1、电子器件及电路电子器件及电路天津理工大学海运学院2019.4一、一、半导体、半导体、PNPN结的概念结的概念共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子 Si Si Si Si价电子价电子这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴自由电子自由电子 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子动画动画 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。
2、空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结+动画动画形成空间电荷区形成空间电荷区PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+动画动画+动画动画+内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR动画动画+阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a )点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴
3、极引线阴极引线(b )面接触型面接触型半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+UZIZIZM UZ IZ_+UIOt uDO u 负半周，负半周，Va0 时，二极管时，二极管 D1 1、D3 3 导通。导通。单相桥式全波整流电路工作原理单相桥式全波整流电路工作原理当当 u2uC时，二极管导通，电源在给负载时，二极管导通，电源在给负载RL供电的供电的同时也给电容充电，同时也给电容充电，uC 增加，增加，uo=uC。CC+Cici +aDuoubRLio=uC 二极管承受的最高反向电压为二
4、极管承受的最高反向电压为 。UU22DRM uoU2U2u tO tO25)(3LTCR 一般取一般取输出电压的脉动程度与平均值输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间与放电时间 常数常数RLC有关。有关。近似估算取：近似估算取：Uo=1.2 U (桥式、全波）桥式、全波）Uo=1.0 U（半波）半波）U2 为了得到比较平直的输出电压为了得到比较平直的输出电压L uRLuo+C 滤波效果比滤波效果比LC滤波器更好，滤波器更好，但二极管的冲但二极管的冲击电流较大。击电流较大。比比 形形 LC 滤波器的体积滤波器的体积小、成本低。小、成本低。L uRLuo+C2+C1R uRLu+C2+C1 UO
5、=UZ IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR 设设UI一定，负载一定，负载RL变化变化UO 基本不变基本不变 IR(IRR)基本不变基本不变 UO(UZ)IZ+UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流调压限流调压稳压电路稳压电路UO=UZ IR=IO+IZUIUZUI UZ UO 基本不变基本不变 IRR IZ IR +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz单片集成稳压电源，具有体积小单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高可靠性高,使使用灵活用灵活,价格低廉等优点。价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端引出端,故称之为三端集
6、成稳压器。故称之为三端集成稳压器。1.分类分类两位数字为输出电压值两位数字为输出电压值三三端端稳稳压压器器输出固定电压输出固定电压输出正电压输出正电压78XX 输出负电压输出负电压79XX（1.25 37 V 连续可调）连续可调）W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1输入端输入端3 公共端公共端2 输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形1 公共端公共端3输入端输入端2 输出端输出端输出为固定正电压时的接法如图所示。输出为固定正电压时的接法如图所示。COW7805CiUi+_+_UO123 0.11 F1 F23220V 24V+C 24V+CW7815Ci+15V123CiW79
7、151COCO 15V1 F1 F0.33 F0.33 F1000 F1000 FNNPBECBECIBIEICBECIBIEICEEBRBRC 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。是分析放大电路的依据。重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+常数常数 CE)(BEBUUfIIB(A)UBE(V
8、)204060800.40.8UCE 1VOIB=020 A40 A60 A80 A100 A常数常数 B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区O BCII_ BCII 53704051BC.II 400400605132BC .II ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区ICUCEO基本放大电路基本放大电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+
