半导体二极管及其电路分析.pptx

电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术绪论绪论 自然界中的自然界中的两大两大类信息，类信息，模拟模拟信息和信息和数字数字信息信息都可以通过物理或化学的转换方式变成电信号。都可以通过物理或化学的转换方式变成电信号。数字信号：数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。在时间和幅值上都是离散的信号。对模拟信号在一定的时间间隔上采样，则模拟信对模拟信号在一定的时间间隔上采样，则模拟信号在时间上离散了；对各采样值进行量化，则采样信号在时间上离散了；对各采样值进行量化，则采样信号幅度也离散了。号幅度也离散了。处理数字信号的电子电路称为处理数字信号的电子电路称为数字电路或数字逻数字电路或数字逻辑电路辑电路。模拟信号：模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。在时间和幅值上都是连续的信号。处理模拟信号的电子电路称为处理模拟信号的电子电路称为模拟电路模拟电路。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术温度传感（输入）信号放大信号滤波控制执行（输出）功率放大数模转换数字逻辑电路模数转换恒温装置模拟小信号电路模拟小信号电路数字电路数字电路非电子物理非电子物理系统系统模拟大信模拟大信号电路号电路电电子子系系统统电子系统的组成框图电子系统的组成框图 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术模拟电路特点 模拟电子技术是一门介绍电子器件、电子电模拟电子技术是一门介绍电子器件、电子电路和电子技术应用的专业基础课程，主要研路和电子技术应用的专业基础课程，主要研究微小模拟信号的放大和功率控制等内容。究微小模拟信号的放大和功率控制等内容。将电路理论扩展到包含有源器件（晶体管、将电路理论扩展到包含有源器件（晶体管、场效应管、集成运放等）的电子电路中。场效应管、集成运放等）的电子电路中。概念性、工程性及实践性强。概念性、工程性及实践性强。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术 目目 录录第第1章章半半导体二极管及其基本体二极管及其基本应用用第第2章章半半导体三极管及其基本体三极管及其基本应用用第第3章章放大放大电路基路基础第第4章章负反反馈放大放大电路路第第5章章集成运算放大器的集成运算放大器的应用用第第6章章信号信号产生生电路路第第7章章直流直流稳压电源源 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术功放电路功放电路电源部分电源部分 黑白电视机黑白电视机电源部分电源部分 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术电源变压器电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压u u1 1变为合适的交流电压变为合适的交流电压u u2 2。整流电路整流电路:将交流电压将交流电压u u2 2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u u3 3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压u u3 3转转变为平滑的直流电压变为平滑的直流电压u u4 4。稳稳压电路压电路:清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压保持输出电压 u uo o的稳定。的稳定。直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术一一.半波整流电路半波整流电路u1u2aTbDRLuo+利利利利用用用用具具具具有有有有单单单单向向向向导导导导电电电电性性性性能能能能的的的的整整整整流流流流元元元元件件件件如如如如二二二二极极极极管管管管等等等等，将将将将交交交交流流流流电电电电转转转转换换换换成成成成单单单单向向向向脉脉脉脉动动动动直直直直流流流流电电电电的的的的电电电电路路路路称称称称为为为为整整整整流流流流电电电电路路路路。整整整整流流流流电电电电路路路路按按按按输输输输入入入入电电电电源源源源相相相相数数数数可可可可分分分分为为为为单单单单相相相相整整整整流流流流电电电电路路路路和和和和三三三三相相相相整整整整流流流流电电电电路路路路，按按按按输输输输出出出出波波波波形形形形又又又又可可可可分分分分为为为为半半半半波波波波整整整整流流流流电电电电路路路路和和和和全全全全波波波波整整整整流流流流电电电电路路路路。目目目目前前前前广广广广泛泛泛泛使使使使用用用用的的的的是是是是桥桥桥桥式式式式整流电路。整流电路。整流电路。整流电路。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术二二.桥式整流电路桥式整流电路u1u2TD3D2D1D4RLuo组成：由四个二极管组成桥路组成：由四个二极管组成桥路RLD1D3D2D4u2uou2uo简化电路简化电路二二.