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实用模拟电子技术教程. 副主编： 刘希真 张小冰. 主编：徐正惠. 第一篇 常用半导体器件 介绍常用半导体器件，包括晶体二极管、晶体三极管、场效应管和其他半导体器件的结构、工作原理、分类、主要性能指标、国家标准规定的命名方法以及主要应用 。. 第一篇 常用半导体器件. 第 1 章 半导体二极管 学习要求： 掌握二极管结构和单向导电的特性；掌握二极管最大 整流电流、反向击穿电压、最大反向工作电压、反向电 流和最高工作频率等特性指标的定义；掌握整流电路的 工作原理；了解 PN 结、内建电场和正负载流子的概念； 了解 PN 结单向导电的原理。.
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实用模拟电子技术教程 副主编： 刘希真 张小冰 主编：徐正惠
第一篇 常用半导体器件 介绍常用半导体器件，包括晶体二极管、晶体三极管、场效应管和其他半导体器件的结构、工作原理、分类、主要性能指标、国家标准规定的命名方法以及主要应用。
第一篇 常用半导体器件 第1章 半导体二极管 学习要求： 掌握二极管结构和单向导电的特性；掌握二极管最大 整流电流、反向击穿电压、最大反向工作电压、反向电 流和最高工作频率等特性指标的定义；掌握整流电路的 工作原理；了解PN结、内建电场和正负载流子的概念； 了解PN结单向导电的原理。
二极管都有两根引脚，一个称为正极，另一个为负极 。 哪个为正，决定于内部结构。 第1章 半导体二极管 1.1.1 二极管的结构和产品外型 1.1 半导体二极管的单向导电特性
N型锗 正极引脚 负极引脚 正极引脚 铝合金小球 N型硅 金属丝 负极引脚 正极引脚 二氧化硅层 (a) (b) P型区 N型硅片 负极引脚 负极 正极 (d) (c) 图1-1 二极管的结构和电路符号 1.1 半导体二极管的单向导电特性 半导体二极管内部结构和电路符号： 特点：都以半导体为材料
实验装置： A R 二极管负极 － VD RP E V + 二极管正极 图1-3 测量二极管导电特性实验装置 1.1 半导体二极管的单向导电特性 二极管的单向导电特性实验观察 让电位器活动端逐渐向上移动，施加在二极管两端的电压也逐渐加大，测量不同电压时流过二极管的电流，即可以得到二极管两端电压与所流过的电流之间的关系。
0.90 正向电压 u(伏特) 0 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 正向电流 i(毫安) 0 0.10 0.40 1.01 3.00 6.80 14.0 30.0 54.0 69.0 表1-1 二极管导电特性实验结果 1.1 半导体二极管的单向导电特性 实验结果：施加正向电压时的实验结果（二极管1N4148） 二极管的单向导电特性实验观察 电压从0增加到0.9V,流过的电流从0增加到69mA。 以二极管两端电压u为横坐标，流过二极管的电流i为纵坐标，可画出流过二极管的电流随两端电压变化的曲线——称为二极管伏安特性曲线。
1、存在一个开启电压 2、在一定范围内，电流发生较大的变化时，二极管两端的电压降只有微小的变化。正向电流从1.01mA增加到30mA，大了30倍，二极管压降从0.6伏增加到0.8伏，只变化了0.2伏。 3、特性曲线还与温度有关 开启电压 1.1 半导体二极管的单向导电特性 实验结果分析： 二极管的单向导电特性实验观察
施加反向电压时的实验结果 1.1 半导体二极管的单向导电特性 二极管的单向导电特性实验观察 1、施加反向电压时，只有一个很小的电流流过二极管，称为反向电流 2、反向电流随温度的升高而显著增加 3、反向电压增加到一定程度会导致二极管的反向击穿
常用整流电路分类： 1、半波整流电路 2、桥式整流电路 1.2二极管的应用 利用二极管的单向导电性，能将交流电转换为单向脉动电流，完成这种转换的电路称为整流电路。 1.2.1整流电路
电路结构 功能：将交流电转换为单向脉动电流 1.2二极管的应用——1.2.1整流电路 1、半波整流电路 电路结构与功能
1、半波整流电路 （1）二极管所经受的反向电压 （2）输出平均电压 1.2二极管的应用——1.2.1整流电路 电路主要参数： （3）整流二极管的功耗——等于二极管正向压降与负载电流的乘积，约为0.7V与流过二极管的平均整流电流的乘积。
2、桥式整流电路 电路结构与功能 简化电路画法 电路结构 半波整流输出 功能 输入交流电 桥式整流输出 1.2二极管的应用——1.2.1整流电路
