dg6半導(dǎo)體二極管與直流穩(wěn)壓電源ppt課件

1、電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)主編主編 曾令琴曾令琴第第6 6章半導(dǎo)體及其常用器件章半導(dǎo)體及其常用器件電工電子技術(shù)電工電子技術(shù) 了解本征半導(dǎo)體、P型和N型半導(dǎo)體的特征；了解PN結(jié)的形成過程；熟悉二極管的伏安特性及其種類、用途；深刻理解晶體管的電流放大原理，掌握晶體管的輸入和輸出特性；了解場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，初步掌握工程技術(shù)人員必需具備的分析電子電路的基本理論、基本知識和基本技能。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)6.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識 物質(zhì)按導(dǎo)電能力的不同可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三大類。金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率一般在105s/cm量級；塑料、云母等絕緣體的電導(dǎo)率通

2、常是10-2210-14s/cm量級；半導(dǎo)體的電導(dǎo)率則在10-9102s/cm量級。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力雖然介于導(dǎo)體和絕緣體之間，但半導(dǎo)體的應(yīng)用卻極其廣泛，這是由半導(dǎo)體的獨特性能決定的：1. 半導(dǎo)體的獨特性能半導(dǎo)體受光照后，其導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)；受溫度的影響，半導(dǎo)體導(dǎo)電能力變化很大；在半導(dǎo)體中摻入少量特殊雜質(zhì)，其導(dǎo)電 能力極大地增強(qiáng)；半導(dǎo)體材料的獨特性能是由其所決定的。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)2. 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體(1)本征半導(dǎo)體 最常用的半導(dǎo)體為硅(Si)和鍺(Ge)。它們的共同特征是四價元素，即每個原子最外層電子數(shù)為4個。+Si(硅原子)Ge(鍺原子)硅原子和鍺原子的簡化模型圖因為原子呈

3、電中性，所以簡因為原子呈電中性，所以簡化模型圖中的原子核只用帶化模型圖中的原子核只用帶圈的圈的+4+4符號表示即可。符號表示即可。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù) 天然的硅和鍺是不能制作成半導(dǎo)體器件的。它們必須先經(jīng)過高度提純，形成晶格結(jié)構(gòu)完全對稱的本征半導(dǎo)體。 本征半導(dǎo)體原子核最外層的價電子都是4個，稱為四價元素，它們排列成非常整齊的晶格結(jié)構(gòu)。在本征半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)中，每一個原子均與相鄰的四個原子結(jié)合，即與相鄰四個原子的價電子兩兩組成電子對，構(gòu)成。444444444實際上半導(dǎo)體的晶實際上半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)是三維的。格結(jié)構(gòu)是三維的。晶格結(jié)構(gòu)晶格結(jié)構(gòu)共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵結(jié)構(gòu)電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)4444444

4、44從共價鍵晶格結(jié)構(gòu)從共價鍵晶格結(jié)構(gòu)來看，每個原子外來看，每個原子外層都具有層都具有8 8個價電子個價電子。但價電子是相鄰。但價電子是相鄰原子共用，所以穩(wěn)原子共用，所以穩(wěn)定性并不能象絕緣定性并不能象絕緣體那樣好。體那樣好。在游離走的價電子原位在游離走的價電子原位上留下一個不能移動的上留下一個不能移動的空位，叫空穴?？瘴?，叫空穴。 受光照或溫度上升影受光照或溫度上升影響，共價鍵中價電子的響，共價鍵中價電子的熱運動加劇，一些價電熱運動加劇，一些價電子會掙脫原子核的束縛子會掙脫原子核的束縛游離到空間成為自由電游離到空間成為自由電子。子。 由于熱激發(fā)而在晶體中出現(xiàn)電子空穴對的現(xiàn)象稱為。 本征激發(fā)的結(jié)果

5、，造成了半導(dǎo)體內(nèi)部自由電子載流子運動的產(chǎn)生，由此本征半導(dǎo)體的電中性被破壞，使失掉電子的原子變成帶正電荷的離子。 由于共價鍵是定域的，這些帶正電的離子不會移動，即不能參與導(dǎo)電，成為晶體中固定不動的帶正電離子。 電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)444444444受光照或溫度受光照或溫度上升影響，共上升影響，共價鍵中其它一價鍵中其它一些價電子直接些價電子直接跳進(jìn)空穴，使跳進(jìn)空穴，使失電子的原子失電子的原子重新恢復(fù)電中重新恢復(fù)電中性。性。 價電子填補(bǔ)空穴的現(xiàn)象稱為。此時整個晶體此時整個晶體帶電嗎？為什帶電嗎？為什么？么？ 參與復(fù)合的價電子又會留下一個新的空位，而這個新的空穴仍會被鄰近共價鍵中跳出來的價電子填補(bǔ)

