2- 第二章 晶体二极管及应用电路
完整版二极管7种应用电路详解
极管7种应用电路详解之一 许多初学者对二极管很“熟悉”，提起二极管的特性可以脱口而出它的单向导电特性，说到它 在电路中的应用 第一反应是整流， 对二极管的其他特性和应用了解不多， 认识上也认为掌握了二极管的 单向导电特性，就能分析二极管参与的各种电路， 实际上这样的想法是错误的， 而且在某种程度上是害 了自己，因为这种定向思维影响了对各种二极管电路工作原理的分析， 许多二极管电路无法用单向导电 特性来解释其工作原理。 二极管除单向导电特性外， 还有许多特性，很多的电路中并不是利用单向导电特性就能分析二 极管所构成电 路的工作原理， 而需要掌握二极管更多的特性才能正确分析这些电路， 例如二极管构成的 简易直流稳压电路，二极管构成的温度补偿电路等。 941二极管简易直流稳压电路及故障处理 二极管简易稳压电路主要用于一些局部的直流电压供给电路中， 由于电路简单，成本低，所以 应用比较广泛。 二极管简易稳压电路中主要利用二极管的管压降基本不变特性。 二极管的管压降特性：二极管导通后其管压降基本不变，对硅二极管而言这一管压降是 0.6V 左右，对锗二极管而言是 0.2V 左右。 如图9-40所示是由普通3只二极管构成的简易直流稳压电路。电路中的 VD1、VD2和VD3 是普通二极管，它们串联起来后构成一个简易直流电压稳压电路。 图9-40 3只普通二极管构成的简易直流稳压电路 1 ?电路分析思路说明 分析一个从没有见过的电路工作原理是困难的，对基础知识不全面的初学者而言就更加困难 了。 关于这一电路的分析思路主要说明如下。 (1) 从电路中可以看出 3只二极管串联，根据串联电路特性可知， 这3只二极管如果导通会同时导通， 如果截止 会同时截止。 (2) 根据二极管是否导通的判断原则分析，在二极管的正极接有比负极高得多的电压，无论是直流还 是交流的电压，此时二极管均处于导通状态。从电路中可以看出，在 VD1正极通过电阻 R1接电路中 的直流工作电压+V , VD3的负极接地，这样在 3只串联二极管上加有足够大的正向直流电压。由此分 析可知，3只二 极管VD1、VD2和VD3是在直流工作电压+V 作用下导通的。 (3) 从电路中还可以看出，3只二极管上没有加入交流信号电压， 因为在VD1正极即电路中的 A 点与 地之间接 有大容量电容 C1,将A 点的任何交流电压旁路到地端。 2 ?二极管能够稳定直流电压原理说明 电路中，3只二极管在直流工作电压的正向偏置作用下导通，导通后对这一电路的作用是稳定 了电路中A 点的直流电压。 众所周知，二极管内部是一个 PN 结的结构，PN 结除单向导电特性之外还有许多特性，其中 !￡ mime i-yAn^Of
二极管及其应用电路--笔记整理
半导体二极管及其应用电路 1．半导体的特性 自然界中的各种物质,按导电能力划分为:导体、绝缘体、半导体。半导体导电能力介于导体和绝缘体之间。它具有热敏性、光敏性（当守外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化）和掺杂性(往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显变化)。利用光敏性可制成光电二极管和光电三极管及光敏电阻;利用热敏性可制成各种热敏电阻;利用掺杂性可制成各种不同性能、不同用途的半导体器件,例如二极管、三极管、场效应管等。 2．半导体的共价键结构 在电子器件中,用得最多的材料是硅和锗,硅和锗都是四价元素,最外层原子轨道上具有4个电子,称为价电子。每个原子的4个价电子不仅受自身原子核的束缚,而且还与周围相邻的4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,另一方面也时常出现在相邻原子所属的轨道上。这样,相邻的原子就被共有的价电子联系在一起,称为共价键结构。 当温度升高或受光照时,由于半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中束缚得那样紧,价电子从外界获得一定的能量,少数价电子会挣脱共价键的束缚,成为自由电子,同时在原来共价键的相应位置上留下一个空位,这个空位称为空穴, 自由电子和空穴是成对出现的,所以称它们为电子空穴对。在本征半导体中,电子与空穴的数量总是相等的。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,又称为热激发。 由于共价键中出现了空位,在外电场或其他能源的作用下,邻近的价电子就可填补到这个空穴上,而在这个价电子原来的位置上又留下新的空位,以后其他价电子又可转移到这个新的空位上。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电荷的载流子,它所带电荷和电子相等, 符号相反。由此可见, 本征半导体中存在两种载流子:电子和空穴。而金属导体中只有一种载流子——电子。本征半导体在外电场作用下,两种载流子的运动方向相反而形成的电流方向相同。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度时影响半导体性能的一个重要的外部因素。
二极管种类及应用
