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北京交通大学电工第六章北京交通大学电工第六章下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。进入近代科学技术发展的一个重要标志。进入21世纪，人们面临的是以微电子技术（半导体和集成电路为代表）电世纪，人们面临的是以微电子技术（半导体和集成电路为代表）电子计算机和因特网为标志的信息社会。高科技的广泛应用使社会生产力和经济获得了空前的发展。现代电子技子计算机和因特网为标志的信息社会。高科技的广泛应用使社会生产力和经济获得了空前的发展。现代电子技术在国防、科学、工业、医学、通讯（信息处理、传输和交流）及文化生活等各个领域中都起着巨大的作用。术在国防、科学、工业、医学、通讯（信息处理、传输和交流）及文化生活等各个领域中都起着巨大的作用。现在的世界，电子技术无处不在：收音机、彩电、音响、现在的世界，电子技术无处不在：收音机、彩电、音响、VCD、DVD、电子手表、数码相机、微电脑、大规模、电子手表、数码相机、微电脑、大规模生产的工业流水线、因特网、机器人、航天飞机、宇宙探测仪，可以说，人们现在生活在电子世界中，一天也生产的工业流水线、因特网、机器人、航天飞机、宇宙探测仪，可以说，人们现在生活在电子世界中，一天也离不开它。离不开它。电子技术的应用电子技术的应用下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页IBM7090电子计算机的发展 伴随着电子技术的发展而飞速发展起来的电子计算机所经历的四个阶段充分说明了电子技术发展的四个阶段的特性。第一代（19461957）电子管计算机第二代（19581963）晶体管计算机第三代（19641970）集成电路计算机第四代（1971）大规模集成电路计算机 世界上第一台电子计算机于世界上第一台电子计算机于19461946年在美年在美国研制成功，取名国研制成功，取名ENIACENIAC。这台计算机使用了。这台计算机使用了1880018800个电子管，占地个电子管，占地170170平方米，重达平方米，重达3030吨，吨，耗电耗电140140千瓦，价格千瓦，价格4040多万美元，是一个昂贵多万美元，是一个昂贵耗电的耗电的 庞然大物庞然大物。由于它采用了电子线路。由于它采用了电子线路来执行算术运算、逻辑运算和存储信息，从来执行算术运算、逻辑运算和存储信息，从而就大大提高了运算速度。而就大大提高了运算速度。ENIACENIAC每秒可进行每秒可进行50005000次加法和减法运算，把计算一条弹道的次加法和减法运算，把计算一条弹道的时间短为时间短为3030秒。它最初被专门用于弹道运算，秒。它最初被专门用于弹道运算，后来经过多次改进而成为能进行各种科学计后来经过多次改进而成为能进行各种科学计算的通用电子计算机。从算的通用电子计算机。从19461946年年2 2月交付使用，月交付使用，到到19551955年年1010月最后切断电源，月最后切断电源，ENIACENIAC服役长达服役长达9 9年。年。IBM360晶体管计算机晶体管计算机ENIACENIAC品牌电脑品牌电脑下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页IBM7090ENIACENIAC电子计算机的发展IBM360晶体管计算机晶体管计算机品牌电脑品牌电脑第一代（第一代（19461957）电子管计算机时代：它的基本电子元件是电子管，内存）电子管计算机时代：它的基本电子元件是电子管，内存储器采用水银延迟线，外存储器主要采用磁鼓、纸带、卡片、磁带等。由于当储器采用水银延迟线，外存储器主要采用磁鼓、纸带、卡片、磁带等。由于当时电子技术的限制，运算速度只是每秒几千次时电子技术的限制，运算速度只是每秒几千次几万次基本运算，内存容量仅几万次基本运算，内存容量仅几千个字。程序语言处于最低阶段，主要使用二进制表示的机器语言编程，后几千个字。程序语言处于最低阶段，主要使用二进制表示的机器语言编程，后阶段采用汇编语言进行程序设计。体积大，耗电多，速度低，造价高，使用不阶段采用汇编语言进行程序设计。体积大，耗电多，速度低，造价高，使用不便，主要局限于一些军事和科研部门进行科学计算。（便，主要局限于一些军事和科研部门进行科学计算。（ENIAC）第二代（第二代（19581963）晶体管计算机时代：）晶体管计算机时代：它的基本电子元件是晶体管，内存储器大量它的基本电子元件是晶体管，内存储器大量使用磁性材料制成的磁芯存储器。与第一代使用磁性材料制成的磁芯存储器。与第一代电子管计算机相比，晶体管计算机体积小，电子管计算机相比，晶体管计算机体积小，耗电少，成本低，逻辑功能强，使用方便，耗电少，成本低，逻辑功能强，使用方便，可靠性高可靠性高。（。（IBM7090）第三代（第三代（19641970）集成电路计算机时代：）集成电路计算机时代：它的基本元件是小规模集成电路和中规模集成它的基本元件是小规模集成电路和中规模集成电路，磁芯存储器进一步发展，并开始采用性电路，磁芯存储器进一步发展，并开始采用性能更好的半导体存储器，运算速度提高到每秒能更好的半导体存储器，运算速度提高到每秒几十万次基本运算。由于采用了集成电路，第几十万次基本运算。由于采用了集成电路，第三代计算机各方面性能都有了极大提高：体积三代计算机各方面性能都有了极大提高：体积缩小，价格降低，功能增强，可靠性大大提高。缩小，价格降低，功能增强，可靠性大大提高。（IBM360系列为代表）系列为代表）第四代（第四代（1971）大规模集成电路计算机时代：）大规模集成电路计算机时代：它的基本元件是大规模集成电路，甚至超大规它的基本元件是大规模集成电路，甚至超大规模集成电路，集成度很高的半导体存储器替代模集成电路，集成度很高的半导体存储器替代了磁芯存储器，运算速度可达每秒几百万次，了磁芯存储器，运算速度可达每秒几百万次，甚至上亿次基本运算。具有体积小、功能强、甚至上亿次基本运算。具有体积小、功能强、可靠性高等特点。可靠性高等特点。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页EDA技术 电电子子设设计计技技术术的的核核心心就就是是E ED DA A技技术术。E ED DA A是是指指以以计计算算机机为为工工作作平平台台，融融合合应应用用电电子子技技术术、计计算算机机技技术术、智智能能化化技技术术最最新新成成果果而而研研制制成成的的电电子子C CA AD D通通用用软软件件包包，主主要要能能辅辅助助进进行行三三方方面面的的设设计计工工作作，即即I IC C设设计计、电电子子电电路路设设计计和和P PC CB B设设计计。电子系统设计自动化电子系统设计自动化(ESDA)(ESDA)阶段（阶段（90 90年代以后）：设计人员按照年代以后）：设计人员按照“自顶自顶向下向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（路用一片或几片专用集成电路（ASICASIC）实现，然后采用硬件描述语言）实现，然后采用硬件描述语言（HDLHDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。器件。EDAEDA技术发展的三个阶段：技术发展的三个阶段：计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)(CAD)阶段（阶段（70 70年代）：用计算机辅助进行年代）：用计算机辅助进行ICIC版图编辑、版图编辑、PCBPCB布局布线，取代了手工操作。布局布线，取代了手工操作。