6、上，這種價電子填補(bǔ)空穴的復(fù)合運動使本征半導(dǎo)體中又形成一種不同于本征激發(fā)下的電荷遷移，為區(qū)別于本征激發(fā)下自由電子載流子的運動，我們把價電子填補(bǔ)空穴的復(fù)合運動稱為空穴載流子運動。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù) 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理與金屬導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理有本質(zhì)上的區(qū)別：金屬導(dǎo)體中只有自由電子一種載流子參與導(dǎo)電；而半導(dǎo)體中則是本征激發(fā)下的自由電子和復(fù)合運動形成的空穴兩種載流子同時參與導(dǎo)電。兩種載流子電量相等、符號相反，即自由電子載流子和空穴載流子的運動方向相反。444444444 自由電子載流子運動可以形容為沒有座位人的移動；空穴載流子運動則可形容為有座位的人依次向前挪動座位的運動。半導(dǎo)體內(nèi)部的這兩種運動總是共存的

7、，且在一定溫度下達(dá)到動態(tài)平衡。半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)(2)雜質(zhì)半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體雖然有自由電子和空穴兩種載流子，但由于數(shù)量極少導(dǎo)電能力仍然很低。如果在其中摻入某種元素的微量雜質(zhì)，將使摻雜后的雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能大大增強(qiáng)。五價元素磷(P)444444444P摻入磷雜質(zhì)的硅半導(dǎo)摻入磷雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶格中，自由電子體晶格中，自由電子的數(shù)量大大增加。因的數(shù)量大大增加。因此自由電子是這種半此自由電子是這種半導(dǎo)體的導(dǎo)電主流。導(dǎo)體的導(dǎo)電主流。 在室溫情況下，本征硅中的磷雜質(zhì)等于10-6數(shù)量級時，電子載流子的數(shù)目將增加幾十萬倍。摻入五價元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體由于自由電子多而稱為電子型半導(dǎo)體，也叫做

8、N型半導(dǎo)體。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)444444444三價元素硼(B)B摻入硼雜質(zhì)的硅半導(dǎo)摻入硼雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶格中，空穴載流體晶格中，空穴載流子的數(shù)量大大增加。子的數(shù)量大大增加。因此空穴是這種半導(dǎo)因此空穴是這種半導(dǎo)體的導(dǎo)電主流。體的導(dǎo)電主流。 一般情況下，雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子的數(shù)量可達(dá)到少數(shù)載流子數(shù)量的1010倍或更多，因此，雜質(zhì)半導(dǎo)體比本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力可增強(qiáng)幾十萬倍。 摻入三價元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，由于空穴載流子的數(shù)量大大于自由電子載流子的數(shù)量而稱為空穴型半導(dǎo)體，也叫做P型半導(dǎo)體。 在P型半導(dǎo)體中，多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是自由電子，而不能移動的離子帶負(fù)電。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)

9、 不論是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，其中的多子和少子的移動都能形成電流。但是，由于多子的數(shù)量遠(yuǎn)大于少子的數(shù)量，因此起主要導(dǎo)電作用的是多數(shù)載流子。摻入雜質(zhì)后雖然形成了N型或P型半導(dǎo)體，但整個半導(dǎo)體晶體仍然呈電中性。一般可近似認(rèn)為多數(shù)載流子的數(shù)量與雜質(zhì)的濃度相等。P型半導(dǎo)體中的空穴多型半導(dǎo)體中的空穴多于自由電子，是否意于自由電子，是否意味著帶正電？味著帶正電？自由電子導(dǎo)電和空穴自由電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電的區(qū)別在哪里？導(dǎo)電的區(qū)別在哪里？空穴載流子的形成是空穴載流子的形成是否由自由電子填補(bǔ)空否由自由電子填補(bǔ)空穴的運動形成的？穴的運動形成的？ 何謂雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子和何謂雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子和少子少子 ？N N