9、uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiEBBECCB RUUI 所所以以BCCBRUI 根据电流放大作用根据电流放大作用CEOBC III BB II 当当UBE IG1 IG0 UBRIFUBOIHOUIIG0IG1IG2正向平均电流正向平均电流曲线曲线)(UfI UDRM 晶闸管晶闸管控制极开路且正向阻断情况下控制极开路且正向阻断情况下,可以重复可以重复加在加在晶闸管晶闸管两端的正向峰值电压。两端的正向峰值电压。一般一般UDRM 比正向转折电压比正向转折电压UBO低低100V。URRM 晶闸管晶闸管控制极开路时控制极开路时,可以
10、重复加在可以重复加在晶闸管晶闸管两端两端的反向峰值电压。的反向峰值电压。一般一般URRM 比反向转折电压比反向转折电压|UBO|低低100V。环境温度为环境温度为40C及及标准散热条件下，标准散热条件下，晶闸管处晶闸管处于于全导通时全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。均值。)(sin21m0FIttdIIm IFt 2 i如果正弦半波电流的最大值为如果正弦半波电流的最大值为Im,则则普通晶闸管普通晶闸管IF为为1A 1000A。aRLD2T1b+T1T2RLuOD1D2+十二、晶闸管的基本应用bRLD1T2a+T1T2RLuOD1D2+tguO t
11、Ou tuO tTuO2 d1OtuU )d(sin21ttUU 2cos19.0LO RURUI2cos19.0 Uu2a2 u2bu2ct1t2ut o十三、使用万用表进行晶闸管的极性判断1.理想运算放大器理想运算放大器Auo ，rid ，ro 0，KCMR 2.电压传输特性电压传输特性 uo=f(ui)线性区：线性区：uo=Auo(u+u)非线性区：非线性区：u+u 时，时，uo=+Uo(sat)u+u 时，时，uo=+Uo(sat)u+0 ui=Ui 0 采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电电流基本上是恒定的，故电流基本上是恒定的，故 u
12、o 是时间是时间 t 的一次函数，的一次函数，从而提高了它的线性度。从而提高了它的线性度。输出电压随时输出电压随时间线性变化间线性变化tCRUF1i 将比例运算和积分运算结合在一起，就组成将比例运算和积分运算结合在一起，就组成uoCFuiR2R1+RFifi1电路的输出电压电路的输出电压 )d1(1F1FtiCiR)d1(iF1i1F tuCRuRR)(fFoCuiRu 上式表明：输出电压是对输入电压的比例上式表明：输出电压是对输入电压的比例-积分积分 这种运算器又称这种运算器又称 PI 调节器调节器,常用于控制系统中常用于控制系统中,以以保证自控系统的稳定性和控制精度。改变保证自控系统的稳定
13、性和控制精度。改变 RF 和和 CF，可调整比例系数和积分时间常数可调整比例系数和积分时间常数,以满足控制系统的以满足控制系统的要求。要求。Foi1ddRutuC tuCRuddi1Fo ifi1由虚短及虚断性质可得由虚短及虚断性质可得 i1=ifuoC1uiR2RF+uitOuotO上式表明：输出电压是对输入电压的比例上式表明：输出电压是对输入电压的比例-微分微分 控制系统中，控制系统中，PD调节器在调节过程中起加速作调节器在调节过程中起加速作用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。fFoiRu CRfiii tuCRuddi11i )dd(i1F
14、i1FotuCRuRRu uoC1uiR2RF+R1ifiRiC电压传输特性电压传输特性阈值电压阈值电压(门限电平门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。：输出跃变所对应的输入电压。uiuoOURURuouiR2+R1+可见，在可见，在 ui=UR 处输出电压处输出电压 uo 发生跃变。发生跃变。参考电压参考电压AAAA100011AAAAAAAAAA 01AAAAABBAABBACBABCAAA)()(CBACBA )()(CBACBACABACBA)()()()(CABACBA)()(CABABCBCAA)(BCBCA)(1BCAA+1=1 A A=A.110011111100BABABAB
15、A列状态表证明：列状态表证明：AB0001101111100100ABBABABABA0000证明证明：BAAABA)(A+AB=ABAABABAAABBAA)(BABAA)(（3）（4）ABABA)(ABAAB)(（5）（6）两互补输出端两互补输出端两输入端两输入端&.G1&.G2反馈线反馈线 触发器输出与输入的逻辑关系触发器输出与输入的逻辑关系101设触发器原态设触发器原态为为“1”态。态。翻转为翻转为“0”态态(1)SD=1，RD=0.G1&.&G2设原态为设原态为“0”态态10触发器保持触发器保持“0”态不变态不变复位复位 结论结论:不论不论 触发器原来触发器原来 为何种状态，为何种状
16、态，当当 SD=1，RD=0时时，将使将使触发器触发器 置置“0”或称或称 为为复位复位。.G1&.&G2设原态为设原态为“0”态态0翻转为翻转为“1”态态(2)SD=0，RD=1.G1&.&G2设原态为设原态为“1”态态01触发器保持触发器保持“1”态不变态不变置位置位 结论结论:不论不论 触发器原来触发器原来 为何种状态，为何种状态，当当 SD=0，RD=1时时，将使将使触发器触发器 置置“1”或称或称 为为置位置位。.G1&.&G2设原态为设原态为“0”态态1保持为保持为“0”态态(3)SD=1，RD=1.G1&.&G2设原态为设原态为“1”态态11触发器保持触发器保持“1”态不变态不变
