1、第第5 5章章 半导体器件基础与二极管电路半导体器件基础与二极管电路电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术上一页下一页目 录返 回退 出本章教学内容本章教学内容5.1 半导体二极管的工作原理与特性半导体二极管的工作原理与特性5.2 二极管整流电路二极管整流电路5.3 二极管峰值采样电路二极管峰值采样电路5.4 二极管检波电路二极管检波电路上一页下一页目 录返 回退 出本章内容概述本章内容概述u导体器件的出现改变了电子电路的组成格局，从导体器件的出现改变了电子电路的组成格局，从20世纪世纪60年代开始，半导体器件开始逐步取代真空管年代开始，半导体器件开始逐步取代真空管器件，在电子电路中占据绝对主导
2、地位。器件，在电子电路中占据绝对主导地位。u本章首先介绍半导体器件的基础知识，介绍本章首先介绍半导体器件的基础知识，介绍PN结的结的单向导电原理，然后着重介绍半导体二极管器件的单向导电原理，然后着重介绍半导体二极管器件的外部特性和主要参数，为正确使用器件打下基础，外部特性和主要参数，为正确使用器件打下基础，最后介绍几种常用的二极管应用电路。最后介绍几种常用的二极管应用电路。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性半导体二极管的工作原理与特性u半导体材料半导体材料 根据物体导电能力根据物体导电能力(电阻率电阻率)的不同，来划分导体、绝的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。
3、典型的半导体有硅缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗和锗Ge以及砷化镓以及砷化镓GaAs等。等。半导体有温敏、光敏和掺杂等导电特性。半导体有温敏、光敏和掺杂等导电特性。 热敏性：热敏性： 当环境温度升高时，导电能力显著增强。当环境温度升高时，导电能力显著增强。（可做成温度敏感元件，如热敏电阻）（可做成温度敏感元件，如热敏电阻） 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化。（光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化。（(可做可做成各种光电元件，如光电电阻、光电二极管、光电晶体成各种光电元件，如光电电阻、光电二极管、光电晶体管）管） 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明掺杂性：往纯净的半导
4、体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。（可做成各种不同用途的半导体器件，显改变。（可做成各种不同用途的半导体器件， 如二如二极管、晶体管和晶闸管等）极管、晶体管和晶闸管等）上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续1）u半导体的共价键结构半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构它们的最外层电子（价它们的最外层电子（价电子）都是四个。每个电子）都是四个。每个原子与晶格上相邻的原子与晶格上相邻的4个个原子共享价电子（使最原子共享价电子（使最外层达到最稳定的外层达到最稳定的8个电个电子状态，从而形
5、成共价子状态，从而形成共价键。键。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续2）u本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体化学成分纯净的半导体。物理结构上化学成分纯净的半导体。物理结构上呈单晶体形态。呈单晶体形态。电子空穴对电子空穴对由热激发而由热激发而产生的自由电子和空穴对。产生的自由电子和空穴对。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式自由电子自由电子空穴空穴价电子价电子自由电子和空穴成对产生的同自由电子和空穴成对产生的同时，又不断复合。在一定温度时，又不断复合。在一定温度下，电子空穴对的产生与复合下，电子空穴对的产生与复合达到动
6、态平衡，半导体中电子达到动态平衡，半导体中电子空穴对浓度一定。空穴对浓度一定。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续3）u本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理外电压时，半导体中将出现两部分电流外电压时，半导体中将出现两部分电流自由电子作定向运动形成自由电子作定向运动形成电子电流电子电流；类似金属导体导；类似金属导体导电电相邻价电子递补空穴形成相邻价电子递补空穴形成空穴电流空穴电流。 能够承载电流的粒子称为载流子，半导体含有两种载能够承载电流的粒子称为载流子，半导体含有两种载流子：自由电子和空穴。流子：自由电子和空穴。本征半导体