10、型半導(dǎo)體中的多子是型半導(dǎo)體中的多子是什么？少子是什么？什么？少子是什么？電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)3. PN結(jié)及其形成過程PN結(jié)的形成結(jié)的形成 雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力雖然比本征半導(dǎo)體極大增強(qiáng)，但它們并不能稱為半導(dǎo)體器件。在電子技術(shù)中，PN結(jié)是一切半導(dǎo)體器件的“元概念”和技術(shù)起始點。在一塊晶片的兩端分別注入三價元素硼和五價在一塊晶片的兩端分別注入三價元素硼和五價元素磷元素磷 + + + + + + + + + + + + + + + +空間電荷區(qū)內(nèi)電場電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)動畫演示電工電子技術(shù)電工電子技術(shù) PN結(jié)形成的過程中，多數(shù)載流子的擴(kuò)散和少數(shù)載流子的漂移共存。開始時多子的擴(kuò)散運動占優(yōu)勢，擴(kuò)散

11、運動的結(jié)果使PN結(jié)加寬，內(nèi)電場增強(qiáng)；另一方面，內(nèi)電場又促使了少子的漂移運動：P區(qū)的少子電子向N區(qū)漂移，補(bǔ)充了交界面上N區(qū)失去的電子，同時， N區(qū)的少子空穴向P區(qū)漂移，補(bǔ)充了原交界面上P區(qū)失去的空穴，顯然漂移運動減少了空間電荷區(qū)帶電離子的數(shù)量，削弱了內(nèi)電場，使PN結(jié)變窄。最后，擴(kuò)散運動和漂移運動達(dá)到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本穩(wěn)定，即PN結(jié)形成。 PN結(jié)內(nèi)部載流子基本為零，因此導(dǎo)電率很低，相當(dāng)于介質(zhì)。但PN結(jié)兩側(cè)的P區(qū)和N區(qū)導(dǎo)電率很高，相當(dāng)于導(dǎo)體，這一點和電容比較相似，所以說PN結(jié)具有電容效應(yīng)。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)4. PN結(jié)的單向?qū)щ娦噪姽る娮蛹夹g(shù)電工電子技術(shù) PN結(jié)反向偏置時的情況電工

12、電子技術(shù)電工電子技術(shù) PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)的上述“正向?qū)?，反向截止”作用，說明它具有，PN結(jié)的單向?qū)щ娦允撬鼧?gòu)成半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。 由于常溫下少數(shù)載流子的數(shù)量不多，故反向電流很小，而且當(dāng)外加電壓在一定范圍內(nèi)變化時，反向電流幾乎不隨外加電壓的變化而變化，因此反向電流又稱為反向飽和電流。反向飽和電流由于很小一般可以忽略，從這一點來看，PN結(jié)對反向電流呈高阻狀態(tài)，也就是所謂的作用。 值得注意的是，由于本征激發(fā)隨溫度的升高而加劇，導(dǎo)致電子空穴對增多，因而反向電流將隨溫度的升高而成倍增長。反向電流是造成電路噪聲的主要原因之一，因此，在設(shè)計電路時，必須考慮溫度補(bǔ)償問題。 PN結(jié)中反向電流的討論電工

13、電子技術(shù)電工電子技術(shù)2. 半導(dǎo)體受溫度和光照影響，產(chǎn)生本征激發(fā)現(xiàn)象而出現(xiàn)電子、空穴對；同時，其它價電子又半導(dǎo)體受溫度和光照影響，產(chǎn)生本征激發(fā)現(xiàn)象而出現(xiàn)電子、空穴對；同時，其它價電子又不斷地不斷地 “轉(zhuǎn)移跳進(jìn)轉(zhuǎn)移跳進(jìn)”本征激發(fā)出現(xiàn)的空穴中，產(chǎn)生價電子與空穴的復(fù)合。在一定溫度下，電本征激發(fā)出現(xiàn)的空穴中，產(chǎn)生價電子與空穴的復(fù)合。在一定溫度下，電子、空穴對的激發(fā)和復(fù)合最終達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)下，半導(dǎo)體中的載流子濃度一定子、空穴對的激發(fā)和復(fù)合最終達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)下，半導(dǎo)體中的載流子濃度一定，即反向電流的數(shù)值基本不發(fā)生變化。，即反向電流的數(shù)值基本不發(fā)生變化。1. 半導(dǎo)體中少子的濃度雖然很低

14、半導(dǎo)體中少子的濃度雖然很低 ，但少子對溫度非常敏感，因此溫度對，但少子對溫度非常敏感，因此溫度對半導(dǎo)體器件的性能影響很大。而多子因濃度基本上等于雜質(zhì)原子的摻雜半導(dǎo)體器件的性能影響很大。而多子因濃度基本上等于雜質(zhì)原子的摻雜濃度，所以說多子的數(shù)量基本上不受溫度的影響。濃度，所以說多子的數(shù)量基本上不受溫度的影響。 4. PN結(jié)的結(jié)的單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦允侵福菏侵福篜N結(jié)的正向電阻很小，因此正向偏置時多子構(gòu)成的擴(kuò)散電流極結(jié)的正向電阻很小，因此正向偏置時多子構(gòu)成的擴(kuò)散電流極易通過易通過PN結(jié)；同時結(jié)；同時PN結(jié)的反向電阻很大，因此反向偏置時基本上可以認(rèn)為電流無法通過結(jié)的反向電阻很大，因此反向偏置時基本上

