【文章內容簡介】 可獲得各種形式的整流電路。 二極管半波整流電路 二極管全波整流電路 橋式整流電路簡化圖 B 220V ~ RL D IN4001 B 220V ~ RL D1 D2 二極管橋式整流電路 D4 B 220V ~ RL D1 D2 D3 B 220V ~ RL 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 (3)二極管的 限幅作用 + － D uS 10KΩ IN4148 + － u0 iD 圖示為一限幅電路。電源 uS是一個周期性的矩形脈沖， 高電平幅值為 +5V，低電平幅值為 5V。試分析電路的輸出 電壓為多少。 uS +5V 5V t 0 當輸入電壓 ui=－ 5V時，二極管反偏截止，此時電路 可視為開路，輸出電壓 u0=0V； 當輸入電壓 ui= +5V時，二極管正偏導通，導通時二極管 管壓降近似為零，故輸出電壓 u0≈+5V。 顯然輸出電壓 u0限幅 在 0~+5V之間。 u0 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 半導體二極管工作在擊穿區(qū)，是否一定被損壞？為什么？ 你會做嗎？ 何謂死區(qū)電壓？硅管和鍺管死區(qū)電壓的典型值各為多少？為何會出現死區(qū)電壓？ 把一個 正向聯接到二極管的兩端， 會出現什么問題？ 二極管的伏安特性曲線上分為幾個區(qū)？能否說明二極管工作在各個區(qū)時的電 壓、電流情況？ 為什么二極管的反向電流很小且具有飽和性？當環(huán)境溫度升高時又會明顯增大 ？ 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 I(mA) 40 30 20 10 0 5 10 15 20 (μ A) － 12 － 8 － 4 U(V) 穩(wěn)壓二極管的反向電壓幾乎不隨反向電流的變化而變化、 這就是穩(wěn)壓二極管的顯著特性。 D 穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管， 其反向擊穿可逆。 正向特性與普通二極管相似 反向 Δ IZ Δ UZ 特殊二極管 1. 穩(wěn)壓二極管 實物圖 圖符號及文字符號 顯然穩(wěn)壓管的伏安特性曲線比普通二極管的更加陡峭。 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 + US － DZ 使用穩(wěn)壓二極管時應該注意的事項 (1)穩(wěn)壓二極管正負極的判別 DZ + － (2)穩(wěn)壓二極管使用時，應反向接入電路 UZ － (3)穩(wěn)壓管應接入限流電阻 (4)電源電壓應高于穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值 ZS UU ?(5)穩(wěn)壓管都是硅管。 其穩(wěn)定電壓 UZ最低為 3V，高的可達 300V，穩(wěn)壓二極管在工作時的正向壓降約為 。 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 二極管的反向擊穿特性：當外加反向電壓超過擊穿電壓時，通過二極管的電流會急劇增加。 擊穿并不意味著管子一定要損壞，如果我們采取適當的措施限制通過管子的電流，就能保證管子不因過熱而燒壞。如 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都要加限流電阻 R，使穩(wěn)壓管電流工作在 Izmax和 Izmix的范圍內。 在反向擊穿狀態(tài)下，讓通過管子的電流在一定范圍內變化，這時管子兩端電壓變化很小，穩(wěn)壓二極管就是利用這一點達到“ 穩(wěn)壓 ”效果的。穩(wěn)壓管正常工作是在反向擊穿區(qū)。 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 發(fā)光二極管是一種能把電能直接轉換成光能的固體發(fā)光元件。發(fā)光二極管和普通二極管一樣，管芯由 PN結構成，具有單向導電性。 實物圖 圖符號和 文字符號 D 單個發(fā)光二極管常作為電子設備通斷指示燈或快速光源及光電耦合器中的發(fā)光元件等。發(fā)光二極管一般使用砷化鎵、磷化鎵等材料制成。現有的發(fā)光二極管能發(fā)出紅黃綠等顏色的光。 發(fā)光管正常工作時應正向偏置，因發(fā)光管屬于功率型器件，因此死區(qū)電壓較普通二極管高，其正偏工作電壓至少要在 。 發(fā)光管常用來作為數字電路的數碼及圖形顯示的七段式或陣列器件。 2. 發(fā)光二極管 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 光電二極管也稱光敏二極管，是將光信號變成電信號的半 導體器件，其核心部分也是一個 PN結。光電二極管 PN結的結 面積較小、結深很淺，一般小于一個微米。 D 光電二極管的正常工作狀態(tài)是反向偏置。在反向電壓下， 無光照時，反向電流很小，稱為 暗電流 ；有光照射時，攜帶 能量的光子進入 PN結，把能量傳給共價鍵上的束縛電子， 使部分價電子掙脫共價鍵的束縛，產生電子 — 空穴對，稱 光 生載流子 。光生載流子在反向電壓作用下形成反向光電流， 其強度與光照強度成正比。 3. 光電二極管 光電二極管也稱光敏二極管，同樣具有單向導電性，光電管管殼上有一個能射入光線的“ 窗口 ”，這個窗口用有機玻璃透鏡進行封閉，入射光通過透鏡正好射在管芯上。 實物圖 圖符號和 文字符號 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 普通二極管的正向壓降，是否也可以穩(wěn)壓？ 