7、中载流子浓度极小，导电性能很差；本征半导体中载流子浓度极小，导电性能很差；温度越高，本征半导体中载流子浓度越高，导电能力温度越高，本征半导体中载流子浓度越高，导电能力越强。半导体导电能力受温度影响很大。越强。半导体导电能力受温度影响很大。 300K时，本征硅的载流子浓度为时，本征硅的载流子浓度为1.41010/cm3，而，而本征硅的原子浓度本征硅的原子浓度: 4.961022/cm3 。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续4）u杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电在本征半导体中掺入某些微量的杂
8、质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。性能发生显著变化。1、N型半导体型半导体 在本征半导体中加入五价元素，这些五价元素在外层含在本征半导体中加入五价元素，这些五价元素在外层含有五个电子，除了四个与其周围的半导体原子构成共价键，有五个电子，除了四个与其周围的半导体原子构成共价键，还有一个电子成为自由电子，这种半导体中含有较高的自由还有一个电子成为自由电子，这种半导体中含有较高的自由电子浓度，电子浓度，自由电子自由电子是多数载流子（是多数载流子（多子多子），），空穴空穴浓度较低，浓度较低，是少数载流子（是少数载流子（少子少子）。）。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与
9、特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续5）+5 +4+4+4 余下的这个不受共价键束缚的价电子余下的这个不受共价键束缚的价电子,在室温下获得的热能也可以使它挣脱在室温下获得的热能也可以使它挣脱原子核的引力而成为自由电子。原子核的引力而成为自由电子。五价元素称为施主杂质，它失去一个价电子成为正离子，五价元素称为施主杂质，它失去一个价电子成为正离子，但不会产生空穴。正离子束缚在晶格中，不能像空穴那样但不会产生空穴。正离子束缚在晶格中，不能像空穴那样起导电作用。起导电作用。掺杂五价原子掺杂五价原子上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续
10、6）如果在本征半导体中掺入三价元素，则形成如果在本征半导体中掺入三价元素，则形成P型半导体，型半导体，空空穴穴为为多数载流子多数载流子，而，而自由电子自由电子为为少数载流子少数载流子。2、P 型半导体型半导体+3 +4 +4 +4 掺杂的三价元素称为受主杂质，受主杂质掺杂的三价元素称为受主杂质，受主杂质接受一个电子后形成一个带负电的负离子接受一个电子后形成一个带负电的负离子但不会产生自由电子。负离子在晶格中不但不会产生自由电子。负离子在晶格中不能起导电作用。能起导电作用。掺杂半导体的多子浓度主要由掺杂浓度决定，所以其导电能力掺杂半导体的多子浓度主要由掺杂浓度决定，所以其导电能力也由掺杂浓度决定
11、。也由掺杂浓度决定。掺杂掺杂3价原子价原子N型半导体中多数载流子是自由电子。型半导体中多数载流子是自由电子。P型半导体中多数载流子是空穴。型半导体中多数载流子是空穴。不论是不论是N型半导体还是型半导体还是P型半导体，虽然它们都有一型半导体，虽然它们都有一种载流子占多数，但整个晶体仍然是不带电的，宏种载流子占多数，但整个晶体仍然是不带电的，宏观上保持电中性。观上保持电中性。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续7）u载流子的运动载流子的运动载流子在电场作用下的漂移运动载流子在电场作用下的漂移运动没有电场作用时没有电场作用时,半导体内
12、部的自由电子和空穴的运动半导体内部的自由电子和空穴的运动是杂乱无章的热骚动，其运动方向不断改变，因此从是杂乱无章的热骚动，其运动方向不断改变，因此从平均的意义上来说不会产生电流。平均的意义上来说不会产生电流。当有外电场作用时，自由电子在热运动的同时还要叠当有外电场作用时，自由电子在热运动的同时还要叠加上逆电场方向的运动，空穴则叠加上顺电场方向的加上逆电场方向的运动，空穴则叠加上顺电场方向的运动。运动。在电场作用下载流子的运动称为在电场作用下载流子的运动称为漂移运动漂移运动。由漂移运动产生的电。由漂移运动产生的电流为流为漂移电流漂移电流。电场电场 E +-eq上一页下一页目 录返 回退 出5.1
13、 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续8）u载流子的运动载流子的运动(续续)载流子的扩散运动载流子的扩散运动如果在半导体中两个区域自由电子和空穴的浓度存在如果在半导体中两个区域自由电子和空穴的浓度存在差异，那么载流子将从浓度大的一边向浓度小的一边差异，那么载流子将从浓度大的一边向浓度小的一边扩散。扩散。 由于浓度差引起的载流子由于浓度差引起的载流子运动为运动为扩散运动扩散运动。相应产。相应产生的电流为生的电流为扩散电流扩散电流。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续9）uPN结结PN结的形成结的形成在同