二极管 一、二极管的种类 二极管有多种类型：按材料分，有锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管等；按制作工艺可分为面接触二极管和点接触二极管；按用途不同又可分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、变容二极管、光电二极管、发光二极管、开关二极管、快速恢复二极管等；接构类型来分，又可分为半导体结型二极管，金属半导体接触二极管等；按照封装形式则可分为常规封装二极管、特殊封装二极管等。下面以用途为例，介绍不同种类二极管的特性。 1．整流二极管 整流二极管的作用是将交流电源整流成脉动直流电，它是利用二极管的单向导电特性工作的。 因为整流二极管正向工作电流较大，工艺上多采用面接触结构。南于这种结构的二极管结电容较大，因此整流二极管工作频率一般小于3kHz。 整流二极管主要有全密封金属结构封装和塑料封装两种封装形式。通常情况下额定正向T作电流LF在l A以上的整流二极管采用金属壳封装，以利于散热；额定正向工作电流在lA以下的采用全塑料封装。另外，由于T艺技术的不断提高，也有不少较大功率的整流二极管采用塑料封装，在使用中应予以区别。 由于整流电路通常为桥式整流电路(如图1所示)，故一些生产厂家将4个整流二极管封 装在一起，这种冗件通常称为整流桥或者整流全桥(简称全桥)。常见整流二极管的外形如图2所示。 选用整流二极管时，主要应考虑其最大整流电流、最大反向丁作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。 普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管，对截止频率的反向恢复时间要求不高，只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管(例如l N 系列、2CZ系列、RLR系列等)即可。 开关稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的整流二极管，应选用工作频率较高、
三极管在电路中的使用(超详细 有实例)
一种三极管开关电路设计 三极管除了可以当做交流信号放大器之外，也可以做为开关之用。严格说起来，三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同，但是它却具有一些机械式开关所没有的特点。图1所示，即为三极管电子开关的基本电路图。由图可知，负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间，而位居三极管主电流的回路上。 输入电压Vin则控制三极管开关的开启（open）与闭合（closed）动作，当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断，反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通。详细的说，当Vin为低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关的开启，此时三极管乃胜作于截止（cut off）区。 同理，当Vin为高电压时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管乃胜作于饱和区（saturatiON）。 1 三极管开关电路的分析设计 由于对硅三极管而言，其基射极接面之正向偏压值约为0.6伏特，因此欲使三极管截止，Vin必须低于0.6伏特，以使三极管的基极电流为零。通常在设计时，为了可以更确定三极管必处于截止状态起见，往往使Vin值低于0.3伏特。（838电子资源）当然输入电压愈接近零伏特便愈能保证三极管开关必处于截止状态。欲将电流传送到负载上，则三极管的集电极与射极必须短路，就像机械开关的闭合动作一样。欲如此就必须使Vin达到够高的准位，以驱动三极管使其进入饱和工作区工作，三极管呈饱和状态时，集电极电流相当大，几乎使得整个电源电压Vcc均跨在负载电阻上，如此则VcE便接近于0，而使三极管的集电极和射极几乎呈短路。在理想状况下，根据奥姆定律三极管呈饱和时，其集电极电流应该为： 因此，基极电流最少应为：
第二章二极管应用电路练习题
第二章 二极管应用电路练习题 一、选择填空题 （1）、当温度升高时，二极管的正向压降（ ），反向电流（ ） 。 A、增大 B、减小 C、基本不变。 （2）、在半导体材料中，其正确的说法是（ ） A、P型半导体和N型半导体材料本身都不带电。 B、P型半导体中，由于多数载流子为空穴，所以它带正电。 C、N型半导体中，由于多数载流子为自由电子，所以它带负电 D、N型半导体中，由于多数载流子为空穴，所以它带正电。 （3）半导体导电的载流子是( ) ，金属导电的载流子是( ) 。 a．自由电子 b．空穴 c.自由电子和空穴（4）N型半导体中的多数载流子是 ( ) ，P型半导体中的多数载流子是( )。 a．自由电子 b．空穴 c．自由电子和空穴（5）在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于( )，而少数多数载流子的浓度主要取决于( ) 。 a．温度 b．掺杂浓度 c．掺杂工艺 （6）PN结正向偏置是指P区接( )电位，N区接( )电位，这时形成的正向电流。 a．高 b．低 c．较大 d．较小（7）二极管的正向电阻越( )，反向电阻越( )，说明二极管的单向导电性越好。 a．大 b．小 （8）当温度升高时，二极管的正向压降( )，反向电流( )，反向击穿电压( )。 a．变大 b．变小 c．变高 d．变低 （9）为了使晶体三极管能有效地起放大作用，要求三极管的发射区掺杂浓度( )；基区宽度窄；集电结的结面积比发射结的结面积( )。 a．高 b．低 c．大 d．小 （10）三极管工作在放大区时，发射结为变高（ ），集电结为（ ）；工作在饱和区时，发射结为（ ），集电结为（ ）；工作在截止区时，发射结为（ ） ，集电结为（ ）。 a．正向偏置 b．反向偏置 c．零偏置 （11）工作在放大区的某三极管，当I B从20μA增大到40μA时，I C从1mA
三极管常用应用电路