你會做嗎？ 2. 現有兩只穩(wěn)壓管，它們的穩(wěn)定電壓分別為 6V和 8V，正向導通電壓為 。試問： (1)若將它們串聯相接，可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？ (2)若將它們并聯相接，又可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？ ，發(fā)光二極管導通電壓 UD＝ ，正向電流在 5~15mA時才能正常工作。試問圖中開關 S在什么位置時發(fā)光二極管才能發(fā)光？ R的取值范圍又是多少？ 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 N N P 雙極型三極管 三極管是組成各種電子電路的核心器件。三極管的產生使PN結的應用發(fā)生了質的飛躍。 1. 雙極型三極管的基本結構和類型 雙極型晶體管分有 NPN型和 PNP型，雖然它們外形各異，品種繁多，但它們的共同特征相同：都有三個分區(qū)、兩個 PN結和三個向外引出的電極： 發(fā)射極 e 發(fā)射結 集電結 基區(qū) 發(fā)射區(qū) 集電區(qū) 集電極 c 基極 b NPN型 PNP型 P P N 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 根據制造工藝和材料的不同，三極管分有雙極型和單極型兩種類型。若三極管內部的自由電子載流子和空穴載流子同時參與導電，就是所謂的 雙極型 。如果只有一種載流子參與導電，即為 單極型 。 NPN型三極管圖符號 大功率低頻三極管 小功率高頻三極管 中功率低頻三極管 目前國內生產的雙極型硅晶體管多為 NPN型 (3D系列 )，鍺晶體管多為 PNP型 (3A系列 )，按頻率高低有高頻管、低頻管之別；根據功率大小可分為大、中、小功率管。 e c b PNP型三極管圖符號 e c b 注意： 圖中箭頭方向為 發(fā)射極電流的方向 。 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 2. 雙極型三極管的電流放大作用 晶體管芯結構剖面圖 e發(fā)射極 集電區(qū) N 基區(qū) P 發(fā)射區(qū) N b基極 c集電極 晶體管實現電流 放大作用的 內部結構條件 (1)發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高，以便有 足夠的載流子供 “ 發(fā)射 ” 。 (2)為 減少載流子在基區(qū)的 復合 機 會，基區(qū)做得很薄，一般為幾個 微米，且摻雜濃度極低。 (3)集電區(qū)體積較大，且為了順利 收集 邊緣載流子，摻雜濃度界于 發(fā)射極和基極之間。 可見，雙極型三極管并非是兩個 PN 結的簡單組合，而是利用一定的摻雜工藝制作而成。因此，絕不能用兩個二極管來代替，使用時也決不允許把發(fā)射極和集電極接反。 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 晶體管實現電流放大作用的 外部條件 N N P UBB RB ＋ － (1)發(fā)射結必須“ 正向偏置 ”，以利于發(fā)射區(qū)電子的擴散，擴散 電流即發(fā)射極電流 ie， 擴散電子的少數與基區(qū)空穴復合，形 成基極電流 ib，多數繼續(xù)向集電結邊緣擴散。 UCC RC ＋ － (2)集電結必須“ 反向偏置 ”，以利于收集擴散到集電結邊緣的 多數擴散電子，收集到集電區(qū)的電子形成集電極電流 ic。 IE IC IB 整個過程中，發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射的電子數等于基區(qū)復合掉的電子與集電區(qū)收集的電子數之和，即： IE=IB+IC 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 結論 由于發(fā)射結處正偏，發(fā)射區(qū)的多數載流子自由電子將不斷擴散到基區(qū)，并不斷從電源補充進電子，形成發(fā)射極電流 IE。 1. 發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子的過程 由于基區(qū)很薄，且多數載流子濃度又很低，所以從發(fā)射極擴散過 來的電子只有很少一部分和基區(qū)的空穴相復合形成基極電流 IB，剩下的絕大部分電子則都擴散到了集電結邊緣。 2. 電子在基區(qū)的擴散和復合過程 集電結由于反偏，可將從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)并到達集電區(qū)邊緣 的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流 IC。 3. 集電區(qū)收集電子的過程 只要符合三極管發(fā)射區(qū)高摻雜、基區(qū)摻雜濃度很低，集電區(qū)的摻雜濃度介于發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間，且基區(qū)做得很薄的 內部條件 ，再加上晶體管的發(fā)射結正偏、集電結反偏的 外部條件 ，三極管就具有了放大電流的能力。 電子技術基礎 半導體基礎與常用器件 三極管的集電極電流 IC稍小于 IE，但遠大于 IB， IC與 IB的 比值在一定范圍內基本保持不變。特別是基極電流有微小 的變化時，集電極電流將發(fā)生較大的變化。例如， IB由 40 μA增加到 50μA時， IC將從 4mA，即： 8010)4050( 10)( 63BC