14、一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和型半导体和N型半型半导体。将导体。将P型半导体和型半导体和N型半导体结合在一起，型半导体结合在一起，P型N型+-E在在P型半导体一侧，空穴浓度较高，型半导体一侧，空穴浓度较高，而在而在N型半导体一侧，自由电子浓型半导体一侧，自由电子浓度较高，因此，界面处存在载流子度较高，因此，界面处存在载流子浓度梯度，产生多数载流子向对面浓度梯度，产生多数载流子向对面的扩散运动。的扩散运动。随着扩散的进行界面附近载流子不断复合，留下带电离子随着扩散的进行界面附近载流子不断复合，留下带电离子形成空间电荷区（耗尽区），建立起内建电场形成空间电荷区
15、（耗尽区），建立起内建电场E阻止多子阻止多子扩散进一步进行。扩散进一步进行。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续10） 另一方面，对进入空间电荷区的少子，内建电场又将其另一方面，对进入空间电荷区的少子，内建电场又将其驱动到对面（漂移运动），在一定温度下，如果无外界电驱动到对面（漂移运动），在一定温度下，如果无外界电场的作用，达到动态平衡，形成所谓场的作用，达到动态平衡，形成所谓PN结。这时的扩散电结。这时的扩散电流等于漂移电流。流等于漂移电流。PN结中没有净电流流动。结中没有净电流流动。P型型N型型+-EPN结结空间电荷区的叫法
16、很多，有叫耗尽区的，也有叫阻挡层的。空间电荷区的叫法很多，有叫耗尽区的，也有叫阻挡层的。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续11）PN结的单向导电性结的单向导电性当外加电场加入后，如果外电场方向与内电场方向一当外加电场加入后，如果外电场方向与内电场方向一致致 ( 即，外加电压正端接即，外加电压正端接 N 区区, 负端接负端接 P 区区)。PNEUPN结加反向偏压，不导电（截止）结加反向偏压，不导电（截止）内建电场得到加强，空间电荷区加宽，载流子更难内建电场得到加强，空间电荷区加宽，载流子更难通过，因而不能导电（截止）。通过，因而
17、不能导电（截止）。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续12）PN结的单向导电性（续）结的单向导电性（续）当外加电场方向与内电场方向相反（即，外加电压正当外加电场方向与内电场方向相反（即，外加电压正端接端接P区，负端接区，负端接N 区）。区）。PNEUPN结加正向偏压，导电（导通）结加正向偏压，导电（导通）内建电场受到削弱，空间电荷区变窄，载流子易于通过，内建电场受到削弱，空间电荷区变窄，载流子易于通过，因而产生导电现象（导通）。因而产生导电现象（导通）。这种只有一种方向导电的现象称为这种只有一种方向导电的现象称为PN结的单向导电
18、性。结的单向导电性。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续13）u半导体二极管半导体二极管半导体二极管的电路符号与基本结构半导体二极管的电路符号与基本结构 半导体二极管内部就是一个半导体二极管内部就是一个PN结，将其封装并接出结，将其封装并接出两个引出端，从两个引出端，从 P 区引出的端称为阳极（正极），从区引出的端称为阳极（正极），从 N 区引出的端称为阴极（负极）。电路符号如图所示。区引出的端称为阴极（负极）。电路符号如图所示。阳极阳极阴极阴极D二极管电路符号二极管电路符号根据根据PN结的单向导电性，二极管结的单向导电性，二极
19、管只有当阳极电位高于阴极电位时，只有当阳极电位高于阴极电位时，才能按箭头方向导通电流。才能按箭头方向导通电流。符号箭头指示方向为正，色点则表示该端为正极。符号箭头指示方向为正，色点则表示该端为正极。为了防止使用时极性接错，管壳上标有为了防止使用时极性接错，管壳上标有 “” 符号或色点，符号或色点，如果二极管极性接错，不仅造成电路无法正常如果二极管极性接错，不仅造成电路无法正常工作，还会烧坏二极管及电路中其他元件。工作，还会烧坏二极管及电路中其他元件。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续14）二极管的基本结构二极管的基本结构引线外
20、壳触丝线基片点接触型点接触型PN结面接触型面接触型上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续15）常见二极管实物常见二极管实物上一页下一页目 录返 回退 出第20页5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续16）点接触型半导体二极管实物照片点接触型半导体二极管实物照片上一页下一页目 录返 回退 出第21页5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续17）面接触型半导体二极管实物照片面接触型半导体二极管实物照片上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续
