模拟电子技术电子教案整本书课件全套教学教程.ppt

模拟电子技术模拟电子技术内容简介内容简介 本书根据职业技术教育要求和学生特点编写，以培养学生本书根据职业技术教育要求和学生特点编写，以培养学生的技术应用能力为主线，内容覆盖面较宽、但难度较浅；以理的技术应用能力为主线，内容覆盖面较宽、但难度较浅；以理论论“必需必需”和和“够用够用”为度，突出基本内容和基础知识，以讲为度，突出基本内容和基础知识，以讲清概念、强化应用为目标，大大削减分立元件电路篇幅，同时清概念、强化应用为目标，大大削减分立元件电路篇幅，同时突出集成电路的特性及应用，并适当增加新器件、新知识的内突出集成电路的特性及应用，并适当增加新器件、新知识的内容。容。本书的主要内容包括：常用半导体器件、基本放大电路、本书的主要内容包括：常用半导体器件、基本放大电路、放大电路中的负反馈、集成运算放大电路、功率放大电路、波放大电路中的负反馈、集成运算放大电路、功率放大电路、波形产生电路、直流稳压电源、频率变换电路、晶闸管及其应用、形产生电路、直流稳压电源、频率变换电路、晶闸管及其应用、模拟电子电路读图及电子虚拟工作台模拟电子电路读图及电子虚拟工作台EWBEWB的应用等内容。的应用等内容。下一页 返回内容简介内容简介 本书每章配有各种类型的练习题，以便学生通过练习从各本书每章配有各种类型的练习题，以便学生通过练习从各个角度理解和掌握相关知识，并培养学生利用相关知识解决实个角度理解和掌握相关知识，并培养学生利用相关知识解决实际问题的能力。际问题的能力。本教材可作为高等职业教育的电子、信息、电气、自动化本教材可作为高等职业教育的电子、信息、电气、自动化及计算机等专业的教材，还可作为自学考试和工程技术人员的及计算机等专业的教材，还可作为自学考试和工程技术人员的学习参考书。学习参考书。下一页 返回上一页前前 言言 本书是依据教育部最新制定的高职高专教育模拟电子技本书是依据教育部最新制定的高职高专教育模拟电子技术基础课程教学基本要求编写而成。术基础课程教学基本要求编写而成。模拟电子技术是由电子元器件构成的具有一定功能的电路，模拟电子技术是由电子元器件构成的具有一定功能的电路，它是各种电子设备的重要组成部分。因此，认真学习和牢固掌它是各种电子设备的重要组成部分。因此，认真学习和牢固掌握模拟电子技术与技能，是学习各种电子技术专业知识的基础。握模拟电子技术与技能，是学习各种电子技术专业知识的基础。本书按照本书按照“保证基础，加强概念，精选内容，压缩篇幅，保证基础，加强概念，精选内容，压缩篇幅，联系实际，便于自学（教学）联系实际，便于自学（教学）”的原则，突出高职高专教育的的原则，突出高职高专教育的特点，详细讲解模拟电路基础及应用技术。特点，详细讲解模拟电路基础及应用技术。下一页 返回上一页前前 言言 （1 1）保证基础保证基础 本书是以模拟电子技术的基础知识为主线，对于与模拟电本书是以模拟电子技术的基础知识为主线，对于与模拟电路及有关组成模拟电路最常用的半导体器件作了较详细介绍，路及有关组成模拟电路最常用的半导体器件作了较详细介绍，这些基本知识的掌握，能为今后的进一步学习与提高打下良好这些基本知识的掌握，能为今后的进一步学习与提高打下良好的基础。的基础。（2 2）加强概念加强概念 在介绍模拟电路及组成电路的电子元件时，对于一些基本在介绍模拟电路及组成电路的电子元件时，对于一些基本概念，书中均作了较简略通俗的介绍，以便让读者一目了然，概念，书中均作了较简略通俗的介绍，以便让读者一目了然，这对电路原理的理解和读懂较复杂的电路都非常有益。这对电路原理的理解和读懂较复杂的电路都非常有益。下一页 返回上一页前前 言言 （3 3）精选内容精选内容 模拟电子技术包括的内容很多，涉及面也广，故精选了当模拟电子技术包括的内容很多，涉及面也广，故精选了当今模拟电子技术应用面较广而且最实用的内容，尤其是加重了今模拟电子技术应用面较广而且最实用的内容，尤其是加重了集成电路模拟电子技术的比重。集成电路模拟电子技术的比重。（4 4）联系实际联系实际 本书设置了实训的内容，其目的就是加强实践能力的培养。本书设置了实训的内容，其目的就是加强实践能力的培养。在实训内容安排上，注重培养读者的实际动手能力和解决实际在实训内容安排上，注重培养读者的实际动手能力和解决实际问题的能力，使上岗或岗位培训的人员获得模拟电子技术的基问题的能力，使上岗或岗位培训的人员获得模拟电子技术的基本知识和初步的实践训练。本知识和初步的实践训练。下一页 返回上一页前前 言言 （5 5）便于自学（教学）便于自学（教学）本书在内容叙述上力求深入浅出，尽量避免繁琐的数学推本书在内容叙述上力求深入浅出，尽量避免繁琐的数学推导；在内容编排上力求简洁、形式新颖、目标明确，有利于促导；在内容编排上力求简洁、形式新颖、目标明确，有利于促进读者的求知欲和学习的主动性。进读者的求知欲和学习的主动性。本书由章彬宏，吴青萍主编，王琳任副主编，钱金法主审。本书由章彬宏，吴青萍主编，王琳任副主编，钱金法主审。其中章彬宏编写了第其中章彬宏编写了第4 4、7 7章；吴青萍编写了第章；吴青萍编写了第6 6、8 8章及第章及第2 2章章2.62.6节；王琳编写了第节；王琳编写了第1 1章；张慧敏编写了第章；张慧敏编写了第2 2章的章的2.12.52.12.5、2.72.7节及第节及第5 5章；朱小刚编写了第章；朱小刚编写了第3 3、1010章；刘翠梅编写了第章；刘翠梅编写了第9 9章和附章和附录。全书由章彬宏负责统稿。录。全书由章彬宏负责统稿。下一页 返回上一页前前 言言 由于编者水平有限，书中难免有不妥甚至错误之处，恳请由于编者水平有限，书中难免有不妥甚至错误之处，恳请读者批评指正。读者批评指正。编者编者 下一页 返回上一页下一页 返回目目 录录第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1 11.2 1.2 半导体二极管半导体二极管5 51.3 1.3 半导体三极管半导体三极管9 91.4 1.4 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 15151.5 1.5 实训实训 常用半导体器件识别与检测常用半导体器件识别与检测1919上一页下一页 返回目目 录录第第2 2章章 基本放大电路基本放大电路2.1 2.1 共射放大电路共射放大电路27272.2 2.2 共集电极电路与共基极电路共集电极电路与共基极电路43432.3 2.3 场效应管基本放大电路场效应管基本放大电路47472.4 2.4 多级放大电路多级放大电路50502.5 2.5 放大电路的频率特性放大电路的频率特性53532.6 2.6 小信号调谐放大器小信号调谐放大器5555上一页下一页 返回目目 录录第第3 3章章 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈3.1 3.1 反馈的基本概念反馈的基本概念74743.2 3.2 负反馈放大电路的组态和方框图表示法负反馈放大电路的组态和方框图表示法78783.3 3.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响82823.3 3.3 实训实训 负反馈放大器的负反馈放大器的MultisimMultisim仿真测试仿真测试 8686上一页下一页 返回目目 录录第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路4.1 4.1 直接耦合放大电路及问题直接耦合放大电路及问题90904.2 4.2 差分放大电路差分放大电路90904.3 4.3 集成运算放大器简介集成运算放大器简介98984.4 4.4 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用 100 1004.5 4.5 实训实训 集成运算放大器应用集成运算放大器应用MultisimMultisim仿真测试仿真测试 113 113上一页下一页 返回目目 录录第第5 5章章 功率放大电路功率放大电路5.1 5.1 功率放大电路的特点与类型功率放大电路的特点与类型1241245.2 5.2 互补推挽功率放大电路互补推挽功率放大电路1251255.3 5.3 集成功率放大器集成功率放大器1311315.4 5.4 实训实训 功率放大电路功率放大电路MultisimMultisim仿真实例仿真实例134134上一页下一页 返回目目 录录第第6 6章章 波形产生电路波形产生电路6.1 6.1 正弦波振荡器正弦波振荡器1391396.2 6.2 非正弦波产生电路非正弦波产生电路1511516.3 6.3 集成函数发生器集成函数发生器80388038简介简介1541546.4 6.4 实训实训 正弦波及非正弦波发生电路正弦波及非正弦波发生电路MultisimMultisim仿真实仿真实例例156156上一页下一页 返回目目 录录第第7 7章章 直流稳压电路直流稳压电路7.1 7.1 整流电路整流电路1631637.2 7.2 滤波电路滤波电路1711717.3 7.3 稳压电路稳压电路1751757.4 7.4 开关型稳压电路开关型稳压电路1821827.5 7.5 实训实训 整流滤波电路的整流滤波电路的MultisimMultisim仿真测试仿真测试184184上一页下一页 返回目目 录录第第8 8章章 频率变换电路频率变换电路8.1 8.1 信息的传输过程信息的传输过程1911918.