三极管常用电路 1.三极管偏置电路_固定偏置电路 如上图为三极管常用电路中的固定偏置电路:Rb的作用是用来控制晶体管的基极电路Ib,Ib称为偏流,Rb称为偏流电阻或偏置电阻.改变Rb的值,就可以改变Ib的大小.图中Rb 固定,称为固定偏置电阻. 这种电路简单,使用元件少,但是由于晶体管的热稳定性差,尽管偏置电阻Rb固定,当温度升高时,晶体管的Iceo急剧增加,使Ie也增加,导致晶体管工作点发生变化.所以只有在温度变化不大,温度稳定性不高的场合才用固定偏置电路 2.三极管偏置电路_电压负反馈偏置电路 如上图为三极管常用电路中的电压负反馈偏置电路:晶体管的基极偏置电阻接于集电极. 这个电路好象与固定偏置电路在形式上没有多大差别,然而正是这一点,恰恰起到了自动补偿工作点漂移的效果.从图中可见,当温度升高时,Ic增大,那么Ic上的压降也要增大,使得Uce下降,通过Rb,必然Ib也随之减小,Ib的减小导致Ic的减小,从而稳定了Ic,保证了
Uce基本不变. 这个过程,称为负反馈过程,这个电路就是电压负反馈偏置电路. 2.三极管偏置电路_分压式电流负反馈偏置电路 如上图为三极管常用电路中的分压式电流负反馈偏置电路:这个电路通过发射极回路串入电阻Re和基极回路由电阻R1,R2的分压关系固定基极电位以稳定工作点,称为分压式电流负反馈偏置电路.下面分析工作点稳定过程. 当温度升高,Iceo增大使Ic增加.Ie也随之增加.这时发射极电阻Re上的压降Ue=Ie*Re 也随之升高.由于基极电位Ub是固定的,晶体管发射结Ube=Ub-Ue,所以Ube必然减小,从而使Ib减小,Ic和Ie也就减小了. 这个过程与电压负反馈类似,都能起到稳定工作点的目的.但是,这个电路的反馈是Ue=Ie*Re,取决于输出电流,与输出电压无关,所以称电流负反馈. 在这个电路中,上,下基极偏置电阻R1,R2的阻值适当小些,使基极电位Ub主要由它们的分压值决定.发射极上的反馈电阻Re越大,负反馈越深,稳定性越好.不过Re太大,在电源电压不变的情况下,会使Uce下降,影响放大,所以Re要选得适当. 如果输入交流信号,也会在Re上引起压降,降低了放大器的放大倍数,为了避免这一点,Re 两端并联了一个电容Ce,起交流旁路作用. 这种电路稳定性好,所以应用很广泛. 一、采用仪表放大器还是差分放大器 尽管仪表放大器和差分放大器有很多共性，但设计过程的第一步应当是选择使用何种类型的放大器。
第二章半导体二极管及其基本电路
第二章半导体二极管及其基本电路 学习要求: （1）了解半导体器件中扩散与漂移的概念、PN结形成的原理。 （2）掌握半导体二极管的单向导电特性和伏安特性。 （3）掌握二极管基本电路及其分析方法。 （4）熟悉硅稳压管的稳压原理和主要参数。 第一节半导体的基本知识 多数现代电子器件是由性能介于导体与绝缘体之间的半导体材料制成的。为了从电路的观点理解这些器件的性能，首先必须从物理的角度了解它们是如何工作的。 一、半导体材料 从导电性能上看，物质材料可分为三大类： 导体：电阻率ρ < 10-4 Ω·cm 绝缘体：电阻率ρ > 109 Ω·cm 半导体：电阻率ρ介于前两者之间。 目前制造半导体器件的材料用得最多的有：硅和锗两种 二、本征半导体及本征激发 1、本征半导体 没有杂质和缺陷的半导体单晶，叫做本征半导体。 2、本征激发 当温度升高时，电子吸收能量摆脱共价键而形成一对电子和空穴的过程，称为本征激发。 三、杂质半导体 在本征半导体中掺入微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著的变化。因掺入杂质不同，杂质半导体可分为空穴（P）型半导体和电子（N）型半导体两大类。 1、P型半导体
在本征半导体中掺入少量的三价元素杂质就形成P型半导体，P型半导体的多数载流子是空穴，少数载流子是电子。 2、N型半导体 在本征半导体中掺入少量的五价元素杂质就形成N型半导体。N型半导体的多数载流子是电子，少数载流子是空穴。
第二节PN结的形成及特性 一、PN结及其形成过程 在杂质半导体中，正负电荷数是相等的，它们的作用相互抵消，因此保持电中性。 1、载流子的浓度差产生的多子的扩散运动 在P型半导体和N型半导体结合后，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差，N 型区内的电子很多而空穴很少，P型区内的空穴很多而电子很少，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，因此，有些电子要从N型区向P型区扩散，也有一些空穴要从P型区向N型区扩散。 2、电子和空穴的复合形成了空间电荷区 电子和空穴带有相反的电荷，它们在扩散过程中要产生复合（中和），结果使P区和N 区中原来的电中性被破坏。 P区失去空穴留下带负电的离子，N区失去电子留下带正电的离子，这些离子因物质结构的关系，它们不能移动，因此称为空间电荷，它们集中在P区和N区的交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是所谓的PN结。 3、空间电荷区产生的内电场E又阻止多子的扩散运动 在空间电荷区后，由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区中形成一个电场，其方向从带正电的N区指向带负电的P区，由于该电场是由载流子扩散后在半导体内部形成的，故称为内电场。因为内电场的方向与电子的扩散方向相同，与空穴的扩散方向相反，所以它是阻 止载流子的扩散运动的。 综上所述，PN结中存在着两种载流子的运动。一种是多子克服电场的阻力的扩散运动；另一种是少子在内电场的作用下产生的漂移运动。因此，只有当扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，空间电荷区的宽度和内建电场才能相对稳定。由于两种运动产生的电流方向相反，因而在无外电场或其他因素激励时，PN结中无宏观电流。
晶体二极管和二极管整流电路