21、半导体二极管的工作原理与特性（续18）半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性DiD+uDuD/ViD0正向导通正向导通0.5锗锗 硅硅0.21. 正向特性正向特性外加正向电压时，正向特性的起始部分，正向电流几乎外加正向电压时，正向特性的起始部分，正向电流几乎为零。这一段称为为零。这一段称为 “死区死区”。对应于二极管开始导通时的外。对应于二极管开始导通时的外加电压称为加电压称为 “死区电压死区电压”。锗管约为。锗管约为0.2V, 硅管约硅管约0.5V。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续19）半导体二极管的伏安特性（续）半
22、导体二极管的伏安特性（续）2. 反向特性反向特性外加反向电压不超过一定范围时通过二极管的电流是少数外加反向电压不超过一定范围时通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成的很小的反向电流，称为载流子漂移运动所形成的很小的反向电流，称为反向饱和电流反向饱和电流或或漏电流漏电流。该电流受温度影响很大。该电流受温度影响很大。3. 击穿特性击穿特性 外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为击穿（击穿时，二极管失去单向导电性）。种现象称为击穿（击穿时，二极管失去单向导电性）。 对应的对应的电压称为电压称为击穿电压击穿电压。uD /ViD
23、0正向导通正向导通反向截止反向截止击穿击穿0.5锗锗硅硅0.2反向饱和电流反向饱和电流上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续20）利用利用Multisim测试二极管伏安特性测试二极管伏安特性上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续21）二极管的电路模型二极管的电路模型在实际电路分析、设计中常使用逐段线性的二极管特性在实际电路分析、设计中常使用逐段线性的二极管特性1. 理想二极管的电路模型理想二极管的电路模型iDuDODDDDD000iuuUi当当导通电压导通电压UD与二
24、极管材料有关：与二极管材料有关：硅管为硅管为0.60.7V，锗管为，锗管为0.20.3V。2. 考虑导通电压的二极管模型：考虑导通电压的二极管模型：DDDDD000iuUui当当iDuDO_+uDiDuDUDuDUD+uDiD_上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续22）3. 考虑正向伏安特性曲线斜率的二极管电路模型考虑正向伏安特性曲线斜率的二极管电路模型 以动态电阻以动态电阻rD表示曲线的斜率，表示曲线的斜率，( rD的值随二极管工作点的值随二极管工作点Q变化而变化）变化而变化）iDuDOUDuDUD+uDiD_DDDurirD
25、上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续23）u理想二极管应用电路实例理想二极管应用电路实例限幅电路限幅电路+ui_+uO_RE输入电压为一正弦波。输入电压为一正弦波。电池电压：电池电压：E=4V8sinViut08t4Ou0t截止截止截止截止导通导通导通导通 如果考虑二极管导通电压，则如果考虑二极管导通电压，则此时输出电压应为此时输出电压应为4.7V。当输入电压小于电池电压时，二极管两端电压当输入电压小于电池电压时，二极管两端电压处于反向偏置，截止，没有电流流过，所以输处于反向偏置，截止，没有电流流过，所以输出电压跟随输入电压变化
26、。出电压跟随输入电压变化。当输入电压大于电池电压时，二当输入电压大于电池电压时，二极管两端电压处于正向偏置，导极管两端电压处于正向偏置，导通，二极管两端电压为通，二极管两端电压为0，所以输，所以输出电压与电池电压相同，为出电压与电池电压相同，为4V。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续24）利用利用Multisim观察二极管限幅电路工作情况观察二极管限幅电路工作情况上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续25）“或或”门电路门电路假定二极管导通电压忽略不计，我们用列表