桥式整流电路桥式整流电路u1u2TD3D2D1D4RLuo 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术半导体二极管图片 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术1.2半导体二极管及其特性1.2.1 二极管的结构与类型二极管的结构与类型 半导体二极管是由结加上引线和管壳构成的。二极管类型二极管类型按制造材料分按制造材料分硅二极管锗二极管按管子按管子结构分结构分点接触型点接触型面接触型面接触型PN结面积很小，结电容很小，适合于高频、小电流的场合，如用于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。PN结面积大，结电容也大，适合于低频、大电流的场合，多用在低频整流电路中。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术阳极阳极阴极阴极半导体半导体PN结结外壳外壳外壳外壳底座底座底座底座阴极阴极阳极阳极半导体半导体PN结结点接触型点接触型面接触型面接触型二极管结构二极管结构二极管符号二极管符号箭头表示正电流的流通方向箭头表示正电流的流通方向 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术半导体有半导体有温敏、光敏温敏、光敏和和掺杂掺杂等导电特性。等导电特性。根据物体导电能力，物质可划分根据物体导电能力，物质可划分导体导体和和绝缘体绝缘体。导体导体 绝缘体绝缘体导电能力用电阻率导电能力用电阻率(或电导率）来描述：或电导率）来描述：导体导体 1010-4-4/cm/cm绝缘体绝缘体10109 9/cm/cm导体、绝缘体和半导体的划分半导体半导体1.1 半导体的基础知识 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术典型的半典型的半导体材料体材料 元素元素硅（硅（Si）、锗（锗（Ge）化合物化合物砷化镓（砷化镓（GaAs）掺杂元素或化合物掺杂元素或化合物硼（硼（B）、磷（磷（P）半导体材料半导体材料硅硅 14 14 1s1s2 2，2s2s2 2，2p2p6 6，3s3s2 2，3p3p2 2锗锗 32 32 1s1s2 2，2s2s2 2，2p2p6 6，3s3s2 2，3p3p6 6，3d3d1010，4s4s2 2，4p4p2 2+14原子核原子核电子电子价电子价电子硅的原子结构硅的原子结构 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术晶体结构晶体结构 半半导体材料的原子形成有序的排列，体材料的原子形成有序的排列，邻近原子之近原子之间由共价由共价键连接，所以半接，所以半导体是体是共共价晶体价晶体。半。半导体器件也常称体器件也常称为晶体管晶体管。单晶与多晶单晶与多晶整块晶体的晶格取向是否一致整块晶体的晶格取向是否一致晶体与非晶体晶体与非晶体原子结构排列是否有序原子结构排列是否有序 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术1.1.1 本征半导体本征半导体 纯净的晶体结构的半导体称为纯净的晶体结构的半导体称为本征半导体本征半导体。须在单晶炉中提炼得到，纯净可达到须在单晶炉中提炼得到，纯净可达到99.99999。每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过共共共共价键价键价键价键紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术本征半导体导电机理本征半导体导电机理 在在外界光照或加热外界光照或加热等情况下，等情况下，共价键中的价电子由于获得一定的能量,其中少数能够摆脱共价键的束缚而成为自由电子自由电子自由电子自由电子,同时必然在共价键中留下空位（空穴空穴空穴空穴）,这种现象称为本征（热）激发本征（热）激发本征（热）激发本征（热）激发。1 1本征激发本征激发 由于自由电子带负电，而本征半导体对外体现电中性，所以空空穴带正电穴带正电。自由电子和空穴是自由电子和空穴是同时产生，成对出同时产生，成对出现的现的。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术2复合复合在一定的外界条件下，自由电子在运动过程中与空穴相遇,使电子、空穴成对消失，这种现象称为复合复合复合复合。新的空穴又会被邻近的价电子填补。带负电荷的自由电子依带负电荷的自由电子依次填补空穴的运动，从效果上次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。相反方向的运动。有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术 电荷的定向移动形成电流，因此本征半导体中有两种两种载流子：自由电子和空穴自由电子和空穴 在常温下，本征半导体中载流子的浓度很低，因此其导电能力很弱。3载流子及导电能力载流子及导电能力 本征半导体中载流子的浓度，除了与半导体材料本身的性质有关以外，还与温度有关，而且随着温度的升高，基本上按指数规律增加。因此，半导体半导体（载流子浓度）对温度十分敏感对温度十分敏感。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术1.1.2 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中人为掺入微量元素作为杂质，称为在本征半导体中人为掺入微量元素作为杂质，称为杂质杂质半导体半导体。