第1章 晶体二极管和二极管整流电路 教学重点 1．了解半导体的基本知识：本征半导体、掺杂半导体；掌握PN 结的基本特性。 2．理解半导体二极管的伏安特性和主要参数。 3．了解几种常用的二极管：硅稳压二极管、变容二极管、发光二极管、光电二极管等。 4．掌握单相半波、桥式全波整流电路的电路组成、工作原理与性能特点；了解电容滤波电路的工作原理。 5．了解硅稳压管的稳压特性及稳压电路的稳压原理。 教学难点 1．PN 结的单向导电特性。 2．整流电路和滤波电路的工作原理。 3．硅稳压管稳压电路的稳压过程。 学时分配 1.1 晶体二极管 1.1.1 晶体二极管的单向导电特性 ???体三极管等器件：晶体二极管、晶 等、变压器、电感电容、 元件：电阻电子元器件T)()()()(L C R 1．晶体二极管 (1) 外形
如图1.1.1(a )所示，晶体二极管由密封的管体和两条正、负电极引线所组成。管体外壳的标记通常表示正极。 (2) 图形、文字符号 如图1.1.1(b )所示，晶体二极管的图形由三角形和竖杠所组成。其中，三角形表示正极，竖杠表示负极。V 为晶体二极管的文字符号。 2．晶体二极管的单向导电性 动画 晶体二极管的单向导电性 (1) 正极电位＞负极电位，二极管导通； (2) 正极电位＜负极电位，二极管截止。 即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为二极管的单向导电性。 [例1.1.1] 图1.1.3所示电路中，当开关S 闭合后，H 1、H 2两个指示灯，哪一个可能发光？ 解 由电路图可知，开关S 闭合后，只有二极管V 1 正极电位高于负极电位，即处于正向导通状态，所以H 1指示灯发光。 1.1.2 PN 结 二极管由半导体材料制成。 动画 PN 结 1．半导体 导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质。如硅(Si )或锗(Ge )半导体。 半导体中，能够运载电荷的的粒子有两种： —载流子—均可运载电荷量的正电空穴：带与自由电子等自由电子：带负电???? ?? 载流子：在电场的作用下定向移动的自由电子和空穴，统称载流子。如图1.1.4所示。 2．本征半导体 不加杂质的纯净半导体晶体。如本征硅或本征锗。 本征半导体电导率低，为提高导电性能，需掺杂，形成杂质半导体。 3．杂质半导体 为了提高半导体的导电性能，在本征半导体(4价)中掺入硼或磷等杂质所形成的半导体。 根据掺杂的物质不同，可分两种： (1) P 型半导体：本征硅(或锗)中掺入少量硼元素(3价)所形成的半导体，如P 型硅。其中，多数载流子为空穴，少数载流子为电子。 图1.1.4 半导体的两种载流子 图1.1.3 [例1.1.1]电路图 图1.1.1 晶体二极管的外形和符号
晶体二极管及应用电路作业答案
1 图（a ）和图（b ）分别是二极管全波整流电路和桥式整流电路。假设二极管为理想开关，试分析对于输入信号的正半周和负半周，每支二极管的状态，并画出输出电压O v 的波形。 [解 ] 图P1-8 输入正半周时，D 1导通，D 2截止。 输入正半周时，D 1D 3导通，D 2D 4截止。 输入负半周时，D 2导通，D 1截止。 输入负半周时，D 2D 4导通，D 1D 3截止。 （a ）（b ）两整流电路0v 波形相同（图P1-8-1）： 2 在T=300K 时，某Si 管和Ge 管的反向饱和电流分别是0.5pA 和1μA 。两管按如图所示的方式串联，且电流为1mA 。试用二极管方程估算两管的端电压Si V 和Ge V 。 [解] S I I >>，两管已充分导通，故V A 关系为 /T V V S I I e =，由此 ln T S I V V I =，取26T V =mV （T=300K ） ∴ 10000.026ln 0.181Ge V ==V 图P1-2 9 100.026ln 0.5570.5Si V ==V 。 图P1-8-1 3 在T=300K 时，利用PN 结伏安方程作以下的估算： （1）若反向饱和电流10S I =μA ，求正向电压为0.1V ，0.2V 和0.3V 时的电流。 （2）当反向电流达到反向饱和电流的90%时，反向电压为多少？ （3）若正反向电压均为0.05V ，求正向电流与反向电流比值的绝对值。 [解] （1）V =0.1伏时，0.1/0.026110(1)458I e μ=-=A ； V =0.2伏时，0.2/0.026210(1)21.9I e =-=mA ； V =0.3伏时，0.3/0.026310(1) 1.026I e =-=A ； （2）按题意/0.0260.9(1)V S S I I e -=-
二极管7种应用电路详解
二极管7种应用电路详解之一 许多初学者对二极管很“熟悉”，提起二极管的特性可以脱口而出它的单向导电特性，说到它在电路中的应用第一反应是整流，对二极管的其他特性和应用了解不多，认识上也认为掌握了二极管的单向导电特性，就能分析二极管参与的各种电路，实际上这样的想法是错误的，而且在某种程度上是害了自己，因为这种定向思维影响了对各种二极管电路工作原理的分析，许多二极管电路无法用单向导电特性来解释其工作原理。 二极管除单向导电特性外，还有许多特性，很多的电路中并不是利用单向导电特性就能分析二极管所构成电路的工作原理，而需要掌握二极管更多的特性才能正确分析这些电路，例如二极管构成的简易直流稳压电路，二极管构成的温度补偿电路等。 9.4.1 二极管简易直流稳压电路及故障处理 二极管简易稳压电路主要用于一些局部的直流电压供给电路中，由于电路简单，成本低，所以应用比较广泛。 二极管简易稳压电路中主要利用二极管的管压降基本不变特性。 二极管的管压降特性：二极管导通后其管压降基本不变，对硅二极管而言这一管压降是0.6V 左右，对锗二极管而言是0.2V左右。 如图9-40所示是由普通3只二极管构成的简易直流稳压电路。