计算机辅助工程计算机辅助工程(CAE)(CAE)阶段（阶段（80 80年代）：与年代）：与CADCAD相比，相比，CAECAE除了有纯粹的除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。CAECAE的主要功能是：原理的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCBPCB后分析。后分析。ARM开发板开发板下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页纳米电子技术纳米电子学主要在纳米尺度空间内研究电子、原子和分子纳米电子学主要在纳米尺度空间内研究电子、原子和分子运动规律和特性，研究纳米尺度空间内的纳米膜、纳米线。纳运动规律和特性，研究纳米尺度空间内的纳米膜、纳米线。纳米点和纳米点阵构成的基于量子特性的纳米电子器件的电子学米点和纳米点阵构成的基于量子特性的纳米电子器件的电子学功能、特性以及加工组装技术。其性能涉及放大、振荡、脉冲功能、特性以及加工组装技术。其性能涉及放大、振荡、脉冲技术、运算处理和读写等基本问题。其新原理主要基于电子的技术、运算处理和读写等基本问题。其新原理主要基于电子的波动性、电子的量子隧道效应、电子能级的不连续性、量子尺波动性、电子的量子隧道效应、电子能级的不连续性、量子尺寸效应和统计涨落特性等。寸效应和统计涨落特性等。从微电子技术到纳米电子器件将是电子器件发展的第二次从微电子技术到纳米电子器件将是电子器件发展的第二次变革，与从真空管到晶体管的第一次变革相比，它含有更深刻变革，与从真空管到晶体管的第一次变革相比，它含有更深刻的理论意义和丰富的科技内容。在这次变革中，传统理论将不的理论意义和丰富的科技内容。在这次变革中，传统理论将不再适用，需要发展新的理论，并探索出相应的材料和技术。再适用，需要发展新的理论，并探索出相应的材料和技术。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第6 6章章 半导体二极管和整流电路半导体二极管和整流电路本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：一、理解一、理解一、理解一、理解PNPN结的单向导电性；结的单向导电性；结的单向导电性；结的单向导电性；二、了解二极管、稳压管的基本构造、工作原理和二、了解二极管、稳压管的基本构造、工作原理和二、了解二极管、稳压管的基本构造、工作原理和二、了解二极管、稳压管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；特性曲线，理解主要参数的意义；特性曲线，理解主要参数的意义；特性曲线，理解主要参数的意义；三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。果。果。果。对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。就不要过分追究精确的数值。就不要过分追究精确的数值。就不要过分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、RC RC 的值有误差、的值有误差、的值有误差、的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。件的目的在于应用。件的目的在于应用。件的目的在于应用。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页6.1 PNPN结和半导体二极管结和半导体二极管半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：(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)。掺杂性掺杂性掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化(可做可做可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等)。热敏性：热敏性：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，导电能力显著增强下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页本征半导体本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。半导体。半导体。半导体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子价电子价电子。Si Si Si Si价电子价电子下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 Si Si Si Si价电子价电子价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，（温度升高或受光照）后，（温度升高或受光照）后，（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成即可挣脱原子核的束缚，成即可挣脱原子核的束缚，成即可挣脱原子核的束缚，成为为为为自由电子自由电子自由电子自由电子（带负电），同（带负电），同（带负电），同（带负电），同时共价键中留下一个空位，时共价键中留下一个空位，时共价键中留下一个空位，时共价键中留下一个空位，称为称为称为称为空穴空穴空穴空穴（带正电）（带正电）（带正电）（带正电）。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴温度愈高，晶体中产温度愈高，晶体中产温度愈高，晶体中产温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。自由电子自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流两部分电流两部分电流两部分电流(1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流电子电流电子电流(2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流注意：注意：注意：注意：(1)(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)温度愈高，温度愈高，温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性半导体的导电性半导体的导电性半导体的导电性能也就愈好。能也就愈好。能也就愈好。能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。空穴成对地产生的同时，又不断复合。空穴成对地产生的同时，又不断复合。空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体或或或或N N型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电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在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。形成杂质半导体。形成杂质半导体。形成杂质半导体。