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1、第06章二极管及整流电路第1页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路1 半导体基础半导体基础 一、半导体一、半导体导体导体半导体半导体绝缘体绝缘体光敏特性光敏特性杂敏特性杂敏特性热敏特性热敏特性 正四面体结构中四个原子分别处在正四面体的四个顶角正四面体结构中四个原子分别处在正四面体的四个顶角上，任意顶角上的原子和中心原子各贡献一个价电子为该两上，任意顶角上的原子和中心原子各贡献一个价电子为该两个原子所共有，形成个原子所共有，形成共价键共价键。2第2页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路正四面体结构图正
2、四面体结构图 晶体结构平面示意图晶体结构平面示意图 3第3页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路二、本征半导体二、本征半导体 本征半导体就是指纯净的、未掺杂任何杂质并且没有晶格缺本征半导体就是指纯净的、未掺杂任何杂质并且没有晶格缺陷的完整的半导体。陷的完整的半导体。共价键结构中，原子最外层拥有八个电子并处于相对稳定状共价键结构中，原子最外层拥有八个电子并处于相对稳定状态，但在一定条件下，外层电子可能受到激发成为态，但在一定条件下，外层电子可能受到激发成为自由电子自由电子。并。并在其原来所在的晶格原子的外层轨道上留下一个空位，叫做在其原来所在的晶格
3、原子的外层轨道上留下一个空位，叫做空穴空穴。空穴和自由电子都可称为本征半导体中的空穴和自由电子都可称为本征半导体中的载流子载流子，其定向移动形成半其定向移动形成半导体中的导体中的电流电流。在热能、外电场或其他能量激发下，自由电子不断产生。在热能、外电场或其他能量激发下，自由电子不断产生。当自由电子移动到一个空穴附近，就会填补到这个空穴上，该当自由电子移动到一个空穴附近，就会填补到这个空穴上，该过程叫做过程叫做复合复合。4第4页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路三、杂质半导体三、杂质半导体N型半导体型半导体P型半导体型半导体5第5页，共36页，编
4、辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路N型半导体型半导体 在本征半导体硅（或锗）中在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的掺入微量的V族元素（例如磷族元素（例如磷P），在本征硅晶体结构没有发生），在本征硅晶体结构没有发生改变的前提下，硅晶体中某些位改变的前提下，硅晶体中某些位置的硅原子被磷原子取代。置的硅原子被磷原子取代。具有多余电子的半导体材具有多余电子的半导体材料。料。自由电子为多数载流子自由电子为多数载流子（简称（简称“多子多子”），空穴为少），空穴为少数载流子（简称数载流子（简称“少子少子”）。）。6第6页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二
5、极管及整流电路二极管及整流电路P型半导体型半导体 在本征半导体硅（或锗）中在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的掺入微量的III族元素（例如硼族元素（例如硼B），在本征硅晶体结构没有发），在本征硅晶体结构没有发生改变的前提下，硅晶体中某些生改变的前提下，硅晶体中某些位置的硅原子被硼原子取代。位置的硅原子被硼原子取代。空穴为空穴为 多子多子，自由电子为，自由电子为 少子少子。注意：注意：无论无论N型半导体还是型半导体还是P型半导体都是电中性，对外不显电性。型半导体都是电中性，对外不显电性。7第7页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路2 PN 结结 一、
6、一、PN结的形成结的形成PN结结：在同一片半导体基片上：在同一片半导体基片上P型半导体材料和型半导体材料和N型半导体型半导体 材料相结合的区域。材料相结合的区域。P区与区与N区中载流子的扩散运动区中载流子的扩散运动 8第8页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路平衡状态下形成空间电荷区平衡状态下形成空间电荷区 扩散运动扩散运动扩散电流扩散电流浓度差异浓度差异空间电荷区空间电荷区 内电场内电场漂移运动漂移运动漂移电流漂移电流一个稳定的PN结，其内部的总电流为零，并且空间电荷区的宽度相对稳定 9第9页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章
7、二极管及整流电路二极管及整流电路二、二、PN结的特性结的特性1、PN结单相导电性结单相导电性PN 结结 P 区电位高于区电位高于 N 区电位的情况称为区电位的情况称为正向偏置正向偏置 内电场减弱，扩散大于漂移，形成正向电流10第10页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路PN 结结 N 区电位高于区电位高于 P 区电位的情况称为区电位的情况称为反相偏置反相偏置 内电场加强，扩散停止，少量漂移，形成较小反向电流11第11页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路2、PN结伏安特性结伏安特性反向击穿电压反向漏
8、电流，A级导通压降，硅管0.6-0.8V，锗管0.2-0.3V死区12第12页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路3、PN结的反向击穿结的反向击穿热击穿热击穿电击穿电击穿雪崩击穿雪崩击穿齐纳击穿齐纳击穿反向电压超过反向电压超过7V 反向电压低于反向电压低于4V 4、PN结的电容效应结的电容效应结电容结电容Cj扩散电容扩散电容Cd势垒电容势垒电容Cb反向偏置时起主导作用反向偏置时起主导作用正向偏置时起主导作用正向偏置时起主导作用13第13页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路3 半导体二极管半导体二极
9、管 半导体二极管是由用外壳封装起来的半导体二极管是由用外壳封装起来的PN结结 一、二极管的分类一、二极管的分类按材料分类按材料分类硅半导体二极管硅半导体二极管锗半导体二极管锗半导体二极管按结构分类按结构分类点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型14第14页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路二、半导体二极管的伏安特性二、半导体二极管的伏安特性UBR 反向击穿电压反向击穿电压IS 反向饱和电流反向饱和电流UON 开启电压开启电压15第15页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路三、半导体二极管的主
10、要参数三、半导体二极管的主要参数1、最大整流电流、最大整流电流 IF2、最大反向工作电压、最大反向工作电压 UDRM3、反向电流、反向电流 IR4、最高工作频率、最高工作频率fMAX16第16页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路四、半导体二极管的等效电路四、半导体二极管的等效电路理想等效电路理想等效电路正向导通反向截至管压降为零反向电流为零17第17页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路考虑管压降的二极管等效电路考虑管压降的二极管等效电路正向导通反向截至管压降为0.7V反向电流为零18第18页，共
11、36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路考虑管压降、二极管体电阻的二极管等效电路考虑管压降、二极管体电阻的二极管等效电路正向导通反向截至管压降为0.7V反向电流为零体电阻rD=U/V19第19页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路例例 试估算开关断开和闭合时输出电压的数值。其中电压试估算开关断开和闭合时输出电压的数值。其中电压源源 U1=6V，U2=12V解：解：理想情况下，开关断开时，二极管因理想情况下，开关断开时，二极管因加正向电压而处于导通状态，故输出电压加正向电压而处于导通状态，故输出电压UO=U1
12、=6V；开关闭合时，二极管外加反；开关闭合时，二极管外加反向电压处于截止状态，故输出电压向电压处于截止状态，故输出电压UO=U2=12V。实际情况下，二极管正向导通时时导通实际情况下，二极管正向导通时时导通电压电压UD=0.7V。开关断开时，输出电压。开关断开时，输出电压UO=U1-UD=5.3V；开关闭合时，输出电；开关闭合时，输出电压压UO=U2=12V。20第20页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路五、半导体二极管的应用电路五、半导体二极管的应用电路1、削峰电路、削峰电路正半周二极管导通，负半周二极管截至例例21第21页，共36页，编辑于
13、2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路二极管与输出端并联,输入为正半周且幅值大于开启电压UON时，二极管导通，此时输出电压 UO=UON=0.7V例例22第22页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路串联整流电路2、限幅电路、限幅电路UR1U时，二极管导通UOU；UR1U时，二极管导通UOUR1。输出被限定在0U之间。例例23第23页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路3、钳位电路、钳位电路利用二极管导通和截至控制电容的充放电，输出电压的最大值被限定在零电平上，起到电压钳位
14、作用。24第24页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路4 单相整流电路单相整流电路 交流变直流滤掉交流部分，减小脉动系数稳压，防止输出波动25第25页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路一、单相半波整流电路一、单相半波整流电路26第26页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路交流输入电压交流输入电压 输出电压瞬时值输出电压瞬时值 输出电压平均值输出电压平均值 脉动系数脉动系数 27第27页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电
15、路二极管及整流电路二、单相全波整流电路二、单相全波整流电路具有中心抽头的变压器与二极管配合，两个二极管分别在正负半周导通，并且导通时流经负载的电流方向一致，输入信号正负半周时负载都有输出电压。28第28页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路单相桥式整流电路单相桥式整流电路 使用的二极管比全波整流多一倍，但每个二极管所承受的反向电压比较小。输出电压平均值输出电压平均值 脉动系数脉动系数 29第29页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路5 滤波电路滤波电路 一、电容滤波器一、电容滤波器通过电容的充放电过
16、程滤掉交流部分 经滤波电路后，输出电压的直流成分增加，而且平均值也得到提高 30第30页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路二、电感滤波器二、电感滤波器利用电感的储能作用减小输出电压的脉动 31第31页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路三、滤波器网络三、滤波器网络RC型滤波器型滤波器LC型滤波器型滤波器双双L型滤波器型滤波器32第32页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路6 稳压管及稳压电路稳压管及稳压电路 一、稳压二极管一、稳压二极管稳压二极管是利
17、用稳压二极管是利用PN结的反向击穿特性来实现稳压作用的半导结的反向击穿特性来实现稳压作用的半导体元器件体元器件 特性参数：特性参数：稳定电压稳定电压UZ动态电阻动态电阻rZ稳定电流稳定电流IZ额定功耗额定功耗PZ电压温度系数电压温度系数33第33页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路二、稳压管稳压电路二、稳压管稳压电路1、输入电压不变，负载变化时、输入电压不变，负载变化时 2、负载不变，输入电压发生变化时、负载不变，输入电压发生变化时输出电压基本输出电压基本保持稳定保持稳定利用稳压管所起的电流调节作用，通过调节限流电阻上的电流及电压变化，达到使输出电压基本保持稳定的目的。34第34页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路三、直流稳压电路三、直流稳压电路1、串联稳压电路、串联稳压电路晶体管在电路中起电压调整作用，亦称为调整管 在电路中引入深度电压负反馈达到稳压电压的作用 35第35页，共36页，编辑于2022年，星期一第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路2、集成稳压电路、集成稳压电路36第36页，共36页，编辑于2022年，星期一