掺杂是为了显著改变半导体中的自由电子浓度或空掺杂是为了显著改变半导体中的自由电子浓度或空穴浓度，以明显穴浓度，以明显提高半导体的导电性能提高半导体的导电性能。N N型半导体型半导体型半导体型半导体 在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等5价价元素，由于这类元素的原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子导电，称为N N型半导体型半导体型半导体型半导体（电子半导体），其中自自由电子为多数载流子由电子为多数载流子，本征（热）激发形成的空穴为少空穴为少数载流子数载流子。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术自由电子自由电子自由电子自由电子 多数载流子（简称多子多子多子多子）空空空空 穴穴穴穴少数载流子（简称少子少子少子少子）多余价电子容易成为自由电子，可以参与导电。多余价电子容易成为自由电子，可以参与导电。提供自由电子后的五价杂质原子因带正电荷而成提供自由电子后的五价杂质原子因带正电荷而成为为正离子正离子，因此五价杂质原子称为，因此五价杂质原子称为施主杂质施主杂质。正离子束缚于晶格中，不参与导电。正离子束缚于晶格中，不参与导电。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术P P型半导体型半导体型半导体型半导体 在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等3价价元素，由于这类元素的原子最外层只有3个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称为P P型半导体型半导体型半导体型半导体（空穴半导体）。在 P 型半导体中空穴是多数载流子空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子自由电子是少数载流子，它仍由热激发形成。自由电子自由电子自由电子自由电子 多数载流子（简称多子多子多子多子）空空空空 穴穴穴穴少数载流子（简称少子少子少子少子）电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术 空位很容易俘获邻近四价原子的价电子，即在邻近产生一空位很容易俘获邻近四价原子的价电子，即在邻近产生一个空穴，空穴可以参与导电。个空穴，空穴可以参与导电。空位俘获电子后，使杂质原子成为空位俘获电子后，使杂质原子成为负离子。负离子。三价杂质因而三价杂质因而也称为也称为受主杂质受主杂质。负离子束缚于晶格中，不参与导电。负离子束缚于晶格中，不参与导电。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术【注注】1、无论是P型半导体还是N型半导体都是中性的，对外不显电性。2、掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多,导电性能越好。3、少数载流子是热激发而产生的，其数量的多少决定于温度。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术u半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散扩散运动运动。载流子在电场作用下的定向运动称为漂漂移运动移运动。u将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层 PN结结。1 1 1 1PNPNPNPN结的形成结的形成结的形成结的形成1.1.3 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术（1 1）两边的浓度差引起载流子的扩散运动）两边的浓度差引起载流子的扩散运动（2 2）复合形成内电场：阻挡扩散，促使漂移）复合形成内电场：阻挡扩散，促使漂移（3 3）扩散和漂移动态平衡：）扩散和漂移动态平衡：PNPN结结 （空间电荷区、耗尽层、势垒区、阻挡层）（空间电荷区、耗尽层、势垒区、阻挡层）PNPN结的形成过程结的形成过程结的形成过程结的形成过程 硅材料硅材料PN结内结内电位差为电位差为0.50.7V;锗材料锗材料0.20.3V。温度升高时，温度升高时，PN结结内电位差将减小。内电位差将减小。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术因浓度差因浓度差空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。平衡。平衡 PN 结中扩散电流和漂移电流大小相等而方向相反，结中扩散电流和漂移电流大小相等而方向相反，所以外观所以外观 PN 结中没有电流。结中没有电流。多子的扩散运动多子的扩散运动 由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 小小 结结 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术1)PN结加正向偏置电压结加正向偏置电压（正偏）：（正偏）：P 区接高电位区接高电位外加电压使内电场减小导致：外加电压使内电场减小导致：阻挡层变窄阻挡层变窄 多子形成的扩散电流增加多子形成的扩散电流增加 漂移电流减小漂移电流减小 形成较大的正向电流，形成较大的正向电流，结呈现出很小的电阻结呈现出很小的电阻,称称PNPN结处于结处于导通导通导通导通状态状态。