27、的方法来假定二极管导通电压忽略不计，我们用列表的方法来分析输入信号分析输入信号VA，VB和输出信号和输出信号VF的关系：的关系：VAVBVFD2D13V3V3V3V0V0V0V0V导通导通导通导通导通导通导通导通导通导通导通导通截止截止截止截止3V0V3V3V如果定义如果定义 3V电平为逻辑电平为逻辑 1，0V电平为逻辑电平为逻辑 0，则，该电，则，该电路实现逻辑路实现逻辑“或或”的功能：的功能：F=A+BD1D2R-12VVAVBVF上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续26）u半导体二极管主要参数半导体二极管主要参数uDiD0
28、URWMIRIOMUBR1. 最大整流电流最大整流电流 IOM：二极管长时间安全工作所允许流过的：二极管长时间安全工作所允许流过的最大正向平均电流。由最大正向平均电流。由PN结结面积和散热条件决定，超结结面积和散热条件决定，超过此值工作可能导致过热而损坏。过此值工作可能导致过热而损坏。2. 反向工作峰值电压反向工作峰值电压URWM：为保证二极管不被反向击穿而规为保证二极管不被反向击穿而规定的最大反向工作电压，一般为反向击穿电压的一半。定的最大反向工作电压，一般为反向击穿电压的一半。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续27）uDi
29、D0URWMIRIOMUBR3. 反向电流反向电流 IR：二极管未被击穿时，流过二极管的反向电流。二极管未被击穿时，流过二极管的反向电流。此值越小，单向导电性越好。硅管优于锗管。此值越小，单向导电性越好。硅管优于锗管。4. 最高工作频率最高工作频率 fM ：二极管维持单向导电性的最高工作频率。二极管维持单向导电性的最高工作频率。由于二极管中存在结电容，当频率很高时，电流可直接通由于二极管中存在结电容，当频率很高时，电流可直接通过结电容，破坏二极管的单向导电性。过结电容，破坏二极管的单向导电性。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续
30、28）二极管应用分析举例：二极管电路如图，二极管应用分析举例：二极管电路如图，D1、D2为理想二极管，为理想二极管，试画出试画出 10V ui 10V范围内的电压传输特性曲线。范围内的电压传输特性曲线。O( )iuf u10V5Viu (1) 当当D1管截止，管截止，D2管导通。管导通。uO = 5V-50+5+10-10ui(V)+5-5uo5V5Viu (2) 当当D1管截止，管截止，D2管截止。管截止。uO = ui5V10Viu (3) 当当D1管导通，管导通，D2管截止。管截止。uO= +5V+ui_+uO_RD15VD25V电路把超过电路把超过5V的输入信的输入信号部分限制掉。号部
31、分限制掉。上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续29）利用利用Multisim观察二极管双向限幅电路传输特性观察二极管双向限幅电路传输特性上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续30）u稳压二极管稳压二极管 稳压管是一种特殊的硅二极管。它允许通过较大的反向电流，稳压管是一种特殊的硅二极管。它允许通过较大的反向电流，经过特殊工艺使其反向击穿电压比普通二极管低得多（几到几经过特殊工艺使其反向击穿电压比普通二极管低得多（几到几十伏）。利用其反向击穿特性，配以合适的电阻，在电路
32、中可十伏）。利用其反向击穿特性，配以合适的电阻，在电路中可起稳压的作用。起稳压的作用。 二极管在加反向偏置电压时，处于截二极管在加反向偏置电压时，处于截止状态，仅有很小的反向饱和电流。但是止状态，仅有很小的反向饱和电流。但是如果反向电压增大到一定值时，如果反向电压增大到一定值时，PN结的电结的电场强度太大，将导致二极管的场强度太大，将导致二极管的反向击穿，这时，二极管反向反向击穿，这时，二极管反向电流迅速增大而电压却基本不变电流迅速增大而电压却基本不变反向击穿。反向击穿。uDiDOUBR上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续31）
33、1. 稳压二极管的电路符号稳压二极管的电路符号DZ+-uzizDZ+-uziz2. 稳压二极管的特性稳压二极管的特性izuzO当稳压二极管处于正向偏置时，其特性和普通二极管相同。当稳压二极管处于正向偏置时，其特性和普通二极管相同。当稳压二极管处于反向偏置时，如果电压较小，则二极管处当稳压二极管处于反向偏置时，如果电压较小，则二极管处于截止状态，电流近似为于截止状态，电流近似为 0。如果电压达到击穿电压值时，电流迅速增大，稳压二极管如果电压达到击穿电压值时，电流迅速增大，稳压二极管处于稳压状态。处于稳压状态。UZ1）PN结易于击穿（击穿电压比普通二极管低很多）。结易于击穿（击穿电压比普通二极管低