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路1941948.3 8.3 角度调制与解调电路角度调制与解调电路2022028.4 8.4 混频电路与锁相环路混频电路与锁相环路2102108.5 8.5 实训实训 50 50型型AM/FMAM/FM收音机的安装与调试收音机的安装与调试215215上一页下一页 返回目目 录录第第9 9章章 晶闸管及其应用晶闸管及其应用9.1 9.1 晶闸管晶闸管2212219.2 9.2 单相可控整流电路单相可控整流电路2242249.3 9.3 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路2282289.4 9.4 晶闸管应用举例晶闸管应用举例2322329.5 9.5 实训实训 晶闸管应用电路测试晶闸管应用电路测试 234234上一页返回目目 录录第第1010章章 模拟电子电路读图模拟电子电路读图10.1 10.1 读图的一般方法读图的一般方法23823810.2 10.2 读图举例读图举例239239上一页第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 1.3 半导体三极管半导体三极管1.4 1.4 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管1.5 1.5 实训实训 常用半导体器件识别与检测常用半导体器件识别与检测导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。在自然界导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。在自然界中属于半导体的物质很多，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化中属于半导体的物质很多，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等，其中硅用的最广泛。物等，其中硅用的最广泛。1.1.11.1.1本征半导体本征半导体完全纯净而具有晶体结构的半导体称为本征半导体。比较典型完全纯净而具有晶体结构的半导体称为本征半导体。比较典型的本征半导体有硅和锗晶体，它们都是四价元素，最外层原子轨道的本征半导体有硅和锗晶体，它们都是四价元素，最外层原子轨道上具有上具有4 4个电子个电子,称为价电子，如称为价电子，如图图1-11-1所示。每个原子的所示。每个原子的4 4个价电子个价电子不仅受自身原子核的束缚不仅受自身原子核的束缚,而且还与周围相邻的而且还与周围相邻的4 4个原子发生联系，个原子发生联系，这些价电子一方面围绕自身的原子核运动这些价电子一方面围绕自身的原子核运动,另一方面也时常出现在相另一方面也时常出现在相邻原子所属的轨道上。邻原子所属的轨道上。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识下一页 返回这样这样,相邻的原子就被共有的价电子联系在一起相邻的原子就被共有的价电子联系在一起,称为共价键结称为共价键结构。构。1.1.本征激发本征激发晶体原子间的共价键具有很强的结合力，在绝对温度为零度时，晶体原子间的共价键具有很强的结合力，在绝对温度为零度时，价电子不能挣脱共价键的束缚，也就不能自由移动，所以共价键内价电子不能挣脱共价键的束缚，也就不能自由移动，所以共价键内的价电子又称为束缚电子。这样，本征半导体中虽有大量的价电子，的价电子又称为束缚电子。这样，本征半导体中虽有大量的价电子，但没有自由电子，此时半导体是不导电的。当温度升高或受光照射但没有自由电子，此时半导体是不导电的。当温度升高或受光照射时，价电子不断从外界获得一定的能量，少数价电子因获得的能量时，价电子不断从外界获得一定的能量，少数价电子因获得的能量较大而挣脱共价键的束缚，成为自由电子，同时在原来的共价键的较大而挣脱共价键的束缚，成为自由电子，同时在原来的共价键的相应位置留下一个空位，这个空位称为相应位置留下一个空位，这个空位称为“空穴空穴”，1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识下一页 返回上一页如如图图1-31-3所示，其中所示，其中A A处为空穴，处为空穴，B B处为自由电子。显然，自由电处为自由电子。显然，自由电子和空穴是成对出现的，所以称它们为电子空穴对。我们把在热或子和空穴是成对出现的，所以称它们为电子空穴对。我们把在热或光的作用下，本征半导体中产生电子空穴对的现象，称为本征激发。光的作用下，本征半导体中产生电子空穴对的现象，称为本征激发。2.2.两种载流子两种载流子本征激发产生自由电子和空穴。