数字射频收发模块原理与设计有源电子元器件.pptx
射频接收模块
射频接收模块 - RFM01概述:RFM01是一款低成本的ISM频段射频接收模块,其核心电路采用的是带锁相环（PLL）和零中频技术的RF01射频接收芯片,可工作在315/433/868/915MHZ四个频段,并符合FCC和ETSI要求.它还提供一个SPI接口,实现由MCU通过软件去设置各种射频参数和其它辅助功能.RFM01与发射模块RFM02配对,组成一个完整的收发系统，可靠传输距离可以达到300米以上（在433频段）. 特点:成本低,性价比高. 生产免调试. 采用PLL和零中频技术锁相时间快高分辩率的PLL，频率间隔最小2.5KHz 高数据传输率 (使用内部数据滤波器最高115.2 kbps) 直接差分天线输入天线阻抗自动调谐可编程接收带宽(67 到 400 kHz) 模拟和数字接收信号强度指示(ARSSI/DRSSI) 自动频率控制(AFC) 数据质量检测(DQD) 内部数据过滤 SPI控制接口可为MCU提供时钟和复位信号 16位接收数据寄存器（先入先出队列）低功耗模式 (少于0.5毫安的平均电流) 标准10MHz晶振唤醒定时器低电压检测可编程的晶振负载电容 2.2V到5.4V供电低功耗睡眠模式电流(0.3µA)射频发射模块 - RFM02概述：RFM02是一款低成本的ISM 频段射频发射模块,其核心电路采用的是带锁相环（PLL）技术的RF02射频接收芯片,可工作在433/868/915MHZ三个频段,并符合FCC和ETSI要求.它还提供一个SPI接口,实现由MCU通过软件去设置各种射频参数和其它辅助功能.RFM02与接收模块RFM01配对,组成一个完整的收发系统，可靠传输距离可以达到300米以上（在433频段）.特点：成本低,性价比高. 生产免调试. 采用PLL技术高分辩率的PLL，频率间隔最小2.5KHz 可编程调制频偏大小（30KHz到240KHz,30KHz间隔）可编程输出功率大小高数据传输率(FSK比特率最高115.2 kbps) 直接差分天线输出天线阻抗自动调谐 SPI控制接口可为MCU提供时钟信号标准10MHz晶振可编程的晶振负载电容唤醒定时器低电压检测 2.2V到5.4V供电低功耗低静态电流(0.3 µA)无线收发模块 - RFM12概述：RFM12是一款低成本的ISM频段FSK收发模块,其核心电路采用的是带锁相环（PLL）技术的RF12射频收发芯片. RFM12可工作在315/433/868/915MHZ四个频段,并符合FCC和ETSI要求.它提供一个SPI接口,实现由MCU通过软件去设置各种射频参数和其它辅助功能. 在无需外加功放电路的情况下，可使其通迅距离达到150米以上.特点：成本低,性价比高. 生产免调试. 采用PLL和零中频技术锁相时间快高分辩率的PLL，频率间隔最小2.5KHz 高数据传输率(使用内部数据滤波器最高115.2kbps) 直接差分天线输入/输出天线阻抗自动调谐可编程发射频偏(15KHz到240KHz，15kHz间隔) 可编程接收带宽(67kHz到400kHz) 模拟和数字接收信号强度指示（ARSSI/DRSSI）自动频率控制(AFC) 数据质量检测(DQD) 内部数据过滤接收同步pattern硬件识别 SPI控制接口可为MCU提供时钟和复位信号 16位接收数据寄存器（先入先出队列）两个8位发射数据寄存器标准10MHz晶振唤醒定时器 2.2V到5.4V电源低功耗低静电流(0.3µA)无线收发模块 - RFM12B概述：RFM12B是一款低成本的ISM频段FSK收发模块,其核心电路采用的是带锁相环（PLL）技术的RF12射频收发芯片. RFM12可工作在433/868/915MHZ三个频段,并符合FCC和ETSI要求.