电子电路经典案例【下】

简介：
本书为《电子电路经典案例》系列的第二部，精选了多起复杂而经典的电路设计与故障排除实例，深入剖析电子工程中的疑难问题和解决方案。 ### 电子电路经典实例【下】 #### 一、PN结及其单向导电特性 **1.1.1 本征半导体** 纯净的半导体材料称为本征半导体，如硅或锗，它们由同种元素构成。在常温状态下，这些材料内部自由电子和空穴的数量相等且处于平衡状态；当温度升高时，部分价电子获得足够能量脱离共价键成为自由电子，并留下一个空穴。这一过程是可逆的。 **1.1.2 杂质半导体** 向本征半导体中掺入微量其他元素可以改变其导电性能，形成杂质半导体，分为N型和P型两种类型： - **N型半导体**：通过掺杂五价元素（如磷），每个磷原子贡献一个多余电子成为自由电子。这些多余的电子使材料带负电。 - **P型半导体**：通过掺入三价元素（如硼）形成空穴，使得半导体带正电。 **1.1.3 PN结的形成** 将P型和N型两种类型的半导体结合在一起时，在它们交界面处会形成一个特殊的区域——PN结。在这个区域内，由于自由电子和空穴扩散作用而形成的内建电场方向是从N区指向P区，阻碍了进一步扩散。 #### 二、半导体二极管 **1.2.1 半导体二极管的结构及其在电路中的符号** 半导体二极管是一种具有两个引脚（阳极和阴极）的器件。通常由一个PN结组成，在其两端连接金属引线以便于使用。 **1.2.2 半导体二极管的伏安特性** - **正向偏置时的行为**：当外加电压为正向偏置，二极管开始导通；硅材料的二极管在0.6至0.7V左右开始工作。 - **反向偏置时的状态**：当施加相反方向的电压（即反向偏置）时，几乎不导电，仅有很小量电流通过。随着外加电压增加，该电流逐渐增大。 - **击穿现象**：在特定条件下（如超过某个阈值），二极管会突然允许大量电流流过。 **1.2.3 半导体二极管的主要参数** 包括最大整流电流、最高反向工作电压、最小反向饱和电流以及直流电阻等。此外，还存在一个关键的频率限制——最高工作频率，表示器件能够正常工作的最高速度上限。 **1.2.4 二极管的命名及分类** 根据国家标准GBT 249.1—2006规定了半导体元器件型号编制规则，并按照用途可分为普通、稳压、发光和光电等类型。 **1.2.5 使用注意事项与判别方法** 可以通过测量其正反向电阻来判断二极管的性能好坏，使用时需注意不超过最大整流电流及最高工作电压限制条件。 #### 三、几种常用的特殊二极管 **1.3.1 稳压二极管** 在特定条件下（即当达到一定反向偏置电流），稳压二极管能够保持其两端的电位差恒定，这使其成为电路中理想的电压稳定元件。主要参数包括稳定电压、最大耗散功率等。 **1.3.2 发光二极管 (LED)** 用于指示灯和显示屏等多种场合；红外线发光二极管则常应用于遥控器与通信设备之中；激光二极管适用于高速数据传输及打印技术领域。 **1.3.3 光电二极管** 将接收到的光学信号转换成电信号输出，广泛用于光电检测、自动控制系统等场景中。 **1.3.4 变容二极管** 这种非线性元件随外加电压变化而改变其容量值，在高频调谐电路中有重要应用价值。 #### 四、半导体二极管的应用 **整流功能**: 作为交流电转换为直流电的设备被广泛使用。 - **钳位作用**: 在特定情况下，利用二极管可以使信号保持在一定水平上。 - **限幅保护**: 防止电路中电压或电流超出阈值以避免损坏敏感元件。 #### 五、晶体三极管 **2.1.1 结构与分类** 晶体三极管由两个PN结组成，根据内部结构的不同分为NPN和PNP两种类型。 **2.1.2 放大作用原理** - **工作条件**: 要实现放大功能必须满足合适的偏置电压设置（发射结正向、集电结反向）以及合理的器件设计参数。 - **载流子传输过程**: