項(xiàng)目1—直流穩(wěn)壓電源

1、 湖南省高職高專電類專業(yè)湖南省高職高專電類專業(yè)“十二五十二五”規(guī)劃教材規(guī)劃教材模擬電子技術(shù)應(yīng)用模擬電子技術(shù)應(yīng)用 主主 編編 湯光華湯光華 劉國聯(lián)劉國聯(lián) 2012.8 項(xiàng)目一項(xiàng)目一 直流穩(wěn)壓電源的制作直流穩(wěn)壓電源的制作一、項(xiàng)目描述一、項(xiàng)目描述 在各種電子設(shè)備和裝置中，如自動(dòng)控制系統(tǒng)、測量儀器和計(jì)算機(jī)在各種電子設(shè)備和裝置中，如自動(dòng)控制系統(tǒng)、測量儀器和計(jì)算機(jī)等，都需要穩(wěn)定的直流電壓。通過整流濾波電路所獲得的直流電壓往等，都需要穩(wěn)定的直流電壓。通過整流濾波電路所獲得的直流電壓往往是不穩(wěn)定的，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)，其輸出電壓也會(huì)往是不穩(wěn)定的，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)，其輸出電壓也會(huì)隨之改

2、變。電子設(shè)備電源電壓的不穩(wěn)定，將會(huì)引起直流放大器的零點(diǎn)隨之改變。電子設(shè)備電源電壓的不穩(wěn)定，將會(huì)引起直流放大器的零點(diǎn)漂移，交流放大器的噪聲增大，測量儀器的準(zhǔn)確度下降等，所以要進(jìn)漂移，交流放大器的噪聲增大，測量儀器的準(zhǔn)確度下降等，所以要進(jìn)行穩(wěn)壓。行穩(wěn)壓。 知識目標(biāo)知識目標(biāo) 技能目標(biāo)技能目標(biāo) 態(tài)度目標(biāo)態(tài)度目標(biāo) 教教 學(xué)學(xué) 目目 標(biāo)標(biāo) 掌握整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路的工作原理和分析方法；掌握整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路的工作原理和分析方法；熟悉常用半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)、原理、特性和參數(shù)；了解模擬電子熟悉常用半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)、原理、特性和參數(shù)；了解模擬電子技術(shù)在本專業(yè)中的地位和作用。技術(shù)在本專業(yè)中的地位和

3、作用。 掌握直流穩(wěn)壓電源的安裝和電路性能指標(biāo)測試；掌握手工焊掌握直流穩(wěn)壓電源的安裝和電路性能指標(biāo)測試；掌握手工焊接技術(shù)；熟悉半導(dǎo)體器件的功能、應(yīng)用及參數(shù)測試方法；了解半接技術(shù)；熟悉半導(dǎo)體器件的功能、應(yīng)用及參數(shù)測試方法；了解半導(dǎo)體器件的命名、分類；會(huì)判斷和處理直流穩(wěn)壓電源電路中的常導(dǎo)體器件的命名、分類；會(huì)判斷和處理直流穩(wěn)壓電源電路中的常見故障；會(huì)使用常用電子儀器，會(huì)查閱電子元器件手冊。見故障；會(huì)使用常用電子儀器，會(huì)查閱電子元器件手冊。 培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)以及敬業(yè)、踏培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)以及敬業(yè)、踏實(shí)、負(fù)責(zé)和團(tuán)結(jié)協(xié)作的職業(yè)化精神。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)、負(fù)責(zé)

4、和團(tuán)結(jié)協(xié)作的職業(yè)化精神。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和查閱、搜索、獲取新信息、新知識的能力。查閱、搜索、獲取新信息、新知識的能力。 二、知識準(zhǔn)備二、知識準(zhǔn)備1 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.1半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體基本知識 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。在自然界中導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。在自然界中屬于半導(dǎo)體的物質(zhì)很多，用來制造半導(dǎo)體器件的材料主要是硅屬于半導(dǎo)體的物質(zhì)很多，用來制造半導(dǎo)體器件的材料主要是硅（Si）、鍺（）、鍺（Ge）和砷化鎵（）和砷化鎵（GaAs）等，其中硅用得最廣泛。）等，其中硅用得最廣泛。1.1.1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體是一種完全純凈的、結(jié)構(gòu)

5、完整的半導(dǎo)體晶體。本征半導(dǎo)體是一種完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。雜敏性雜敏性 熱敏性熱敏性 光敏性光敏性 （1）半導(dǎo)體的特性：）半導(dǎo)體的特性：（2）本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)）本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的簡化模型硅和鍺的簡化模型本征半導(dǎo)體硅的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體硅的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)（3）本征半導(dǎo)體中的兩種載流子及導(dǎo)電作用）本征半導(dǎo)體中的兩種載流子及導(dǎo)電作用本征激發(fā)時(shí)的自由電子和空穴本征激發(fā)時(shí)的自由電子和空穴1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 根據(jù)摻入雜質(zhì)的性質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為空穴型（或根據(jù)摻入雜質(zhì)的性質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為空穴型（或P型）型）半導(dǎo)體和電子型（或半導(dǎo)體和電子型（或N型）半導(dǎo)體。型

6、）半導(dǎo)體。（1）P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入微量的三價(jià)元型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入微量的三價(jià)元素（如硼、銦等）形成的。素（如硼、銦等）形成的。 P型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)（2） N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入微量的五價(jià)元型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入微量的五價(jià)元素（如磷、砷、銻）形成的。素（如磷、砷、銻）形成的。 N型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)1.1.3 PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦越Y(jié)的形成及單向?qū)щ娦裕?）PN結(jié)的形成結(jié)的形成 當(dāng)當(dāng)P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，在其交界處

7、就存在濃型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，在其交界處就存在濃度差，即度差，即P型區(qū)的空穴遠(yuǎn)多于型區(qū)的空穴遠(yuǎn)多于N型區(qū)的空穴，而型區(qū)的空穴，而N型區(qū)的自由電子遠(yuǎn)型區(qū)的自由電子遠(yuǎn)多于多于P型區(qū)的自由電子。物質(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)型區(qū)的自由電子。物質(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動(dòng)，這種由于濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。即動(dòng)，這種由于濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。即P型區(qū)的空穴向型區(qū)的空穴向N型區(qū)擴(kuò)散，型區(qū)擴(kuò)散，N型區(qū)的自由電子向型區(qū)的自由電子向P型區(qū)擴(kuò)散，擴(kuò)散過程中并被復(fù)合型區(qū)擴(kuò)散，擴(kuò)散過程中并被復(fù)合掉。從而使交界面附近多子濃度下降，這時(shí)掉。從而使交界面附近多子濃度下降，這時(shí)P區(qū)邊界出現(xiàn)

8、負(fù)離子區(qū)，區(qū)邊界出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，N區(qū)邊界出現(xiàn)正離子區(qū)，這些離子不能移動(dòng)，不參與導(dǎo)電，稱為空間區(qū)邊界出現(xiàn)正離子區(qū)，這些離子不能移動(dòng)，不參與導(dǎo)電，稱為空間電荷區(qū)。電荷區(qū)。 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 在空間電荷區(qū)內(nèi)，由于在空間電荷區(qū)內(nèi)，由于N區(qū)為正離子區(qū)，區(qū)為正離子區(qū)，P區(qū)為負(fù)離子區(qū)，它們區(qū)為負(fù)離子區(qū)，它們之間的相互作用就形成了一個(gè)內(nèi)電場，且方向?yàn)閺闹g的相互作用就形成了一個(gè)內(nèi)電場，且方向?yàn)閺腘區(qū)指向區(qū)指向P區(qū)。這區(qū)。這個(gè)內(nèi)電場一方面由于方向與載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反，阻礙擴(kuò)散個(gè)內(nèi)電場一方面由于方向與載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反，阻礙擴(kuò)散的進(jìn)行；另一方面，它又促使的進(jìn)行；另一方面，它又促使N區(qū)的少