它提供一个SPI接口,实现由MCU通过软件去设置各种射频参数和其它辅助功能. 在无需外加功放电路的情况下，可使其通迅距离达到200米以上.特点：成本低,性价比高. 生产免调试. 采用PLL和零中频技术锁相时间快高分辩率的PLL，频率间隔最小2.5KHz 高数据传输率(使用内部数据滤波器最高115.2kbps) 直接差分天线输入/输出天线阻抗自动调谐可编程发射频偏(15KHz到240KHz，（ARSSI/DRSSI）自动频率控制(AFC) 数据质量检测(DQD) 内部数据过滤接收同步pattern硬件识别 SPI控制接口可为MCU提供时钟和复位信号 16位接收数据寄存器（先入先出队列）两个8位发射数据寄存器标准10MHz晶振唤醒定时器 2.2V到3.6V电源低功耗低静电流(0.3µA)加大功率无线收发模块 - RFM12BP 概述：RFM12BP是一款低成本的ISM频段FSK收发模块,其核心电路采用的是带锁相环（PLL）技术的RF12射频收发芯片. RFM12可工作在433/868/915MHZ三个频段,它提供一个SPI接口,实现由MCU通过软件去设置各种射频参数和其它辅助功能. 因为增加了500mW外加输出功率.可使其通迅距离达到3km以上. 特点：成本低,性价比高. 生产免调试. 采用PLL和零中频技术锁相时间快高分辩率的PLL，频率间隔最小2.5KHz 高数据传输率(使用内部数据滤波器最高115.2kbps) 直接差分天线输入/输出天线阻抗自动调谐可编程发射频偏(15KHz到240KHz，（ARSSI/DRSSI）自动频率控制(AFC) 数据质量检测(DQD) 内部数据过滤接收同步pattern硬件识别 SPI控制接口可为MCU提供时钟和复位信号 16位接收数据寄存器（先入先出队列）两个8位发射数据寄存器标准10MHz晶振唤醒定时器 2.2V到3.6V电源低功耗低静电流(0.3µA)ASK转FSK透明传输发射模块 - HM-T 概述：HM-T系列ASK转FSK透明传输发射模块是深圳华普微电子有限公司为ASK应用研发的无线数据传输模块，与HM-R系列 FSK转ASK接收模块配套使用。
射频电路原理框图PPT课件
.
18
射频电路的主要元件及工作原理
• MT6129系列采用非常低中频结构（与零中频相比，能够改 善阻塞抑制、AM抑制、邻道选择性，不需DC偏移校正，对 SAW FILTER共模平衡的要求降低），采用镜像抑制（35dB 抑制比）混频滤波下变频到IF，第1中频频率为：GSM 200KHZ，DCS/PCS 100KHZ。第1IF信号通过镜像抑制滤 波器和PGA（每步2dB共78dB动态范围）进行滤波放大，经 第2混频器下变频到基带IQ信号，频率为67.708KHz。
.
21
射频电路的主要元件及工作原理
当混频器的输出信号为信号频率与本振信号之差，且 比信号频率高时，所用的变频器被称为下边带上变频。
• 在接收机电路中的混频器是下变频器，即混频器输出 的信号频率比输入信号频率低；在发射机电路中的混 频器通常用于发射上变频，它将发射中频信号与 UHFVCO(或RXVCO)信号进行混频，得到最终发射信 号。
.
27
射频电路的主要元件及工作原理
• 在GSM 系统中，有一个公共的广播控制信道(BCCH)， 它包含频率校正信息与同步信息等。手机一开机，就会在 逻辑电路的控制下扫描这个信道，从中获取同步与频率校 正信息，如手机系统检测到手机的时钟与系统不同步，手 机逻辑电路就会输出AFC 信号。AFC 信号改变 13MHz/26MHz 电路中VCO 两端的反偏压，从而使该 VCO 电路的输出频率发生变化，进而保证手机与系统同 步。
.