当共价键中失去一个价电子出本征激发产生自由电子和空穴。当共价键中失去一个价电子出现一个空穴时，如图现一个空穴时，如图1-31-3中中A A处，与其相邻处于热运动状态的价电子处，与其相邻处于热运动状态的价电子很容易填补到这个空穴中来，使该价电子原来所在的共价键中出现很容易填补到这个空穴中来，使该价电子原来所在的共价键中出现一个空穴，如图一个空穴，如图1-31-3中中C C处，这样空穴便从处，这样空穴便从A A处移至处移至C C处；同样，邻近处；同样，邻近的价电子（图中的价电子（图中D D处）又可填补处）又可填补C C处的空穴，空穴又从处的空穴，空穴又从C C处移到处移到D D处。处。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识下一页 返回上一页因此，空穴可以在半导体中自由移动，实质上是价电子填补空因此，空穴可以在半导体中自由移动，实质上是价电子填补空穴的运动（二者运动方向相反）。在电场作用下，大量的价电子依穴的运动（二者运动方向相反）。在电场作用下，大量的价电子依次填补空穴的定向运动也形成电流。为了区别于自由电子的运动，次填补空穴的定向运动也形成电流。为了区别于自由电子的运动，我们把这种价电子的填补运动称为空穴运动，认为空穴是一种带正我们把这种价电子的填补运动称为空穴运动，认为空穴是一种带正电荷的载流子，它所带电量与电子相等，符号相反。电荷的载流子，它所带电量与电子相等，符号相反。可见，在本征半导体中存在两种载流子：带负电荷的电子载流可见，在本征半导体中存在两种载流子：带负电荷的电子载流子和带正电荷的空穴载流子。子和带正电荷的空穴载流子。3.3.本征半导体的主要特性本征半导体的主要特性（1 1）热敏和光敏特性）热敏和光敏特性1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识下一页 返回上一页当温度升高或光照增强时，本征半导体内被束缚在共价键内的当温度升高或光照增强时，本征半导体内被束缚在共价键内的价电子将获得更多的动能，因此本征激发产生电子空穴对数目显著价电子将获得更多的动能，因此本征激发产生电子空穴对数目显著增加，其导电能力大大增强。可见，本征半导体的导电性能对温度增加，其导电能力大大增强。可见，本征半导体的导电性能对温度和光照很敏感，这就是它的热敏和光敏特性。利用半导体的热敏和和光照很敏感，这就是它的热敏和光敏特性。利用半导体的热敏和光敏特性可制成热敏元件（例如热敏电阻）和光敏元件（例如光敏光敏特性可制成热敏元件（例如热敏电阻）和光敏元件（例如光敏电阻、光电管）。电阻、光电管）。（2 2）掺杂特性）掺杂特性在本征半导体中掺入微量的其他元素，称为掺杂，这些微量元在本征半导体中掺入微量的其他元素，称为掺杂，这些微量元素称为杂质，掺入杂质的半导体称为杂质半导体。虽然本征半导体素称为杂质，掺入杂质的半导体称为杂质半导体。虽然本征半导体的导电能力很弱，但掺杂后半导体的导电能力将大大增强，的导电能力很弱，但掺杂后半导体的导电能力将大大增强，1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识下一页 返回上一页掺入的杂质越多，半导体的导电能力就越强，这就是它的掺杂掺入的杂质越多，半导体的导电能力就越强，这就是它的掺杂特性。利用半导体的掺杂特性，可制造出各种类型的半导体器件。特性。利用半导体的掺杂特性，可制造出各种类型的半导体器件。当然，掺入杂质的种类和数量是要严格控制的，否则得到的杂质半当然，掺入杂质的种类和数量是要严格控制的，否则得到的杂质半导体将不是我们所需要的。导体将不是我们所需要的。1.1.21.1.2杂质半导体杂质半导体根据掺入杂质的不同，杂质半导体有根据掺入杂质的不同，杂质半导体有N N型和型和P P型两种。型两种。1.N1.N型半导体型半导体在纯净的硅（或锗）晶体中，掺入少量五价元素，如磷、砷等。在纯净的硅（或锗）晶体中，掺入少量五价元素，如磷、砷等。由于掺入的元素数量较少，因此整个晶体结构基本上保持不变，只由于掺入的元素数量较少，因此整个晶体结构基本上保持不变，只是某些位置上的硅原子被磷原子替代。是某些位置上的硅原子被磷原子替代。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识下一页 返回上一页磷原子五个价电子中的四个与硅原子形成共价结构，而多余的磷原子五个价电子中的四个与硅原子形成共价结构，而多余的一个价电子处共价键之外，很容易挣脱磷原子核的束缚成为自由电一个价电子处共价键之外，很容易挣脱磷原子核的束缚成为自由电子。于是半导体中自由电子的数目明显增加，这样就大大地提高了子。于是半导体中自由电子的数目明显增加，这样就大大地提高了半导体的导电性能。由于磷原子可以提供电子，故称施主杂质。在半导体的导电性能。由于磷原子可以提供电子，故称施主杂质。在掺有施主杂质的半导体中，由于空穴数量远少于自由电子数量，故掺有施主杂质的半导体中，由于空穴数量远少于自由电子数量，故自由电子被称为多数载流子（简称多子），空穴被称为少数载流子自由电子被称为多数载流子（简称多子），空穴被称为少数载流子（简称少子）。这种杂质半导体主要以电子导电为主，称为电子半（简称少子）。这种杂质半导体主要以电子导电为主，称为电子半导体，简称导体，简称N N型半导体。如型半导体。如图图1-41-4所示。所示。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识下一页 返回上一页2.P2.P型半导体型半导体在纯净的硅（或锗）晶体中，掺入少量三价元素，如硼、铝等，在纯净的硅（或锗）晶体中，掺入少量三价元素，如硼、铝等，硼原子与周围的硅原子形成共价键时，会因缺少一个价电子而在共硼原子与周围的硅原子形成共价键时，会因缺少一个价电子而在共价键中出现一个空位，这个空位很容易被相邻的价电子填补，而使价键中出现一个空位，这个空位很容易被相邻的价电子填补，而使失去价电子的共价键出现一个空穴。这样在杂质半导体中出现大量失去价电子的共价键出现一个空穴。这样在杂质半导体中出现大量空穴。由于硼原子在硅晶体中接受电子，故称为受主杂质。在掺有空穴。由于硼原子在硅晶体中接受电子，故称为受主杂质。在掺有受主杂质的半导体中，空穴被称为多数载流子，自由电子被称为少受主杂质的半导体中，空穴被称为多数载流子，自由电子被称为少数载流子。这种杂质半导体主要靠空穴导电，称为空穴半导体，简数载流子。这种杂质半导体主要靠空穴导电，称为空穴半导体，简称称P P型半导体。型半导体。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识下一页 返回上一页1.1.3 PN1.1.3 PN结结在一块完整的硅片上，用某种特定的掺杂工艺使其一边形成在一块完整的硅片上，用某种特定的掺杂工艺使其一边形成N N型型半导体，另一边形成半导体，另一边形成P P型半导体，那么在两种半导体的交界面附近就型半导体，那么在两种半导体的交界面附近就形成形成PNPN结。结。PNPN结是构成各种半导体器件的基础。结是构成各种半导体器件的基础。1 1PNPN结的形成结的形成P P型半导体和型半导体和N N型半导体结合在一起时，由于该两种半导体多子型半导体结合在一起时，由于该两种半导体多子不同，其交界面两侧的电子和空穴存在浓度差，会出现多数载流子不同，其交界面两侧的电子和空穴存在浓度差，会出现多数载流子电子和空穴的扩散运动。电子和空穴的扩散运动。N N区内自由电子多、空穴少，而区内自由电子多、空穴少，而P P区内空穴区内空穴多、自由电子少。这样，自由电子和空穴都要从浓度高的区域向浓多、自由电子少。这样，自由电子和空穴都要从浓度高的区域向浓度底的区域扩散，如度底的区域扩散，如图图1-51-5所示。所示。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识下一页 返回上一页扩散的结果是在扩散的结果是在N N区留下带正电的离子（图中用区留下带正电的离子（图中用+表示），而表示），而P P区区留下带负电的离子（图中用留下带负电的离子（图中用-表示），它们集中在交界面两侧形成一表示），它们集中在交界面两侧形成一个很薄的空间电荷区，在就是个很薄的空间电荷区，在就是PNPN结。在这个区域内自由电子和空穴成结。在这个区域内自由电子和空穴成对消失而复合，或者说它们相互耗尽了，没有载流子，所以空间电荷对消失而复合，或者说它们相互耗尽了，没有载流子，所以空间电荷区又可称为耗尽层。区又可称为耗尽层。在空间电荷区内，靠在空间电荷区内，靠N N区一侧带正电，靠区一侧带正电，靠P P区一侧带负电，因此产区一侧带负电，因此产生一个由生一个由N N区指向区指向P P区的内电场。该电场有两方面的作用：一方面阻挡区的内电场。该电场有两方面的作用：一方面阻挡多数载流子的扩散运动，因此空间电荷区又称为阻挡层；另一方面使多数载流子的扩散运动，因此空间电荷区又称为阻挡层；另一方面使N N区的少数载流子空穴向区的少数载流子空穴向P P区漂移，使区漂移，使P P区的少数载流子自由电子向区的少数载流子自由电子向N N区区漂移。少数载流子在内电场作用下有规则的运动叫做漂移运动。漂移。少数载流子在内电场作用下有规则的运动叫做漂移运动。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识下一页 返回上一页在在PNPN结的形成过程中，刚开始时，以扩散运动为主，随着空间结的形成过程中，刚开始时，以扩散运动为主，随着空间电荷区的加宽和内电场的加强，多数载流子运动逐渐减弱，漂移运电荷区的加宽和内电场的加强，多数载流子运动逐渐减弱，漂移运动逐渐加强，使空间电荷区变窄。