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1、二极管及整流电路第一页，讲稿共四十九页哦本章要求本章要求三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。一、理解一、理解PN结的单向导电性，三极管的电流结的单向导电性，三极管的电流 分配和电流放大作用；分配和电流放大作用；二、了解二极管、稳压管和三端稳压源的基本二、了解二极管、稳压管和三端稳压源的基本 构造、工作原理和特性曲线，理解主要参构造、工作原理和特性曲线，理解主要参 数的意义；数的意义；第二页，讲稿共四十九页哦 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件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似，以便用简便的数学模型和电路的工
2、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果。的分析方法获得具有实际意义的结果。对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确对于元器件，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。讨论器件的目的在使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。于应用。于应用。于应用。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，
3、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、工程上的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。允许一定的误差、采用合理估算的方法。第三页，讲稿共四十九页哦8.1 半导体的基本知识半导体的基本知识半导体的导电特性：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)。3 3 3 3、掺杂性、掺杂性：往纯净的半导体
4、中掺入某些微量杂质，往纯净的半导体中掺入某些微量杂质，往纯净的半导体中掺入某些微量杂质，往纯净的半导体中掺入某些微量杂质，半导体的导电特性半导体的导电特性明显增强明显增强明显增强明显增强。2、光敏性：、光敏性：当受到光照激发时，导电能力明显增强。当受到光照激发时，导电能力明显增强。1、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。(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏
5、二极管、光敏三极管等极管、光敏三极管等极管、光敏三极管等极管、光敏三极管等)。(可做成各种不同用途的半导体器件，可做成各种不同用途的半导体器件，可做成各种不同用途的半导体器件，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）。如二极管、三极管和晶闸管等）。如二极管、三极管和晶闸管等）。如二极管、三极管和晶闸管等）。第四页，讲稿共四十九页哦8.1.1 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，称为本征半完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。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
6、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。Si Si Si Si价电子价电子第五页，讲稿共四十九页哦 Si Si Si Si价电子价电子 价电子在获得一定能量（温价电子在获得一定能量（温价电子在获得一定能量（温价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱度升高或受光照）后，即可挣脱度升高或受光照）后，即可挣脱度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为原子核的束缚，成为原子核的束缚，成为原子核的束缚，成为自由电子自由电子自由电子自由电子（带负电），同时共价键中
7、留（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为下一个空位，称为空穴空穴（带正（带正（带正（带正电）电）电）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来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，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，其结果相当于空穴的运动（相而在该原子
8、中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相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）。当于正电荷的移动）。当于正电荷的移动）。当于正电荷的移动）。第六页，讲稿共四十九页哦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，在半导体中将出现两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部分电流 (1)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 (2)(2)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：(
9、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；(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,半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。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
10、穴成对地产生的同时，又不断复合。在空穴成对地产生的同时，又不断复合。在空穴成对地产生的同时，又不断复合。在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，半导体一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体一定温度下，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。中载流子便维持一定的数目。中载流子便维持一定的数目。中载流子便维持一定的数目。第七页，讲稿共四十九页哦8.1.2 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大掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成量增加，自
11、由电子导电成为这种半导体的主要导电为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或方式，称为电子半导体或N N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变在常温下即可变为自由电子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）,形形形形成杂质半导体。成杂质半导体。成杂质半导体。成杂质半导体。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多自由电子是多自由电子是多自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。数
12、载流子，空穴是少数载流子。数载流子，空穴是少数载流子。数载流子，空穴是少数载流子。动画动画第八页，讲稿共四十九页哦8.1.2 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增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或 P P型半导型半导体。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 P
13、型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中空穴是多数空穴是多数载流子，自由电子是少数载流载流子，自由电子是少数载流子。子。B硼原子硼原子接受一个接受一个电子变为电子变为负离子负离子空穴空穴动画动画无论无论无论无论N N型或型或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。第九页，讲稿共四十九页哦8.1.3 PN结结一、一、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P P 型半导体型半导体型半导体型半导体N N 型半导体型半导体型半导体型半导体
14、内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷越强，而漂移使空间电荷越强，而漂移使空间电荷越强，而漂移使空间电荷区变薄。区变薄。区变薄。区变薄。扩散的结果使空扩散的结果使空间电荷区变宽。间电荷区变宽。扩散和漂移这一扩散和漂移这一扩散和漂移这一扩散和漂移这一对相反的运动最终对相反的运动最终对相反的运动最终对相反的运动最终达到动态平衡，空达到动态平衡，空达到动态平衡，空达到动态平衡，空间电荷区的厚度固间电荷区的厚度固间电荷区的厚度固间电荷区的厚度固定不变。定不变。定不变。定不变。+动画动画形成空间电荷区形成空间电荷区空间电荷区空间电荷区也称也