3
手机通用的接收与发射流程
1、信号接收流程： 天线接收——天线匹配电路——双工器——滤波（声 表面滤波器SAWfilter）——放大（低噪声放大器 LNA）——RX_VCO混频（混频器Mixer）——放大 （可编程增益放大器PGA）——滤波——IQ解调（IQ 调制器）——（进入基带部分）GMSK解调——信道均 衡——解密——去交织——语音解码——滤波—— DAC——放大——话音输出。
(最新整理)射频电路的主要元件及工作原理
2021/7/26
19
射频电路的主要元件及工作原理
• MT6129系列采用非常低中频结构（与零中频相比，能够改 善阻塞抑制、AM抑制、邻道选择性，不需DC偏移校正，对 SAW FILTER共模平衡的要求降低），采用镜像抑制（35dB 抑制比）混频滤波下变频到IF，第1中频频率为：GSM 200KHZ，DCS/PCS 100KHZ。第1IF信号通过镜像抑制滤 波器和PGA（每步2dB共78dB动态范围）进行滤波放大，经 第2混频器下变频到基带IQ信号，频率为67.708KHz。
2021/7/26
6
手机通用的接收与发射流程
3、射频电路原理框图：
2021/7/26
7
二、射频电路的主要元件及工作原理
天线：ANT 声表面滤波器：SAWfilter 低噪声放大器：LNA 功放：PA
2021/7/26
8
射频电路的主要元件及工作原理
1、天线、匹配网络、射频连接器： • 天线（E600）：作用是将高频电磁波转化为高频信号电流。
2021/7/26
24
射频电路的主要元件及工作原理
2021/7/26
25
射频电路的主要元件及工作原理
• 3）、频率合成器（Frequency Synthesizer）： • 将一个或多个基准频率信号变换为另一个或多个所需频率信
号的技术称为频率合成，或频率综合技术。移动电话通常使 用的是带锁相环的频率合成器，原理框图见下：
2021/7/26
31
射频电路的主要元件及工作原理
• 低通滤波器滤掉鉴相器输出的高频成分，以防止高频谐波对 VCO 电路的影响。在鉴相器中，参考信号与VCO 分频后的 信号进行比较。
• VCO 是一个电压一频率转换装置，它将电压的变化(鉴相器 输出电压的变化)转化为频率的变化。VCO 输出的信号通常 是一路到其他功能电路；另一路回到分频器作取样信号
射频数字收发通信模块原理与设计-高频电子ppt1
数字收发通信模块原理与设计
主讲： 主讲：高洪民 gaohm@ taoloveit@
BIT
数字收发通信模块原理与设计
高频电子线路广泛应用于通信系统和各种设 备中。无线电通信、广播、雷达、 备中。无线电通信、广播、雷达、导航等都是利 用高频无线电波来传递信息。 用高频无线电波来传递信息。尽管它们在传递信 息形式、工作方式及设备体制等方面有很大不同， 息形式、工作方式及设备体制等方面有很大不同， 但设备中产生和接收、 但设备中产生和接收、检测高频信号的基本电路 大致相同。 大致相同。 所谓“高频” 广义上讲就是适于无线电传 所谓“高频”，广义上讲就是适于无线电传 播的无线电频率，通常又称 射频” 又称“ 播的无线电频率，通常又称“射频”。为什么无 线电传播要用高频？ 线电传播要用高频？
（a） 地面波; （b） 天波; （c） 空间波
BIT
单元一 绪论
7 无线电波的传播方式
沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波， 沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波， 简称地波。绕射传播。 简称地波。绕射传播。传播途径主要取决于地 天波： 天波：利用天空的电离层折射和反射而传播的 面的电特性。地波在传播过程中， 面的电特性。地波在传播过程中，由于能量逐 电波，也叫天空波。 电波，也叫天空波。电离层只对短波波段的电 渐被大地吸收，很快减弱（波长越短， 渐被大地吸收，很快减弱（波长越短 磁波产生反射作用， 磁波产生反射作用，因此天波传播主要用于短 决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。 ，减弱越 ），因而传播距离不远 因而传播距离不远。 快），因而传播距离不远。但地波不受气候影 波远距离通信。两个突出特点： 波远距离通信。两个突出特点：一是传播距离 可靠性高。超长波、长波、 响，可靠性高。超长波、长波、中波无线电信 同时产生中间静区地带，二是传播不稳定， 远，同时产生中间静区地带，二是传播不稳定， 都是利用地波传播的。 号，都是利用地波传播的。短波近距离通信也 随昼夜和季节的变化而变化。因此， 随昼夜和季节的变化而变化。因此，短波通信 利用地波传播。 利用地波传播。 要经常更换波段，以保证质量。 要经常更换波段，以保证质量。