在在在在N N 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中自由电子是自由电子是自由电子是自由电子是多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流子。子。子。子。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或 P P型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在在在 PP型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中空穴是多空穴是多空穴是多空穴是多数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载流子。流子。流子。流子。B硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴无论无论无论无论N N型或型或型或型或P P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与（a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。2.2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与（a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。3.3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量（a.a.减少、减少、减少、减少、b.b.不变、不变、不变、不变、c.c.增多）。增多）。增多）。增多）。a ab bc c4.4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，PP型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是主要是主要是 ，NN型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是。（a.a.电子电流、电子电流、电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）空穴电流）空穴电流）b ba a下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页PNPN结的形成结的形成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PP型半导体型半导体型半导体型半导体NN型半导体型半导体型半导体型半导体内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间电荷区变薄。电荷区变薄。电荷区变薄。电荷区变薄。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。空间电荷区也称空间电荷区也称PN结结扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移这一对相反的这一对相反的这一对相反的这一对相反的运动最终达到运动最终达到运动最终达到运动最终达到动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。度固定不变。度固定不变。+形成空间电荷区形成空间电荷区下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页PN结的单向导电性结的单向导电性1.PN1.PN结加正向电压结加正向电压结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）PN结变窄结变窄P接正、接正、N接负接负外电场外电场IF内电场被内电场被内电场被内电场被削弱，多子削弱，多子削弱，多子削弱，多子的扩散加强，的扩散加强，的扩散加强，的扩散加强，形成较大的形成较大的形成较大的形成较大的扩散电流。扩散电流。扩散电流。扩散电流。PNPN结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结变窄，正向电流较结变窄，正向电流较结变窄，正向电流较结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，大，正向电阻较小，大，正向电阻较小，大，正向电阻较小，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页PNPN结变宽结变宽结变宽结变宽2.PN2.PN结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场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。IRPP接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PNPN结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，反向电阻较大，反向电阻较大，反向电阻较大，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页6.1.2半导体二极管半导体二极管基本结构基本结构(a)(a)点接触型点接触型点接触型点接触型(b)(b)面接触型面接触型面接触型面接触型结面积小、结面积小、结面积小、结面积小、结电容小、正结电容小、正结电容小、正结电容小、正向电流小。用向电流小。用向电流小。用向电流小。用于检波和变频于检波和变频于检波和变频于检波和变频等高频电路。等高频电路。等高频电路。等高频电路。结面积大、结面积大、结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、正向电流大、结电容大，用结电容大，用结电容大，用结电容大，用于工频大电流于工频大电流于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。整流电路。整流电路。(c)(c)平面型平面型平面型平面型用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小，结结面积可大可小，结结面积可大可小，结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页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极引线阴极引线(b)面接触型面接触型图图112半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阴极阳极阳极(d)符号符号D下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页伏安特性伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管锗管锗管0.1V0.