第4章 常用半導(dǎo)體器件原理2013

4.1半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)

4.2PN結(jié)

4.3晶體二極管

4.4雙極性晶體管

4.5場(chǎng)效應(yīng)管第4章常用半導(dǎo)體器件原理

4.1

半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)

用于制造半導(dǎo)體器件的材料主要是硅、鍺和砷化鎵等。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣之間，并且會(huì)隨溫度、光照或摻入某些雜質(zhì)而發(fā)生顯著變化。要理解這些特性，必須從半導(dǎo)體及其原子結(jié)構(gòu)談起。

4.1.1本征半導(dǎo)體無摻雜的純凈的單晶半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。硅和鍺都是4價(jià)元素，其簡(jiǎn)化原子結(jié)構(gòu)模型如圖所示。在本征硅和鍺的單晶中，原子按一定規(guī)律整齊排列，并通過共價(jià)鍵把相鄰原子牢固地連系在一起。如圖所示。價(jià)電子共價(jià)鍵中的電子(價(jià)電子)，不能參與導(dǎo)電。

1.本征激發(fā)與復(fù)合自由電子｛本征激發(fā)空穴統(tǒng)稱載流子〉吸收能量由于電子和空穴相互吸引，還會(huì)發(fā)生激發(fā)的逆過程—復(fù)合。復(fù)合〉空穴自由電子釋放能量消失一對(duì)電子空穴在一定溫度下，最終激發(fā)和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。使本征半導(dǎo)體內(nèi)的載流子數(shù)一定。動(dòng)畫相鄰電子過來填補(bǔ)空位自由電子空位+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4空位的自由移動(dòng)復(fù)合〉空穴自由電子釋放能量消失一對(duì)電子空穴空穴2.本征載流子濃度本征激發(fā)和復(fù)合處于平衡時(shí)，本征載流子的濃度為式中:ni和pi分別為自由電子和空穴的本征濃度(cm-3)；T為熱力學(xué)溫度(K)；EG0為T=0K時(shí)的禁帶寬度(硅為1.21eV，鍺為0.78eV)；k為玻爾茲曼常數(shù)(8.63×10-6V/K)；A0是與半導(dǎo)體材料有關(guān)的常數(shù)。在室溫下(T=300K)，本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)極少，因而導(dǎo)電能力極弱。4.1.2N型與P型半導(dǎo)體1.

N型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入少量五價(jià)元素(如磷、砷、銻等)。

N型半導(dǎo)體中

nn>>pn電子為多數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱多子)空穴為少數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱少子)+4+4+4+4+5+4+4+4+4鍵外電子由于

pn+正離子數(shù)=nn所以N型半導(dǎo)體仍是電中性的。+1空穴自由電子+42.

P型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素(如硼、鋁、銦等)。P型半導(dǎo)體中

pp>>np

空穴為多數(shù)載流子(多子)

電子為少數(shù)載流子(少子)+4+4+4+4+3+4+4+4+4

由于np+負(fù)離子數(shù)=pp所以P型半導(dǎo)體也是電性中的。-1空穴自由電子空位+43.雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子濃度主要由摻雜濃度決定,而少子濃度，因摻雜不同會(huì)隨多子濃度的變化而改變。在熱平衡下，兩者之間有如下關(guān)系：多子濃度值與少子濃度值的乘積恒等于本征載流子濃度值ni的平方。N型半導(dǎo)體

P型半導(dǎo)體由以上分析可知通過控制摻雜濃度可以嚴(yán)格控制多子濃度,而溫度變化對(duì)其影響很??；少子濃度主要由本征激發(fā)決定，因而溫度變化時(shí)，

少子濃度將會(huì)發(fā)生明顯變化。

本征半導(dǎo)體通過摻雜，可以大大改變體內(nèi)載流子濃度，并使一種載流子多，而另一種載流子少；

4.1.3漂移電流和擴(kuò)散電流半導(dǎo)體中的電流包括漂移電流和擴(kuò)散電流。

1.漂移電流：在電場(chǎng)作用下，半導(dǎo)體中的載流子作定向漂移運(yùn)動(dòng)形成的電流，如圖所示?？昭ㄗ杂呻娮覰

型半導(dǎo)體電場(chǎng)方向總漂移電流是電子漂移電流和空穴漂移電流之和，即

I=Ip－(－

In)=Ip+

Inx自由電子濃度分布n(x)x或

正比于

擴(kuò)散電流正比于載流子的濃度梯度即濃度差:

2.擴(kuò)散電流：在載流子濃度梯度作用下，半導(dǎo)體中的載流子從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散形成的電流。

擴(kuò)散電流是半導(dǎo)體中特有的電流。4.2

PN結(jié)

密度差產(chǎn)生擴(kuò)散力多子擴(kuò)散并復(fù)合空間電荷區(qū)｛阻止多子擴(kuò)散引起少子漂移擴(kuò)散和漂移對(duì)立的統(tǒng)一4.2.1

PN結(jié)的形成形成內(nèi)電場(chǎng)PNU---------------+++++++++++++++PN---------------+++++++++++++++內(nèi)電場(chǎng)B空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散少子漂移

開始時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的不斷進(jìn)行，界面兩側(cè)顯露出的正、負(fù)離子逐漸增多，空間電荷區(qū)展寬，使內(nèi)電場(chǎng)不斷增強(qiáng)，于是漂移運(yùn)動(dòng)隨之增強(qiáng)，而擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相對(duì)減弱。最后，因濃度差而產(chǎn)生的擴(kuò)散力被電場(chǎng)力所抵消，使擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡?？臻g電荷區(qū)的寬度一定，UB也保持一定。(b)UPN---------------+++++++++++++++內(nèi)電場(chǎng)B空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)也稱為耗盡區(qū)(層)、阻擋區(qū)或勢(shì)壘區(qū)，統(tǒng)稱為PN結(jié)。內(nèi)電場(chǎng)REPN---------------+++++++++++++++耗盡區(qū)UP>UNUPUN4.2.2

PN結(jié)單向?qū)щ娞匦?/p>

使P區(qū)電位高于N區(qū)電位的接法，稱PN結(jié)加正向電壓或正向偏置(簡(jiǎn)稱正偏)，如圖所示。正偏使耗盡區(qū)變窄內(nèi)電場(chǎng)減弱(UB-U)擴(kuò)散力>電場(chǎng)力多子源源不斷地?cái)U(kuò)散到對(duì)方，形成正向電流。

此外，正向偏壓有微小變化時(shí)，會(huì)引起正向電流較大的變化。UB－U1.PN結(jié)正向偏置內(nèi)電場(chǎng)RE

UN>UPPN-------

-----

-

-

-++++++

+

++++++++耗盡區(qū)UNUP反偏使耗盡區(qū)變寬內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)(UB+U)電場(chǎng)力>擴(kuò)散力少子漂移到對(duì)方形成極小的反向電流。

此外，反向偏壓有很大變化時(shí)，反向電流基本不變。PN結(jié)正偏導(dǎo)通，反偏截止，即具有單向?qū)щ娞匦?。UB＋U

使N區(qū)電位高于P區(qū)電位的接法，稱PN結(jié)加反向電壓或反向偏置(簡(jiǎn)稱反偏)，如圖所示。2.PN結(jié)反向偏置3.PN結(jié)電流方程

理論分析證明，按圖示的參考方向流過PN結(jié)的電流i與外加電壓u之間的關(guān)系為

式中:IS為反向飽和電流，其大小與PN結(jié)的材料、制造工藝、溫度等有關(guān)；

UT=kT/q，稱為溫度的電壓當(dāng)量或熱電壓。T=300K(室溫)時(shí)，UT=26mV。這是一個(gè)常用參數(shù)。

對(duì)于極性不同的正、反向電壓，|u|只要大于UT幾倍以上，則PN結(jié)電流方程可分別近似為正向偏置反向偏置該式與上述PN結(jié)具有單向?qū)щ娞匦缘慕Y(jié)論完全一致。由此畫出的PN結(jié)伏安特性如下PN結(jié)擊穿iu0u04.2.3PN結(jié)的擊穿特性

當(dāng)反向電壓超過一定值UBR后，反向電流會(huì)急劇增大，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)擊穿，并定義UBR為PN結(jié)的擊穿電壓。PN結(jié)發(fā)生反向擊穿的機(jī)理可以分為兩種。1.雪崩擊穿在輕摻雜的PN結(jié)中，當(dāng)外加反向電壓時(shí)，耗盡區(qū)較寬，少子漂移通過耗盡區(qū)時(shí)被加速，動(dòng)能增大。外電場(chǎng)使耗層展寬發(fā)生碰撞的連鎖反應(yīng)，使載流子劇增。雪崩擊穿機(jī)理IR2.齊納擊穿(場(chǎng)致?lián)舸?

當(dāng)反向電壓大到一定值時(shí)，強(qiáng)電場(chǎng)足以將耗盡區(qū)內(nèi)中性原子的價(jià)電子直接拉出共價(jià)鍵，產(chǎn)生大量電子-空穴對(duì)，使反向電流急劇增大。電場(chǎng)強(qiáng)度極大IR1.勢(shì)壘電容從PN結(jié)的結(jié)構(gòu)看，在導(dǎo)電性能較好的P區(qū)和N區(qū)之間，夾著一層高阻的耗盡區(qū)，這與平板電容器相似，如圖所示。4.2.4

PN結(jié)的電容特性PN結(jié)具有電容效應(yīng)，它由勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容兩部分組成。

耗盡區(qū)中存貯的電荷量將隨外加電壓的變化而改變。這一特性正是電容效應(yīng)，并稱為勢(shì)壘電容，用CT表示。理論分析證明：

式中：CT0為外加電壓u=0時(shí)的CT值，它由PN結(jié)的結(jié)構(gòu)、摻雜濃度等決定；UB為內(nèi)建電位差，硅管約為0.7V；n為變?nèi)葜笖?shù)，與PN結(jié)的制作工藝有關(guān)，一般在1/3~6之間。

2.擴(kuò)散電容正向偏置的PN結(jié)，由于多子擴(kuò)散，會(huì)形成一種特殊形式的電容效應(yīng)。下面利用P區(qū)一側(cè)載流子的濃度分布曲線來說明。

P區(qū)少子濃度分布曲線

N區(qū)電子向P區(qū)擴(kuò)散，非平衡電子形成曲線①的濃度分布。其存貯的電荷量對(duì)應(yīng)①下的面積。當(dāng)偏壓增大時(shí)，曲線變?yōu)棰谒?，電荷的增加量為△Qn。反之，偏壓減小時(shí)，曲線變?yōu)棰鬯?，其電荷的減少量為△Qn。對(duì)PN+結(jié)，可以忽略ΔQp/Δu項(xiàng)。經(jīng)理論分析可得

同理，在N區(qū)一側(cè)，非平衡空穴的濃度也有類似的分布和同樣的變化，引起存貯電荷的變化量ΔQp。式中:τn為P區(qū)非平衡電子的平均壽命；I為某一正向偏壓下的直流電流。這種外加電壓改變引起擴(kuò)散區(qū)內(nèi)存貯電荷量變化的特性，就是電容效應(yīng)，稱為擴(kuò)散電容，用CD表示。如果引起ΔQn、ΔQp的電壓變化量為Δu，則CT、CD都隨外加電壓的變化而變化，所以勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容都是非線性電容。

由于CT和CD均等效地并接在PN結(jié)上，因而PN結(jié)上的總電容Cj為兩者之和，即Cj=CT+CD。CTCD因?yàn)镃T和CD很小，低頻工作時(shí)可忽略其影響。但在高頻工作時(shí)，必須考慮它們引起的不利影響。正偏時(shí)以CD為主，Cj≈CD，其值通常為幾十至幾百pF；反偏時(shí)以CT為主，Cj≈CT，其值通常為幾至幾十pF；4.2.5PN結(jié)的溫度特性PN結(jié)特性對(duì)溫度變化很敏感，反映在伏安特性上即為：溫度升高，正向特性左移，反向特性下移，如圖中虛線所示。

ui0TT－UBR具體變化規(guī)律是：保持正向電流不變時(shí)，溫度每升高1℃，結(jié)電壓減小約(2~2.5)mV，即

溫度每升高10℃，反向飽和電流IS增大一倍小結(jié)1.本征半導(dǎo)體：無摻雜的純凈的單晶半導(dǎo)體。ni=pi2.N型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素。pp>>np空穴為多子，電子為少子nn>>pn電子為多子，空穴為少子3.

P型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素。4.PN結(jié)的形成內(nèi)電場(chǎng)UPN---------------+++++++++++++++B空間電荷區(qū)PN結(jié)正偏時(shí)導(dǎo)通，反偏時(shí)截止。

5.PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?/p>

正向偏置反向偏置iiu0u06.PN結(jié)電流方程7.PN結(jié)伏安特性PN結(jié)擊穿8.PN結(jié)電容，擊穿和溫度特性

4.3晶體二極管

晶體二極管是由PN結(jié)加上電極引線和管殼構(gòu)成的，其結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號(hào)分別如下圖所示。

普通二極管應(yīng)用最廣。本節(jié)主要討論普通二極管及其應(yīng)用電路。另外，簡(jiǎn)要介紹穩(wěn)壓二極管及其穩(wěn)壓電路。PN正極負(fù)極負(fù)極正極4.3.1二極管的伏安特性

普通二極管的典型伏安特性曲線如圖所示，與PN結(jié)伏安特性相比，有如下特點(diǎn)：1.正向特性有一導(dǎo)通電壓UD(on)，室溫下，UD(on)=(0.5~0.6)V硅管

UD(on)=(0.1~0.2)V鍺管在正常工作電流范圍內(nèi)，管壓降的變化范圍很小：u/V0i/mA102030－5－10－0.50.5鍺管(0.2~0.3)V硅管(0.6~0.8)V2.反向特性由于表面漏電流影響，二極管反向電流要比理想PN結(jié)的Is大。對(duì)硅管一般小于0.1μA，鍺管小于幾十微安。4.3.2二極管的電參數(shù)

顯然，正向RD隨工作電流增大而減小，反向的RD隨反向電壓增大而增大。如圖中Q1點(diǎn)處的RD小于Q2點(diǎn)處的RD

。一般正向電阻為幾十~幾百歐，反向電阻為幾十~幾百千歐。

顯然，正向電阻越小，反向電阻越大，單向?qū)щ娦阅茉胶谩?UDuIDiQ1Q21.直流電阻RD

2.交流電阻rD

rD定義為：二極管在其工作狀態(tài)(IDQ,UDQ)處的電壓微變量與電流微變量之比，即

rD的幾何意義如圖，即二極管伏安特性曲線上Q(IDQ，UDQ)點(diǎn)處切線斜率的倒數(shù)。rD可以通過對(duì)二極管電流方程求導(dǎo)得出，即0UDuIDiQ1Q2ID

可見，rD與工作電流IDQ成反比，并與溫度有關(guān)。室溫(T=300K)

條件下:

通過對(duì)二極管交、直流電阻的分析可知，由于二極管的非線性伏安特性，所以交、直流電阻均是非線性電阻，即特性曲線上不同點(diǎn)處的交、直流電阻不同，同一點(diǎn)處交流和直流電阻也不相同。

