半導(dǎo)體二極管講義整流

1、半導(dǎo)體二極管講義整流第第7 7章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 7.1 PN7.1 PN結(jié)和半導(dǎo)體二極管結(jié)和半導(dǎo)體二極管143143 7.1.1 PN 7.1.1 PN結(jié)結(jié)144144 7.1.2 7.1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管144144 7.1.3 7.1.3 特殊二極管特殊二極管 7.1.4 7.1.4 二極管整流濾波電路二極管整流濾波電路 7.1.5 7.1.5 穩(wěn)壓二極管簡單穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管簡單穩(wěn)壓電路第第7 7章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件下頁下頁7.17.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識1.1.自然界的物質(zhì)，按導(dǎo)電能力分，自然界的物質(zhì)，按導(dǎo)電能力分，導(dǎo)體：導(dǎo)體：半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：絕

2、緣體：絕緣體：金、銀、銅、鐵、鋁金、銀、銅、鐵、鋁橡膠、陶瓷橡膠、陶瓷硅、鍺、硒硅、鍺、硒分為分為第第7 7章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件自然界的一切物質(zhì)是由分子和原子組成的。自然界的一切物質(zhì)是由分子和原子組成的。7.17.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識原子原子核（）電子（）原子原子核（）電子（）物質(zhì)按導(dǎo)電能力強(qiáng)弱可分為物質(zhì)按導(dǎo)電能力強(qiáng)弱可分為導(dǎo)體導(dǎo)體、絕緣體絕緣體和和半導(dǎo)體半導(dǎo)體 。 7.17.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識2.2.半導(dǎo)體的性質(zhì)半導(dǎo)體的性質(zhì) 摻雜性（雜敏性）摻雜性（雜敏性）指半導(dǎo)體對摻入雜質(zhì)很敏感。指半導(dǎo)體對摻入雜質(zhì)很敏感。 熱敏性熱敏性指半導(dǎo)體對溫度變化很敏感，指半導(dǎo)體對溫度變化很敏感， 如：

3、熱敏電阻。如：熱敏電阻。 光敏性光敏性指半導(dǎo)體受光照射時，電阻率顯著減小，指半導(dǎo)體受光照射時，電阻率顯著減小， 如：光敏二極管、光電三極管、光敏電阻。如：光敏二極管、光電三極管、光敏電阻。半導(dǎo)體材料的獨特性能，半導(dǎo)體材料的獨特性能， 是由半導(dǎo)體內(nèi)部的導(dǎo)電機(jī)理決定的。是由半導(dǎo)體內(nèi)部的導(dǎo)電機(jī)理決定的。7.17.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識3.3.本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體純凈的且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。純凈的且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。最常用的半導(dǎo)體為硅最常用的半導(dǎo)體為硅（Si）和鍺和鍺（Ge），它們的共同它們的共同特征是四價元素，即每個原子最外層為特征是四價元素，即每個原子最外層為4

4、4個電子。個電子。4硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型 半導(dǎo)體中的原子是按照一定的規(guī)律半導(dǎo)體中的原子是按照一定的規(guī)律整齊地排列著，呈晶體結(jié)構(gòu)。整齊地排列著，呈晶體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)電子電子原子核原子核原子核原子核電子電子退 出第 一幫 助回 退 前 進(jìn)開 始最 后 返 回+4+4+4+4+4+4+4+4+4晶格結(jié)晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)共價鍵共價鍵晶體中，每個原子都和周圍的4個原子通過共價鍵的形式，緊密聯(lián)系在一起。 下頁下頁7.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 在一定的溫度或光照的激發(fā)下，有些價電子獲得在一定的溫度或光照的激發(fā)下，有些價電子獲得足夠的能量可以掙脫共價鍵的束縛，成為自由電子