而空间电荷区的变窄，又会对扩动逐渐加强，使空间电荷区变窄。而空间电荷区的变窄，又会对扩散运动产生拟制作用。最终，扩散运动与漂移运动会达到动态平衡。散运动产生拟制作用。最终，扩散运动与漂移运动会达到动态平衡。此时，空间电荷区的宽度基本稳定下来，扩散电流等于漂移电流，此时，空间电荷区的宽度基本稳定下来，扩散电流等于漂移电流，通过通过PNPN结的电流为零，结的电流为零，PNPN结处于动态的稳定状态。结处于动态的稳定状态。2 2PNPN结的单向导电性结的单向导电性（1 1）PNPN结外加正向电压结外加正向电压如如图图1-61-6所示，电源的正极接所示，电源的正极接P P区，负极接区，负极接N N区。这种接法叫做给区。这种接法叫做给PNPN结外加正向电压，又叫正向偏置，简称正偏。结外加正向电压，又叫正向偏置，简称正偏。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识下一页 返回上一页这时外加电压在耗尽层中建立的外电场与内电场方向相反，削这时外加电压在耗尽层中建立的外电场与内电场方向相反，削弱了内电场，使空间电荷区变窄，使多数载流子的扩散运动大于少弱了内电场，使空间电荷区变窄，使多数载流子的扩散运动大于少数载流子漂移的运动。在电源的作用下，多数载流子就能越过空间数载流子漂移的运动。在电源的作用下，多数载流子就能越过空间电荷区形成较大的扩散电流。这个电流从电源的正极流入电荷区形成较大的扩散电流。这个电流从电源的正极流入P P区，经过区，经过PNPN结由结由N N区流回电源的负极，称为正向电流。区流回电源的负极，称为正向电流。PNPN结处于导通（导电）结处于导通（导电）状态，此时状态，此时PNPN结呈现的电阻称为正向电阻。由于多数载流子浓度较结呈现的电阻称为正向电阻。由于多数载流子浓度较大，当外加电压不太高时就可以形成很大的正向电流，所以大，当外加电压不太高时就可以形成很大的正向电流，所以PNPN结的结的正向电阻较小。正向电阻较小。（2 2）PNPN结外加反向电压结外加反向电压如如图图1-71-7所示，电源的正极接所示，电源的正极接N N区，负极接区，负极接P P区。区。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识下一页 返回上一页这种接法叫做给这种接法叫做给PNPN结外加反向电压，又叫反向偏置，简称反偏。结外加反向电压，又叫反向偏置，简称反偏。这时外加电压在耗尽层中建立的外电场与内电场方向一致，增强了这时外加电压在耗尽层中建立的外电场与内电场方向一致，增强了内电场，使空间电荷区加宽，多数载流子的扩散运动难于进行，但内电场，使空间电荷区加宽，多数载流子的扩散运动难于进行，但有利于少数载流子漂移的运动。在外电场的作用下，有利于少数载流子漂移的运动。在外电场的作用下，N N区的少数载流区的少数载流子空穴越过子空穴越过PNPN结进入结进入P P区，区，P P区的少数载流子自由电子越过区的少数载流子自由电子越过PNPN结进入结进入N N区，形成了漂移电流，这个电流由区，形成了漂移电流，这个电流由N N区流向区流向P P区，故称为反向电流。区，故称为反向电流。由于少数载流子浓度很小，即使它们全部漂移，其反向电流还是很由于少数载流子浓度很小，即使它们全部漂移，其反向电流还是很小的，小的，PNPN结基本上可认为不导电，处于截止状态。此时的电阻称为结基本上可认为不导电，处于截止状态。此时的电阻称为反向电阻，它的数值很大。反向电阻，它的数值很大。1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识返回上一页1.2.11.2.1二极管的结构和分类二极管的结构和分类1 1二极管的结构二极管的结构用一个用一个PNPN结做管芯，在其结做管芯，在其P P区和区和N N区各引出一电极，外加管壳封区各引出一电极，外加管壳封装，便构成一个二极管，如装，便构成一个二极管，如图图1-8(a)1-8(a)所示。和所示。和P P区相连的电极称为二区相连的电极称为二极管的阳极（或正极），用极管的阳极（或正极），用A A或表示。和或表示。和N N区相连的电极称为二极区相连的电极称为二极管的阴极（或负极），用管的阴极（或负极），用K K或一表示。二极管图形符号如或一表示。二极管图形符号如图图1-8(b)1-8(b)所所示。其中三角箭头的方向表示正向电流的方向。示。其中三角箭头的方向表示正向电流的方向。