第四章二極管及整流電路新

1、1 電工學(xué)電工學(xué) 辦公室：辦公室：10226 電話：電話劉巧玲劉巧玲 2 第4章 二極管及整流電路 n重點(diǎn)：PN結(jié)形成及特性、二極管伏安特性 n難點(diǎn)：二極管電路 n（一）半導(dǎo)體基礎(chǔ)、二極管（掌握） n（二）二極管電路（理解） 3 3 第4章 二極管及整流電路 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ).02 2 PN 結(jié).08 3 半導(dǎo)體二極管.14 4 單相整流電路.25 5 濾波電路.30 6 穩(wěn)壓管及穩(wěn)壓電路.33 4 4 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ) 一、半導(dǎo)體（導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間。導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間。） 導(dǎo)體 半導(dǎo)體 絕緣體 光敏

2、特性 雜敏特性 熱敏特性 正四面體結(jié)構(gòu)中四個原子分別處在正四面體的四個頂 角上，任意頂角上的原子和中心原子各貢獻(xiàn)一個價電子為 該兩個原子所共有，形成共價鍵 。 5 5 第第6 6章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 正四面體結(jié)構(gòu)圖 晶體結(jié)構(gòu)平面示意圖 6 6 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 二、本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體就是指純凈的、未摻雜任何雜質(zhì)并且沒有晶 格缺陷的完整的半導(dǎo)體。 共價鍵結(jié)構(gòu)中，原子最外層擁有八個電子并處于相對穩(wěn) 定狀態(tài)，但在一定條件下，外層電子可能受到激發(fā)成為自由 電子。并在其原來所在的晶格原子的外層軌道上留下一個空 位，叫做空穴?？昭ê妥杂呻娮佣伎煞Q為本征

3、半導(dǎo)體中的載 流子， 其定向移動形成半導(dǎo)體中的電流。 在熱能、外電場或其他能量激發(fā)下，自由電子不斷產(chǎn)生。 當(dāng)自由電子移動到一個空穴附近，就會填補(bǔ)到這個空穴上， 該過程叫做復(fù)合。 7 7 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 三、雜質(zhì)半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體 8 8 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 N型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體硅（或鍺） 中摻入微量的V族元素（例 如磷P），在本征硅晶體結(jié) 構(gòu)沒有發(fā)生改變的前提下， 硅晶體中某些位置的硅原子 被磷原子取代。 形成共價鍵后，多出的電形成共價鍵后，多出的電 子成為自由電子。子成為自由電子。 具有多余電子的半導(dǎo)體 材料。

4、自由電子為多數(shù)載流子 （簡稱“多子”），空穴為 少數(shù)載流子（簡稱“少 子”）。 9 9 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 P型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體硅（或鍺） 中摻入微量的III族元素（例 如硼B(yǎng)），在本征硅晶體結(jié) 構(gòu)沒有發(fā)生改變的前提下， 硅晶體中某些位置的硅原子 被硼原子取代。 形成共價鍵后，出現(xiàn)一形成共價鍵后，出現(xiàn)一 個空穴。個空穴。 空穴為 多子，自由電子 為 少子。 注意： 無論N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體都是電中性，對外不顯電性。 1010 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 2 PN 結(jié) 一、PN結(jié)的形成 PN結(jié) ：在同一片半導(dǎo)體基片上P型半導(dǎo)體材料和N型

5、半導(dǎo)體 材料相結(jié)合的區(qū)域。 P區(qū)與N區(qū)中載流子的擴(kuò)散運(yùn)動 1111 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 平衡狀態(tài)下形成空間電荷區(qū) 擴(kuò)散運(yùn)動擴(kuò)散電流濃度差異 空間電荷區(qū) 內(nèi)電場 漂移運(yùn)動漂移電流 一個穩(wěn)定的 PN結(jié)，其內(nèi) 部的總電流 為零，并且 空間電荷區(qū) 的寬度相對 穩(wěn)定 1212 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 二、PN結(jié)的特性 1、PN結(jié)單相導(dǎo)電性 PN 結(jié) P 區(qū)電位高于 N 區(qū)電位的情況稱為正向偏置 內(nèi)電場減弱， 擴(kuò)散大于漂 移，形成正 向電流 正向偏置時，正向偏置時，PN結(jié)導(dǎo)通。正向電阻很小。結(jié)導(dǎo)通。正向電阻很小。 外電場減弱內(nèi)電場的外電場減弱內(nèi)電場的