RF(射频)电路理论与设计精品PPT课件
13、无耗传输线上通过任意点的传输功率等于该点的入 射波功率与反射波功率之差。
14、TEM传输线（即传输TEM波的传输线）无色散。色 散是指电磁波的传播速度与频率有关。TEM传输线上 电磁波的传播速度与频率无关。
2
2
其中
是由终端算起的坐标 I (z' ) V2 I2Z0 e jz' V2 I2Z0 e jz'
2Z0
2Z0
z' l z, z'
在已知传输线始端电压 和始端电流 的前提下：
V (z) V1 I1Z0 e jz V1 I1Z0 e jz
2
2
5、反射系数
I (z) V1 I1Z0 e jz V1 I1Z0 e jz
ZC
ABCD
YA
1 YB
YC
YB
YAYB YC
1
1
YC YA
YC
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
析。
4、互易网T络仅适用于含有线性双向阻抗的无源网络，满
足该条件的无源网络可含有电阻、电容、电感或变压器 等线性无源器件。由铁氧体各项异性媒质构成的元件及 有源电路不是互易网络。对称网络是互易网络的一个特 例。对称网络中电子元件的大小及尺寸位置对称分布。 对称网络首先是互易网络。
射频收发芯片原理
射频收发芯片原理射频收发芯片是一种用于无线通信系统中的关键元件，它具备接收和发送射频信号的能力。
射频收发芯片的原理基于射频信号的调制和解调技术，通过将数字信号转换成射频信号进行传输，或者将射频信号转换成数字信号进行处理，实现无线通信的功能。
射频收发芯片主要由射频前端电路和数字信号处理电路组成。
射频前端电路是射频收发芯片的核心部分，它包括射频接收机和射频发射机。
射频接收机负责接收来自天线的射频信号，并进行放大和滤波等处理，将射频信号转换为中频信号。
射频发射机则负责将中频信号转换为射频信号并进行放大，然后通过天线发送出去。
射频前端电路中的关键组件包括低噪声放大器、混频器、滤波器等。
低噪声放大器用于增强射频信号的弱信号，提高接收机的灵敏度；混频器则负责实现射频信号和本地振荡信号的混频作用，将射频信号转换为中频信号；滤波器则用于滤除杂散信号和干扰信号，保证信号的纯净性。
数字信号处理电路是射频收发芯片的另一部分，它主要负责信号的调制和解调。
当发送数字信号时，数字信号处理电路将数字信号转换为射频信号，并进行调制处理，将数字信号的信息嵌入到射频信号中。
而在接收数字信号时，数字信号处理电路则负责解调处理，将射频信号中的数字信号信息提取出来，并进行解码，以恢复原始的数字信号。
数字信号处理电路中的关键组件包括调制器、解调器、时钟恢复电路等。
调制器用于将数字信号转换为射频信号，常见的调制方式包括频移键控（FSK）调制、相移键控（PSK）调制等；解调器则用于将射频信号转换为数字信号，解调器需要根据特定的调制方式进行解调处理；时钟恢复电路则用于恢复射频信号中的时钟信号，以确保正确的信号采样和解调处理。
射频收发芯片在无线通信中起到了至关重要的作用。
它能够将数字信号转换为射频信号进行无线传输，以及将射频信号转换为数字信号进行处理。
射频收发芯片的原理基于射频信号的调制和解调技术，通过射频前端电路和数字信号处理电路的配合，实现了无线通信的功能。
射频收发模块
SYN470R接收模块
选择晶振频率： 固定模式： FL0是内部本振频率 FTX是接收到的发射频率 FT是晶振频率 常见的频率见表：
扫频模式：
F113射频发送模块
功能模块分工
PLL X 32：为发射器提供一个稳定的载波频率，是一个“除以32”的锁相环路振 荡器。 PA:作用一是在VCO（电压控制振荡器）和外界环境之间充当缓冲；二是放大锁相 信号，一般情况下，可以在3V情况下提供+10dBm。 使能控制装置：只有在PLL X 32锁存信号 晶振振幅 负压控制信号正常是才使 ASK信号进入。 负压控制装置：当电压低于1.6V的时候关闭PA。