9、子空穴進(jìn)入?yún)^(qū)的少子空穴進(jìn)入P區(qū)，區(qū)，P區(qū)的少子區(qū)的少子自由電子進(jìn)入自由電子進(jìn)入N區(qū)，這種在內(nèi)電場力的作用下，少子的運(yùn)動(dòng)稱為漂區(qū)，這種在內(nèi)電場力的作用下，少子的運(yùn)動(dòng)稱為漂稱運(yùn)動(dòng)。稱運(yùn)動(dòng)。 PN結(jié)的形成結(jié)的形成 當(dāng)參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的多子數(shù)目與參與漂移運(yùn)動(dòng)的少子數(shù)目相等時(shí)，當(dāng)參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的多子數(shù)目與參與漂移運(yùn)動(dòng)的少子數(shù)目相等時(shí)，這兩種運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)的空間電荷區(qū)也基本穩(wěn)定，這個(gè)空這兩種運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)的空間電荷區(qū)也基本穩(wěn)定，這個(gè)空間電荷區(qū)稱為間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。結(jié)。 （2）PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)結(jié)加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)外加正向電壓時(shí)的外加正向電壓時(shí)

10、的PN在在PN結(jié)兩端加不同極性電壓，破壞它的平衡，使它呈現(xiàn)單向?qū)щ娦?。結(jié)兩端加不同極性電壓，破壞它的平衡，使它呈現(xiàn)單向?qū)щ娦浴?PN結(jié)外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)結(jié)外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)外加反向電壓時(shí)的外加反向電壓時(shí)的PN結(jié)結(jié) PN結(jié)正向偏置時(shí)處于導(dǎo)電狀態(tài)，正向電阻很小，反向偏置時(shí)結(jié)正向偏置時(shí)處于導(dǎo)電狀態(tài)，正向電阻很小，反向偏置時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電阻很大。處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電阻很大。 12 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 將一個(gè)將一個(gè)PN結(jié)用外殼封裝起來，并引入兩個(gè)電極，由結(jié)用外殼封裝起來，并引入兩個(gè)電極，由P區(qū)引出區(qū)引出陽極，由陽極，由N區(qū)引出陰極，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。區(qū)引出陰極

11、，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。1.2.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)、符號和外形半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)、符號和外形（1）半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)）半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)（a）點(diǎn)接觸型 （b）面接觸型 （c）平面型（2）半導(dǎo)體二極管的符號）半導(dǎo)體二極管的符號（3）半導(dǎo)體二極管的分類）半導(dǎo)體二極管的分類按材料分：有鍺二極管、硅二極管、砷化鎵二極管等；按材料分：有鍺二極管、硅二極管、砷化鎵二極管等；按結(jié)構(gòu)分按結(jié)構(gòu)分: 有點(diǎn)接觸型、面接觸型、平面型等；按工作原理分，有點(diǎn)接觸型、面接觸型、平面型等；按工作原理分，有隧道二極管、雪崩二極管、變?nèi)荻O管等；有隧道二極管、雪崩二極管、變?nèi)荻O管等；按用途分按用途分:有檢波二極管

12、、整流二極管和開關(guān)二極管等有檢波二極管、整流二極管和開關(guān)二極管等 （4）半導(dǎo)體二極管的外形）半導(dǎo)體二極管的外形 玻璃封裝 塑料封裝 金屬封裝1.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 加在二極管兩端的電壓加在二極管兩端的電壓U與流過二極管的電流與流過二極管的電流I的關(guān)系曲線稱的關(guān)系曲線稱為伏安特性曲線。為伏安特性曲線。（1）二極管的伏安特性）二極管的伏安特性 正向特性正向特性 反向特性反向特性二極管VI特性aOC段：反向截止區(qū)段：反向截止區(qū) bCD段：反向擊穿區(qū)段：反向擊穿區(qū) aOA段：不導(dǎo)電區(qū)或稱死區(qū)段：不導(dǎo)電區(qū)或稱死區(qū) bAB段：正向?qū)▍^(qū)段：正向?qū)▍^(qū) （2）溫度對二極管伏安特性的影響

13、）溫度對二極管伏安特性的影響a環(huán)境溫度升高時(shí)，其正向特性曲線左移；環(huán)境溫度升高時(shí)，其正向特性曲線左移；b溫度升高時(shí)，反向飽和電流增大，即反向特性曲線下移；溫度升高時(shí)，反向飽和電流增大，即反向特性曲線下移；c溫度升高時(shí)，反向擊穿電壓減少；溫度升高時(shí)，反向擊穿電壓減少； 溫度對二極管特性的影響 （3）硅管和鍺管的區(qū)別）硅管和鍺管的區(qū)別 硅二極管和鍺二極管雖然它們的特性曲線形狀相似，但其特硅二極管和鍺二極管雖然它們的特性曲線形狀相似，但其特性存在一定的差異性存在一定的差異 。 例例11 二極管電路如下圖所示，已知直流電源電壓為二極管電路如下圖所示，已知直流電源電壓為6V，二，二極管為硅管，求極管為硅

14、管，求流過二極管的直流電流；流過二極管的直流電流；二極管的直流電流二極管的直流電流RD。mAA531007 . 06ID2 .13537 . 0mAVIURDDD 解：解： 流過二極管的直流電流即為該回路電流，而二極管加流過二極管的直流電流即為該回路電流，而二極管加的是正向電壓，使二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，兩端電壓降的是正向電壓，使二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，兩端電壓降U UD D=0=07V7V，即即 二極管直流電阻二極管直流電阻例例12 在下圖電路中，試判斷小燈泡是否會(huì)發(fā)亮？在下圖電路中，試判斷小燈泡是否會(huì)發(fā)亮？解：從圖解：從圖a可知，二極管兩端加正向電壓，處于導(dǎo)通狀態(tài)，燈泡亮。可知，二極管兩端加正向電

15、壓，處于導(dǎo)通狀態(tài)，燈泡亮。 從圖從圖b可知，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，沒有電流流過，燈泡不亮?？芍?，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，沒有電流流過，燈泡不亮。1.2.3 整流二極管的主要參數(shù)及選用依據(jù)整流二極管的主要參數(shù)及選用依據(jù)（1）二極管的主要參數(shù)）二極管的主要參數(shù) 最大整流電流最大整流電流I F 最高反向工作電壓最高反向工作電壓URM 反向飽和電流反向飽和電流IR 最高工作頻率最高工作頻率fM （2）二極管的選用）二極管的選用二極管工作時(shí)的電流、電壓值及環(huán)境溫度不允許超過其二極管工作時(shí)的電流、電壓值及環(huán)境溫度不允許超過其極限值；極限值；連接二極管時(shí)極性不能接反；連接二極管時(shí)極性不能接反；一些大電流的二極管要

