第14章二极管及整流电路.pptx

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1、本章要求三、会分析含有二极管的电路。一、理解PN结的单向导电性;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 数的意义；四、掌握二极管整流电路。第1页/共59页 学会用工程观点分析问题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，以便用简便的分析方的工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。法获得具有实际意义的结果。对于元器件，重点在特性、参数、技术指标上和对于元器件，重点在特性、参数、技术指标上和 正确使用方法，不要过分追究其内部机理。正确使用

2、方法，不要过分追究其内部机理。对电路分析计算时，只要能满足技术指标，对电路分析计算时，只要能满足技术指标，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、R R、C C 的值有误的值有误 差、工程上允许一定误差、采用合理估算的方法。差、工程上允许一定误差、采用合理估算的方法。第2页/共59页14.1 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)。3 3 3 3、掺杂性：、掺杂性：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

3、，半导体的导电特性半导体的导电特性明显增强明显增强。2 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 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。(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等敏二极管、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，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3页/共59页一、本征半导体 半导体具有晶体结构。半导体具有晶体结构。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列

4、方式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 完全纯净的半导体，称为本征半导体。完全纯净的半导体，称为本征半导体。第4页/共59页 Si Si Si Si价电子 价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成即可挣脱原子核的束缚，成为为自由电子自由电子（带负电），同（带负电），同时共价键中留下一个空位，时共价键中留下一个空位，称为称为空穴空穴（带正电）（带正电）。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。空穴 温度

5、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 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价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，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。第5页/共59页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现两部分电流 (1)(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

6、空穴电流空穴电流注意：注意：(1)(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,其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能半导体的导电性能也就愈好。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。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空穴成对地产生的同时，又不断复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，半导体中载流子便维持一定的数目。衡，半导体中载流子便

7、维持一定的数目。第6页/共59页二、二、NN型半导体型半导体 掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体或或N N型半导体。型半导体。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在常温下即可变为自由电子变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）,形成杂质半导体。形成杂质半导体。在在N N 型半导体中型半导体中自由电子是自由电子是

8、多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流子。子。动画第7页/共59页三、三、P P 型半导体型半导体 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或 P P型半导体。型半导体。掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在 P P 型半导体中型半导体中空穴是多空穴是多数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载流子。流子。B硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴动画无论无论N N型或型或P

9、 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。第8页/共59页 1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。2.2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。3.3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 （a.a.减少、减少、b.b.不变、不变、c.c.增多）。增多）。a ab bc c 4.4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P P 型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是 ，N N 型半导

10、体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。（a.a.电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）b ba a第9页/共59页14.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性一、一、PNPNPNPN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N N 型半导体型半导体 内电场越强，漂移运动越强，内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。而漂移使空间电荷区变薄。扩散和漂移这一对扩散和漂移这一对相反的运动最终达到相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。区的厚度固定不变。+动画形成空间电

11、荷区空间电荷区也称 PN 结第10页/共59页二、PN结的单向导电性 1 1、PN PN 结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄 P接正、N接负 外电场IF 内外电场内外电场方向相反，方向相反，相互削弱。相互削弱。PN PN 结加正向电压结加正向电压时，时，PNPN结变窄，正结变窄，正向电流较大，正向向电流较大，正向电阻较小，电阻较小，PNPN结导结导通。通。内电场PN+动画+E总总与与E内内方向相同，方向相同，E总总仍阻止多子扩散，仍阻止多子扩散，I IF F很小很小E总总与与E外外方向相同，方向相同，E总总加速多子扩散，加速多子扩散，I IF F很大很大第11页/共5

12、9页PN PN 结变宽结变宽2 2、PN PN 结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IR P P接负、接负、N N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。动画+PN PN 结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，反向电阻较大，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场P PN N+内外电场内外电场方向相同，方向相同，相互增强。相互增强。更阻止多子更阻止多子扩散。增强扩散。增强少子的漂移第12页/共59页1