15、称 PN 结结第十页，讲稿共四十九页哦二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性 1）.PN.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）PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF 内外电场方内外电场方内外电场方内外电场方向相反，相互向相反，相互向相反，相互向相反，相互削弱。削弱。削弱。削弱。PN PN 结加正向电结加正向电结加正向电结加正向电压时，压时，压时，压时，PNPN结变结变结变结变窄，正向电流较窄，正向电流较窄，正向电流较窄，正向电流较大，正向电阻较大，正向电阻较大，正向电阻较大，正向电阻较小，小，小，小，PNPN结导通。结导通。结
16、导通。结导通。内电场内电场PN+动画动画+E总总总总与与与与E内内方向相同，方向相同，方向相同，方向相同，E总总仍阻止多子扩散，仍阻止多子扩散，仍阻止多子扩散，仍阻止多子扩散，I IF很小很小E总总与与E外外外外方向相同，方向相同，方向相同，方向相同，E总总总总加速多子扩散，加速多子扩散，I IF很大很大第十一页，讲稿共四十九页哦PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽2）.PN.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由于少子数量很少，由于少子数量很少，形成很小的反向电形成很小的反向电流。流。IR P接负、接负
17、、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。bdt5.exe动画动画+PN 结加反向电压时，结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向结变宽，反向电流较小，反向结变宽，反向电流较小，反向结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，电阻较大，电阻较大，电阻较大，PNPN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+内外电场内外电场方向相同，相方向相同，相方向相同，相方向相同，相互增强。互增强。互增强。互增强。更阻止多子更阻止多子更阻止多子更阻止多子扩散。增强扩散。增强扩散。增强扩散。增强少子
18、的漂移少子的漂移第十二页，讲稿共四十九页哦8.2 半导体二极管半导体二极管8.2.1 基本结构基本结构(a)点接触型点接触型(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、结电容小、正结电容小、正向电流小。用向电流小。用于检波和变频于检波和变频等高频电路。等高频电路。结面积大、正结面积大、正结面积大、正结面积大、正向电流大、结电向电流大、结电向电流大、结电向电流大、结电容大，用于工频容大，用于工频容大，用于工频容大，用于工频大电流整流电路。大电流整流电路。大电流整流电路。大电流整流电路。(c)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
19、集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小，用结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。第十三页，讲稿共四十九页哦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 1 12 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 8.2 半导体二极管半导体二极管二极管的结构示意图和符号二极管的结构示意图和符号二
20、极管的结构示意图和符号二极管的结构示意图和符号阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D第十四页，讲稿共四十九页哦8.2.2 伏安特性伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V锗管锗管锗管锗管0.1V反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降 外加电压大于死区电压外加电压大于死区电压外加电压大于死区电压外加电压大于死区电压二极管才能导通。二极管才能导通。二极管才能导通。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。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0 0.60.8V锗锗锗锗0
21、0.20.3V.20.3VUI死区电压死区电压PN+PN+反向电流在一定电反向电流在一定电压范围内保持常数。压范围内保持常数。第十五页，讲稿共四十九页哦8.2.3 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 IOMOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。电流。电流。电流。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一
22、般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是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二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压U UBR的一半或三分之二。二极管击穿后的一半或三分之二。二极管击穿后的一半或三分之二。二极管击穿后的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。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。反向指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，
23、说明管子的单向导电性差，电流大，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的影响，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温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的锗管的锗管的锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。第十六页，讲稿共四十九页哦 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，正向管压降硅硅0 0.60.7V锗锗0.3V 分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极
24、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UD的正负。的正负。若若若若 V阳阳阳阳 V阴阴阴阴或或 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 V阳阳阳阳 VV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，U UAB低于低于低于低于6V6V一个管压降，为一个管压降，为6.3或或或或6.7V例
25、例1：取取 B 点作参考点，断点作参考点，断开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。D6V12V3k BAUAB+第十八页，讲稿共四十九页哦u ui 8V，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 ui i VVb，二极管二极管D D导通；导通；导通；导通；3.工作波形工作波形 u 负半周，负半周，VaVVb，二极管二极管 D1 1、D D3 导通，导通，D2 2、D4 4 截止截止。3.3.工作波形工作波形工作波形工作波形uD2uD
26、41.电路结构电路结构电路结构电路结构 uouD t tRLuiouo1234ab+动画动画u第二十五页，讲稿共四十九页哦8.3.2 单相桥式整流电路（负半周）单相桥式整流电路（负半周）2.2.工作原理工作原理(2)u 负半周，负半周，负半周，负半周，V Va auC时，二极管导通，电源在给负载时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也供电的同时也给电容充电，给电容充电，uC 增加，增加，uo=uC=u。u uC时，二极管导通，电源在给负载时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也供电的同时也给电容充电，给电容充电，uC 增加，增加，uo=uC=u。u IOM时，时，UR较大，较大，T T
27、导通导通 ，IOO=I IOM+IC C R 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。第四十六页，讲稿共四十九页哦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 100 A，在要求不高的场合它在，在要求不高的场合它在R2上的压降可以忽略上的压降可以忽略2、1 1两端电压为两端电压为 1.25V 基准电压基准电压COCW117CiUi+_+_UO321 AdjR1R2240 1F0.1F第四十七页，讲稿共四十九页哦本章作业：本章作业：P235：8.2.1 8.2.2 8.2.3 P317：11.2.1 11.3.1第四十八页，讲稿共四十九页哦本章作业：本章作业：新书新书P223：8.2.2P223：8.4.1P223：8.5.1第四十九页，讲稿共四十九页哦