电路中的VD1、VD2和VD3是普通二极管，它们串联起来后构成一个简易直流电压稳压电路。 图9-40 3只普通二极管构成的简易直流稳压电路 1．电路分析思路说明 分析一个从没有见过的电路工作原理是困难的，对基础知识不全面的初学者而言就更加困难了。 关于这一电路的分析思路主要说明如下。 （1）从电路中可以看出3只二极管串联，根据串联电路特性可知，这3只二极管如果导通会同时导通，如果截止会同时截止。 （2）根据二极管是否导通的判断原则分析，在二极管的正极接有比负极高得多的电压，无论是直流还是交流的电压，此时二极管均处于导通状态。从电路中可以看出，在VD1正极通过电阻R1接电路中的直流工作电压+V，VD3的负极接地，这样在3只串联二极管上加有足够大的正向直流电压。由此分析可知，3只二极管VD1、VD2和VD3是在直流工作电压+V作用下导通的。 （3）从电路中还可以看出，3只二极管上没有加入交流信号电压，因为在VD1正极即电路中的A点与地之间接有大容量电容C1，将A点的任何交流电压旁路到地端。 2．二极管能够稳定直流电压原理说明 电路中，3只二极管在直流工作电压的正向偏置作用下导通，导通后对这一电路的作用是稳定了电路中A点的直流电压。 众所周知，二极管内部是一个PN结的结构，PN结除单向导电特性之外还有许多特性，其中
半导体二极管及其基本电路
第二章半导体二极管及其基本电路 本章内容简介 半导体二极管是由一个PN结构成的半导体器件,在电子电路有广泛的应用。本章在简要地介绍半导体的基本知识后，主要讨论了半导体器件的核心环节——PN 结。在此基础上，还将介绍半导体二极管的结构、工作原理,特性曲线、主要参数以及二极管基本电路及其分析方法与应用。最后对齐纳二极管、变容二极管和光电子器件的特性与应用也给予简要的介绍。（一）主要内容: ?半导体的基本知识 ?PN结的形成及特点，半导体二极管的结构、特性、参数、模型及应用电路 （二）基本要求: ?了解半导体材料的基本结构及PN结的形成 ?掌握PN结的单向导电工作原理 ?了解二极管（包括稳压管）的V-I特性及主要性能指标 （三）教学要点： ?从半导体材料的基本结构及PN结的形成入手，重点介绍PN结的单向导电工作原理、 ?二极管的V-I特性及主要性能指标
2.1 半导体的基本知识 2.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导电性能介于导体与绝缘体之间材料，我们称之为半导体。在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体，如砷化镓（GaAs）等；以及掺杂或制成其它化合物半导体材料，如硼（B）、磷（P）、锢（In）和锑（Sb）等。其中硅是最常用的一种半导体材料。 半导体有以下特点： 1．半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间 2．半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化。 3．在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会急剧增强。 2.1.2 半导体的共价键结构 在电子器件中，用得最多的半导体材料是硅和锗，它们的简化原子模型如下所示。硅和锗都是四价元素，在其最外层原子轨道上具有四个电子，称为价电子。由于原子呈中性，故在图中原子核用带圆圈的+4符号表示。半导体与金属和许多绝缘体一样，均具有晶体结构，它们的原子形成有排列，邻近原子之间由共价键联结，其晶体结构示意图如下所示。图中表示的是晶体的二维结构，实际上半导体晶体结构是三维的。 硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
稳压二极管原理电路及应用
` 稳压二极管原理电路及应用 引言 二极管因用途不同而种类繁多。稳压二极管是其中的一种。我们知道晶体二极管具有单向导电的性能。正向连接时是导电的(在电路中，二极管的正极接电源的正极，二极管的负极接电源的负极)，反向连接是不导电的，只有很小很小的漏电流。但是如果给某些特定二极管反向电压逐渐加大到某一数值，二极管就会被击穿，这时二极管又开始反向导电。随着导电电流逐渐增大(只要电流不是增加到损坏二极管的程度)，二极管两端的电压却基本上保持不变，几乎恒定在二极管击穿的电压数值上。这就是二极管的反向击穿特性。利用这个特性，人们制成稳压二极管[1]。由于这种反向击穿特性能起稳压作用，所以在电路中稳压二极管必须反向连接，就是二极管的正极接电源的负极，二极管的负极接电源的正极。 1．稳压二极管的原理及电路 1.1稳压管的特性 稳压管的伏安特性曲线如图l所示。由图可见，反向电压在一定围变化时，反向电流很小;当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然剧增，即稳压管反向击穿;此后，虽然电流在很大围变化，但稳压管两端的电压变化很小，这一特性便可用来稳压。稳压管与其他二极管不同的是，其反向击穿是可逆的。当反向电压去掉后，稳压管又恢复正常状态但是，如果反向电流超过允许值，稳压管的PN结也会因过热而损坏。由于硅管的热稳定性比锗管好，因此一般都用硅管做稳压二极管，例如2CW系列和2DW系列都是硅稳压二极管[2] 图1 硅稳压二极管伏安特性和符号 1.2 稳压管的主要参数 1.2.1 稳定电压U: 稳压管反向击穿后稳定工作时的电压值称为稳定电压，如2CW13型为5V一6.5V，具有温度补偿作用的2DW7A型稳压管为5.8V一6.6V。对于某只稳压管，其U是这个围的某一Z确定数值。因此在使用时，具体数值需要实际测试。 1.2.2 稳定电流I Z文档Word
半导体二极管及其应用习题解答