3.最大整流電流IF

IF指二極管允許通過的最大正向平均電流。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，流過二極管的平均電流不能超過此值。

4.最大反向工作電壓URM

URM指二極管工作時(shí)所允許加的最大反向電壓。通常取

UBR的一半作為URM。

5.反向電流IR

IR越小，單向?qū)щ娦阅茉胶?。IR與溫度密切相關(guān)，使用時(shí)應(yīng)注意IR的溫度條件。

6.最高工作頻率fM

fM是與結(jié)電容有關(guān)的參數(shù)。工作頻率超過fM時(shí)，二極管的單向?qū)щ娦阅茏儔摹６O管是一種非線性電阻(導(dǎo))元件，在大信號(hào)工作時(shí)，其非線性主要表現(xiàn)為單向?qū)щ娦?，即正偏時(shí)呈現(xiàn)低阻，反偏時(shí)呈現(xiàn)高阻。而正偏導(dǎo)通后所表現(xiàn)的非線性往往是次要的。4.3.3二極管的簡(jiǎn)化電路模型u/V0i/mA102030－5－10－10.5

在工程分析中，器件的模型力求簡(jiǎn)單、實(shí)用，能突出電路的主要功能及特性。

①.A1BC近似，其模型為圖(a)。其中管壓降UD取0.7V(硅管)或0.3V(鍺管)，導(dǎo)通電阻rD一般為幾十歐姆。(a)

②.A2BC近似，對(duì)應(yīng)模型為圖(b)。保留管壓降UD。(b)

③.A3B0C近似，對(duì)應(yīng)模型為圖(c)。稱為理想二極管。(c)

二極管伏安特性用折線近似后，即可用線性元件來等效各線性段，從而得出電路摸型。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，分別有：以上三種電路模型，是在不同近似條件下模擬了大信號(hào)運(yùn)用時(shí)二極管的開關(guān)特性。其中(b)、(c)是低頻工作時(shí)最常用的近似模型。二極管截止

I=0UD=-5V或I=5/10=0.5mA

實(shí)際中，在分析二極管電路時(shí)，必須首先判斷管子是正偏導(dǎo)通還是反偏截止。然后用相應(yīng)模型等效來分析電路。[例1]電路如圖所示，計(jì)算二極管中的電流ID。已知二極管的導(dǎo)通電壓UD(on)=0.6V，交流電阻rD近似為零。UA

=－E＋UD(on)＝－6＋0.6＝-5.4V

A解：可以判斷二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，則電路模型:作業(yè)

4-6，4-7,4-9。PN正極負(fù)極負(fù)極正極在分析實(shí)際二極管電路時(shí)，必須首先判斷管子是正偏導(dǎo)通還是反偏截止。然后用相應(yīng)模型等效再來分析電路。

普通二極管的單向?qū)щ娞匦評(píng)/V0i/mA102030－5－10－10.74.3.4二極管基本應(yīng)用電路tui0tuo0

1.二極管整流電路把交流電變?yōu)橹绷麟姡Q為整流。一個(gè)簡(jiǎn)單的二極管半波整流電路如圖所示。若二極管為理想二極管，當(dāng)輸入一正弦波時(shí)，求輸出u0。Vui＋－uo＋－RL該電路是半波整流電路。若二極管反接，uo=?ui>0時(shí)，V導(dǎo)通，uo=ui；ui<0時(shí)，V截止，uo=0

。ui>0時(shí)，V1、V3導(dǎo)通；V2、V4截止

uo=ui全波整流電路uo=|ui|

ui<0時(shí)，V2、V4導(dǎo)通；V1、V3

截止uo=－ui；2.精密整流電路由于二極管存在死區(qū)電壓UON(硅管為0.6~0.7V左右)，因而只有當(dāng)輸入電壓幅值大于死區(qū)電壓時(shí)，電路才能正常工作。為此，插入運(yùn)放以減小等效死區(qū)電壓。1）.精密半波整流電路