2 2PNPN结的单向导电性结的单向导电性 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术 由于由于在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，反向电压的大小无关，这个电流也称为这个电流也称为反向饱和电流反向饱和电流。外加电压使内电场增加导致外加电压使内电场增加导致:阻挡层加宽阻挡层加宽 扩散电流进一步减小趋于零扩散电流进一步减小趋于零 少子形成的漂移电流居支配地少子形成的漂移电流居支配地位位 从电源正极流入从电源正极流入N N 区的区的反向电流很小，结呈反向电流很小，结呈现出很大的电阻现出很大的电阻,称称PNPN结处结处于于截止截止截止截止状态状态。2)PN结加反向偏置电压结加反向偏置电压（反偏）：（反偏）：N 区接高电位区接高电位 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术（1 1）正向特性）正向特性）正向特性）正向特性 2、正向电压大于死区电压后，正向电流 随着正向电压增大迅速上升。硅管的 正向导通电压（）约为.V,锗管约为.V。1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 1、外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态。通常死区（门槛）电压 硅管约为0.5V，锗管约为0.2V。12 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术（2 2）反向特性）反向特性）反向特性）反向特性I（mA)正向电流IfU（V）正向正向反向反向0.6反向击穿电压反向击穿电压UBR正向导通电压正向导通电压UD0反向电流ISPN结结V-A特性特性 曲线曲线 3、外加反向电压时，PN结处于截止状态，反向电流 很小,且基本不变,称为反向饱和电流。硅管反向饱和电流为纳安()数量级,锗管的为微安数量级。（3 3）反向击穿特性）反向击穿特性）反向击穿特性）反向击穿特性 4、当反向电压加到一定值（UBR）时,反向电流急剧增加,产生击穿。43 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术 雪崩击穿雪崩击穿 齐纳击穿齐纳击穿 电击穿电击穿可逆可逆强电场将阻挡层内中性原子的价电子直接变为自由电子强电场将阻挡层内中性原子的价电子直接变为自由电子功率损耗功率损耗 PN结温升高结温升高本征激发加剧本征激发加剧反向电流反向电流更大更大连锁反应连锁反应反向电压增加反向电压增加 少子漂移加快少子漂移加快 动能增加动能增加 碰撞电离碰撞电离连锁反应连锁反应击穿的物理本质击穿的物理本质（1）雪崩击穿：）雪崩击穿：碰撞电离碰撞电离（2）齐纳击穿：）齐纳击穿：场致激发场致激发（3）热击穿：）热击穿：PN结过热结过热不可逆不可逆 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术（4 4）温度特性）温度特性）温度特性）温度特性 二极管的特性对温度很敏感,温度升高,正向特性曲线向左移,反向特性曲线向下移。其规律是：在室温附近,在同一电流下,温度每升高,正向压降减小.V；温度每升高,反向电流约增大 1 倍。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术（1）最大整流电流最大整流电流IF：指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。工作时应使平均工作电流小于,如超过,二极管将过热而烧毁。（2）反向击穿电压反向击穿电压UBR：指管子反向击穿时的电压值。（3）最大反向工作电压最大反向工作电压URM：二极管运行时允许承受的最大反向电压（约为UBR 的一半）。（4）最大反向电流最大反向电流IRM：指管子未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。（5）最高工作频率最高工作频率fM：主要取决于PN结结电容的大小,结电容越大,则二极管允许的最高工作频率越低。1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术部分国产半导体高频二极管参数表部分国产半导体高频二极管参数表最高反向工作电压（峰值）V反向击穿电压 V正向电流 mA反向电流A最高工作频率MHZ极间电容 Pf最大整流电流mA2AP120402.52501501162AP71001505.0250150112参参数数型号部分国产半导体整流二极管参数表部分国产半导体整流二极管参数表最大整流电流 A最高反向工作电压（峰值）V最高工作电压下的反向电流（125度）A正向压降（平均值）V最高工作频率 MHZ2CZ52A0.12510000.832CZ54D0.5140010000.832CZ57F5300010000.83参参数数型号 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术 1.理想模型理想模型 2.恒压降模型恒压降模型正向工作时二极管导通电压等于正向工作时二极管导通电压等于0。反向时，二极管开路。反向时，二极管开路。一般适用于大信号工作状态。例如逻辑电路。一般适用于大信号工作状态。例如逻辑电路。正向导通时。相当于理正向导通时。相当于理想二极管串联一个想二极管串联一个0.7伏的恒定电压源。