2 2二极管的分类二极管的分类半导体二极管按结构可分为点接触型和面接触型两类，半导体二极管按结构可分为点接触型和面接触型两类，1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管下一页 返回按所用材料的不同又可分为硅二极管（如按所用材料的不同又可分为硅二极管（如2CP2CP型）和锗二极管型）和锗二极管（如（如2AP2AP型）两种。型）两种。点接触型二极管由于其点接触型二极管由于其PNPN结面积很小，因而结电容很小，其高结面积很小，因而结电容很小，其高频性能好，但不能通过大电流，主要用于高频检波和小电流的整流频性能好，但不能通过大电流，主要用于高频检波和小电流的整流等。等。面接触型由于其面接触型由于其PNPN结面积大，因而结电容大，不适应工作在高结面积大，因而结电容大，不适应工作在高频工作，但允许通过较大电流，主要用于低频的整流电路。频工作，但允许通过较大电流，主要用于低频的整流电路。1.2.21.2.2二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性是指加到二极管两端的电压和通过二极管的二极管的伏安特性是指加到二极管两端的电压和通过二极管的电流之间的关系曲线。电流之间的关系曲线。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管下一页 返回上一页一个典型的二极管的伏安特性如一个典型的二极管的伏安特性如图图1-91-9所示。可以看出，特性曲所示。可以看出，特性曲线可分为两部分：加正向偏置电压时的特性称为正向特性，加反向线可分为两部分：加正向偏置电压时的特性称为正向特性，加反向偏置电压时的特性称为反向特性。二极管的伏安特性是非线性的，偏置电压时的特性称为反向特性。二极管的伏安特性是非线性的，正反向导电性能差异很大。正反向导电性能差异很大。1 1正向特性正向特性正向特性起始部分的电流几乎为零。这是因为外加正向电压较正向特性起始部分的电流几乎为零。这是因为外加正向电压较小，外电场还不足以克服内电场对多数载流子扩散运动的阻力，二小，外电场还不足以克服内电场对多数载流子扩散运动的阻力，二极管呈现较大的电阻所造成的。当正向电压超过某一值后，正向电极管呈现较大的电阻所造成的。当正向电压超过某一值后，正向电流增长得很快，称为正向导通，该电压值称为死区电压，其大小与流增长得很快，称为正向导通，该电压值称为死区电压，其大小与材料和温度有关。材料和温度有关。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管下一页 返回上一页通常，硅管的死区电压约为通常，硅管的死区电压约为0.50.5伏，锗管约为伏，锗管约为0.10.1伏。正向导通伏。正向导通时，硅管的管压降约为时，硅管的管压降约为0.60.60.80.8伏，锗管的管压降约为伏，锗管的管压降约为0.20.20.30.3伏。伏。理想二极管管压降可近似认为零。理想二极管管压降可近似认为零。2 2反向特性反向特性当外加反向电压时，由于少数载流子的漂移运动，形成很小的当外加反向电压时，由于少数载流子的漂移运动，形成很小的反向电流。它有两个特点：一是随温度的上升增加很快；二是反向反向电流。它有两个特点：一是随温度的上升增加很快；二是反向电压在一定的范围内变化，反向电流基本不变。电压在一定的范围内变化，反向电流基本不变。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管下一页 返回上一页1.2.31.2.3二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的特性除了用伏安特性来表示外，还可以用参数来说明，二极管的特性除了用伏安特性来表示外，还可以用参数来说明，二极管的主要参数有：二极管的主要参数有：（1 1）最大整流电流）最大整流电流I IF FI IF F是指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。它是由是指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。它是由PNPN结的结面积和外界散热条件决定的。当电流超过允许值时，容易造结的结面积和外界散热条件决定的。当电流超过允许值时，容易造成成PNPN结过热而烧坏管子。结过热而烧坏管子。（2 2）最大反向工作电压）最大反向工作电压U URMRMU URMRM是指二极管在使用所允许加的最大反向电压。超过此值时二是指二极管在使用所允许加的最大反向电压。超过此值时二极管就有可能发生反向击穿。极管就有可能发生反向击穿。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管下一页 返回上一页通常取反向击穿电压的一半值作为通常取反向击穿电压的一半值作为U URMRM。