ch03半导体二极管及其基本应用电路

1.差模输入电阻,两个输入端的输入电流可认为是零，即虚断。idrodA2.开环电压放大倍数,输出电压是一个有限值，00uoNPAuuuNPuu即虚短。理想运放工作特点（1）工作在线性工作区的特点【】内容回顾2020/1/27安徽科技学院2当时，注意：此时输入端的输入电流也等于零（2）工作在非线性（饱和区）工作区的特点NuuPOMo(sat)UUouOMo(sat)UUou当时，【】内容回顾当时，NuuPOMo(sat)UUouOMo(sat)UUou当时，当时，NuuPOMo(sat)UUouOMo(sat)UUou当时，当时，NuuPOMo(sat)UUouOMo(sat)UUou当时，2020/1/27安徽科技学院31.反相比例运算1FiofRRuuAuR2R1RFuiuo1ifi理想运放组成的基本运算电路【】内容回顾2020/1/27安徽科技学院42.同相比例运算R2R1RFuouioFufi1uRA==1+uRfi1i返回目录uRRRuFF//1o【】内容回顾2020/1/27安徽科技学院5i313Fi212Fi111FouRRuRRuRRuR2RFuoRFuoui1ui2ui3R12R11R1311i12i13i3.反相加法运算【】内容回顾2020/1/27安徽科技学院6R2R1RFuiuoR2R1RFuouiR3R2RFuoRFuoui1ui2ui3R12R11R13R1RFuoui1ui2R21R22i2222121i1222122uRRRuRRRuuRRRuFF//1oi2222121i12221221o//uRRRuRRRRRRuFF4.同相加法运算【】内容回顾2020/1/27安徽科技学院7R2R1RFuiuoR2R1RFuouiR3R2RFuoRFuoui1ui2ui3R12R11R13R1RFuoui1ui2R21R22R2R1RFuoui1R3R2R1RFuoR3ui2o'oouuui11F'ouRRui23231o//uRRRRRRuFFi23231i11Fo//uRRRRRRuRRuFF5.减法运算【】内容回顾2020/1/27安徽科技学院8叠加原理在线性电阻电路中，某处电压或电流都是电路中各个独立电源单独作用时，在该处分别产生的电压或者电流的叠加。在叠加电路的分电路中，不作用的电压源置零（在电压源作用处用短路代替）。电路中的所有电阻不予变动。【】内容回顾2020/1/27安徽科技学院9二、集成运放的非线性工作区（1）输出电压uo只有两种可能的情况，分别为±UOM。（2）仍具有“虚断”的特点。即：uPuN，uo=+UOM；uPuN，uo=-UOM。即：iP=iN=0。在电路中，若集成运放处于开环状态，或只引入了正反馈，则表明集成运放工作在非线性区。uPuNuOiPiN+UOM-UOM理想运放组成的电压比较器【】内容回顾2020/1/27安徽科技学院10NPuu?Iu（2）阈值电压uO发生跳变时的uI【】内容回顾第3章半导体二极管及其基本应用电路3.1半导体基础知识3.2半导体二极管及其基本应用电路3.3稳压二极管及其基本应用电路3.4发光二极管及其基本应用举例2020/1/27安徽科技学院123.1半导体基础知识导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。根据物质导电性能的不同，对物质的分类：2020/1/27安徽科技学院133.1.1本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。一、半导体导电特性处于导体（低价元素构成）和绝缘体（高价元素构成）之间，称为半导体，如锗、硅等，均为四价元素。2020/1/27安徽科技学院14共价键价电子共有化，形成共价键的晶格结构2020/1/27安徽科技学院153.1.1本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。一、半导体二、本征半导体的导电情况金属导电是由于其内部有自由电子存在(载流子),在外电场的作用下,自由电子定向移动,形成电流.2020/1/27安徽科技学院16半导体中有两种载流子:自由电子和空穴自由电子空穴2020/1/27安徽科技学院17在外电场作用下，电子的定向移动形成电流++++++++--------2020/1/27安徽科技学院18在外电场作用下，空穴的定向移动形成电流++++++++--------2020/1/27安徽科技学院191.本征半导体中载流子为电子和空穴;2.电子和空穴成对出现,浓度相等;3.由于热激发可产生电子和空穴,因此半导体的导电性和温度有关,对温度很敏感。2020/1/27安徽科技学院203.1.2杂质半导体一、N型半导体在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。多子----电子;少子----空穴.2020/1/27安徽科技学院211.1.2杂质半导体二、P型半导体在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了P型半导体。多子----空穴;少子----电子.注意杂质半导体中，多子的浓度决定于掺杂原子的浓度；少子的浓度决定于温度。2020/1/27安徽科技学院223.1.3PN结采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成PN结。PN结具有单向导电性。一、PN结的形成P区N区2020/1/27安徽科技学院23一、PN结的形成在交界面，由于两种载流子的浓度差，出现扩散运动。2020/1/27安徽科技学院24一、PN结的形成在交界面，由于扩散运动,经过复合,出现空间电荷区空间电荷区耗尽层2020/1/27安徽科技学院25一、PN结的形成当扩散电流等于漂移电流时，达到动态平衡，形成PN结。PN结形成内电场2020/1/27安徽科技学院261.