17、 当当 SD=1，RD=1时时，触发器保持触发器保持 原来的状态，原来的状态，即即触发器具触发器具 有保持、记有保持、记 忆功能忆功能。.G1&.&G2110011111110若若G1先翻转，则触发器为先翻转，则触发器为“0”态态“1”态态(4)SD=0，RD=0 当信号当信号SD=RD=0同时变为同时变为1时，由时，由于与非门的翻转于与非门的翻转时间不可能完全时间不可能完全相同，触发器状相同，触发器状态可能是态可能是“1”态，态，也可能是也可能是“0”态，态，不能根据输入信不能根据输入信号确定。号确定。.G1&.&G210逻辑符号逻辑符号QQSDRDSDRDQ1 0 0 置置00 1 1 置
18、置11 1 不变不变 保持保持0 0 同时变同时变 1后不确定后不确定功能功能基本基本R-S触发器触发器导引电路导引电路&G4SR&G3C.&G1&G2.SDRDQQ当当C=0时时01111.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C当当 C=1 时时1打开打开11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C当当 C=1 时时1(1)S=0,R=00011触发器保持原态触发器保持原态触发器状态由触发器状态由R，S 输入状态决定。输入状态决定。11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C1101010(2)S=0,R=1触发器置触发器置“0”(3)S=1,R=0触发器置触发器置“1”1
19、1.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C1110011110Q=1Q=011(4)S=1,R=1当时钟由当时钟由 1变变 0 后后 触发器状态不定触发器状态不定11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C0 0 SR0 1 01 0 11 1 不定不定Qn+1QnQn+1时钟到来后触发器的状态时钟到来后触发器的状态逻辑符号逻辑符号QQSR CSDRD不定不定不定不定QQ10 0 SR0 1 01 0 11 1 不定不定Qn+1QnC0 0 SR 0 1 0 1 0 1 1 1 不定不定Qn+1QnQ=SQ=R从触发器从触发器主触发器主触发器C CKQRQJS R CF主主QJKQ
20、SRS CF从从QQQQSDRD1互补时互补时钟控制钟控制主、从主、从触发器触发器不能同不能同时翻转时翻转0101RS CF从从QQQQSDRD1R CF主主QJKQSC C0110F主主封锁封锁0RS CF从从QQQQSDRD1R CF主主QJKQSC C01C01010010C高电平时触发器接高电平时触发器接收信号并暂存（即收信号并暂存（即F主主状态由状态由J、K决定，决定，F从从状态保持不变）。状态保持不变）。要求要求C高电平期间高电平期间J、K的状态保持不变。的状态保持不变。C下降沿下降沿()触发器翻触发器翻转转（F从从状态与状态与F主主状状态一致）。态一致）。C低电平时低电平时,F主
21、主封锁封锁J、K不起作用不起作用CRS CF从从QQQQSDRD1R CF主主QJKQSC 01RS CF从从QQQQSDRD1R CF主主QJKQSC C010(1)J=1,K=1 设触发器原设触发器原态为态为“0”态态翻转为翻转为“1”态态11 011010100101RS CF从从QQQQSDRD1R CF主主QJKQSC C010(1)J=1,K=110设触发器原设触发器原态为态为“1”态态为为“？”状态状态J=1,K=1时，每来时，每来一个时钟脉冲，状一个时钟脉冲，状态翻转一次，态翻转一次，即具即具有计数功能。有计数功能。(1)J=1,K=101RS CF从从QQQQSDRD1R C
22、F主主QJKQSC C010(2)J=0，K=1 设触发器原设触发器原态为态为“1”态态翻转为翻转为“0”态态01 100101011001设触发器原设触发器原态为态为“0”态态为为“？”态态01RS CF从从QQQQSDRD1R CF主主QJKQSC C010(3)J=1，K=0 设触发器原设触发器原态为态为“0”态态翻转为翻转为“1”态态10 011010100101设触发器原设触发器原态为态为“1”态态为为“？”态态RS CF从从QQQQSDRD1R CF主主QJKQSC C010(4)J=0，K=0 设触发器原设触发器原态为态为“0”态态保持原态保持原态00 010001RS CF从从
23、QQQQSDRD1R CF主主QJKQSC C01001nQJS nKQR C高电平时高电平时F主主状态状态由由J、K决定，决定，F从从状状态不变。态不变。C下降沿下降沿()触发器触发器翻转翻转（F从从状态与状态与F主主状态一致）。状态一致）。nQJS nKQR Qn10 0 1 1 1 0 0Qn0 0 0 1 1 0 0 1C高电平时高电平时F主主状态状态由由J、K决定，决定，F从从状状态不变。态不变。C下降沿下降沿()触发器触发器翻转翻转（F从从状态与状态与F主主状态一致）。状态一致）。0 1 0 1 0 1 0 1 J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 Qn ()触发器工作时触发器工作时SD、RD应接高电平。应接高电平。CQJKSDRDQ例：例：JK 触发器工作波形触发器工作波形CJKQ下降沿触发翻转下降沿触发翻转基本基本R-S触发器触发器导引电路导引电路&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CD反反馈馈线线&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CD01101100101&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CD01011110110D Qn+1 0101逻辑符号逻辑符号D CQQRDSDQn+1=Dn；CDQ