(1).當(dāng)ui＞0時(shí)，uo′＜0，V2截止，V1導(dǎo)通，uo=0

(2).當(dāng)ui＜0時(shí)，uo′＞0，V2導(dǎo)通，V1截止傳輸特性

①.當(dāng)ui＞0時(shí)，uo′＜0，V2導(dǎo)通，V1截止，則

②.當(dāng)ui＜0時(shí)，uo′<0，V2截止，V1導(dǎo)通，uo=0

傳輸特性2）.精密全波整流電路––絕對(duì)值電路用半波整流和反相加法器構(gòu)成全波整流電路：①.當(dāng)ui＞0時(shí)，uo1=-ui，uo=-ui-2uo1=-ui+2ui=ui②.當(dāng)ui＜0時(shí)，uo1=0，uo=-ui

+原理傳輸特性假設(shè)二極管v為理想二極管，①.當(dāng)ui＞0時(shí)，v管截止，②.當(dāng)ui<0時(shí)，v管導(dǎo)通，若取R1=R2，則限幅電路的傳輸特性如圖所示,圖中UIH、UIL分別稱為上門限和下門限電壓：

2.二極管限幅電路限幅電路也稱為削波電路，它是一種能把輸入電壓的變化范圍加以限制的電路，常用于波形變換、整形和輸入保護(hù)電路。uiuoUILUomaxUOminUIH當(dāng)ui<E+UD(on)=2.7V時(shí)，V管截止，uo=ui。Vui＋－uo＋－RE2Vtui/V05-5tuo/V0-52.7【例1】一個(gè)簡(jiǎn)單的上限幅電路如圖所示。當(dāng)輸入幅度為5v的正弦波時(shí)，其輸出波形如圖。當(dāng)ui≥2.7V時(shí)，V管導(dǎo)通，uo=2.7V，即把ui最大電壓限制在2.7V。

2.7當(dāng)ui>E+UD(on)=-2+0.7=-1.4V時(shí)，V管導(dǎo)通，uo=ui-0.7?！纠?】限幅電路如圖所示。當(dāng)輸入幅度為5v的正弦波時(shí)，其輸出波形如圖。當(dāng)ui<-1.4V時(shí),V管截止,

uo=-2V，即把ui最小電壓限制在－2V。

Vui＋－uo＋－RE2Vtui/V05-5-1.4Vtuo/V0-24.3Vui＋－uo＋－RE1VRtui/V6-6【例3】電路如圖所示，已知輸入為幅度6V的正弦波時(shí)，試畫出輸出波形。①當(dāng)時(shí)V管截止即

②當(dāng)時(shí)V管導(dǎo)通即tuo/V0-1.730-3.4當(dāng)|ui|<0.7V時(shí)，二極管D1和D2截止，u--u+=ui；

【例4】二極管限幅器作為輸入保護(hù)電路的應(yīng)用當(dāng)|ui|≥0.7V時(shí)，二極管D1和D2總有一個(gè)導(dǎo)通，此時(shí)|u--u+|=0.7V即|u--u+|≤0.7V當(dāng)uI>5.7V時(shí)，D1導(dǎo)通，ui=5.7V當(dāng)uI<-0.7V時(shí)，D2導(dǎo)通，ui=-0.7V當(dāng)-0.7V<uI<5.7V時(shí)，D1和D2截止，此時(shí)ui=uI即-0.7V<ui<5.7V3.二極管電平選擇電路從多路輸入信號(hào)中選出最低電平或最高電平的電路，稱為電平選擇電路。二極管低電平選擇電路如圖所示。