15、可以認(rèn)為電流無法通過PN結(jié)。結(jié)。3. 空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指其內(nèi)電場阻礙多數(shù)載流子擴(kuò)散運動的作用，由于這種阻礙空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指其內(nèi)電場阻礙多數(shù)載流子擴(kuò)散運動的作用，由于這種阻礙作用，使得擴(kuò)散電流難以通過空間電荷區(qū)，即空間電荷區(qū)對擴(kuò)散電流呈現(xiàn)高阻作用。作用，使得擴(kuò)散電流難以通過空間電荷區(qū)，即空間電荷區(qū)對擴(kuò)散電流呈現(xiàn)高阻作用。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)5. PN結(jié)的反向擊穿問題 PN結(jié)反向偏置時，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過PN結(jié)的電流很小，基本上可視為零值。但當(dāng)電壓超過某一數(shù)值時，反向電流會急劇增加，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)。 反向擊穿發(fā)生在空間電荷區(qū)。擊穿的原因主要有兩種： 當(dāng)PN結(jié)上加

16、的反向電壓大大超過反向擊穿電壓時，處在強(qiáng)電場中的載流子獲得足夠大的能量碰撞晶格，將價電子碰撞出來，產(chǎn)生電子空穴對，新產(chǎn)生的載流子又會在電場中獲得足夠能量，再去碰撞其它價電子產(chǎn)生新的電子空穴對，如此連鎖反應(yīng)，使反向電流越來越大，這種擊穿稱為。 產(chǎn)生雪崩擊穿的電場比較大，外加反向電壓相對較高。通常出現(xiàn)雪崩擊穿的電壓大約在7V以上。 (1)雪崩擊穿電工電子技術(shù)電工電子技術(shù) 當(dāng)PN結(jié)兩邊的摻雜濃度很高，阻擋層又很薄時，阻擋層內(nèi)載流子與中性原子碰撞的機(jī)會大為減少，因而不會發(fā)生雪崩擊穿。(2)齊納擊穿 當(dāng)PN結(jié)非常薄時，即使在阻擋層兩端加的反向電壓不太大，也會產(chǎn)生一個比較強(qiáng)的內(nèi)電場。這個內(nèi)電場足以把PN結(jié)

17、內(nèi)中性原子的價電子從共價鍵中拉出來，產(chǎn)生出大量的電子空穴對，使PN結(jié)反向電流劇增，這種反向擊穿現(xiàn)象稱為齊納擊穿?？梢?，齊納擊穿發(fā)生在高摻雜的PN結(jié)中，相應(yīng)的擊穿電壓較低，一般小于5V。 雪崩擊穿是一種碰撞的擊穿，齊納擊穿是一種場效應(yīng)擊穿，二者均屬于。電擊穿過程通?？赡?，即PN結(jié)兩端的反向電壓降低后，PN結(jié)仍可恢復(fù)到原來狀態(tài)。利用電擊穿時PN結(jié)兩端電壓變化很小電流變化很大的特點，人們制造出工作在反向擊穿區(qū)的穩(wěn)壓管。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù) 當(dāng)PN結(jié)兩端加的反向電壓過高時，反向電流會繼續(xù)急劇增長，PN結(jié)上熱量不斷積累，引起結(jié)溫升高，載流子增多，反向電流一直增大下去，結(jié)溫一再持續(xù)升高循環(huán)，超過其容許

18、值時，PN結(jié)就會發(fā)生而永久損壞。 熱擊穿的過程是不可逆的，所以應(yīng)盡量避免發(fā)生。(3)熱擊穿能否說出能否說出PN結(jié)有何特結(jié)有何特性？半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)性？半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理與金屬導(dǎo)體有何不理與金屬導(dǎo)體有何不同？同？什么是本征激發(fā)？什什么是本征激發(fā)？什么是復(fù)合？少數(shù)載流么是復(fù)合？少數(shù)載流子和多數(shù)載流子是如子和多數(shù)載流子是如何產(chǎn)生的何產(chǎn)生的 ？ 試述雪崩擊穿和齊納擊穿的特試述雪崩擊穿和齊納擊穿的特點。這兩種擊穿能否造成點。這兩種擊穿能否造成PN結(jié)結(jié)的永久損壞的永久損壞 ？ 空間電荷區(qū)的電空間電荷區(qū)的電阻率為什么很阻率為什么很 高？高？電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)6.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 把把PN結(jié)用管