第1章半导体二极管及其基本电路 教学内容与要求 本章介绍了半导体基础知识、半导体二极管及其基本应用和几种特殊二极管。教学内容与教学要求如表所示。要求正确理解杂质半导体中载流子的形成、载流子的浓度与温度的关系以及PN结的形成过程。主要掌握半导体二极管在电路中的应用。 表第1章教学内容与要求 内容提要 1.2.1半导体的基础知识 1．本征半导体 高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对，它们的浓度相等。 本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，随着温度的升高，载流子的浓度基本按指数规律增加。但本征半导体中载流子的浓度很低，导电能力仍然很差， 2．杂质半导体 (1)N型半导体本征半导体中，掺入微量的五价元素构成N型半导体，N型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴。N型半导体呈电中性。 (2) P型半导体本征半导体中，掺入微量的三价元素构成P型半导体。P型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。P型半导体呈电中性。 在杂质半导体中，多子浓度主要取决于掺入杂质的浓度，掺入杂质越多，多子浓度就越大。而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，温度越高，少子浓度越大。 1.2.2 PN结及其特性
1．PN 结的形成 在一块本征半导体上，通过一定的工艺使其一边形成N 型半导体，另一边形成P 型半导体，在P 型区和N 型区的交界处就会形成一个极薄的空间电荷层，称为PN 结。PN 结是构成其它半导体器件的基础。 2．PN 结的单向导电性 PN 结具有单向导电性。外加正向电压时，电阻很小，正向电流是多子的扩散电流，数值很大，PN 结导通；外加反向电压时，电阻很大，反向电流是少子的漂移电流，数值很小，PN 结几乎截止。 3. PN 结的伏安特性 PN 结的伏安特性： )1(T S -=U U e I I 式中，U 的参考方向为P 区正，N 区负，I 的参考方向为从P 区指向N 区；I S 在数值上等于反向饱和电流；U T =KT /q ，为温度电压当量，在常温下，U T ≈26mV 。 (1) 正向特性 0>U 的部分称为正向特性，如满足U ??U T ，则T S U U e I I ≈，PN 结的正向电流I 随正向电压U 按指数规律变化。 (2) 反向特性 0>，则S I I -≈，反向电流与反向电 压的大小基本无关。 (3) 击穿特性 当加到PN 结上的反向电压超过一定数值后，反向电流急剧增加，这种现象称为PN 结反向击穿，击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。 4. PN 结的电容效应 PN 结的结电容C J 由势垒电容C B 和扩散电容C D 组成。C B 和C D 都很小，只有在信号频率较高时才考虑结电容的作用。当PN 结正向偏置时，扩散电容C D 起主要作用，当PN 结反向偏置时，势垒电容C B 起主要作用。 1.2.3 半导体二极管 1. 半导体二极管的结构和类型 半导体二极管是由PN 结加上电极引线和管壳组成。 二极管种类很多，按材料来分，有硅管和锗管两种；按结构形式来分，有点接触型、面接触型和硅平面型几种。 2. 半导体二极管的伏安特性 半导体二极管的伏安特性是指二极管两端的电压u D 和流过二极管的电流i D 之间的关系。它的伏安特性与PN 结的伏安特性基本相同，但又有一定的差别。在近似分析时，可采用PN 结的伏安特性来描述二极管的伏安特性。 3. 温度对二极管伏安特性的影响 温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，温度每升高1o C ，PN 结的正向压降约减小（2~）mV 。 二极管的反向特性曲线随温度的升高将向下移动。当温度每升高10 o C 左右时，反向饱和电流将加倍。 4. 半导体二极管的主要参数 二极管的主要参数有：最大整流电流I F ；最高反向工作电压U R ；反向电流I R ；最高工作频率f M 等。由于制造工艺所限，即使同一型号的管子，参数也存在一定的分散性，因此手册上往往给出的是参数的上限值、下限值或范围。 5. 半导体二极管的模型 常用的二极管模型有以下几种：
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第1章半导体二极管及其基本电路 1.1 教学内容与要求 本章介绍了半导体基础知识、半导体二极管及其基本应用和几种特殊二极管。教学内容与教学要求如表1.1所示。要求正确理解杂质半导体中载流子的形成、载流子的浓度与温度的关系以及PN结的形成过程。主要掌握半导体二极管在电路中的应用。 表1.1 第1章教学内容与要求 1.2 内容提要 1.2.1半导体的基础知识 1．本征半导体 高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对，它们的浓度相等。 本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，随着温度的升高，载流子的浓度基本按指数规律增加。但本征半导体中载流子的浓度很低，导电能力仍然很差， 2．杂质半导体 (1) N型半导体本征半导体中，掺入微量的五价元素构成N型半导体，N型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴。N型半导体呈电中性。 (2) P型半导体本征半导体中，掺入微量的三价元素构成P型半导体。P型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。P型半导体呈电中性。 在杂质半导体中，多子浓度主要取决于掺入杂质的浓度，掺入杂质越多，多子浓度就越大。而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，温度越高，少子浓度越大。 1.2.2 PN结及其特性 1．PN结的形成 在一块本征半导体上，通过一定的工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半