L1：150nH—315 82nH—433
L2:470nH—315 680nH—433
调节R2的大小可以改变输出信号的强弱
F113射频发送模块
功能结构
介绍：大体上F113可以看成是一个锁相发射器，包括四个功能模块：PLLX32 PA(Power Amplifer) Enable Control Under Voltage Detect
SYN470R接收模块
频率范围：300—440MHZ 接收灵敏度：—106dBM(315MHZ) —107dBM(433MHZ) 传播速率：10Kbps（固定模式） 2.5Kbps（扫频模式）
电压（VDDRF VDDBB）范围：3.0V—5.5V（300—370MHZ） 3.3V—5.5V(370MHZ—440MHZ)
独具关闭模式和唤醒功能，更有利于用户设计低功耗和超低功耗产品 自带解调 滤波功能,无需设计外部滤波设备 RF天线辐射非常低 用户可设定滤波器来选择相应的数据传输率和代码解调格式
《手机射频电路原理》课件
信号放大
对发射信号进行功率放大，提 高信号的传输距离和接收灵敏 度。
信号发射与接收
通过天线将调制后的信号发射 出去，并接收来自基站的信号
，进行解调和处理。
手机射频电路的重要性
重要性
通话质量
手机射频电路是实现手机通信功能的关键 部分，其性能直接影响手机的通话质量、 信号强度、数据传输速率等。
射频电路的信号处理能力和稳定性决定了 通话的音质、语音清晰度和无杂音干扰等 关键因素。
调制解调器
调制解调器是实现调制和解调功能的电路，通常集成在手机的主芯 片中。
频谱的利用与控制
频谱资源
01
无线通信频谱是有限的资源，需要合理分配和利用。
频谱控制
02
为了防止干扰和保证通信质量，需要对频谱进行控制和管理。
频谱感知
03
手机需要具备感知周围频谱的能力，以便选择最佳的通信信道
。
信号的传播与衰减
负责信号的接收和发送的核心组件
详细描述
射频收发器是手机射频电路中的核心组件，负责信号的接收和发送。它能够将信 号从模拟信号转换为数字信号，或者从数字信号转换为模拟信号，确保手机能够 进行无线通信。
功率放大器
总结词
放大信号的组件
详细描述
功率放大器是手机射频电路中的重要组件，用于放大信号的功率。在发射信号时，功率放大器将信号放大到足够 的功率，以便能够有效地传输。在接收信号时，功率放大器对微弱的信号进行放大，使其能够被进一步处理。
信号接收
手机通过天线接收射频信 号，经过解调过程从中提 取出低频信号。
调制与解调
调制是将低频信号转换为 适合传输的射频信号，解 调则是将射频信号还原为 原始的低频信号。
射频电路基础知识PPT课件
Γz=(Zi-Z0)/(Zi+Z0) ▪ 驻波比(VSWR):传输线上波腹点电压振幅与波节点电压振幅之比
为电压驻波比,或称为驻波系数ρ.
ρ =|U|MAX/|U|MIN=(1+ |Γz|)/(1-| Γz|)
A=10x(log10(B/1mW)=10x(log10B)+30
(其中A为对数功率,B为线性功率)
1. 线性功率为1W时, 对数功率为30dBm 2. 线性功率为1uW时,对数功率为-30dBm
▪ dBm为绝对功率,dB用来计算相对功率,主要用来计算
功率的改变量,如增益和损耗的单位.
2.4 不连续端口的功率分布(a)
落后,其抗干扰能力较弱,点用带宽较多,但系统较为简单,主要用 于较早开发的系统中,如:电视(当前制式),音频广播(收音机),第一 代的手机通信系统等.
2. 数字RF通信系统,由于其有较多优点,已经广泛使用于多种通信
系统中,如Wireless LAN,GSM手机,蓝牙系统,卫星通信系统等.
1.4 射频电路应用和分类(d)
噪声系数(Noise Figure):放大器输出信号的信噪比(信号与噪声的比值)与输入信号信噪比的差值.
5 RF功率放大器(b)
1dB压缩点:由于放大器本身特性和工作环境,随着功率放大器输入功率增加到一定范围,放大器增益开始减小,当增益减小1dB时,此时的输
入功率称为1dB压缩点.
2.1 射频(RF)电路的定义
可让多个使用者同时复用一个频段.
