第1章 常用半导体器件(2)

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。
1 - 2 - 30
【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？
1、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。
相当于开关。
1 - 2 - 15
四、二极管的等效电路
2、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。 相当于具有导通电压为Uon 的开关。
1 - 2 - 23
②伏安特性: 在正向特性区和反 向截止区稳压管特性曲线 与普通二极管的特性曲线 基本一样。 在反向击穿区，稳压 管特性曲线更加陡直。 即UBR几乎为定值（作为UZ）；或当∆UZ有微小 变化时， ∆IZ有很大变化。利用此特性稳压管工作在 反向击穿区时起稳压作用。
1 - 2 - 24
PZM 等于稳定电压UZ与最大稳定电流IZM （或 IZmax ） 的乘积。
1 - 2 - 26
稳定电压 稳定 电流
稳压管的符号
最大稳定电流
1 - 2 - 27
动态电阻
3. 稳压管的稳压条件 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！
稳压管正向工作时和二极管的特性完全相同。
1 - 2 - 28
4. 稳压管的应用 【例1】典型应用电路： R
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。
1 - 2 - 29
【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？
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。
1-2-3
PN结的形成
1.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。
1-2-4
PN结的特点
1. PN结外加正向电压时处于导通状态 2. PN结外加反向电压时处于截止状态
二极管整流
uo
0
1 - 2 - 18
t
【例2】画出二极管电路的输出波形（设UD=0.7V） 。
0.7V
二极管限幅
0.7V
-3V 1 - 2 - 19
【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。
分 析
1 - 2 - 20
当开关断开时，二极管因加正向电压而处 于( 导通 )状态，故输出电压为
5V
15V
1 - 2 - 35
5.7V
10.7V
1.4V
0.7V
七、 特殊二极管
1. 发光二极管：是一种将电能转换为光能的 半导体器件。它由一个PN结构成,当发光二极 管正偏时，注入到N区和P区的载流子被复合 时，会发出可见光和不可见光。注意：发光二 极管的开启电压比普通二极管的大。
1 - 2 - 36
2. 光电二极管：是一种将光能转换为电能的
半导体器件，其结构与普通二极管相似，只是 管壳上留有一个能入射光线的窗口。光电二极 管利用半导体的光敏特性，将接收到的光的变 化转换成电流的变化，实现光、电转换。
1 - 2 - 37
半导体二极管
1、二极管的符号：
1 - 2 - 38
2、二极管伏安特性
死区电压 硅管：0~0.5V, 锗管：0~0.1V。 反向击穿 电压UBR 二 极 管 非 工 作 区
解：假设稳压管不工作
UI为15V时
UO ’=RL/(RL+R)×UI=5V
∵ UO ’ <UZ
∴稳压管不工作，UO=5V
1 - 2 - 32
【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？
模拟电子技术基础
第二次课
河北科技大学信息学院
基础部
1-2-1
纯净的具有晶体结构的半导体称为本征 半导体。
1、本征半导体的导电特性 1）半导体中含有两种载流子为电子和空穴;
2）本征半导体电子和空穴成对出现,浓度相等;
3） 半导体的导电性和温度有关。
1-2-2
2、杂质半导体 1）N型半导体：自由电子为多子;空穴为少子。 2）P型半导体：空穴为多子;自由电子为少子。
四、PN结的电容效应
2. 扩散电容（Cd）：扩散区内电荷的积累和释放过 程与电容器充放电过程相同。
PN结的结电容（Cj）
Cj=Cb+Cd
1-2-8
1.2 半导体二极管
一、二极管的符号及分类
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 ）。
1 - 2 - 13
三、 二极管的主要参数 二极管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。 1.最大整流电流IF 二极管长期运行时允许通过的最大平均电流。 2.最高反向工作电压UR 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。
1 - 2 - 14
四、二极管的等效电路 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。
1 - 2 - 39
I
导通压降: 硅管0.6~0.7V 锗管0.2~0.3V。
U
正 向 截 止 正 向 导 通
反 向 截 止
二极管的工作区
3、二极管的主要参数
1）最大整流电流IF
2）最高反向工作电压UR
4、二极管的等效电路 5、稳压二极管及应用
1）稳压管符号
1 - 2 - 40
2） 稳压管的伏安特性曲线
U
二极管加 正向电压
死区电压 硅管：0~0.5V, 锗管：0~0.1V。 反向击穿 电压UBR 二 极 管 非 工 作 区
1 - 2 - 12
I
导通压降: 硅管0.6~0.7V 锗管0.2~0.3V。
U
正 向 截 止 正 向 导 通
反 向 截 止
二极管的工作区
温度对二极管伏 安特性的影响
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。
1 - 2 - 41
3） 稳压管的主要参数:
①稳定电压UZ
②稳压电流IZ
③额定功耗PZM
4） 稳压管的稳压条件:
（1） 必须工作在反向击穿状态； （2） 流过稳压管的电流在IZ和IZM之间 。
1 - 2 - 42
小结
基本要求： 1. 掌握二极管的特性曲线； 2. 掌握二极管的等效电路； 3. 掌握稳压管的稳压条件。
UO1≈( 1.3V)，UO2＝( 0V)，UO3≈( UO4≈( 2V )，UO5≈( 1.3V )，UO6≈(
1 - 2 - 22
－1.3V)， ) －2V
六、 稳压二极管及应用
稳压管的符号 1. 稳压管的结构特点、伏安特性、工作情况。
①结构特点：基本结构仍然为一个PN结； 但与普通二极管相比，几何尺寸大、 掺杂浓度高、散热条件好，工作时反向击穿为非破 坏性反向击穿（即反向电压去掉以后，稳压管能恢 复单向导电性）。
阳极
P
N
阴极
二极管的符号：文字（字母）符号--D
1-2-9
二极管的分类 1. 按材料分：硅二极管、锗二极管。
2. 按结构分:
①点接触型二极管： 适用于小信号的整流和在高频检波等电路中工作。 ②面接触型二极管： 适用于在低频电路中工作，通常用作整流管。
③平面型二极管：
在电路中用作脉冲数字电路中的开关管或大功率整流。
1 - 2 - 10
**二、伏安特性——二极管两端的电压与通过二极管电流 的关系曲线，函数表示为：i = f(u)。
死区电压 硅管：0~0.5V, 锗管：0~0.1V。 反向击穿 电压UBR 反向截止 二极管加 反向电压
1 - 2 - 11
I
导通压降: 硅管0.6~0.7V 锗管0.2~0.3V。
UO V 1 UD (6 0.7) V 5.3 V
【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。
分 析
1 - 2 - 21
当开关闭合时，二极管外加反向电压， 截止 因而（ ），故输出电压为
UO V 2 12 V
【例4】写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二 极管导通电压UD ＝0.7V。
③工作情况：
稳压管正常工作时在电路中加反向电压，起 稳压作用，稳定电压为UZ。
由于稳压管的结构特征，稳压管的制作工艺、 制作成本等比普通二极管要高，所以一般不作普通 二极管用。
1 - 2 - 25
2. 稳压管的主要参数
①稳定电压UZ UZ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IZ（或 IZmin ） IZ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。 ③额定功耗PZM