适用伏的恒定电压源。适用于电源电压较低的电路于电源电压较低的电路分析，如模拟电路。分析，如模拟电路。1.3 二极管应用电路 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术 二极管电路应用举例二极管电路应用举例(1)V(1)VDDDD=10V=10V理想模型：理想模型：电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术 恒压模型恒压模型（2 2）V VDDDD=1V=1V 时时理想模型理想模型恒压模型恒压模型结论结论 理想模型便于计算，理想模型便于计算，根据所加电压根据所加电压Vi选择模型：选择模型：当当Vi较大时，用理想模型；较大时，用理想模型；当当Vi接近接近 VD时，用恒压模时，用恒压模型型。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术UI UI 2.7V时，时，V1导通导通；V2截止截止，uo=2.7V当当-4.7Vui2.7V时，时，V1截止截止；V2截止截止，uo=ui当当ui-4.7V时，时，V1截止截止；V2导通导通，uo=-4.7V 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术 根据根据得得Q点处的微变电导点处的微变电导则则常温下（常温下（T=300K）即即 二极管工作在正向特性的某一小范围内时，二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。其正向特性可以等效成一个微变电阻。二极管的小信号模型二极管的小信号模型 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术1.4 特殊二极管1.4.1 稳压二极管稳压二极管1.1.符号及稳压特性符号及稳压特性(a)符号符号(b)伏安特性伏安特性 是一种特殊的面接触型硅二极管，稳压是一种特殊的面接触型硅二极管，稳压二极管稳压时工作在二极管稳压时工作在反向击穿反向击穿状态，其稳定状态，其稳定电压就是反向击穿电压。利用稳压管的反向电压就是反向击穿电压。利用稳压管的反向电流在很大范围内变化，端电压变化很小的电流在很大范围内变化，端电压变化很小的特性来实现稳压的作用。特性来实现稳压的作用。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术(1)稳定电压稳定电压UZ2.2.稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数 使稳压管正常工作时的最小电流使稳压管正常工作时的最小电流,低于此值时稳压效果较差。工作时应低于此值时稳压效果较差。工作时应使流过稳压管的电流大于此值。一般使流过稳压管的电流大于此值。一般情况是情况是,工作电流较大时工作电流较大时,稳压性能较稳压性能较好。但电流要受管子功耗的限制好。但电流要受管子功耗的限制,即即 ：Izmax=Pz/Uz(2)稳定电流稳定电流Iz 在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应下，所对应的反向工作电压。的反向工作电压。(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率PZM和最大稳定电流和最大稳定电流IZM PZM是在稳压管允许结温下的最大功率损耗。是在稳压管允许结温下的最大功率损耗。IZM是指稳压管是指稳压管允许通过的最大电流。它们之间的关系是：允许通过的最大电流。它们之间的关系是：PZM=UZIZM 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术(4)(4)动态电阻动态电阻rZ(5)电压温度系数电压温度系数CT rZ是稳压管工作在稳压区时是稳压管工作在稳压区时,两端电压两端电压变化量与电流变化量之比变化量与电流变化量之比,即即 rZ=VZ/IZ rZ值越小值越小,则稳压性能越好。则稳压性能越好。稳压管温度变化稳压管温度变化时时,所引起的稳所引起的稳定电压变化的百分比。定电压变化的百分比。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术3.3.稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路稳压原理稳压原理RLILIRUOIzIR=IL+IzUO (1)输入电压UI保持不变,当负载电阻RL减小,IL增大时,由于电流在电阻R上的压降升高,输出电压UO将下降。由于稳压管并联在输出端,由伏安特性可看出,当稳压管两端的电压略有下降时,电流Iz将急剧减小,而IR=IL+Iz,所以IR基本维持不变,R上的压降也就维持不变,从而保证输出电压UO基本不变,即：电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术 (2)负载电阻RL不变,当电网电压升高时,将使UI增加,随之输出电压UO也增大,由稳压管伏安特性可见,Iz将急剧增加,则电阻R上的压降增大,UO=UI-UR,从而使输出电压基本保持不变,即：UIUOIzIRUR UO 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术限流电阻限流电阻R的选择的选择 (1)当电网电压最高,即为UI max,且负载电流最小为时,流过稳压管的电流最大,其值不应超过Iz max,即：电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术 (2)当电网电压最低,即为UI min,且负载电流最大为时,流过稳压管的电流最小,其值不应低于Iz,即：电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术例例 稳压电路如图所示稳压电路如图所示,稳压管为稳压管为2CW14,其参数是其参数是Uz=6V,Iz=10mA,PzM=200mW。