19、殼封裝，然后在結(jié)用管殼封裝，然后在P區(qū)和區(qū)和N區(qū)分別向外引出一區(qū)分別向外引出一個電極，即可構(gòu)成一個二極管。二極管是電子技術(shù)中最基個電極，即可構(gòu)成一個二極管。二極管是電子技術(shù)中最基本的半導(dǎo)體器件之一。根據(jù)其用途分有檢波管、開關(guān)管、本的半導(dǎo)體器件之一。根據(jù)其用途分有檢波管、開關(guān)管、穩(wěn)壓管和整流管等。穩(wěn)壓管和整流管等。硅高頻檢波管開關(guān)管穩(wěn)壓管整流管發(fā)光二極管 電子工程實際中，二極管應(yīng)用得非常廣泛，上圖所示即為各類二極管的部分產(chǎn)品實物圖。電子工程實際中，二極管應(yīng)用得非常廣泛，上圖所示即為各類二極管的部分產(chǎn)品實物圖。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)1. 二極管的基本結(jié)構(gòu)和類型：結(jié)面積小，適用于：結(jié)面積小，適用于

20、 高頻檢波、脈沖電路及計算機(jī)高頻檢波、脈沖電路及計算機(jī)中的開關(guān)元件。中的開關(guān)元件。外殼觸絲N型鍺片型鍺片正極引線正極引線負(fù)極引線負(fù)極引線N型鍺型鍺結(jié)面積大，適用于結(jié)面積大，適用于 低頻整流器件。低頻整流器件。負(fù)極引線負(fù)極引線底座底座金銻合金金銻合金PN結(jié)結(jié)鋁合金小球鋁合金小球正極引線正極引線普通二極管圖符號穩(wěn)壓二極管圖符號發(fā)光二極管圖符號DDZD 使用二極管時，必須注意極性不能使用二極管時，必須注意極性不能接反，否則電路非但不能正常工作，接反，否則電路非但不能正常工作，還有毀壞管子和其他元件的可能。還有毀壞管子和其他元件的可能。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)2. 二極管的伏安特性U(V)0.500.

21、8-50-25I (mA)204060 (A)4020 二極管的伏安特性是指流過二極管的電流與兩端所加電壓二極管的伏安特性是指流過二極管的電流與兩端所加電壓的函數(shù)關(guān)系。二極管既然是一個的函數(shù)關(guān)系。二極管既然是一個PN結(jié)，其伏安特性當(dāng)然具有結(jié)，其伏安特性當(dāng)然具有“單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦浴薄?二極管的伏安特性呈非線性，特性曲線上大致可分為四二極管的伏安特性呈非線性，特性曲線上大致可分為四個區(qū)：個區(qū)： 外加正向電壓超過死區(qū)電壓外加正向電壓超過死區(qū)電壓(硅管硅管0.5V，鍺管，鍺管0.1V)時，內(nèi)電場時，內(nèi)電場大大削弱，正向電流迅速增長，二極管進(jìn)入正向?qū)▍^(qū)。大大削弱，正向電流迅速增長，二極管進(jìn)入正向?qū)?/p>

22、通區(qū)。死區(qū)死區(qū)正向正向?qū)▽?dǎo)通區(qū)區(qū)反向反向截止區(qū)截止區(qū) 當(dāng)外加正向電壓很低時，由于外電場還當(dāng)外加正向電壓很低時，由于外電場還不能克服不能克服PN結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流子擴(kuò)散運結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流子擴(kuò)散運動的阻力，故正向電流很小，幾乎為零。動的阻力，故正向電流很小，幾乎為零。這一區(qū)域稱之為死區(qū)。這一區(qū)域稱之為死區(qū)。 外加反向電壓超過反向擊穿電壓外加反向電壓超過反向擊穿電壓UBR時，反向電流突然增大，二時，反向電流突然增大，二極管失去單向?qū)щ娦?，進(jìn)入反向擊穿區(qū)。極管失去單向?qū)щ娦?，進(jìn)入反向擊穿區(qū)。反向反向擊穿擊穿區(qū)區(qū)反向截止區(qū)內(nèi)反向飽和電流很小，可近似視為零值。反向截止區(qū)內(nèi)反向飽和電流很小，可近似視為零