导体，在P 型区和N 型区的交界处就会形成一个极薄的空间电荷层，称为PN 结。PN 结是构成其它半导体器件的基础。 2．PN 结的单向导电性 PN 结具有单向导电性。外加正向电压时，电阻很小，正向电流是多子的扩散电流，数值很大，PN 结导通；外加反向电压时，电阻很大，反向电流是少子的漂移电流，数值很小，PN 结几乎截止。 3. PN 结的伏安特性 PN 结的伏安特性： )1(T S -=U U e I I 式中，U 的参考方向为P 区正，N 区负，I 的参考方向为从P 区指向N 区；I S 在数值上等于反向饱和电流；U T =KT /q ，为温度电压当量，在常温下，U T ≈26mV 。 (1) 正向特性 0>U 的部分称为正向特性，如满足U >>U T ，则T S U U e I I ≈，PN 结的 正向电流I 随正向电压U 按指数规律变化。 (2) 反向特性 0>，则S I I -≈，反向电流与反向电压的大小基本无关。 (3) 击穿特性 当加到PN 结上的反向电压超过一定数值后，反向电流急剧增加，这种现象称为PN 结反向击穿，击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。 4. PN 结的电容效应 PN 结的结电容C J 由势垒电容C B 和扩散电容C D 组成。C B 和C D 都很小，只有在信号频率较高时才考虑结电容的作用。当PN 结正向偏置时，扩散电容C D 起主要作用，当PN 结反向偏置时，势垒电容C B 起主要作用。 1.2.3 半导体二极管 1. 半导体二极管的结构和类型 半导体二极管是由PN 结加上电极引线和管壳组成。 二极管种类很多，按材料来分，有硅管和锗管两种；按结构形式来分，有点接触型、面接触型和硅平面型几种。 2. 半导体二极管的伏安特性 半导体二极管的伏安特性是指二极管两端的电压u D 和流过二极管的电流i D 之间的关系。它的伏安特性与PN 结的伏安特性基本相同，但又有一定的差别。在近似分析时，可采用PN 结的伏安特性来描述二极管的伏安特性。 3. 温度对二极管伏安特性的影响 温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，温度每升高1o C ，PN 结的正向压降约减小（2~2.5）mV 。 二极管的反向特性曲线随温度的升高将向下移动。当温度每升高10 o C 左右时，反向饱和电流将加倍。 4. 半导体二极管的主要参数 二极管的主要参数有：最大整流电流I F ；最高反向工作电压U R ；反向电流I R ；最高工作频率f M 等。由于制造工艺所限，即使同一型号的管子，参数也存在一定的分散性，因此手册上往往给出的是参数的上限值、下限值或范围。 5. 半导体二极管的模型 常用的二极管模型有以下几种：
晶体管的分类及应用
晶体管分类及应用 摘要 晶体管是现代电子设备制造的基础,广泛出现在现代电子系统中。晶体管为电子领域带来了革命性的变化,使得电子设备体积更小、成本更低、更加高效。本文归纳了晶体管的分类以及各类晶体管在一些场景下的应用。 正文 一、绪论 晶体管是几乎所有现代电子产品中的关键活动组件,被许多人看作20世纪最伟大的发明之一。现代的半导体器件可以被大批量自动化生产,因此每个晶体管的的成本都很低廉。晶体管的低成本,灵活性和可靠性使其成为无处不在的器件。晶体管机电一体化电路已经成为机电设备控制设备来控制机器。相比于机械控制系统,微控制器和计算机程序用于控制系统显得更加便捷。 二、分类 1）按材料 锗晶体管: 1948年锗晶体管出现后,固态电子器件的应用开始。最早在1941年,锗二极管开始取代了电子装置里的真空管。但是锗晶体管有一个重大缺点,易产生热失控。 硅晶体管:硅的电子特性比锗优越,但是所需的纯度高,取代锗晶体管。 化合物半导体砷化镓晶体管:砷化镓拥有一些比硅还要好的电子特性,如高的饱和电子速率及高的电子迁移率。在高速器件中,化合物晶体管是一个不错的选择。用砷化镓制造的化合物晶体管可以达到很高的工作频率,原因在于化合物砷化镓的电子迁移率是单质硅的5倍。 碳化硅晶体管
硅锗合金晶体管：在CMOS工艺方面，SiGe工艺的成本和硅工艺相当，但在异质结技术方面，SiGe工艺的成本比砷化镓工艺还要低。SiGe材料可让异质结双极性晶体管整合进CMOS逻辑集成电路，达成混合信号电路的功能。 石墨烯晶体管等。 2）按结构 BJT、JFET、IGFET (MOSFET)、IGBT等。 3）按电极性 n–p–n及p–n–p（BJT），N沟道及P沟道（FET）。 4）按最大额定功率 低功率晶体管、中功率晶体管及高功率晶体管。 5）按最大工作频率 低频晶体管、中频晶体管、高频晶体管、无线电频率（RF）晶体管、微波频率晶体管。 6）按应用类型 开关晶体管、泛用晶体管、音频晶体管、高压晶体管等。 7）按封装技术 插入式金属封装或塑胶封装、表面黏着技术、球栅阵列封装、功率晶体等。 8）按增益系数 hfe、βF或gm（跨导）等。 三、应用 双极结型晶体管（BJT） 双极性晶体管可放大信号,并应用在功率控制和模拟信号处理等领域。使用双极性晶体管可通过已知的基极-发射极的偏置电压和其温度、电流关系来测量温度。现在人们不断认识到能源问题,而场效应管技术由于功耗更低,在数字集成电路中逐渐成为主流,双极性晶体管的使用相对较少。相比于金属氧化物半导体场效应晶体管,双极性晶体管提供了一定的跨导和输出电阻,在功率控制等方面能力突出,并具有高速和耐久的特性。因此,双极性晶体管仍在模拟电路中占据重要位置,特别是高频应用电路的重要配件。可将MOSFET用BiCMOS技术和双极性