整整流流滤滤波波输输出出电电压压UI=15V。试试试试计计计计算算算算当当当当U UI I变变变变化化化化10%,10%,负载电阻在负载电阻在负载电阻在负载电阻在0.50.52k2k范围变化时范围变化时范围变化时范围变化时,限流电阻限流电阻限流电阻限流电阻R R值。值。值。值。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术即0.29kR0.34k,可选R=320,电阻的额定功率 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术1.4.2 发光二极管发光二极管符号及电路符号及电路符号及电路符号及电路 发光二极管LED（Light Emitting Diode）由砷化镓、磷化镓等半导体材料组成。当LED加正向电压时，电子与空穴复合过程以光的形式放出能量。是一种电变成光的能量转换器件。典型工作电流为10mA左右。不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。常用于信号指示、数字和字符显示及光信息传送。七段显示发光二极管 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术1.4.3 光电二极管光电二极管 光电二极管的又称为光敏二极管光敏二极管，其工作原理恰好与发光二极管相反，是一种将光信号转换为电信号的器件将光信号转换为电信号的器件。当光线照射到光电二极管的PN结时，能产生更多的热激发，使之产生更多的电子空穴对，从而提高了少数载流子的浓度。在PN结两端加反向电压时反向电流会增加，所产生反向电流的大小与光的照度成正比，所以光电二极管正常工作时所加的正常工作时所加的电压为反向电压电压为反向电压。为使光线能照射到PN结上，在光电二极管光电二极管的管壳上设有一个小的通光窗口的管壳上设有一个小的通光窗口。UOR+-符号及电路符号及电路符号及电路符号及电路应用应用应用应用光电耦合器件 实现信实现信号的隔号的隔离，以离，以防相互防相互干扰。干扰。电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术 势垒电容示意图势垒电容示意图电容是电荷在两个极板间的积累效应。电容是电荷在两个极板间的积累效应。外加电压变化外加电压变化势垒层宽势垒层宽度变化度变化积累在势垒层的积累在势垒层的电荷变化电荷变化1、势垒电容势垒电容CB：PN 结内载流子的复合相当于电荷的积结内载流子的复合相当于电荷的积累，所以累，所以PN结呈现电容效应结呈现电容效应。正偏和反偏时都有正偏和反偏时都有C CB B，正正向电压越大，向电压越大，CB越大。越大。PNPNPNPN结的电容效应结的电容效应结的电容效应结的电容效应1.4.4 变容二极管变容二极管变容二极管是利用变容二极管是利用变容二极管是利用变容二极管是利用PNPN结反偏时结电容的压控特性制成的器件结反偏时结电容的压控特性制成的器件结反偏时结电容的压控特性制成的器件结反偏时结电容的压控特性制成的器件 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术扩散电容示意图扩散电容示意图2、扩散电容扩散电容CD：载流子向对方区域的扩散，必须有：载流子向对方区域的扩散，必须有浓度差，即浓度差，即P(N)区区有电荷的积累。有电荷的积累。外加电压变化外加电压变化P(N)区浓度差变化区浓度差变化正偏时才存在正偏时才存在CD，正向正向电流越大，电流越大，CD越大。越大。PNPN结的结电容：结的结电容：Cj=CB+CD 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术 PN结正偏时，结正偏时，Cj以扩散电容以扩散电容CD为主；为主；PN结反偏时，结反偏时，Cj以势垒电容以势垒电容CB为主。一般情况下，为主。一般情况下，Cj很小，对低频很小，对低频电路，可不考虑其影响，但在高频电路中，必须考虑电路，可不考虑其影响，但在高频电路中，必须考虑PN结的结电容。结的结电容。符符 号号 利用利用利用利用PNPN结的结电容随反向电压的增加而减小结的结电容随反向电压的增加而减小结的结电容随反向电压的增加而减小结的结电容随反向电压的增加而减小的效应而制成的二极管称为变容二极管。的效应而制成的二极管称为变容二极管。的效应而制成的二极管称为变容二极管。的效应而制成的二极管称为变容二极管。常在高频电路中用作压控电容常在高频电路中用作压控电容 电子电路CAD模拟电子技术模拟电子技术1.4.5 肖特基二极管肖特基二极管 （1 1）导通电压低，约为）导通电压低，约为0.4V;0.4V;（2 2）只利用一种载流子（电子）导电）只利用一种载流子（电子）导电,工作工作速度快速度快,适用于高频电路。适用于高频电路。符符 号号 在金属和低掺杂在金属和低掺杂N型半导体的交界处形成类似型半导体的交界处形成类似PN结的空间电荷区结的空间电荷区金属半导体结金属半导体结