16、求使用散熱片；一些大電流的二極管要求使用散熱片；高頻小信號的檢波電路一般選用點(diǎn)接觸型的鍺管，而在高頻小信號的檢波電路一般選用點(diǎn)接觸型的鍺管，而在電源整流及電工設(shè)備中一般選用面接觸型硅管。電源整流及電工設(shè)備中一般選用面接觸型硅管。（3）普通二極管的代換）普通二極管的代換 主要是考慮兩個(gè)主要參數(shù)，最大整流電流主要是考慮兩個(gè)主要參數(shù)，最大整流電流IF和最大反向工作和最大反向工作電壓電壓UR。 （4）二極管的質(zhì)量鑒別）二極管的質(zhì)量鑒別用萬用表來判別二極管的極性和檢查其質(zhì)量用萬用表來判別二極管的極性和檢查其質(zhì)量1.2.4 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例（1）整流）整流 （2）檢波）檢波 中放 檢波 濾波器 音頻輸出（

17、3）限幅）限幅 （4）開關(guān)電路）開關(guān)電路 與邏輯電路（5）低電壓穩(wěn)壓）低電壓穩(wěn)壓 13 特殊二極管特殊二極管1.3.1 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的面接觸型硅二極管穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的面接觸型硅二極管 （1）穩(wěn)壓特性）穩(wěn)壓特性（2）穩(wěn)壓管的主要參數(shù)）穩(wěn)壓管的主要參數(shù)穩(wěn)壓電壓穩(wěn)壓電壓UZ 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ 最大穩(wěn)定電流最大穩(wěn)定電流IZM 耗散功率耗散功率PZM 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZ 1.3.2發(fā)光二極管發(fā)光二極管 發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED）是用半導(dǎo)體化合物材料制成的特殊二極）是用半導(dǎo)體化合物材料制成的特殊二極管，它的功能是將電能轉(zhuǎn)換為光能。管，它的功能是將電

18、能轉(zhuǎn)換為光能。 （a）方形 （b）圓形 （c）電路符號 發(fā)光二極管的工作電流，一般為幾毫安至幾十毫安，正向電壓多發(fā)光二極管的工作電流，一般為幾毫安至幾十毫安，正向電壓多為為1525V之間，它的質(zhì)量好壞也可用萬用表判別斷：用萬用之間，它的質(zhì)量好壞也可用萬用表判別斷：用萬用表的表的R10K檔（此時(shí)內(nèi)電池多為檔（此時(shí)內(nèi)電池多為6V或或9V）測其正向及反向電阻值，）測其正向及反向電阻值，當(dāng)正向電阻值小于當(dāng)正向電阻值小于50K，反向電阻值大于，反向電阻值大于200K時(shí)均為正常。若時(shí)均為正常。若萬且表沒有萬且表沒有R10K檔，可以用檔，可以用R100或或R1K檔再串一個(gè)檔再串一個(gè)15V電池，如下圖示，此時(shí)

19、，萬用表筆兩端的電壓為電池，如下圖示，此時(shí)，萬用表筆兩端的電壓為3V。超過其正向電。超過其正向電壓值，可使發(fā)光二極管正向?qū)ǘl(fā)亮。壓值，可使發(fā)光二極管正向?qū)ǘl(fā)亮。1.3.3光電二極管光電二極管光電二極管又稱光敏二極管，它的功能是將光能轉(zhuǎn)換為電能。光電二極管又稱光敏二極管，它的功能是將光能轉(zhuǎn)換為電能。 （a）外形 （b）電路符號 （c）特性曲線光電二極管的主要參數(shù)如下：光電二極管的主要參數(shù)如下： （1）光電流）光電流 （2）暗電流）暗電流 （3）靈敏度）靈敏度 （4）光譜范圍）光譜范圍 （5）峰值波長）峰值波長 1.3.4變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 變?nèi)荻O管是利用變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)空間電荷

20、區(qū)具有勢壘電容效應(yīng)的原結(jié)空間電荷區(qū)具有勢壘電容效應(yīng)的原理制成的特殊二極管。理制成的特殊二極管。 （a）代表符號 （b）結(jié)電容與電壓的關(guān)系 基本應(yīng)用電路如上圖所示，圖中基本應(yīng)用電路如上圖所示，圖中C為調(diào)整電容，為調(diào)整電容，L為調(diào)諧電感，為調(diào)諧電感，當(dāng)外加調(diào)諧電壓變化時(shí)，通過變?nèi)荻O管電容的變化完成調(diào)諧作當(dāng)外加調(diào)諧電壓變化時(shí)，通過變?nèi)荻O管電容的變化完成調(diào)諧作用。用。變?nèi)荻O管應(yīng)用電路 1.3.5激光二極管激光二極管工作原理是：半導(dǎo)體中的光發(fā)射通常源于載流子的復(fù)合。工作原理是：半導(dǎo)體中的光發(fā)射通常源于載流子的復(fù)合。 電路符號 激光二極管的結(jié)構(gòu) 激光二極管由兩部分組成：即激光發(fā)射部分激光二極管由兩部

21、分組成：即激光發(fā)射部分LD和激光接收部分和激光接收部分PD。LD和和PD又有公共端點(diǎn)又有公共端點(diǎn)b，公共端一般用管子的金屬外殼相連，公共端一般用管子的金屬外殼相連，即激光二極管有三只腳即激光二極管有三只腳a、b、c。1.4 特種半導(dǎo)體器件簡介特種半導(dǎo)體器件簡介 1.4.1光敏電阻光敏電阻它是利用半導(dǎo)體的電阻值受光線照射而改變的現(xiàn)象制成的元件。它是利用半導(dǎo)體的電阻值受光線照射而改變的現(xiàn)象制成的元件。 （1）光敏電阻的分類、結(jié)構(gòu)和符號）光敏電阻的分類、結(jié)構(gòu)和符號（a）外形（）結(jié)構(gòu)（）電路符號（2）光敏電阻的特性和主要參數(shù)）光敏電阻的特性和主要參數(shù) 光敏電阻的基本特性是由于半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)，對光線很

22、敏感，光敏電阻的基本特性是由于半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)，對光線很敏感，其電阻值隨外界光照強(qiáng)弱變化而變化。當(dāng)無光照射時(shí)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，其電阻值隨外界光照強(qiáng)弱變化而變化。當(dāng)無光照射時(shí)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，有光照射時(shí)其電阻值迅速減小。有光照射時(shí)其電阻值迅速減小。 光敏電阻的主要參數(shù)為：光敏電阻的主要參數(shù)為：亮電阻（亮電阻（K） 暗電阻（暗電阻（M） 最高工作電壓（最高工作電壓（U） 亮電流亮電流 暗電流暗電流 光電流光電流 靈敏度靈敏度 光敏電阻的暗電阻越大，亮電阻越小則性能越好。光敏電阻的暗電阻越大，亮電阻越小則性能越好。 光敏電阻的伏安特性曲線1.4.2熱敏電阻熱敏電阻 熱敏電阻是一種特殊的半導(dǎo)體器件，它的阻值隨

23、溫度變化有比熱敏電阻是一種特殊的半導(dǎo)體器件，它的阻值隨溫度變化有比較明顯的改變，它的靈敏度很高，?？商綔y到較明顯的改變，它的靈敏度很高，常可探測到1以下的溫度變化。以下的溫度變化。 （1）熱敏電阻的分類及符號）熱敏電阻的分類及符號 分為正溫度系數(shù)熱敏電阻（簡稱分為正溫度系數(shù)熱敏電阻（簡稱PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（簡稱（簡稱NTC）。）。 （）新圖形符號 （）舊圖形符號（2）熱敏電阻的伏安特性和主要參數(shù)）熱敏電阻的伏安特性和主要參數(shù)熱敏電阻的伏安特性 熱敏電阻的主要參數(shù)有：熱敏電阻的主要參數(shù)有：（1）標(biāo)稱阻值）標(biāo)稱阻值Rt （2）電阻溫度系數(shù)）電阻溫度系數(shù) （3）額定功