23、值。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)正向?qū)▍^(qū)和反向截止區(qū)的討論U(V)0.500.8-50-25I (mA)204060 (A)4020死區(qū)正向?qū)▍^(qū)反向截止區(qū)反向擊穿區(qū) 當(dāng)外加正向電壓大于死區(qū)電壓時，二極管由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通，電壓再繼續(xù)增加時，電流迅速增大，而二極管端電壓卻幾乎不變，此時二極管端電壓稱為正向?qū)妷骸?硅二極管的正向?qū)妷杭s為0.7V，鍺二極管的正向?qū)妷杭s為0.3V。 在二極管兩端加反向電壓時，將有很小的、由少子漂移運動形成的反向飽和電流通過二極管。 反向電流有兩個特點：一是它隨溫度的上升增長很快，二是在反向電壓不超過某一范圍時，反向電流的大小基本恒定，而與反向電壓的高低無關(guān)(

24、與少子的數(shù)量有限)。所以通常稱它為反向飽和電流。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)3. 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) （1）最大整流電流）最大整流電流IDM：指二極管長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。其大?。褐付O管長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。其大小由由PN結(jié)的結(jié)面積和外界散熱條件決定。結(jié)的結(jié)面積和外界散熱條件決定。 （2）最高反向工作電壓）最高反向工作電壓URM：指二極管長期安全運行時所：指二極管長期安全運行時所能承受的最大反向電壓值。手冊上一般取擊穿電壓的一半作能承受的最大反向電壓值。手冊上一般取擊穿電壓的一半作為最高反射工作電壓值。為最高反射工作電壓值。 （3）反向電流）反向

25、電流IR：指二極管未擊穿時的反向電流。：指二極管未擊穿時的反向電流。IR值越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩Ｖ翟叫?，二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩７聪螂娏麟S溫度的變化而變化較大，這一點要特別加以注意。反向電流隨溫度的變化而變化較大，這一點要特別加以注意。 （4）最大工作頻率）最大工作頻率fM：此值由：此值由PN結(jié)的結(jié)電容大小決定。若二極管的工作頻率超過該值，結(jié)的結(jié)電容大小決定。若二極管的工作頻率超過該值，則二極管的單向?qū)щ娦詫⒆儾?。則二極管的單向?qū)щ娦詫⒆儾?。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)4. 二極管的應(yīng)用舉例分析實際電路時為簡單化，通常把二極管進(jìn)行理想化處理，即正偏時視其為“短路”，截止時視其為“開路”。U

26、D=0UD=正向?qū)〞r相當(dāng)一個閉合的開關(guān)反向阻斷時相當(dāng)一個打開的開關(guān)(1)二極管的開關(guān)作用電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)(2)二極管的限幅作用DuS10K IN4148u0iD 圖示為一限幅電路。電源uS是一個周期性的矩形脈沖，高電平幅值為+5V，低電平幅值為-5V。試分析電路的輸出電壓為多少。uS+5V-5Vt0當(dāng)輸入電壓ui=5V時，二極管反偏截止，此時電路可視為開路，輸出電壓u0=0V； 當(dāng)輸入電壓ui= +5V時，二極管正偏導(dǎo)通，導(dǎo)通時二極管管壓降近似為零，故輸出電壓u0+5V。 顯然輸出電壓u0限幅在0+5V之間。u0電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)(3)二極管的整流作用二極管的整流作用電工電子技

27、術(shù)電工電子技術(shù)利用二極管的單向?qū)щ娦阅芫涂色@得各種形式的利用二極管的單向?qū)щ娦阅芫涂色@得各種形式的整流電路。整流電路。二極管半波整流電路二極管半波整流電路二極管全波整流電路二極管全波整流電路橋式整流電路簡化圖橋式整流電路簡化圖B220VRLDIN4001B220VRLD1D2二極管橋式整流電路二極管橋式整流電路D4B220VRLD1D2D3B220VRL電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)tu20234t0234uo+u2+u1D(a) 電路 (b) 波形+uoRL電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)tu20234t0234uo+u2+u1D(a) 電路 (b) 波形+uoRL當(dāng)當(dāng)u2為正半周時，二極管為正半周時，二