6、 作用作用多數(shù)載流子的多數(shù)載流子的 擴(kuò)散運(yùn)動增強(qiáng)擴(kuò)散運(yùn)動增強(qiáng)擴(kuò)散擴(kuò)散 電流增強(qiáng)電流增強(qiáng)形成連續(xù)形成連續(xù) 正向電流正向電流 1313 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 PN 結(jié) N 區(qū)電位高于 P 區(qū)電位的情況稱為反相偏置 內(nèi)電場加強(qiáng)， 擴(kuò)散停止， 少量漂移， 形成較小反 向電流 反向偏置時，反向偏置時， PN結(jié)截止。反向電阻很大。結(jié)截止。反向電阻很大。 外電場增強(qiáng)了內(nèi)電外電場增強(qiáng)了內(nèi)電 場的作用場的作用多數(shù)載多數(shù)載 流子的擴(kuò)散運(yùn)動終流子的擴(kuò)散運(yùn)動終 止止擴(kuò)散電流消失。擴(kuò)散電流消失。 (3)結(jié)論：結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，且具有電容效?yīng)。結(jié)具有單向?qū)щ娦裕揖哂须娙菪?yīng)。 14

7、14 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 2、PN結(jié)伏安特性 DT DS( 1) U /U IIe 反向擊穿電壓 反向漏電 流，A級 導(dǎo)通壓降，硅 管0.6-0.8V，鍺 管0.2-0.3V 死區(qū) 1515 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 3、PN結(jié)的反向擊穿 熱擊穿 電擊穿 雪崩擊穿 齊納擊穿 反向電壓超過7V 反向電壓低于4V 4、PN結(jié)的電容效應(yīng) 結(jié)電容Cj 擴(kuò)散電容Cd 勢壘電容Cb反向偏置時起主導(dǎo)作用 正向偏置時起主導(dǎo)作用 1616 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 3 半導(dǎo)體二極管 半導(dǎo)體二極管是由用外殼封裝起來的PN結(jié) 一、二極管的

8、分類 按材料分類 硅半導(dǎo)體二極管 鍺半導(dǎo)體二極管 按結(jié)構(gòu)分類 點(diǎn)接觸型 面接觸型 平面型 1717 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 二、半導(dǎo)體二極管的伏安特性 UBR 反向擊穿電壓 IS 反向飽和電流 UON 開啟電壓 二極管兩端電壓與通過管子的電流之間的關(guān)系。二極管兩端電壓與通過管子的電流之間的關(guān)系。 1818 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 三、半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù) 1、最大整流電流 IF 2、最大反向工作電壓 UDRM 3、反向電流 IR 4、最高工作頻率fMAX 1919 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 四、半導(dǎo)體二極管的等效電路

9、 理想等效電路 正向?qū)?反向截至 管壓降為零 反向電流為零 2020 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 考慮管壓降的二極管等效電路 正向?qū)?反向截至 管壓降為0.7V 反向電流為零 2121 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 考慮管壓降、二極管體電阻的二極管等效電路 正向?qū)?反向截至 管壓降為0.7V 反向電流為零 體電阻rD=U/ V 2222 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 例 試估算開關(guān)斷開和閉合時輸出電壓的數(shù)值。其中電壓源 U1=6V，U2=12V 解：理想情況下，開關(guān)斷開時，二極 管因加正向電壓而處于導(dǎo)通狀態(tài)，故 輸出電壓UO=

10、U1=6V；開關(guān)閉合時， 二極管外加反向電壓處于截止?fàn)顟B(tài)， 故輸出電壓UO=U2=12V 。 實(shí)際情況下，二極管正向?qū)〞r時導(dǎo) 通電壓UD=0.7V。開關(guān)斷開時，輸出 電壓UO=U1-UD=5.3V ；開關(guān)閉合時， 輸出電壓UO=U2=12V 。 2323 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 五、半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用電路 1、削峰電路 正半周二極管導(dǎo)通，負(fù)半周 二極管截至 例 2424 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 二極管與輸出端并聯(lián) ,輸入為 正半周且幅值大于開啟電壓 UON時，二極管導(dǎo)通，此時輸 出電壓 UO=UON=0.7V 例 2525 第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路 串聯(lián)整流電