34、很多）。2）PN结面积大，散热条件好，使反向击穿是可逆的。结面积大，散热条件好，使反向击穿是可逆的。特点特点上一页下一页目 录返 回退 出5.1 半导体二极管的工作原理与特性（续半导体二极管的工作原理与特性（续32）u稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数izuz0UZIZIZMUZIZ(1) 稳定电压稳定电压UZ(2) 稳定电流稳定电流 IZ 保证稳压管稳压性能的最小工作电流。保证稳压管稳压性能的最小工作电流。 (3) 最大稳定电流最大稳定电流 IZM (4) 最大允许耗散功率最大允许耗散功率PZM(5) 动态电阻动态电阻(6) 电压温度系数电压温度系数 UZMZzmIUP稳压管不发生热击
35、穿的最大功率损耗。稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。zzzUrI动态电阻越小稳压管稳压效果越好。动态电阻越小稳压管稳压效果越好。稳压管受温度变化的影响系数。稳压管受温度变化的影响系数。不同型号的稳不同型号的稳 压管，都规定一压管，都规定一个最大稳定电流，个最大稳定电流， 防止稳压管过流发生热击穿而损。防止稳压管过流发生热击穿而损。上一页下一页目 录返 回退 出5.2 二极管整流电路二极管整流电路 整流电路的目的是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见整流电路的目的是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的整流电路有单相半波、全波、桥式整流等。的整流电路有单相半波、全波、桥式整流等。u单相半波整流电
36、路单相半波整流电路u2 0时，二极管导通。时，二极管导通。I0忽略二极管正向压降：忽略二极管正向压降： u0=u2u2rD），因此，），因此，iD的大小主要决定于充电电路的电阻的大小主要决定于充电电路的电阻r（二极管的内阻和信号源的内阻），因为这个电阻很小，所以充电时间常（二极管的内阻和信号源的内阻），因为这个电阻很小，所以充电时间常数很小，数很小，iD很大，电容两端的电压很大，电容两端的电压uC，输出电压，输出电压uO很快上升到接近于输入很快上升到接近于输入高频电压的峰值。高频电压的峰值。uC对于二极管来说是反向电压，因此，对于二极管来说是反向电压，因此，ua由峰值下降到由峰值下降到uauC
37、时，二极管时，二极管保持截止，这时电容开始通过电阻保持截止，这时电容开始通过电阻R放电。放电时间常数放电。放电时间常数RC1远大于高频电远大于高频电压的周期，压的周期，uC下降很少。当下降很少。当ua上升至上升至uauC时，二极管再次导通，使电容时，二极管再次导通，使电容充电到接近于高频电压的峰值。如此反复循环，便得到锯齿状输出电压波充电到接近于高频电压的峰值。如此反复循环，便得到锯齿状输出电压波形。可以看出，输出电压波形与调幅波的包络线相似。形。可以看出，输出电压波形与调幅波的包络线相似。上一页下一页目 录返 回退 出5.4 二极管检波电路（续二极管检波电路（续8）u实际上，由于载波频率远大
38、于调制波频率，检波器输出的波实际上，由于载波频率远大于调制波频率，检波器输出的波形比图示波形要光滑得多。由图还可以看出，输出电压中含形比图示波形要光滑得多。由图还可以看出，输出电压中含直流分量，低频分量和高频分量。直流分量可由耦合电容隔直流分量，低频分量和高频分量。直流分量可由耦合电容隔开；高频分量很小（图中的锯齿形状），所以，检波器的输开；高频分量很小（图中的锯齿形状），所以，检波器的输出电压主要是低频分量，这个分量随输入调幅波包络线的规出电压主要是低频分量，这个分量随输入调幅波包络线的规律变化，也就是原调制信号的再现，从而达到了检波的目的。律变化，也就是原调制信号的再现，从而达到了检波的目
39、的。u为了提高检波器的性能，减小失真，为了提高检波器的性能，减小失真，RC1值应取得较大，通常值应取得较大，通常要求调制信号周期要求调制信号周期TmRC1TC（载波信号周期），但（载波信号周期），但RC1取值也不能太大，否则会因放电太慢而发生对角线切割失真。取值也不能太大，否则会因放电太慢而发生对角线切割失真。上一页下一页目 录返 回退 出5.4 二极管检波电路（续二极管检波电路（续8）放电时间常数过大产生对角线失真放电时间常数过大产生对角线失真在收音机中在收音机中R常取常取210k，C1常取常取5100pF0.01F。大信号直。大信号直线性检波的失真小，因而被广泛地应用到通信和广播接收机中。
40、线性检波的失真小，因而被广泛地应用到通信和广播接收机中。上一页下一页目 录返 回退 出5.4 二极管检波电路（续二极管检波电路（续9）接收机常用的检波电路如图所示。中频调幅信号接收机常用的检波电路如图所示。中频调幅信号ua (f465kHz)，经中频变压器经中频变压器Tr（二次线圈（二次线圈L）加到检波器输入端，二极管检波）加到检波器输入端，二极管检波后，残余的中频分量由后，残余的中频分量由C1、C2、R组成的滤波电路滤除。电位器组成的滤波电路滤除。电位器RW上将获得检波后的直流和音频分量，再经隔直电容上将获得检波后的直流和音频分量，再经隔直电容C3将音频将音频信号耦合到低放级加以放大。信号耦合到低放级加以放大。
