第四章二極管及整流電路新

1、1電工學電工學辦公室：辦公室：10226電話：電話巧玲劉巧玲2第4章 二極管及整流電路n重點：PN結形成及特性、二極管伏安特性n難點：二極管電路n（一）半導體基礎、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 半導體基礎.02 2 PN 結.08 3 半導體二極管.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 半導體基礎 一、半導體（導電性能介于導體和絕緣體之間。導電性能介于導體和絕緣體之間。）導體半導體絕緣體光敏特性雜敏特性熱敏特性 正四面體結構中四

2、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構圖 晶體結構平面示意圖 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、本征半導體 本征半導體就是指純凈的、未摻雜任何雜質并且沒有晶格缺陷的完整的半導體。 共價鍵結構中，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為本征半導體中的載流子， 其定向移動形成半導體中的電流。 在熱能、外電

3、場或其他能量激發(fā)下，自由電子不斷產(chǎn)生。當自由電子移動到一個空穴附近，就會填補到這個空穴上，該過程叫做復合。 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、雜質半導體N型半導體P型半導體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型半導體 在本征半導體硅（或鍺）中摻入微量的V族元素（例如磷P），在本征硅晶體結構沒有發(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體材料。 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

4、管及整流電路二極管及整流電路P型半導體 在本征半導體硅（或鍺）中摻入微量的III族元素（例如硼B(yǎng)），在本征硅晶體結構沒有發(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型半導體還是P型半導體都是電中性，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 一、PN結的形成PN結 ：在同一片半導體基片上P型半導體材料和N型半導體 材料相結合的區(qū)域。P區(qū)與N區(qū)中載流子的擴散運動 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)

5、 擴散運動擴散電流濃度差異空間電荷區(qū) 內電場漂移運動漂移電流一個穩(wěn)定的PN結，其內部的總電流為零，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結的特性1、PN結單相導電性PN 結 P 區(qū)電位高于 N 區(qū)電位的情況稱為正向偏置 內電場減弱，擴散大于漂移，形成正向電流正向偏置時，正向偏置時，PN結導通。正向電阻很小。結導通。正向電阻很小。外電場減弱內電場的外電場減弱內電場的作用作用多數(shù)載流子的多數(shù)載流子的擴散運動增強擴散運動增強擴散擴散電流增強電流增強形成連續(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

6、N 區(qū)電位高于 P 區(qū)電位的情況稱為反相偏置 內電場加強，擴散停止，少量漂移，形成較小反向電流反向偏置時，反向偏置時， PN結截止。反向電阻很大。結截止。反向電阻很大。外電場增強了內電外電場增強了內電場的作用場的作用多數(shù)載多數(shù)載流子的擴散運動終流子的擴散運動終止止擴散電流消失。擴散電流消失。(3)結論：結論：PN結具有單向導電性，且具有電容效應。結具有單向導電性，且具有電容效應。1414第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路2、PN結伏安特性DTDS(1)U /UIIe反向擊穿電壓反向漏電流，A級導通壓降，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

7、整流電路二極管及整流電路3、PN結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結的電容效應結電容Cj擴散電容Cd勢壘電容Cb反向偏置時起主導作用正向偏置時起主導作用1616第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路3 半導體二極管 半導體二極管是由用外殼封裝起來的PN結 一、二極管的分類按材料分類硅半導體二極管鍺半導體二極管按結構分類點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系。二極管兩端電壓與通過

8、管子的電流之間的關系。1818第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路三、半導體二極管的主要參數(shù)1、最大整流電流 IF2、最大反向工作電壓 UDRM3、反向電流 IR4、最高工作頻率fMAX1919第第4 4章章 二極管及整流電路二極管及整流電路四、半導體二極管的等效電路理想等效電路正向導通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導通反向截至管壓降為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導通反向截至管壓降為0.7V反向電流為零體電

9、阻rD=U/ V2222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，開關斷開時，二極管因加正向電壓而處于導通狀態(tài)，故輸出電壓UO=U1=6V；開關閉合時，二極管外加反向電壓處于截止狀態(tài)，故輸出電壓UO=U2=12V 。實際情況下，二極管正向導通時時導通電壓UD=0.7V。開關斷開時，輸出電壓UO=U1-UD=5.3V ；開關閉合時，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、半導體二極管的應用電路1、削峰電路正半周二極管導通，負半周二極管截至例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