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场;2.内电场阻碍多子扩散，有利于少子漂移;3.当扩散电流等于漂移电流时，达到动态平衡，形成PN结。2020/1/27安徽科技学院27二、PN结的单向导电性1.PN结外加正向电压时处于导通状态加正向电压是指P端加正电压，N端加负电压，也称正向接法或正向偏置。注意哦！2020/1/27安徽科技学院28内电场外电场外电场抵消内电场的作用，使耗尽层变窄，形成较大的扩散电流。2020/1/27安徽科技学院292.PN结外加反向电压时处于截止状态外电场和内电场的共同作用，使耗尽层变宽，形成很小的漂移电流。2020/1/27安徽科技学院30三、PN结的伏安特性正向特性反向特性反向击穿PN结的电流方程为)1(TUuSeIi其中，IS为反向饱和电流，UT≈26mV，3.2半导体二极管将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了半导体二极管。由P区引出的电极为阳极（A），由N区引出的电极为阴极（K）。二极管的符号：PN阳极阴极2020/1/27安徽科技学院323.2.2伏安特性UI导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压UBR死区电压硅管0.6V,锗管0.2V。2020/1/27安徽科技学院33环境温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，反向特性曲线下移。在室温附近,温度每升高1°C,正向压降减小2~2.5mV;温度每升高10°C，反向电流约增大1倍。二极管的特性对温度很敏感。2020/1/27安徽科技学院343.2.3二极管的主要参数1.最大整流电流IF2.最高反向工作电压UR二极管长期运行时允许通过的最大平均电流。二极管工作时允许加的最大反向电压，通常为击穿电压的一半。半导体的参数是对其特性和极限应用的定量描述，是设计电路时选择器件的主要依据。2020/1/27安徽科技学院35由于二极管的特性是非线性的，为了分析问题的简单、方便，可在特定情况下对其进行线性化处理，即用线性化的等效模型来代替二极管。3.2.4二极管的等效电路当二极管两端电压远小于与之串联的元器件电压，流过二极管的电流远小于与之并联分支电流时，可将二极管理想化。认为：二极管正向导通，导通电压为0，反向截止，截止电流为0。2020/1/27安徽科技学院363.2.4二极管的等效电路当二极管两端电压超过导通电压时，认为二极管导通，导通电压为Uon,当二极管两端电压小于导通电压或者为负电压时，认为二极管截止,截止电流为0。2020/1/27安徽科技学院37Q△iD△uD3.2.4二极管的等效电路2020/1/27安徽科技学院383.2.5二极管的基本应用ttuo0ui0Dui＋－uo＋－RL【例1】画出二极管电路的输出波形（设UD=0）。二极管整流2020/1/27安徽科技学院39【例2】画出二极管电路的输出波形（设UD=0.7V）。0.7V0.7V-3V二极管限幅2020/1/27安徽科技学院40【例3】电路如图所示，二极管的导通电压UD约为0.7V。试分别计算开关断开和闭合时输出电压的数值。当开关断开时，二极管因加正向电压而处于()状态，故输出电压为V3.5V)7.06(1DOUVU导通分析2020/1/27安徽科技学院41【例3】电路如图所示，二极管的导通电压UD约为0.7V。试分别计算开关断开和闭合时输出电压的数值。当开关闭合时，二极管外加反向电压，因而（），故输出电压为V122VUO分析截止2020/1/27安徽科技学院42UO1≈()，UO2＝()，UO3≈()，UO4≈()，UO5≈()，UO6≈()【例4】写出图所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压UD＝0.7V。1.3V0－1.3V2V1.3V－2V2020/1/27安徽科技学院433.3稳压二极管及应用1.稳压管的工作原理稳压管的符号3.3.1稳压二极管2020/1/27安徽科技学院442.稳压管的主要参数①稳定电压UZUZ是指击穿后在电流为规定值时，管子两端的电压值。②稳压电流IZ③额定功耗PZMIZ是稳压二极管正常工作时的参考电流。工作电流小于此值时，稳压二极管将失去稳压作用。PZM等于稳定电压UZ与最大稳定电流IZM（或IZmax）的乘积。2020/1/27安徽科技学院453.稳压管的稳压条件稳压管正向工作时和二极管的特性完全相同。必须工作在反向击穿状态；流过稳压管的电流在IZ和IZM之间。注意！2020/1/27安徽科技学院463.3.2.稳压管的应用【例1】典型应用电路：RL为负载电阻，R限流电阻当UI变化时，由于稳压管的作用，输出UO不变。2020/1/27安徽科技学院47【例2】已知稳压管的UZ=6V,最小电流IZmin=5mA,最大电流IZmax=25mA。（1）分别计算UI为10V、15V、35V时输出UO的值。（2）若UI为35V时负载开路，则会出现什么现象？解题思路首先假设稳压管不工作（开路），求出其两端电压，是否满足稳压条件①；然后假设稳压管工作（稳压），看其是否满足稳压条件②。2020/1/27安徽科技学院48解：假设稳压管不工作UI为10V时∵∴稳压管不工作，UO=3.3V【例2】已知稳压管的UZ=6V,最小电流IZmin=5mA,最大电流IZmax=25mA。（1）分别计算UI为10V、35V时输出UO的值。（2）若UI为35V时负载开路，则会出现什么现象？OU3.3LOILRUUVRROZUU2020/1/27安徽科技学院49UI为35V时,同理可求出UO=6V∴稳压管将因功耗过大而损坏【例2】已知稳压管的UZ=6V,最小电流IZmin=5mA,最大电流IZmax=25mA。（1）分别计算UI为10V、35V时输出UO的值。（2）若UI为35V时负载开路，则会出现什么现象？假设稳压管工作IR=(UI-UZ)/R=29mA∵IDZIZmaxI