第二章、二极管应用电路
第二章二极管应用电路 一、填空题 1、将交流电变换成单向脉动电流的过程成为，实现这种功能的电路称为。 2、整流电路是利用二极管的特性构成的。 3、单相半波整流电路是由、和组成。 4、这种大小波动，方向不变的电流称为。 5、半波整流电路的缺点是和。 6、半波整流电路负载两端的电压的平均值V 是变压器二次侧电 压有效值V 2的倍。流过负载电流的平均值I 是。流过二极管的正向电流I V 为。二极 管截止时，它承受的反向峰值电压V R 为。 7、单相半波整流电路中二极管必须满足、 两个条件。 8、单相全波整流电路是由组成的。变压器二次侧绕组具有。 9、单相全波整流电路中负载与整流二极管的电压和电流为 V 0= ；I = ；V R = ；I V = 。 10、桥式整流电路是一种去掉变压器中心抽头的全波整流电路， 由只二极管、和组成。 11、桥式整流电路输入电压V 1 为正半周时，整流二极管和 导通，和截止。桥式整流电路输入电压V 1为负半周时，整流二极管和导通，和截止。 12、桥式整流电路中负载与整流二极管的电压和电流为 V 0= ；I = ；V Rm = ；I V = 。 13、在所有整流电路的输出电压中，都不可避免的包含有。为了减少交流分量，一般在整流电路以后都要加接以使负载得到平滑的直流电压。 14、在整流电路中接入滤波电容时，输出电压的平均值随整流电路的不同而不同。工程上可按下列公式进行估算：半波整流： V 0= 。桥式整流：V = 。空载时：V = 。 15、我们学过的单相整流电路包括、、 。 16、桥式整流电路中，输出电压 V o = 9V，负载电流I L = 1A，则 二极管承受的反向电压为_________V。 17、若某单相桥式整流电路中有一只整流二极管短路，则
电路板中常用7大类二极管
电路板中常用7大类二极管 一、肖特基二极管 肖特基二极管，即肖特基势垒二极（SchottkyBarrierDiode,缩写成SBD）的简称。肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因此，SBD也称为金属－半导体（接触）二极管或表面势垒二极管。 它属一种低功耗、超高速半导体器件。最显著的特点为反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右。SBD具有开关频率高和正向压降低等优点，但其反向击穿电压比较低，大多不高于60V，最高仅约100V，以致于限制了其应用范围。其多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，也有用在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。在通信电源、变频器等中比较常见。
二、变容二极管 变容二极管又称"可变电抗二极管"，是利用pN结反偏时结电容大小随外加电压而变化的特性制成的。反偏电压增大时结电容减小、反之结电容增大，变容二极管的电容量一般较小，其最大值为几十皮法到几百皮法，最大区容与最小电容之比约为5:1。它主要在高频电路中用作自动调谐、调频、调相等，例如在电视接收机的调谐回路中作可变电容。变容二极管属于反偏压二极管，改变其PN结上的反向偏压，即可改变PN结电容量。反向偏压与结电容之间的关系是非线性的，变容二极管的电容值与反向偏压值的关系： (a) 反向偏压增加，造成电容减少； (b) 反向偏压减少，造成电容增加。 电容误差范围是一个规定的变容二极管的电容量范围。数据表将显示最小值、标称值及最大值，这些经常绘在图上。
三极管作为开关电路的设计及应用
第一节基本三极管开关基本电路设计 三极管除了可以当做交流信号放大器之外，也可以做为开关之用。严格说起来，三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同，但是它却具有一 些机械式开关所没有的特点。图1所示，即为三极管电子开关的基本电路图。由下图可知，负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间，而位居三极 管主电流的回路上， Vcc R ID R D 2 图1基本的三极管开关 输入电压Vin则控制三极管开关的开启(open)与闭合(closed)动作，当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断，反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通。详细的说，当Vin为低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关的开启，此时三 极管乃胜作于截止(cut off)区。 同理，当Vin为高电压时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管乃胜作于饱和区(saturation)。838 电子一、三极管开关电路的分析设计 由于对硅三极管而言，其基射极接面之正向偏压值约为0.6伏特，因此欲使三极管截止，Vin必须低于0.6伏特，以使三极管的基极电流为零。通常在设计时，为了可以更确定三极管必处于截止状态起见，往往使Vin值低于0.3伏特。(838电子资源)当然输入电压愈接近零伏特便愈能保证三极管开关必处于截止状态。欲将电流传送到负载上，则三极管的集电极与射极必须短路，就像机械 开关的闭合动作一样。欲如此就必须使Vin达到够高的准位，以驱动三极管使其进入饱和工作区工作，三极管呈饱和状态时，集电极电流相当大，几乎使得整 个电源电压Vcc均跨在负载电阻上，如此则VcE便接近于0,而使三极管的集电极和射极几乎呈短路。在理想状况下，根据奥姆定律三极管呈饱和时，其集 电极电流应该为：