2、桥式整流电路 电路结构与功能 工作原理 正半周电流走向是从输入电压正端—二极管VD2—负载电阻—二极管VD4—输入电压负端，施加在负载电阻上的电压为上正下负 1.2二极管的应用——1.2.1整流电路 负半周电流的走向是从输入电压的正端—二极管VD3—负载电阻—二极管VD1—输入端负端，施加在负载电阻上的电压仍然是上正下负
2、桥式整流电路 电路参数 （1）二极管所经受的反向电压 与半波整流相同 （2）输出平均电压 是半波整流输出的2倍 （3）整流二极管的功耗 每只二极管所流过的平均电流小了一半，因此这种情况下二极管的功耗是半波整流电路的一半。 1.2二极管的应用——1.2.1整流电路
3、滤波电路 二极管整流后输出的单向脉动电压包含较多的交流成分，为了获得较好的直流电压还需要进行滤波。 滤波电路结构与功能： 滤波后的电压波形 结构：滤波电容并联负载两端 滤波前波形 1.2二极管的应用——1.2.1整流电路
1）什么是检波电路 当输入交流电压的频率较高时，将这种交流电转换为单向脉动电的过程习惯上不叫整流，而称为检波。 2）整流二极管不能用于检波 整流管一般为平面管或合金管，PN结面积大能通过大电流，因此结电容也大，不能用于检波； 二极管两极之间电容对高频信号来说是低阻抗 1.2二极管的应用——1.2.2检波电路 检波二极管一般采用点接触结构，结电容极小，能通过的电流也很小，因此也不用于整流。
稳压管 调整二极管的制作工艺，降低击穿电压并使反向特性曲线更陡根，由此制成的二极管称为稳压管 反向特性与普通二极管的区别 外型 电路符号 1.2二极管的应用——1.2.3稳压电路
工作原理 电路结构 稳压管DZ的反向击穿电压为6.0V，最大工作电流为20mA，电源电压VCC=9V，选电阻R1=150Ω，则流过稳压管的电流IZ等于 负载电阻从500 Ω变到300 Ω，两端电压维持为6V，原理如下： 1、500Ω时流向负载的电流为12 mA，流向稳压管的电流降为8 mA，负载两端电压为6V 2、3000Ω时负载的电流降为2 mA，稳压管的电流升为18 mA，负载两端电压仍维持为6V 1.2二极管的应用——1.2.3稳压电路 稳压管组成的稳压电路
1.3二极管的主要参数——1.3.1常用整流二极管参数1.3二极管的主要参数——1.3.1常用整流二极管参数 1、最大整流电流IF：二极管长期工作的情况下允许通过的最大正向平均电流。 2、反向击穿电压UBR：二极管所能承受的最高反向电压，超过该电压，二极管被击穿。 3、最高反向工作电压UR：二极管工作时允许施加的最大反向电压，一般是反向击穿电压的一半或2/3。 4、反向电流IR：是二极管施加反向电压而未击穿情况下流过的反向电流。锗管一般为几十微安大小，硅管1微安以下。 5、最高工作频率fM：二极管工作的上限频率，超过此值，PN结结电容的影响不能忽略，二极管的单向导特性变差。
1.3二极管的主要参数——1.3.2常用稳压管参数 1、稳定电流：稳压管产生稳压作用时通过的电流值，低于该电流值时稳压效果变差，高于该电流时，稳压效果更好，但不能超过额定功耗。 2、稳定电压：稳压管通过额定电流时两端的电压值。生产厂家给出的是稳压范围，例如9.3～10.6V。 3、额定功耗 ：稳压管正常工作时所允许的功耗，它等于稳压值和最大允许电流的乘积。额定功耗决定于稳压管允许的温升。 4、电压温度系数：温度每升高1℃引起的稳定电压变化的百分比。
1.4 二极管的分类——1.4.1常用二极管分类 1）整流二极管：用于电子控制、无线电通信或其他电气设备电源部分整流用的二极管一般都为硅管。
1.4 二极管的分类——1.4.1常用二极管分类 2）检波二极管：常用的检波二极管为锗管，检波二极管也可用于小电流整流。
1.4 二极管的分类——1.4.1常用二极管分类 3）稳压二极管 ：常用稳压管为硅二极管，用于稳压。
1.4 二极管的分类——1.4.2 二极管封装 1、贴片封装：出于整机小型化和电子设备生产自动化的需要 。
整流桥 四只二极管组成的排管 1.4 二极管的分类——1.4.2 二极管封装 2、二极管组件 ：出于整机小型化和电子设备生产自动化的需要 。
1.4 二极管的分类——1.4.2 半导体器件命名方法 1、半导体器件命名的国家标准 以硅整流二极管2CZ56B为例来说明
1.4 二极管的分类——1.4.2 半导体器件命名方法 1、半导体器件命名的国家标准 国标半导体器件命名规定
2、美国半导体器件命名方法 美国电子工业协会半导体器件命名规定 1.4 二极管的分类——1.4.2 半导体器件命名方法 美国型号的二极管1N4001A：“1”表示该器件只有一个PN结，为二极管；“1”前面没有符号，表示这种型号的器件是非军用品；第三部分数字“N”为注册标志，表明已在美国电子工业协会注册；第四部分“4001”为登记序号；第五部分“A”表示档次。