24、率）額定功率P （4）時(shí)間常數(shù)）時(shí)間常數(shù) 1.4.3壓敏電阻壓敏電阻壓敏電阻是對電壓變化很敏感的非線性電阻壓敏電阻是對電壓變化很敏感的非線性電阻 。 （1）壓敏電阻的分類、結(jié)構(gòu)和符號）壓敏電阻的分類、結(jié)構(gòu)和符號 按使用材料可分為硅壓敏電阻、鍺壓敏電阻、碳化硅壓敏電按使用材料可分為硅壓敏電阻、鍺壓敏電阻、碳化硅壓敏電阻、氧化鋅壓敏電阻、硫化鎘壓敏電阻等。其中氧化鋅（阻、氧化鋅壓敏電阻、硫化鎘壓敏電阻等。其中氧化鋅（ZnO）電阻應(yīng)用最為廣泛，按其伏安特性可分為無極性（對稱型）壓電阻應(yīng)用最為廣泛，按其伏安特性可分為無極性（對稱型）壓敏電阻和有極性（非對稱型）壓敏電阻，按結(jié)構(gòu)可分為膜狀壓敏電阻和有極性

25、（非對稱型）壓敏電阻，按結(jié)構(gòu)可分為膜狀壓敏電阻、結(jié)型壓敏電阻和體型壓敏電阻等。敏電阻、結(jié)型壓敏電阻和體型壓敏電阻等。 （）結(jié)構(gòu)（）電路符號（）對稱型壓敏電阻（2）壓敏電阻的特性和主要參數(shù)）壓敏電阻的特性和主要參數(shù)主要參數(shù)有：主要參數(shù)有：標(biāo)稱電壓、電壓比、最大抑制電壓、殘壓、殘壓比、通流容量標(biāo)稱電壓、電壓比、最大抑制電壓、殘壓、殘壓比、通流容量（通流量）、漏電流（等待電流）。（通流量）、漏電流（等待電流）。 對稱型壓敏電阻的伏安特性曲線如上圖所示。對稱型壓敏電阻的伏安特性曲線如上圖所示。 1.4.4太陽能電池太陽能電池 太陽能電池也稱光電池，目前使用的太陽能電池多以硅半導(dǎo)太陽能電池也稱光電池，目

26、前使用的太陽能電池多以硅半導(dǎo)體材料制作的，因此也稱硅光電池。體材料制作的，因此也稱硅光電池。（1）太陽能電池的結(jié)構(gòu)及符號）太陽能電池的結(jié)構(gòu)及符號（a）結(jié)構(gòu) （b）符號（2）太陽能電池的工作原理及主要參數(shù)）太陽能電池的工作原理及主要參數(shù)太陽能電池就是利用光生伏特效應(yīng)而產(chǎn)生電能做成的清潔能源。太陽能電池就是利用光生伏特效應(yīng)而產(chǎn)生電能做成的清潔能源。主要參數(shù)有：主要參數(shù)有： 開路電壓開路電壓UOC、短路電流、短路電流ISR、轉(zhuǎn)換效率、轉(zhuǎn)換效率、響應(yīng)速度、輸出特性等。、響應(yīng)速度、輸出特性等。 1.4.5光電耦合器光電耦合器（1）光電耦合器的種類及內(nèi)部結(jié)構(gòu)）光電耦合器的種類及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 光電耦合器是以光為

27、媒介傳輸電信號的一種電光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電光光電轉(zhuǎn)換器電轉(zhuǎn)換器件，它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為光隔離件，它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為光隔離型和光傳感型兩大類。型和光傳感型兩大類。光電耦合器的內(nèi)部電路可分為四引腳和六引腳兩種，如下圖示。光電耦合器的內(nèi)部電路可分為四引腳和六引腳兩種，如下圖示。（a）四引腳 （b）六引腳（2）光電耦合器的工作原理及主要參數(shù)）光電耦合器的工作原理及主要參數(shù) 在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，發(fā)光的強(qiáng)度取在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，發(fā)光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器后，因光決

28、于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生光電流，由受光器輸出端輸出來，這樣就實(shí)現(xiàn)了電效應(yīng)而產(chǎn)生光電流，由受光器輸出端輸出來，這樣就實(shí)現(xiàn)了電電光光電的轉(zhuǎn)換。電的轉(zhuǎn)換。 光電耦合器的主要參數(shù)有：光電耦合器的主要參數(shù)有：輸入?yún)?shù)；輸入?yún)?shù)；輸出參數(shù)；輸出參數(shù)；傳輸參數(shù)。傳輸參數(shù)。傳輸參數(shù)包括：傳輸參數(shù)包括：a.極間耐壓極間耐壓 b.極間電容極間電容 c.隔離阻抗隔離阻抗 d.電流傳輸比電流傳輸比 e.響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間。2 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 半導(dǎo)體三極管是由兩個(gè)用一定工藝做在一起且相互影響的半導(dǎo)體三極管是由兩個(gè)用一定工藝做在一起且相互影響的PN結(jié)結(jié)加上相應(yīng)的電極引線

29、封裝而成，又稱為晶體三極管，簡稱晶體管加上相應(yīng)的電極引線封裝而成，又稱為晶體三極管，簡稱晶體管或三極管，它具有電流放大作用，是組成放大電路的核心部件?；蛉龢O管，它具有電流放大作用，是組成放大電路的核心部件。2.1三極管的結(jié)構(gòu)與符號三極管的結(jié)構(gòu)與符號三極管要具有電流放大作用，制造工藝中要具備以下內(nèi)部條件：三極管要具有電流放大作用，制造工藝中要具備以下內(nèi)部條件：（1）發(fā)射區(qū)高摻雜。其摻雜濃度要遠(yuǎn)大于基區(qū)摻雜濃度，能發(fā)射）發(fā)射區(qū)高摻雜。其摻雜濃度要遠(yuǎn)大于基區(qū)摻雜濃度，能發(fā)射足夠的載流子；（足夠的載流子；（2）基區(qū)做得很薄且摻雜濃度低，以減小載流子在）基區(qū)做得很薄且摻雜濃度低，以減小載流子在基區(qū)的復(fù)合

30、機(jī)會(huì)；（基區(qū)的復(fù)合機(jī)會(huì)；（3）集電結(jié)結(jié)面積比發(fā)射結(jié)大，便于收集發(fā)射區(qū)）集電結(jié)結(jié)面積比發(fā)射結(jié)大，便于收集發(fā)射區(qū)發(fā)射來的載流子及利于散熱。發(fā)射來的載流子及利于散熱。2.2 三極管的電流分配和電流放大作用三極管的電流分配和電流放大作用2.2.1三極管的工作電壓三極管的工作電壓 工作電壓必須具備的條件是發(fā)射結(jié)加正向電壓，即正向偏置，工作電壓必須具備的條件是發(fā)射結(jié)加正向電壓，即正向偏置，集電結(jié)加反向電壓即反向偏置。集電結(jié)加反向電壓即反向偏置。 2.2.2三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子（2）電子在基區(qū)中擴(kuò)散與復(fù)合）電子在基區(qū)中擴(kuò)散與復(fù)合

31、（3）集電區(qū)收集擴(kuò)散的電子）集電區(qū)收集擴(kuò)散的電子 由于三極管內(nèi)部兩種載流子（自由電子和空穴）均參與導(dǎo)電，由于三極管內(nèi)部兩種載流子（自由電子和空穴）均參與導(dǎo)電，因此稱為雙極型三極管（后面會(huì)了解到場效應(yīng)管只依靠一種載流因此稱為雙極型三極管（后面會(huì)了解到場效應(yīng)管只依靠一種載流子導(dǎo)電而稱為單極型晶體管）。子導(dǎo)電而稱為單極型晶體管）。 2.2.3 三極管電流分配關(guān)系及放大作用三極管電流分配關(guān)系及放大作用BCEIII 三極管電流放大測試電路發(fā)射極電流發(fā)射極電流IE、基極電流、基極電流IB、發(fā)射極電流、發(fā)射極電流IC存在以下關(guān)系：存在以下關(guān)系： BCII bicibcii 將輸入電流將輸入電流I IB B與

32、輸出電流與輸出電流I IC C之比定義為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)之比定義為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)將輸入電流變化量將輸入電流變化量與輸出電流相應(yīng)的變化量與輸出電流相應(yīng)的變化量發(fā)射極交流電流放大系數(shù)發(fā)射極交流電流放大系數(shù)定義式為定義式為之比定義為共之比定義為共 CBCBCEII ,IIII通常：通常：電流分配關(guān)系為：電流分配關(guān)系為： 2.3三極管的特性曲線三極管的特性曲線三極管的特性曲線是描述各電極電流和電壓之間的關(guān)系曲線三極管的特性曲線是描述各電極電流和電壓之間的關(guān)系曲線 2.3.1輸入特性曲線輸入特性曲線輸入特性是反映三極管輸入回路中電流和電壓之間的關(guān)系曲線輸入特性是反映三極管輸入回路中電流

33、和電壓之間的關(guān)系曲線 常數(shù)CEU| )(UiBEBf NPN型硅管共射極輸入特性曲線 2.3.2輸出特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線是反映三極管輸出回路中電流和電壓之間的關(guān)系曲線輸出特性曲線是反映三極管輸出回路中電流和電壓之間的關(guān)系曲線 常數(shù)BI| )(UiCECf NPN型硅管共射極輸出特性曲線（1）截止區(qū)）截止區(qū) （2）放大區(qū)）放大區(qū) （3）飽和區(qū)）飽和區(qū) 區(qū)域區(qū)域各結(jié)偏置狀態(tài)各結(jié)偏置狀態(tài)條件（對條件（對NPNNPN管）管）三極管特性三極管特性特點(diǎn)特點(diǎn)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)截止區(qū)截止區(qū)零偏或反偏零偏或反偏反偏反偏U UB BU UE EU UR RU UC C相當(dāng)于開關(guān)相當(dāng)于開關(guān)斷開斷開

34、I IB B=0=0，I IC C=I=ICEOCEO（穿透電流）（穿透電流）放大區(qū)放大區(qū)正偏正偏反偏反偏U UC CU UB BU UE E放大作用放大作用I IC C=I=IB B，具恒流特性，曲具恒流特性，曲線平坦線平坦飽和區(qū)飽和區(qū)正偏正偏正偏正偏U UB BU UE EU UB BU UC C相當(dāng)于開關(guān)相當(dāng)于開關(guān)閉合閉合U UCECE=U=UCESCES，I IC C基本不受基本不受I IB B控控制制 三個(gè)工作區(qū)域的特性三個(gè)工作區(qū)域的特性 三極管具有三極管具有“開關(guān)開關(guān)”和和“放大放大”兩大功能，當(dāng)三極管工作在飽和兩大功能，當(dāng)三極管工作在飽和和截止區(qū)時(shí)，具有和截止區(qū)時(shí)，具有“開關(guān)開關(guān)

35、”特性，可應(yīng)用于數(shù)字電路中；當(dāng)三極管特性，可應(yīng)用于數(shù)字電路中；當(dāng)三極管工作在放大區(qū)時(shí)，具有放大作用，可應(yīng)用于模擬電路中。工作在放大區(qū)時(shí)，具有放大作用，可應(yīng)用于模擬電路中。 例例13測得某放大電路中三極管的三個(gè)電極測得某放大電路中三極管的三個(gè)電極A、B、C的對地電的對地電位分別為位分別為UA=8V，UB=5V，UC=53V，試分析，試分析A、B、C端端分別屬何電極及三極管的類型？分別屬何電極及三極管的類型？ 解：由解：由UB=5V，UC=53V相差相差03V，故必有一為基極，故必有一為基極，一為發(fā)射極，且該管為鍺管。于是一為發(fā)射極，且該管為鍺管。于是A是集電極。由于是集電極。由于UA=8V，即，

36、即UB、UC均高于均高于UA則說明該管為則說明該管為PNP管，從而可判斷管，從而可判斷C為基極，為基極，B為發(fā)射極。為發(fā)射極。因此可判斷該管為因此可判斷該管為PNP型鍺管且型鍺管且A為集電極，為集電極，B為發(fā)射極，為發(fā)射極，C為基極。為基極。2.4三極管的主要參數(shù)及簡單測試三極管的主要參數(shù)及簡單測試2.4.1三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)（1）電流放大系數(shù)）電流放大系數(shù)反映三極管放大能力的強(qiáng)弱反映三極管放大能力的強(qiáng)弱共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)（hFE） BCII 共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)（hfe） bcii 當(dāng)三極管工作在放大區(qū)小信號狀態(tài)時(shí)，當(dāng)三

37、極管工作在放大區(qū)小信號狀態(tài)時(shí)， （2）極間反向電流）極間反向電流集電極集電極-基極反向飽和電流基極反向飽和電流ICBO 集電極集電極-發(fā)射極反向飽和電流發(fā)射極反向飽和電流ICEO ICBO的測量 ICEO的測量 ICEO=（1+）ICBO （3）極限參數(shù)）極限參數(shù)集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM 集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率PCM 極間反向擊穿電壓極間反向擊穿電壓 aEBOBRU)( bCBOBRU)( cCEOBRU)( 三極管的安全工作區(qū) （4）頻率參數(shù)）頻率參數(shù) 共發(fā)射極截止頻率共發(fā)射極截止頻率f 特征頻率特征頻率Tf 2.4.2三極管的簡單測試三極管的簡單測試

38、（1）三極管管腳極性的判別）三極管管腳極性的判別對三極管首先要判斷是對三極管首先要判斷是NPN管還是管還是PNP型管，然后區(qū)別管腳的排列。型管，然后區(qū)別管腳的排列。（2）估測穿透電流）估測穿透電流ICEO2.4.3應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例（1）擴(kuò)流）擴(kuò)流 用三極管擴(kuò)大電容容量等效電路 利用三極管電流放大作利用三極管電流放大作用，將電容容量擴(kuò)大若干倍，用，將電容容量擴(kuò)大若干倍，這種等效電容適用于在長延這種等效電容適用于在長延時(shí)電路中作定時(shí)電容。時(shí)電路中作定時(shí)電容。 （2）代換）代換用兩個(gè)三極管串聯(lián)可直接代換調(diào)光臺燈中的雙向觸發(fā)二極管。用兩個(gè)三極管串聯(lián)可直接代換調(diào)光臺燈中的雙向觸發(fā)二極管。 用三極管代換雙