28、極管D承受正向電壓而導(dǎo)通，此時有電流流過負(fù)載，并且和二極管上承受正向電壓而導(dǎo)通，此時有電流流過負(fù)載，并且和二極管上的電流相等，即的電流相等，即io= id。忽略二極管的電壓降，則負(fù)載兩端的輸出電壓等于變壓器副邊電壓，。忽略二極管的電壓降，則負(fù)載兩端的輸出電壓等于變壓器副邊電壓，即即uo=u2 ，輸出電壓，輸出電壓uo的波形與的波形與u2相同。相同。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)當(dāng)當(dāng)u2為負(fù)半周時，二極管為負(fù)半周時，二極管D承受反向電壓而截止。此時負(fù)載上無電流流過，輸出電壓承受反向電壓而截止。此時負(fù)載上無電流流過，輸出電壓uo=0，變壓器副邊電壓，變壓器副邊電壓u2全部加在二極管全部加在二極管D上。上

29、。tu20234t0234uo+u2+u1D(a) 電路 (b) 波形+uoRL電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)單相半波整流電壓的平均值為：0222o45. 02)(sin221UUttdUU流過負(fù)載電阻 RL的電流平均值為：L2Loo45. 0RURUI流經(jīng)二極管的電流平均值與負(fù)載電流平均值相等，即：L2oD45. 0RUII二極管截止時承受的最高反向電壓為 u2的最大值，即：22MRM2UUU電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)+u1+u2D4D3D1D2RL+uo(a) 原理電路ab+u1+u2RL+uo(b) 簡化畫法電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)u2為正半周時，為正半周時，a點電位高于點電位高于b點電位，二極

30、管點電位，二極管D1、D3承受正向電壓而導(dǎo)通，承受正向電壓而導(dǎo)通，D2、D4承承受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：aD1RLD3b，如圖中實線箭頭所示。如圖中實線箭頭所示。+u1+u2D4D3D1D2RL+uoabu2為負(fù)半周時，為負(fù)半周時，b點電位高于點電位高于a點電位，二極管點電位，二極管D2、D4承受正向電壓而導(dǎo)通，承受正向電壓而導(dǎo)通，D1、D3承承受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：bD2RLD4a，如圖中虛線箭頭所示。如圖中虛線箭頭所示。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)tu20234tiD10234tiD20234tu

31、o0234電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)單相全波整流電壓的平均值為：0222o9 . 022)(sin21UUttdUU流過負(fù)載電阻 RL的電流平均值為：L2Loo9 . 0RURUI流經(jīng)每個二極管的電流平均值為負(fù)載電流的一半，即：L2oD45. 021RUII每個二極管在截止時承受的最高反向電壓為 u2的最大值，即：22MRM2UUU電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)半導(dǎo)體二極管工作在擊半導(dǎo)體二極管工作在擊穿區(qū)，是否一定被損壞穿區(qū)，是否一定被損壞？為什么？為什么？ 何謂死區(qū)電壓？硅管和何謂死區(qū)電壓？硅管和鍺管死區(qū)電壓的典型值鍺管死區(qū)電壓的典型值各為多少？為何會出現(xiàn)各為多少？為何會出現(xiàn)死區(qū)電壓？死區(qū)電壓？ 二

32、極管的伏安特性曲線上分二極管的伏安特性曲線上分為幾個區(qū)？能否說明二極管為幾個區(qū)？能否說明二極管工作在各個區(qū)時的電工作在各個區(qū)時的電 壓、電流情況？壓、電流情況？ 為什么二極管的反向為什么二極管的反向電流很小且具有飽和電流很小且具有飽和性？當(dāng)環(huán)境溫度升高性？當(dāng)環(huán)境溫度升高時又會明顯增大時又會明顯增大 ？電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)I(mA)40302010 0-5-10-15-20 (A) 0.4 0.812 8 4U(V) 穩(wěn)壓二極管的反向電壓幾乎不隨反向電流的變化而變化、這就是穩(wěn)壓二極管的顯著特性。D 穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，其反向擊穿可逆。正向特性與普通正向特性與普通二極管相似二

33、極管相似反向反向IZUZ6.4 特殊二極管特殊二極管1. 穩(wěn)壓二極管實物圖圖符號及文字符號 顯然穩(wěn)壓管的伏安特性曲線比普通二極管的更加陡峭。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)USDZ使用穩(wěn)壓二極管時應(yīng)該注意的事項(1)穩(wěn)壓二極管正負(fù)極的判別DZ(2)穩(wěn)壓二極管使用時，應(yīng)反向接入電路UZ(3)穩(wěn)壓管應(yīng)接入限流電阻(4)電源電壓應(yīng)高于穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值ZSUU (5)穩(wěn)壓管都是硅管。其穩(wěn)定電壓UZ最低為3V，高的可達(dá) 300V，穩(wěn)壓二極管在工作時的正向壓降約為0.6V。 電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二