13、4.3 半导体二极管半导体二极管一、二极管的结构与符号一、二极管的结构与符号(a)(a)点接触型点接触型二极管分为点接触型、面接触型和平面型三种二极管分为点接触型、面接触型和平面型三种 结面积小、结电容小、正向电流小。用结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。于检波和变频等高频电路。金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(a )点接触型第13页/共59页14.3 半导体二极管半导体二极管(b)(b)面接触型面接触型 结面积大、正向电流大、结电容大，结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。用于工频大电流整流电路。铝合金小球N 型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线

14、(b )面接触型第14页/共59页阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P 型硅N型硅(c)平面型14.2 半导体二极管半导体二极管阴极阳极(d )符号D(c)(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。PNPN结结面积可大可结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。小，用于高频整流和开关电路中。(d)(d)符号符号第15页/共59页二、伏安特性二、伏安特性硅管硅管0.5V0.5V锗管锗管0 0.1V.1V反向击穿电压U(BR)导通压降导通压降 外加电压大于死区电外加电压大于死区电压二极管才能导通。压二极管才能导通。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

15、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特点：非线性特点：非线性硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗0 0.2.20.3V0.3VUI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16页/共59页三、主要参数三、主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流 I IOMOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。平均电流。平均电流。平均电流。2.2.反向工作峰值电压反向工

16、作峰值电压U URWMRWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，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一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压一般是二极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二。的一半或三分之二。的一半或三分之二。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。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.3.反向峰值电流反向峰值电流I I

17、RMRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，向电流大，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的受温度的受温度的受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流

18、较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。第17页/共59页二极管二极管的单向导电性的单向导电性 1.1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负极接负 ）时，）时，二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。向电阻较小，正向电流较大。2.2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正极接正 ）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小

19、。向电阻较大，反向电流很小。3.3.3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。去单向导电性。4.4.4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。向电流愈大。第18页/共59页 四、二极管电路分析举例四、二极管电路分析举例 定性分析：判断二极管的工作状态导通截止否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0 0 0.60.7V.60.7V锗锗0 0.2.20.3V0.3V将二极管断开，分析二极管两端电位的高低将二极管断开，分析二极管两端电位的高低 或所加电压或所加电压U UD D的正负

20、。的正负。若若 V V阳阳 VV阴阴或或 U UD D为正为正(正向偏置正向偏置 )，二极管导通，二极管导通若若 V V阳阳 V V V阴阴 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，U UABAB=6V6V第20页/共59页u ui i 8V 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 u uo o=8V=8V u ui i 8V VVb b，二极管二极管D D导通；导通；3.3.工作波形工作波形 u 负半周，VaVVb b，二极管二极管 D D1 1、D D3 3 导通，导通，D D2 2、D D4 4 截止截止 。3.3.工作波形工作波

21、形uD2uD41.1.电路结构电路结构 uouD t tRLuiouo1234ab+动画u第27页/共59页18.1.2 单相桥式整流电路（负半周）2.2.工作原理工作原理(2)u(2)u 负半周，负半周，V Va aVuC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uC 增加，uo=uC=u。u u uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uC 增加，uo=uC=u。u u I IOMOM时，时，U UR R较大，较大，T T导通导通 ，I IOO=I IOM OM+I+IC C R 可由功率管 T的UBE和稳压器的IOM确定,即R UBE/IOM。第56页/共59页6.6.三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 流过调整端电流 100 A，在要求不高的场合它在R2上的压降可以忽略2 2、1 1两端电压为两端电压为 1.25V 1.25V 基准电压基准电压COCW117CiUi+_+_UO321 AdjR1R2240 1F0.1F第57页/共59页本章作业：P29：14.3.2(b)(c)14.3.4P172：18.1.2 18.1.3 P174：18.2.3 P175：18.3.1第58页/共59页感谢您的观看！第59页/共59页