39、向觸發(fā)二極管 （3）模擬）模擬 用三極管構(gòu)成的電路，可以模擬其它元器件，如大功率可調(diào)電用三極管構(gòu)成的電路，可以模擬其它元器件，如大功率可調(diào)電阻價(jià)格貴并且很難找到，用上圖所示電路可作模擬品，調(diào)節(jié)阻價(jià)格貴并且很難找到，用上圖所示電路可作模擬品，調(diào)節(jié)510電阻的阻值即可調(diào)節(jié)大功率三極管電阻的阻值即可調(diào)節(jié)大功率三極管C、E極之間的阻值，此阻值變極之間的阻值，此阻值變化即可代替大功率可調(diào)電阻使用。化即可代替大功率可調(diào)電阻使用。模擬可調(diào)電阻電路 3 場效應(yīng)管場效應(yīng)管 場效應(yīng)管是一種電壓控制型半導(dǎo)體器件。這種器件不僅兼有半導(dǎo)體場效應(yīng)管是一種電壓控制型半導(dǎo)體器件。這種器件不僅兼有半導(dǎo)體三極管體積小，耗電省，壽

40、命長等特點(diǎn)，而且具有輸入電阻高三極管體積小，耗電省，壽命長等特點(diǎn)，而且具有輸入電阻高（10M以上）、噪聲低、熱穩(wěn)定好、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在以上）、噪聲低、熱穩(wěn)定好、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在近代微電子學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用。場效應(yīng)管分為兩大類，即結(jié)型場效近代微電子學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用。場效應(yīng)管分為兩大類，即結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣柵場效應(yīng)管。應(yīng)管和絕緣柵場效應(yīng)管。3.1 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管3.1.1 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 在一塊在一塊N N型半導(dǎo)體兩側(cè)做出兩個(gè)高摻雜的型半導(dǎo)體兩側(cè)做出兩個(gè)高摻雜的P P區(qū)，從而形成了兩個(gè)區(qū)，從而形成了兩個(gè)PNPN結(jié)。兩側(cè)結(jié)。兩側(cè)P P區(qū)相接后引出的電極稱為柵極（區(qū)相接后引出

41、的電極稱為柵極（G G），在），在N N型半導(dǎo)體兩端型半導(dǎo)體兩端分別引出的兩個(gè)電極稱為源極（分別引出的兩個(gè)電極稱為源極（S S）和漏極）和漏極(D)(D)。由于。由于N N型區(qū)結(jié)構(gòu)對稱，型區(qū)結(jié)構(gòu)對稱，因此漏極和源極可以互換使用。兩個(gè)因此漏極和源極可以互換使用。兩個(gè)PNPN結(jié)中間的結(jié)中間的N N型區(qū)域稱為導(dǎo)電溝型區(qū)域稱為導(dǎo)電溝道。具有這種結(jié)構(gòu)的結(jié)道。具有這種結(jié)構(gòu)的結(jié)型場效應(yīng)管稱為型場效應(yīng)管稱為N溝道結(jié)型場效應(yīng)管。溝道結(jié)型場效應(yīng)管。3.1.2工作原理工作原理 在漏源電壓在漏源電壓UDS的作用下，產(chǎn)生溝道電流的作用下，產(chǎn)生溝道電流ID，為了保證高輸入，為了保證高輸入電阻，通常柵極與源極之間加反向偏置

42、電壓電阻，通常柵極與源極之間加反向偏置電壓UGS，當(dāng)輸入電壓，當(dāng)輸入電壓UGS改變時(shí)，改變時(shí)，PN結(jié)的反偏電壓也隨之改變，引起溝道兩側(cè)耗盡層的寬結(jié)的反偏電壓也隨之改變，引起溝道兩側(cè)耗盡層的寬度改變；這將導(dǎo)致度改變；這將導(dǎo)致N型導(dǎo)電溝道的寬度發(fā)生變化，也就是溝道電阻型導(dǎo)電溝道的寬度發(fā)生變化，也就是溝道電阻發(fā)生了變化；溝道電阻的變化又將引起溝道電流發(fā)生了變化；溝道電阻的變化又將引起溝道電流ID的變化。的變化。 N溝道結(jié)型場效管工作原理示意圖 由于由于ID通過溝道時(shí)產(chǎn)生自漏極到源極的電壓降，使溝道上各點(diǎn)電位通過溝道時(shí)產(chǎn)生自漏極到源極的電壓降，使溝道上各點(diǎn)電位不同，靠近漏極處電位最高，不同，靠近漏極處

43、電位最高，PN結(jié)上的反偏電壓最高，耗盡層最寬；結(jié)上的反偏電壓最高，耗盡層最寬；而溝道上靠近源極的地方，而溝道上靠近源極的地方，PN結(jié)上反偏電壓最低，耗盡層最窄。所結(jié)上反偏電壓最低，耗盡層最窄。所以漏源電壓以漏源電壓UDS使導(dǎo)電溝道產(chǎn)生不等寬性。若改變使導(dǎo)電溝道產(chǎn)生不等寬性。若改變UGS或或UDS，使靠近，使靠近漏極處兩側(cè)耗盡層相遇時(shí)，稱為預(yù)夾斷。預(yù)夾斷后漏極電流漏極處兩側(cè)耗盡層相遇時(shí)，稱為預(yù)夾斷。預(yù)夾斷后漏極電流ID將基本將基本不隨不隨UDS的增大而增大，趨近于飽和而呈現(xiàn)恒流特性。場效應(yīng)管用于的增大而增大，趨近于飽和而呈現(xiàn)恒流特性。場效應(yīng)管用于放大時(shí)，就工作在恒流區(qū)（放大區(qū)）。如果在預(yù)夾斷后，

44、繼續(xù)增加放大時(shí)，就工作在恒流區(qū)（放大區(qū)）。如果在預(yù)夾斷后，繼續(xù)增加UGS的負(fù)值到一定程度時(shí)，兩邊耗盡層合攏，導(dǎo)電溝道完全夾斷，的負(fù)值到一定程度時(shí)，兩邊耗盡層合攏，導(dǎo)電溝道完全夾斷，ID0，稱場效應(yīng)管處于夾斷狀態(tài)。，稱場效應(yīng)管處于夾斷狀態(tài)。31.3輸出特性曲線輸出特性曲線 輸出特性是指在輸出特性是指在UGS一定時(shí)，一定時(shí)，ID與與UDS之間的關(guān)系。下圖（之間的關(guān)系。下圖（a）為某）為某N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的輸出特性曲線。由圖可以看出，特性曲線可分為三個(gè)溝道結(jié)型場效應(yīng)管的輸出特性曲線。由圖可以看出，特性曲線可分為三個(gè)區(qū)域：區(qū)域： (a)輸出特性 (b)轉(zhuǎn)移特性 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) 恒流區(qū)恒流區(qū) 夾

45、斷區(qū)夾斷區(qū)3.1.4轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線 所謂轉(zhuǎn)移特性是指在一定的所謂轉(zhuǎn)移特性是指在一定的UDS下，下，UGS對對ID的控制特性。為了進(jìn)的控制特性。為了進(jìn)一步了解柵源電壓對漏極電流的控制作用，上圖一步了解柵源電壓對漏極電流的控制作用，上圖(b)給出了給出了N溝道結(jié)型溝道結(jié)型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線。場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線。 2PGSDSSD1UUII 在場效應(yīng)管工作于正常的恒流區(qū)時(shí)，漏極電流在場效應(yīng)管工作于正常的恒流區(qū)時(shí)，漏極電流ID與柵極電壓與柵極電壓UGS的關(guān)的關(guān)系，近似為下式：系，近似為下式：3.2 絕緣柵場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管 絕緣柵場效應(yīng)管也有絕緣柵場效應(yīng)管也有N溝道和溝道和P溝道