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降 外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区外加电压大于死区电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性特点：非线性特点：非线性特点：非线性特点：非线性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.20.3V.20.3VUI死区电压死区电压死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流反向电流反向电流在一定电压在一定电压在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持范围内保持范围内保持常数。常数。常数。常数。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页主要参数主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 I IOMOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。平均电流。平均电流。平均电流。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWMRWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二。的一半或三分之二。的一半或三分之二。的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.3.反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流I IRMRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的受温度的受温度的受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页二极管二极管的单向导电性的单向导电性1.1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负极接负极接负极接负）时，）时，）时，）时，二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。向电阻较小，正向电流较大。向电阻较小，正向电流较大。向电阻较小，正向电流较大。2.2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正极接正极接正极接正）时，）时，）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。向电阻较大，反向电流很小。向电阻较大，反向电流很小。向电阻较大，反向电流很小。3.3.3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。去单向导电性。去单向导电性。去单向导电性。4.4.4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。向电流愈大。向电流愈大。向电流愈大。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止否则，正向管压降否则，正向管压降否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅硅硅0 0 0 0.60.7V.60.7V锗锗锗锗0 0.20.3V.20.3V分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压的高低或所加电压的高低或所加电压的高低或所加电压U UD D的正负。的正负。的正负。的正负。若若若若VV阳阳阳阳VV阴阴阴阴或或或或 U UD D为正为正为正为正(正向偏置正向偏置正向偏置正向偏置)，二极管导通，二极管导通，二极管导通，二极管导通若若若若VV阳阳阳阳VVV阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB=6V6V否则，否则，否则，否则，U UABAB低于低于低于低于6V6V一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为6.36.3或或或或6.7V6.7V例例1：取取取取BB点作参考点，点作参考点，点作参考点，点作参考点，断开二极管，分析二断开二极管，分析二断开二极管，分析二断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电位。位。位。位。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。D6V12V3k BAUAB+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取取取BB点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极的电位。的电位。的电位。的电位。V V1 1阳阳阳阳=6V6V，V V2 2阳阳阳阳=0V=0V，V V1 1阴阴阴阴=V V2 2阴阴阴阴=12V12VU UD1D1=6V=6V，U UD2D2=12V=12V U UD2D2U UD1D1 D D22优先导通，优先导通，优先导通，优先导通，D D1 1截止。截止。截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB =0V=0V例例2:D D1 1承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为6V6V流过流过流过流过DD2 2 的电流为的电流为的电流为的电流为求：求：求：求：U UABAB 在这里，在这里，在这里，在这里，D D22起起起起钳位作用，钳位作用，钳位作用，钳位作用，D D1 1起起起起隔离作用。隔离作用。隔离作用。隔离作用。BD16V12V3k AD2UAB+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页u ui i8V8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路u uo o=8V=8V u ui i8VVVb b，二极管二极管二极管二极管D D导通；导通；导通；导通；3.3.工作波形工作波形工作波形工作波形 u 负半周，负半周，VauC时，二极管导通，时，二极管导通，电源在给负载电源在给负载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。u u I IOMOM时，时，时，时，U UR R较大，较大，较大，较大，T T导通导通导通导通，I IOO=I IOMOM+I+IC CR可由功率管可由功率管T的的UBE和稳压器的和稳压器的IOM确定确定,即即R UBE/IOM。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页6.6.三端可调输出集成稳压器的应用三端可调输出集成稳压器的应用三端可调输出集成稳压器的应用三端可调输出集成稳压器的应用流过调整端电流流过调整端电流100A，在要求不高的场合它，在要求不高的场合它在在R2上的压降可以忽略上的压降可以忽略2 2、1 1两端电压为两端电压为两端电压为两端电压为1.25V1.25V 基准电压基准电压基准电压基准电压COCW117CiUi+_+_UO321AdjR1R2240 1F0.1F