

并判断管子通断；

3.套入相应的模型对原电路进行变换；

4.利用欧姆定律进行分析计算。大信号应用举例应用方向1：

利用二极管单向导电性，可构成：整流电路、与门电路等应用方向2：

利用二极管正向恒压性，可构成：稳压电路、限幅电路等大信号应用举例利用二极管的恒压降特性，实现对输出幅度的限制当：－0.7V<ui<0.7VD1、D2均截止uo=uiuo=0.7V当：ui

0.7VD1导通D2截止当：ui≤

0.7VD2导通D1截止ui0tuo

0.7V0t2V

0.7V限幅电路uo=-0.7V大信号应用举例稳压电路二极管正向导通UO=2UD(on)≈1.4V利用二极管的恒压降特性，实现对输出电压的稳定二极管正向导通UO=NUD(on)≈0.7NV本课总结理想二极管：正偏导通，电压降为零，相当于开关闭合；反偏截止，电流为零，相当于开关断开。恒压降模型：正偏电压

UD(on)时导通，等效为恒压源UD(on)；否则截止，相当于二极管支路断开。谢谢观看主讲人：主讲人：模拟电子技术特殊二极管稳压二极管1发光二级管2光敏二极管3——目录——变容二极管4问题导航思考问题？难道二极管只能当做单向阀来使用？稳压二极管一、稳压二极管iZ/mAuZ/VO

UZ

IZmin

IZmax

UZ

IZ

IZ符号伏安特性工作条件：反向击穿反向击穿稳压二极管iZ/mAuZ/VO

UZ

IZmin

IZmax

UZ

IZ

IZ伏安特性二、稳压二极管主要参数1.稳定电压UZ

流过规定电流IZ时稳压管两端的反向电压值。2.稳定电流IZ

通常指UZ所对应的值，电流小于IZ时稳压效果变差，小于IZmin时不稳压。3.最大工作电流IZmam，最大耗散功率PZMPZM=UZ

IZM稳压二极管电路稳压过程分析：IR=IZ+IL:kclUO=UI–IRR:kvl1.当UI波动时(RL不变)2.当RL变化时（UI不变）若：UI↓，分析过程相似UI↑UO↑IZ↑UO↓IRR↑IR↑

RL↓UO↓IZ↓UO↑IRR↓IR↓

若：RL↑

，分析过程相似发光二极管发光二极管LED(LightEmittingDiode)符号和特性工作条件：正偏导通电压：1.7V

3.5V工作电流：几到几十mA发光类型：可见光：红、黄、绿不可见光：红外光显示类型：

普通LED、七段LED、点阵LED符号ui

O2伏安特性发光二极管发光二极管限流电阻选择步骤：1.设定工作电压（如：1.5VLED）2.确定工作电流（如：5~10mA）3.根据欧姆定律求电阻R=（UI

UV）/IV注意：电阻值R要选择标准阻值发光二极管例题：如图所示，发光二极管导通电压UD＝1V，正向电流为5～15mA。

试问：（1）开关S在什么位置时发光二极管才能发光？（2）R的取值范围是多少？（1）开关S

时发光二极管才能发光R的取值范围：267Ω~800Ω解：（2）R的取值范围计算闭合光敏二极管1．符号和特性符号伏安特性uiO暗电流E=200lxE=400lx工作条件：反偏2.主要参数电学参数：

暗电流，光电流光学参数：光谱范围，灵敏度，峰值波长光敏二极管1．符号和特性工作条件：反偏2.基本原理利用PN结的电容效应通过反向电压控制容量电子调谐、频率控制、调频调幅变容二极管变容二极管3.主要应用器件符号稳压二极管：工作在反向击穿状态，击穿电压恒定实现稳压。发光二极管：正偏导通时，在额定的电流范围内向外发光。光敏二极管：反偏工作时，能够根据外部光照强度改变反向电流。变容二极管：反偏工作时，能根据反偏控制电压改变结电容大小。本课总结谢谢观看主讲人：主讲人：模拟电子技术整流电路半波整流电路1全波整流电路2桥式整流电路3——目录——问题导航怎样获得直流电源？

除电池与直流发电装置外，一般使用直流电源将交流电转换为直流电220V~50Hz电源变压器整流电路滤波电路稳压电路直流输出+uo-整流：将交流变为脉动的直流电压；滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压；稳压：将平滑的直流电压变为恒定的直流电压。220V~DR半波整流电路一、半波整流原理ID=IO+ui-+uo-变压输出：负载电压：回路电流：t0

2

3

ui4

变压输出电压波形t

2

3

uO4

0负载的电压波形t

2

3

4

IO0负载的电流波形220V~D1RD2双绕组变压器全波整流电路二、全波整流原理+ui1-+uo--ui2+t0

2

3

ui4

变压输出电压波形t

2

3

uO4

0负载的电压波形t

2

3

4

IO0负载的电流波形U1

U2两组二极管交替导通桥式整流电路三、桥式整流原理220V~+ui-+uo-D1RD3D4D2220V~-ui++uo-D1RD3D4D2正弦波负半周正弦波正半周t0

2

3

ui4

变压输出电压波形t

2

3

4

IO0负载的电流波形t

2

3

uO4

0负载的电压波形桥式整流电路桥式整流电路结构标准整流桥简绘整流桥集成整流桥根据二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电压来选择二极管的型号二极管的正向平均电流与负载平均电流的关系：二极管承受的最大反向电压：二极管参数参数分析半波整流全波整流桥式整流变压器副边负峰值电压t0

2

3

U4

半波整流桥式整流全波整流t0

2

3

U4

变压器副边峰峰值电压电路类型负载电压平均值负载电流平均值二极管电流平均值二极管最高反向电压半波整流全波整流桥式整流本课总结

半波整流电路全波整流电路桥式整流电路uo=0.45Uuo=0.9Uuo=0.9UIo=0.45U/RIo=0.9U/RIo=0.9U/RID=Io=0.45U/RID=0.5Io=0.45U/RID=0.5Io=0.45U/R谢谢观看主讲人：主讲人：模拟电子技术滤波电路电容滤波电路1其他形式滤波电路2——目录——直流电源组成220V~50Hz电源变压器整流电路滤波电路稳压电路直流输出+uo-整流：将交流变为脉动的直流电压；滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压；稳压：将平滑的直流电压变为恒定的直流电压。问题导航220V~50Hz+ui-D1D2D3D4RL+uo-桥式整流电容滤波电路电容滤波电路如下，滤波电容的容值较大，一般采用电解电容器实现。电容滤波电路电容滤波电路+C1-220V~50Hz+ui-D1D2D3D4RL+uo-C1电容滤波电路电容滤波原理t0ui变压波形tuo0负载波形t整流电路为电容充电设t1时刻接通电源充电结束保持uo分析C接入、RL未接入时输出波形：负载开路时电容将保持输出电压不变t电容滤波原理t0ui