46、兩類，其中每類又有增強(qiáng)型溝道兩類，其中每類又有增強(qiáng)型和耗盡型之分。下面以和耗盡型之分。下面以N溝道溝道MOS管為例來說明絕緣柵場效應(yīng)管管為例來說明絕緣柵場效應(yīng)管的工作原理。的工作原理。3.2.1 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型NMOS管管（1）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu) 在 一 塊在 一 塊 P 型 硅 片 （ 襯 底 ） 上 ， 擴(kuò) 散 形 成 兩 個(gè)型 硅 片 （ 襯 底 ） 上 ， 擴(kuò) 散 形 成 兩 個(gè) N 區(qū)作為漏極和源極，兩個(gè)區(qū)作為漏極和源極，兩個(gè)N區(qū)中間的半導(dǎo)體表面上有一層二氧化硅薄區(qū)中間的半導(dǎo)體表面上有一層二氧化硅薄層，氧化層上的金屬電極稱為柵極（層，氧化層上的金屬電極稱為柵極（G）。由于柵極與其它兩

47、個(gè)電極）。由于柵極與其它兩個(gè)電極是絕緣的，故稱為絕緣柵。是絕緣的，故稱為絕緣柵。 （2）工作原理）工作原理在上圖中，當(dāng)在上圖中，當(dāng)UGS 0時(shí)，漏極、源極之間形成兩個(gè)反向串聯(lián)的時(shí)，漏極、源極之間形成兩個(gè)反向串聯(lián)的PN結(jié)，結(jié)，沒有導(dǎo)電溝道，基本上沒有電流通過。若沒有導(dǎo)電溝道，基本上沒有電流通過。若UGS0時(shí)，柵極與襯底間時(shí)，柵極與襯底間以以SiO2為介質(zhì)構(gòu)成的電容器被充電，產(chǎn)生垂直于半導(dǎo)體表面的電場。為介質(zhì)構(gòu)成的電容器被充電，產(chǎn)生垂直于半導(dǎo)體表面的電場。此電場吸引此電場吸引P型襯底的電子并排斥空穴，當(dāng)型襯底的電子并排斥空穴，當(dāng)UGS到達(dá)到達(dá)UT（稱為開啟電（稱為開啟電壓）時(shí)，在柵極附近形成一個(gè)壓

48、）時(shí)，在柵極附近形成一個(gè)N型薄層，稱為型薄層，稱為“反型層反型層”或或“感生溝感生溝道道”。與結(jié)型場效應(yīng)管類似，漏源電壓。與結(jié)型場效應(yīng)管類似，漏源電壓UDS將使感生溝道產(chǎn)生不等寬將使感生溝道產(chǎn)生不等寬性。性。 顯然，顯然，UGS越高，電場就越強(qiáng)，感生溝道越寬，溝道電阻也就越小，越高，電場就越強(qiáng)，感生溝道越寬，溝道電阻也就越小，漏極電流漏極電流ID就越大。因此可以通過改變就越大。因此可以通過改變UGS電壓高低來控制電壓高低來控制ID的大小。的大小。3.2.2 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管管 如果在制造如果在制造MOS管的過程中，在二氧化硅絕緣層中摻入大量的正管的過程中，在二氧化硅絕緣層中摻入大

49、量的正離子，即使在離子，即使在UGS=0時(shí)，半導(dǎo)體表面也有垂直電場作用，并形成時(shí)，半導(dǎo)體表面也有垂直電場作用，并形成N型導(dǎo)電溝道。這種管子有原始導(dǎo)電溝道，故稱之為耗盡型型導(dǎo)電溝道。這種管子有原始導(dǎo)電溝道，故稱之為耗盡型 MOS管。管。MOS管一旦制成，管一旦制成， 原始溝道的寬度也就固定了。下圖為耗盡型原始溝道的寬度也就固定了。下圖為耗盡型 MOS管的符號，圖中箭頭的方向表示由管的符號，圖中箭頭的方向表示由P指向指向N。3.3 場效應(yīng)管的主要參數(shù)場效應(yīng)管的主要參數(shù)（1）夾斷電壓）夾斷電壓UP（2）開啟電壓）開啟電壓UT（3）飽和漏電流）飽和漏電流IDSS（4）低頻跨導(dǎo)）低頻跨導(dǎo)gm常數(shù)DSGS

50、DmddgUUI 對于工作于恒流區(qū)的結(jié)型場效應(yīng)管和耗盡型對于工作于恒流區(qū)的結(jié)型場效應(yīng)管和耗盡型MOS管，管，gm值也可值也可根據(jù)下式計(jì)算根據(jù)下式計(jì)算DDSSPPGSPDSSGS2PGSDSSm212d1dgIIUUUUIUUUI（5）直流輸入電阻）直流輸入電阻RGS（6）柵源擊穿電壓）柵源擊穿電壓U（BR）GS3.4 場效應(yīng)管的特性比較及主要特點(diǎn)場效應(yīng)管的特性比較及主要特點(diǎn)3.4.1特性比較特性比較3.4.2主要特點(diǎn)主要特點(diǎn) （1）場效應(yīng)管是一種電壓控制器件，柵極幾乎不取電流，）場效應(yīng)管是一種電壓控制器件，柵極幾乎不取電流，所以其直流輸入電阻和交流輸入電阻極高。所以其直流輸入電阻和交流輸入電阻

51、極高。 （2）場效應(yīng)管是單極型器件，即只由一種多數(shù)載流子）場效應(yīng)管是單極型器件，即只由一種多數(shù)載流子（如（如N溝道的自由電子）導(dǎo)電，不易受溫度和輻射的影響。溝道的自由電子）導(dǎo)電，不易受溫度和輻射的影響。各種場效應(yīng)管的符號、電壓極性及特性曲線，見表各種場效應(yīng)管的符號、電壓極性及特性曲線，見表1-2.4 整流電源整流電源 小功率直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路小功率直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路幾個(gè)部分組成幾個(gè)部分組成 。4.1 單相半波整流電路單相半波整流電路4.1.1單相半波整流電路的工作原理單相半波整流電路的工作原理單相半波整流電路及波形 當(dāng)當(dāng)u2在正半

52、周時(shí)，變壓器二次側(cè)在正半周時(shí)，變壓器二次側(cè)電位為上正下負(fù)，二極管因正向偏置電位為上正下負(fù)，二極管因正向偏置而導(dǎo)通，電流流過負(fù)載。當(dāng)而導(dǎo)通，電流流過負(fù)載。當(dāng)u2在負(fù)半在負(fù)半周時(shí)，變壓器二次側(cè)電位為下正上負(fù)，周時(shí)，變壓器二次側(cè)電位為下正上負(fù)，二極管因反向偏置而截止，負(fù)載中沒二極管因反向偏置而截止，負(fù)載中沒有電流流過。由于在正弦電壓的一個(gè)有電流流過。由于在正弦電壓的一個(gè)周期內(nèi)，周期內(nèi)， 上只有半個(gè)周期內(nèi)有電流和電上只有半個(gè)周期內(nèi)有電流和電壓，所以這種電路稱為半波整流電路。壓，所以這種電路稱為半波整流電路。 LR4.1.2負(fù)載上的直流電壓和電流值的計(jì)算負(fù)載上的直流電壓和電流值的計(jì)算 負(fù)載上得到的電壓平