（3 3）最大反向电流）最大反向电流I IR RI IR R是指在给二极管加最大反向工作电压时的反向电流值。是指在给二极管加最大反向工作电压时的反向电流值。I IR R越小越小说明二极管的单向导电性越好，此值受温度的影响较大。说明二极管的单向导电性越好，此值受温度的影响较大。（4 4）最高工作频率）最高工作频率f fM M二极管的工作频率超过二极管的工作频率超过f fM M所规定的值时，单向导电性将受到影所规定的值时，单向导电性将受到影响。此值由响。此值由PNPN结结电容所决定。结结电容所决定。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管下一页 返回上一页1.2.41.2.4其他特殊二极管其他特殊二极管1 1、稳压管、稳压管稳压管是一种特殊的面接触型硅二极管。由于它在电路中与适稳压管是一种特殊的面接触型硅二极管。由于它在电路中与适当的电阻串联后，在一定的电流变化范围内，其两端的电压相对稳当的电阻串联后，在一定的电流变化范围内，其两端的电压相对稳定，故称为稳压管。其电路符号和伏安特性如定，故称为稳压管。其电路符号和伏安特性如图图1-121-12所示。所示。稳压管的伏安特性普通二极管的相似，不同的是反向特性曲线稳压管的伏安特性普通二极管的相似，不同的是反向特性曲线比较陡。稳压管正是工作在特性曲线的反向击穿区域。从特性曲线比较陡。稳压管正是工作在特性曲线的反向击穿区域。从特性曲线可以看出，在击穿状态下，流过管子的电流在一定的范围内变化，可以看出，在击穿状态下，流过管子的电流在一定的范围内变化，而管子两端的电压变化很小，利用这一点可以实现稳压。稳压管与而管子两端的电压变化很小，利用这一点可以实现稳压。稳压管与一般二极管不一样，它的反向击穿是可逆的。一般二极管不一样，它的反向击穿是可逆的。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管下一页 返回上一页但是当反向电流超过允许值时，稳压管将会发生热击穿而损坏。但是当反向电流超过允许值时，稳压管将会发生热击穿而损坏。稳压管的主要参数：稳压管的主要参数：（1 1）稳定电压）稳定电压U UZ ZU UZ Z是指稳压管在正常工作（流过的电流在规定的范围内）时，是指稳压管在正常工作（流过的电流在规定的范围内）时，稳压管两端的电压值。稳压管两端的电压值。（2 2）稳定电流）稳定电流I IZ ZI IZ Z是指稳压管在正常工作时的电流值，其中：是指稳压管在正常工作时的电流值，其中：I IZminZmin为最小稳定电为最小稳定电流，低于此值时稳压效果差，甚至失去稳压作用。流，低于此值时稳压效果差，甚至失去稳压作用。I IZmaxZmax为最大稳定为最大稳定电流，高于此值时稳压管易击穿而损坏。当稳压管的电流在电流，高于此值时稳压管易击穿而损坏。当稳压管的电流在I IZminZmin与与I IZmaxZmax之间时稳压性能最好。之间时稳压性能最好。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管下一页 返回上一页2 2、发光二极管、发光二极管发光二极管是一种应用广泛的特殊二极管。发光的材料不是硅发光二极管是一种应用广泛的特殊二极管。发光的材料不是硅晶体或锗晶体，而是利用化合物如砷化镓、磷化镓等。在电路中，晶体或锗晶体，而是利用化合物如砷化镓、磷化镓等。在电路中，当有正向电流流过时，能发出一定波长范围的光。目前发光管可以当有正向电流流过时，能发出一定波长范围的光。目前发光管可以发出从红外到可见波段的光。其电特性与普通二极管类似。使用时，发出从红外到可见波段的光。其电特性与普通二极管类似。使用时，通常需串接合适的限流电阻。目前市场上有发红、黄、绿、蓝等单通常需串接合适的限流电阻。目前市场上有发红、黄、绿、蓝等单色光的发光二极管和变色二极管。其电路符号见色光的发光二极管和变色二极管。其电路符号见图图1-141-14（a a）所示。所示。1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管下一页 返回上一页3 3、光电二极管、光电二极管光电二极管的结构与普通二极管类似，使用时光电二极管光电二极管的结构与普通二极管类似，使用时光电二极管PNPN结结工作在反向偏置状态，在光的照射下，反向电流随光照强度的增加工作在反向偏置状态，在光的照射下，反向电流随光照强度的增加而上升而上升(这时的反向电流叫光电流这时的反向电流叫光电流)，所以，光电二极管是一种将光，所以，光电二极管是一种将光信号转为电信号的半导体器件，其电路符号如信号转为电信号的半导体器件，其电路符号如图图1-141-14（b b）所示。另所示。另外，光电流还与入射光的波长有关。在无光照射时，光电二极管的外，