3、欧洲半导体器件命名方法 欧洲产器件型号由四部分组成，每一部分符号的含义如下 1.4 二极管的分类——1.4.2 半导体器件命名方法 二极管BYV28为例：第一部分字母“B”表示制造材料为硅，第二部分字母“Y”表示器件为整流二极管，第三部分用一个字母加两位数字V28表示器件登记号。
4、日本半导体器件命名方法 日本半导体器件型号由五部分组成，规定如下 1.4 二极管的分类——1.4.2 半导体器件命名方法 1S1585：“1”表示该器件为二极管，第二部分“S”表示属半导体器件，“1585”是登记序号。
设计步骤： 第一步：首先选择整流电路类型，选用桥式整流电路 第二步：根据设计要求计算流过整流二极管的平均电流、二极管经受的反向电压和二极管的功耗。 输出平均电压： 求得负载电流： 二极管功耗： 最大反向电压： 1.5 整流电路设计 已知变压器输出的交流电有效值为45V，负载电阻20Ω，需直流供电，要求设计整流电路。
设计步骤： 第三步：根据上面计算所得的平均电流、最大反向电压和功耗值，从表1-1中选择合适的整流二极管——2CZ56C 电流： 反向电压： 功耗： 1.5 整流电路设计 已知变压器输出的交流电有效值为45V，负载电阻20Ω，需直流供电，要求设计整流电路。
1.6 二极管单向导电原理简介-1.6.1 导体、绝缘体和半导体 绝缘体：不存在能够自由移动的电荷，不导电； 导体：金属等存在大量能自由运动的电子属良导体； 半导体：硅、锗情况比较特殊，很纯的半导体硅、锗（称为本征半导体）缺少自由电荷，几乎不导电。，但加入一定量的微量元素，导电能力将发生很大变化。 N型硅：硅中加入微量的5价元素（例如磷），4个被束缚在硅原子周围，而多出的一个就能够在半导体内自由移动，于是能导电； P型硅：加入微量的3价元素（例如硼），硼原子只有3个价电子，就容易从邻近硅原子的4个价电子中拉一个过来，邻近硅原子失去一个电子而带正电，称为空穴，空穴能自由移动，于是能导电。
1.6 二极管单向导电原理简介-1.6.1 导体、绝缘体和半导体 自由电子的增加使N型硅导电，导电能力随磷元素浓度变化，磷元素浓度增加时导电能力也增加。
1.6 二极管单向导电原理简介-1.6.1 导体、绝缘体和半导体 荷正电的空穴使P型硅导电，导电能力随硼元素浓度变化，硼元素浓度增加时导电能力也增加。
1.6 二极管单向导电原理简介——1.6.2 PN结的形成 硅的一边掺杂5价元素，成为N型半导体，另一边掺杂3价元素，成为P型半导体，在边界处便会形成一种特殊的结构称为PN结。 P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，在边界附近的N区留下不能移动的正电荷，在P区留下不能移动的负电荷，正负电荷形成内建电场。
1.6 二极管单向导电原理简介——1.6.3 二极管的单向导电特性 一个PN结，在其两端制作电极，用引脚引出再加上外壳，即为二极管。P区引出的为二极管的正极，N区引出的为二极管的负极。
外加电场方向 内建电场方向 A 1.6 二极管单向导电原理简介——1.6.3 二极管的单向导电特性 1、二极管施加正向电压时 外加电场的方向和PN结区内建电场的方向相反，外加电场减弱了内建电场，因此扩散继续进行，形成正向电流，因此二极管加正向电压时导通。
外加电场方向 内建电场方向 A 1.6 二极管单向导电原理简介——1.6.3 二极管的单向导电特性 2、二极管施加反向电压时 外加电场与内建电场方向相同，内建电场得到加强，P区空穴、N区电子的扩散被阻止，二极管表现为截止状态。
少数载流子 1.6 二极管单向导电原理简介——1.6.3 二极管的单向导电特性 3、反向漏电流的形成 P区除了大量的空穴以外还存在少量的可自由移动的电子，称为少数载流子（P区的空穴则称为多数载流子）；同样，N区除了多数载流子电子之外，也存在少量可自由移动的空穴（少数载流子）。
内建电场 +电压 -电压 外电场 1.6 二极管单向导电原理简介——1.6.3 二极管的单向导电特性 3、反向漏电流的形成 二极管负极加正压时，N区的少数载流子在外电场的作用下会向P区漂移，而内建电场并不能阻挡这种漂移（注意内建电场的方向是N区指向P区，因此有助于这种漂移），同理，P区的少数载流子—电子会在外电场作用下通过PN结区向N区漂移，这样，在反向电压作用下就有电流通过-称为反向漏电流。由于少数载流子的数量是很少的，因此反向电流十分微弱。
1.6 二极管单向导电原理简介——1.6.3 二极管的单向导电特性 4、二极管的击穿 反向电压很高时，载流子在空间电荷区受到强烈的电场加速作用，获得巨大的能量。使载流子能碰撞其他原子，产生新的电子孔穴对，这些新的电子空穴对又去碰撞别的原子，于是产生大量的电子空穴对，如此连锁反应，致使电流剧增，这就是我们实验中观察到的击穿现象。