34、極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只引起很小的電壓變化。壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只引起很小的電壓變化。陽極 陰極穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：（1）穩(wěn)定電壓）穩(wěn)定電壓UZ。反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。（2）穩(wěn)定電流）穩(wěn)定電流IZ。工作電壓等于穩(wěn)定電壓時的電流。工作電壓等于穩(wěn)定電壓時的電流。（3）動態(tài)電阻）動態(tài)電阻rZ。穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流的變化量之比。穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流的變化量之比。即：即：rZ=UZ/IZ（4）額定功率）額定功率PZ和最大穩(wěn)定電流和最大穩(wěn)定電

35、流IZM。額定功率。額定功率PZ是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率損耗。最大穩(wěn)定電流損耗。最大穩(wěn)定電流IZM是指穩(wěn)壓管允許通過的最大電流。它們之間的關(guān)系是：是指穩(wěn)壓管允許通過的最大電流。它們之間的關(guān)系是： PZ=UZIZM電工電子技術(shù)電工電子技術(shù) 二極管的反向擊穿特性：當(dāng)外加反向電壓超過擊穿電壓時，通過二極管的電流會急劇增加。 擊穿并不意味著管子一定要損壞，如果我們采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^管子的電流，就能保證管子不因過熱而燒壞。 在反向擊穿狀態(tài)下，讓通過管子的電流在一定范圍內(nèi)變化，這時管子兩端電壓變化很小，利用這一點可以達(dá)到“穩(wěn)壓”效果。穩(wěn)壓二極管就是工作在反向擊穿區(qū)。

36、 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都要加限流電阻R，使穩(wěn)壓管電流工作在Izmax和Izmix的范圍內(nèi)。應(yīng)用中穩(wěn)壓管要采取適當(dāng)措施限制通過管子的電流值，以保證管子不會造成熱擊穿。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù) 發(fā)光二極管是一種能把電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光元件。發(fā)光二極管和普通二極管一樣，管芯由PN結(jié)構(gòu)成，具有單向?qū)щ娦?。實物圖圖符號和文字符號D 單個發(fā)光二極管常作為電子設(shè)備通斷指示燈或快速光源及光電耦合器中的發(fā)光元件等。發(fā)光二極管一般使用砷化鎵、磷化鎵等材料制成?，F(xiàn)有的發(fā)光二極管能發(fā)出紅黃綠等顏色的光。 發(fā)光管正常工作時應(yīng)正向偏置，因死區(qū)電壓較普通二極管高，因此其正偏工作電壓一般在1.3V以上。 發(fā)光管屬功率

37、控制器件，常用來作為數(shù)字電路的數(shù)碼及圖形顯示的七段式或陣列器件。2. 發(fā)光二極管電工電子技術(shù)電工電子技術(shù) 光電二極管也稱光敏二極管，是將光信號變成電信號的半導(dǎo)體器件，其核心部分也是一個PN結(jié)。光電二極管PN結(jié)的結(jié)面積較小、結(jié)深很淺，一般小于一個微米。D 光電二極管和穩(wěn)壓管類似，也是工作在反向電壓下。無光照時，反向電流很小，稱為暗電流；有光照射時，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分價電子掙脫共價鍵的束縛，產(chǎn)生電子空穴對，稱為光生載流子。光生載流子在反向電壓作用下形成反向光電流，其強(qiáng)度與光照強(qiáng)度成正比。3. 光電二極管 光電二極管也稱光敏二極管，同樣具有單向?qū)щ娦?，?/p>

38、電管管殼上有一個能射入光線的“窗口”，這個窗口用有機(jī)玻璃透鏡進(jìn)行封閉，入射光通過透鏡正好射在管芯上。實物圖圖符號和文字符號電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)6.5 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源的組成框圖直流穩(wěn)壓電源的組成框圖電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)tu20234t0234uo+u2+uo+u1D(a) 電路 (b) 波形CRL+電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)Uo1.4Uo0.9Uo0Io單相橋式整流、電容濾波電路的輸出特性曲線如圖所示。從圖中可見，電容濾波電路的單相橋式整流、電容濾波電路的輸出特性曲線如圖所示。從圖中可見，電容濾波電路的輸出電壓在負(fù)載變化時波動較大，說明它的帶負(fù)載能力較差，只適用于負(fù)載較輕且變化輸出電壓在負(fù)載變化時波動較大，說明它的帶負(fù)載能力較差，只適用于負(fù)載較輕且變化不大的場合。不大的場合。電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)+u1+u2RL+uoL電感濾波適用