53、均值為負(fù)載上得到的電壓平均值為UL 0.45U2 負(fù)載中通過的電流平均值為負(fù)載中通過的電流平均值為 LLRUL2R45. 0U IL4.1.3 二極管的選擇二極管的選擇二極管的最大反向工作電壓大于變壓器二次側(cè)電壓二極管的最大反向工作電壓大于變壓器二次側(cè)電壓u2的最大幅的最大幅值，即值，即22UURM二極管的最大整流電流二極管的最大整流電流IF應(yīng)大于負(fù)載電流應(yīng)大于負(fù)載電流IL，即，即 IFIL 整流電路輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)整流電路輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S定義為輸出電壓基波的最大值與定義為輸出電壓基波的最大值與其平均值的比值。其平均值的比值。 57. 1222UUS22OO1MUU 可見單相半波整流電路

54、雖然結(jié)構(gòu)簡單，所用元件少，但輸出電壓可見單相半波整流電路雖然結(jié)構(gòu)簡單，所用元件少，但輸出電壓脈動(dòng)大，整流效果差，只適用于要求不高的場合。脈動(dòng)大，整流效果差，只適用于要求不高的場合。 例例15 某直流負(fù)載，電阻為某直流負(fù)載，電阻為1k , 要求工作電流為要求工作電流為15mA，如果采，如果采用半波整流電路，試求變壓器二次側(cè)的電壓值，并選擇合適的整用半波整流電路，試求變壓器二次側(cè)的電壓值，并選擇合適的整流二極管。流二極管。 解：解： 由于由于oLoIRU.=1V1510151033 UVUo3345. 01545. 012 流過二極管的平均電流為：流過二極管的平均電流為：mAIIoD15二極管承受

55、的反向電壓為：二極管承受的反向電壓為： VUURM473341. 122根據(jù)以上求得的參數(shù)，查晶體管手冊，可選用一只額定整流電根據(jù)以上求得的參數(shù)，查晶體管手冊，可選用一只額定整流電流為流為100mA，最高反向電壓為，最高反向電壓為50 V 的的2CZ52B型整流二極管。型整流二極管。 4.2單相全波整流電路單相全波整流電路 4.2.1單相全波整流電路工作原理單相全波整流電路工作原理單相全波整流電路 在在u2的正半周時(shí)，的正半周時(shí)，VD1為正向?qū)?，電流為正向?qū)ǎ娏鱥D1經(jīng)經(jīng)VD1流過流過RL回到變回到變壓器的中心抽頭。此時(shí)壓器的中心抽頭。此時(shí)VD2處于反向偏置而截止。處于反向偏置而截止。

56、在在u2的負(fù)半周，的負(fù)半周，VD2正向?qū)?，電流正向?qū)?，電流iD2經(jīng)經(jīng)VD2流過流過RL回到變壓回到變壓器的中心抽頭，此時(shí)器的中心抽頭，此時(shí)VD1處于反向偏置而截止。由此可見全波整流處于反向偏置而截止。由此可見全波整流電路在電路在u2 的正半周和負(fù)半周中，的正半周和負(fù)半周中，VD1和和VD2 輪流導(dǎo)通，負(fù)載輪流導(dǎo)通，負(fù)載RL在在u2的正、負(fù)半波中均有電流通過，且通過的電流方向相同，這樣就將的正、負(fù)半波中均有電流通過，且通過的電流方向相同，這樣就將雙向交流信號變成了單向信號。雙向交流信號變成了單向信號。 4.2.2 負(fù)載上的直流電壓和電流值計(jì)算負(fù)載上的直流電壓和電流值計(jì)算負(fù)載上的直流電壓負(fù)載上

57、的直流電壓 ULUO20.45U20.9U2 LLRUL2RU 負(fù)載中的平均電流負(fù)載中的平均電流 IL0.9 4.2.3二極管的選擇二極管的選擇URM22U2 21IFIL 4.3單相橋式整流電路單相橋式整流電路 該電路共用四只二極管，接成電橋型結(jié)構(gòu)，故稱其為橋式整流電路。該電路共用四只二極管，接成電橋型結(jié)構(gòu)，故稱其為橋式整流電路。4.3.1單相橋式整流電路工作原理單相橋式整流電路工作原理 在在u2正半周，變壓器副邊電壓為上正下負(fù)，二極管正半周，變壓器副邊電壓為上正下負(fù)，二極管VD1、VD3導(dǎo)通，電流流通路徑如下圖（導(dǎo)通，電流流通路徑如下圖（a）所示。在）所示。在u2負(fù)半周，變壓器副邊負(fù)半周，

58、變壓器副邊電壓為下正上負(fù)，二極管電壓為下正上負(fù)，二極管VD2、VD4導(dǎo)通，電流流通路徑如下圖導(dǎo)通，電流流通路徑如下圖（b）所示。可以看出在）所示。可以看出在u2整個(gè)周期里，負(fù)載中都有電流流過，而整個(gè)周期里，負(fù)載中都有電流流過，而且電流的方向不變，負(fù)載上的電壓波形見下圖（且電流的方向不變，負(fù)載上的電壓波形見下圖（c）。）。 單相橋式整流電路4.3.2 負(fù)載上直流電壓和電流值的計(jì)算負(fù)載上直流電壓和電流值的計(jì)算 22209 . 022)(sin21UUttdUUOLLOLRURUI29 . 04.3.3 二極管的選擇二極管的選擇22UURLFII21 單相橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小

59、，整單相橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，整流二極管所承受的最高反向電壓較低，電源變壓器得到了充分的流二極管所承受的最高反向電壓較低，電源變壓器得到了充分的利用，效率高，因而應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是二極管用得較多。目前，利用，效率高，因而應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是二極管用得較多。目前，器件生產(chǎn)廠商已經(jīng)將四個(gè)整流二極管封裝到一起，構(gòu)成模塊化的器件生產(chǎn)廠商已經(jīng)將四個(gè)整流二極管封裝到一起，構(gòu)成模塊化的整流橋，使用更為方便。整流橋，使用更為方便。 例例1-6 某光電檢測儀的光碼盤電機(jī)，要求某光電檢測儀的光碼盤電機(jī)，要求9V直流電壓和額定電直流電壓和額定電流為流為500mA的直流電源，試為該電源選擇整流元件和

60、整流變壓器。的直流電源，試為該電源選擇整流元件和整流變壓器。解：擬采用單相橋式整流電路。解：擬采用單相橋式整流電路。VUO9V5 . 02負(fù)載額定電壓負(fù)載額定電壓考慮每半周均有兩只二極管導(dǎo)電，應(yīng)當(dāng)考慮考慮每半周均有兩只二極管導(dǎo)電，應(yīng)當(dāng)考慮為此，變壓器副邊電壓為為此，變壓器副邊電壓為的正向壓降。的正向壓降。VUUO115 .029 .02二極管截止時(shí)承受最高反向工作電壓為二極管截止時(shí)承受最高反向工作電壓為 VVUURM6 .1521122 二極管額定電流二極管額定電流 AIILF25. 021 由此，可以選擇由此，可以選擇2CZ53A，其額定正向整流電流平均值為，其額定正向整流電流平均值為0.3