0
3. RF功率定义和计算 衰减器另一重要的参数为输入信号功率,由于RF信号功率绝大多数都会转化为热功率,因此较大功率的衰减器都会有散热片,并且功率越
通信射频电路4 无线通信收发系统结构ppt课件
超外差式接收机
二、二次变频超外差式接收机
为了兼顾镜频抑制（高中频），信道选 择性，IFA的稳定性以及降低对解调器 的要求（低中频），于是便有了二次变 频超外差接收机。
BPF1
LNA
IF 1
BPF2
IFA
1
IF 2
BPF3
IFA
解调
2
本振1 LO1
本振2 LO2
超外差式接收机
设计原则： 一中频ωIF1尽量高以便于抑制镜像干扰。 二中频ωIF2尽量低以便于抑制邻道干扰和 降低解调器难度。 信道增益的大部分由IFA2完成。
由上分析可知要真正做到镜频抑制必须做 到：
超外差式接收机
（1）两条变频支路特性完全一致 信号幅度、增益、时延特性等 （2）精确正交
超外差式接收机
为保证正交性，上方案有如下改进：
BPF2
VRF
本振 -п/2
BPF2
- VIF
π/2
+
Weaver镜频抑制方案
超外差式接收机
上述方案对两条通道的一致性要求对于模 拟电路来讲是很高的，较难做到！ 为此，人们提出了数字中频方案。
超外差式接收机
三、直接下变频（零中频）接收机 取ωLO= ωRF，即将RF信号直接变频到基带， 没有镜像干扰问题。
BPF
LNA
LPF 本振
π/2 LPF
限幅检测 限幅检测
超外差式接收机
优点： （1）无镜频干扰 （2）便于集成化（输出频率低）
超外差式接收机
缺点： （1）频率窜透。 因为ωRF= ωLO，故很容易发生频率窜透。 a.大功率本振向射频端的窜透，易对附近 的邻信道通信造成干扰。 b.相互间的其他窜透还可能带来直流漂移 问题（对同频信号混频器起鉴相作用，不 同的相差对应不同的直流电平。）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4
晶体二极管
▪ 一、半导体的导电特性
1. 概念 ⑴半导体 导电能力介乎于导体和绝缘体之间。
如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
⑵影响半导体导电能力的因素
温度↑→导电能力↑ 如：热敏元件
光照↑→导电能力↑ 如：光敏元件
掺杂↑→导电能力 如：P型、N型半导体。
数字射频收发通信模块原理与设计 ----有源电子元器件
有源电子元器件的名称、分类、形状、用途
▪ 一、有源（active）电子元器件的定义 • 如果电子元器件工作时，其内部有电源存在， 则这种器件叫做有源器件。 • 从电路性质上看，有源器件有两个基本特点： （1） 自身消耗电能。 （2） 除了输入信号外，还必须要有外加 电源才可以正常工作。
18
3. 主要参数
（1）最大整流电流 IDM
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向
平均电流。（点接触型<几十mA，面接触型较大）
（2）反向工作峰值电压URM
二极管不被反向击穿时允许承受的最大反向电压。
一般URM是UBR的一半（或三分之二）。
（3）反向峰值电流 IRM
在URM下对应的反向电流。 IRM愈小愈好。
N 型半导体
硅晶体中掺磷出现自由电子
8
⑵ P型半导体（空穴半导体） 硼 B
本征半导体中掺入微量的三价元素硼 5
B
多数载流子——空穴
2-3
特点： 少数载流子——自由电子
示意图
空穴
si
si
－－ － －
－－ － －
B-
si
P型半导体
硅晶体中掺硼出现空穴
多数载流子数目由掺杂浓度确定 结论： 少数载流子数目与温度有关. 温度↑→少子↑
载流子形成很小的反向电流。
结论：
PN结反 向截止，反向电流小、反向电阻大。
I反 0 R反
13
三、半导体二极管
1. 基本结构及符号
阳极 阳极 阳极
阳极
D
阴极 阴极 阴极
阴极
符 号 点接触型 面接触型
外形
点接触型：结面小、结电容小，适用高频小电流场合。 如：检波电路、数字开关电路
面接触型：结面大、结电容大，用在低频电路 如：整流电路
掺杂——纯净的半导体中掺入微量的某些杂质，
会使半导体的导电能力明显改变。
5
⑶ 常用的半导体材料
锗 Ge
硅 Si
32
14
Ge