V1u1＋－uoV2ERu2設(shè)兩路輸入信號(hào)u1,u2均小于E：

A)若u1<u2，V1導(dǎo)通，uo=u1+0.7v，使V2截止。

B)若u2<u1，V2導(dǎo)通，uo=u2+0.7v，使V1截止。

C)當(dāng)u1=u2時(shí)，V1、V2都導(dǎo)通?？梢?，該電路能選出任意時(shí)刻兩路信號(hào)中的低電平信號(hào)。

V1u1＋－uoV2ERu2u/Vtt0130u2/V3uto/V3.700.7如果把高于3V的電平當(dāng)作高電平，為邏輯1，而低于0.7V的當(dāng)作低電平，為邏輯0。則該電路輸出與輸入之間是邏輯與的關(guān)系。因而也稱為與門電路。當(dāng)u1、u2為方波時(shí)，輸出端選出的低電平波形如圖所示。5V4.峰值檢波電路在一些測(cè)量電路中，需要檢出信號(hào)峰值，如圖所示。實(shí)現(xiàn)這種功能的方法是使電容只充電而不放電，其中一種電路如下圖。由于uo=uC

，當(dāng)ui>uo時(shí)，V管導(dǎo)通，uo=ui

。當(dāng)ui<uo時(shí)，V管截止，uo

保持不變。1.穩(wěn)壓二極管的特性穩(wěn)壓二極管的電路符號(hào)及伏安特性曲線如圖所示。4.4穩(wěn)壓二極管電路

穩(wěn)壓二極管是利用PN結(jié)反向擊穿后具有穩(wěn)壓特性制作的二極管，其除了可以構(gòu)成限幅電路之外，主要用于穩(wěn)壓電路。ui0IZminIZmaxUZ其正、反向特性與普通二極管基本相同。區(qū)別僅在于擊穿后，特性曲線更加陡峭，即電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，其兩端電壓幾乎不變。2.穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)1).穩(wěn)定電壓UZ

UZ是指擊穿后在電流為規(guī)定值時(shí)，管子兩端的電壓值。ui0IZminIZmaxUZ2).額定功耗PZ

PZ是由管子結(jié)溫限制所限定的參數(shù)。PZ與PN結(jié)所用的材料、結(jié)構(gòu)及工藝有關(guān)，使用時(shí)不允許超過此值。3).穩(wěn)壓電流IZ

IZ是穩(wěn)壓二極管正常工作時(shí)的參考電流。穩(wěn)定電流的最大值IZmax有一限制，即

IZmax=PZ/UZ超過此值會(huì)燒壞管子。另外，工作電流也有最小值IZmin的限制，小于此值時(shí)，穩(wěn)壓二極管將失去穩(wěn)壓作用。4).動(dòng)態(tài)電阻rZ

rZ一般為幾歐姆到幾十歐。VZUi＋－Uo＋－RRLILIZIR3.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓二極管實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓必須滿足兩個(gè)條件：1).穩(wěn)壓管反向擊穿；2).串接限流電阻。其電路如圖所示。。若Ui增大，RL不變時(shí)若RL增大，Ui不變時(shí)所謂穩(wěn)壓是指當(dāng)Ui和RL變化時(shí)，輸出電壓U0要保持恒定。電路穩(wěn)壓原理如下：當(dāng)Ui、RL變化時(shí)，IZ應(yīng)始終滿足Izmin<IZ<IZmax。VZUi＋－Uo＋－RRLILIZIR即ui0IZminIZmaxUZ限流電阻R的選擇方法可見，當(dāng)Ui=Uimin,RL=RLmin時(shí)，IZ最小。這時(shí)應(yīng)滿足設(shè)Ui的最小值為Uimin，最大值為Uimax；RL最小時(shí)IL的最大值為UZ/RLmin；RL最大時(shí)IL的最小值為UZ/RLmax。而當(dāng)Ui=Uimax，RL=RLmax時(shí)，IZ最大。這時(shí)應(yīng)滿足即可得限流電阻的取值范圍是VZUi＋－Uo＋－RRLILIZIRRui0IZminIZmaxUZIZmax增大VZUi＋－Uo＋－R4.利用穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的限幅