Si
2-8-18-4
2-8-4
硅和锗为四价元素，最外层有四个价电子
2.本征半导体
纯净的、具有晶体结构的半导体
si
⑴共价键
共价键结构稳定 共价键内的
si
导电能力很弱
价电子对
价电子
使用二极管，ID
I DM、U D
U
。
RM
19
四、 二极管的应用
理想二极管的开关特性
正向导通 + -
UD 0
反向截止 - +
ID 0
UD 0 ID 0
开关闭合 开关断开
20
四、 二极管的应用
1.限幅电路 限幅器的功能就是限制输出电压的幅度
例
电路如图。已知 ui = 10sinωt（V），且E = 5V， 试分析工作原理，并作出输出电压uo的波形。
2
有源电子元器件的名称、分类、形状、用途
▪ 二、有源（active）电子元器件的分类
• 有源器件是电子电路的主要器件，从物理结构、电路 功能和工程参数上，有源器件可以分为分立器件和集 成电路两大类。
• 分立器件：电子管、晶体管 • 集成电路：模拟集成电路、数字集成电路
3
▪ 分立器件：
• 电子管：电子管又名真空管，所以又称为电真空器件。 • 晶体管：属于半导体器件，导电能力介于导体与绝缘体
9
二、PN结
PN结
1. PN结
P
N
同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导 体，在它们的交界面处形成的特殊区域。
P
N
2. PN结的形成 － － － － +Hale Waihona Puke + + +
P区和N区的载
－－ － － + + + +
流子浓度不同
- 自建电i 场 +
N区 电子 P区
由载流子的浓度差→多子扩散 P区 空穴 N区
正负离子显电性→建立空间电荷区→形成内电场 i
10
内电场
反对多子扩散 i 有利少子漂移
扩散 = 漂移 动平衡
→空间电荷区宽度确定→PN结形成
P PN结 N
－+
－+
-
+
自建电i 场
PN结——空间电荷区
PN结也称为高阻区、耗尽层
11
3.PN结的单向导电性 PN结变窄
⑴ PN结正向导通
现象： 灯亮、
最外层 八个电 子的稳 定结构
si
si
6
⑵ 本征激发（热激发）
温度升高、光照增强使价电子
摆脱原子核的束缚 本征激发成对产生
自由电子
si
⑶ 两种载流子 空穴
si
半导体中有自由电子
空
和空穴两种载流子
穴
本征半导体两端外加电压时，将出现两 部分电流，电子流和空穴流。
⑷ 复合 自由电子与空穴相遇
si
si
自 由 电 子
14
半导体二极管图片
15
半导体二极管图片
16
2. 伏安特性
⑴ 正向特性 0.1V（锗管）
死区电压 = 0.5V（硅管） UBR 导通后管压降：
I +U
o UD
0.2~0.3V （锗管） UD = 0.6~0.7V （硅管）
- + 死区
⑵ 反向特性
UBR —— 反向击穿电压
U 反 UBR 时，I反 0，二极管反向截止
解：图(a)
ui
⑴ ui ＜E， D 截止，uR= 0， ui
∴输出uo ~ ui
10V 5V
⑵ ui ＞E， D 导通，uD= 0， o
+ P - +N -
I E
i o
+
mA
-
电流大（mA级）
原因：
o i ，使PN结变窄，由多数载流子
形成较大的正向电流。
结论：
PN结正向导通，正向电流大、正向电阻小。
12
⑵ PN结反向截止
PN结变宽
现象：
灯不亮、 电流很小（μA级）
- P - +N +
E
I反 0
i o
-
μA
+
原因：
o 、 i方向一致，使PN结变宽，由少数
复合使自由电子和空穴成对减少
在一定温度下，热激发和复合处于动平衡状态。
半导体中的载流子数目一定。
7
3.杂质半导体 ⑴ N型半导体（电子半导体）
本征半导体中掺入微量的五价元素磷
多数载流子——自由电子 特点： 少数载流子——空穴
磷P 15
2-8-5
p 多余电子
示意图
si
si
++ ++ ++ ++
P+
si
U反 UBR 时，I反急剧增加，二极管反向 击穿
17
⑶ 温度对二极管的影响
① 温度升高二极管
正向压降减小 UBR
温度↑→载流子↑→
→导电能力↑→等效电阻↓→
→正向压降UD ↓
75C
I 20C
ID
Uo D UD U
②温度升高二极管反向电流增大
温度↑→少数载流子↑→反向电流↑ 温度每升高10°C。反向电流增大一倍。