5、，足夠的能量可以掙脫共價鍵的束縛，成為自由電子，同時原來的共價鍵中就留下了一個空位，稱為空穴。同時原來的共價鍵中就留下了一個空位，稱為空穴。 由于熱激發(fā)而在晶體中出現(xiàn)電子空穴對由于熱激發(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)。的現(xiàn)象，稱為本征激發(fā)。半導(dǎo)體區(qū)別于半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一個導(dǎo)體的一個重要特點重要特點。下頁下頁+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征激發(fā)本征激發(fā)由于熱激發(fā)而在晶體中出現(xiàn)電子空穴對的現(xiàn)象由于熱激發(fā)而在晶體中出現(xiàn)電子空穴對的現(xiàn)象下頁下頁7.17.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識4.4.摻雜半導(dǎo)體摻雜半導(dǎo)體P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入少量的三價元素?fù)饺肷倭康娜齼r元素

6、 (如硼如硼)多子多子空穴空穴摻入少量的五價元素?fù)饺肷倭康奈鍍r元素 (如磷如磷)多子多子自由電子自由電子下頁下頁7.17.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入少量的三價三價元素（如硼），就形成了P型型半導(dǎo)體。多子多子空穴空穴 少子少子自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+4+4+4+4+4+4+4+4N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入少量的五價五價元素（如磷），就形成了N型型半導(dǎo)體。多子多子自由電子自由電子 少子少子空穴空穴7.17.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識+4+4+4+4+4+4+4+4+4+57.17.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識無論是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，其中

7、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)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)載流子起主要導(dǎo)電作用的是多數(shù)載流子。一般可近似認(rèn)為多數(shù)載流子的數(shù)量與摻入雜質(zhì)的濃度是相等的。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。7.17.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識5. PN5. PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦栽谝粔K純凈的半導(dǎo)體中，通過特殊工藝，使它的一邊成為P型半導(dǎo)體，另一邊成為N型半導(dǎo)體，則兩種半導(dǎo)體的交界面上就形成了一個具有特殊性能的薄層PN結(jié)結(jié)。半導(dǎo)體器件的核心 P 區(qū)N 區(qū) P 區(qū)N 區(qū) 內(nèi)電場PN結(jié)對少子的對少子的 起增強(qiáng)作用，起增強(qiáng)作用，當(dāng)這兩種運(yùn)動達(dá)到

8、動態(tài)平衡時，就形成了當(dāng)這兩種運(yùn)動達(dá)到動態(tài)平衡時，就形成了 。 的建立，對多數(shù)載流子的的建立，對多數(shù)載流子的 起削弱作用，起削弱作用，內(nèi)電場的方向由內(nèi)電場的方向由 區(qū)指向區(qū)指向 區(qū)。區(qū)。擴(kuò)散的結(jié)果使它們的交界處建立起一個擴(kuò)散的結(jié)果使它們的交界處建立起一個 ，P P型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子由型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子由 向向 區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散，區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散，由由 向向 區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散。區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散。PNPN結(jié)形成的過程中，結(jié)形成的過程中，PNNP空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)NP內(nèi)電場內(nèi)電場擴(kuò)散擴(kuò)散漂移漂移PN結(jié)結(jié)N N型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子PNPN 結(jié)的形成過程：結(jié)的形成過程：（即：內(nèi)電場）（即：內(nèi)電場

9、）7.17.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識-+內(nèi)電場外電場FI空間電荷 區(qū)變窄RI外電場 空間電荷區(qū)加寬加正向電壓時加反向電壓時PN-+內(nèi)電場NPPN結(jié)“正向?qū)ǎ聪蚪刂琳驅(qū)?，反向截至”的特性，說明說明PN結(jié)具有結(jié)具有“單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦浴?二極管及其特性1.1.二極管二極管Diode整流二極管整流二極管普通二極管普通二極管開關(guān)二極管開關(guān)二極管LED下頁下頁 二極管及其特性 在在PNPN結(jié)上引出兩個電極并加上管殼就形成了結(jié)上引出兩個電極并加上管殼就形成了半導(dǎo)體二極管。半導(dǎo)體二極管。 二極管的正極稱為陽極，與二極管的正極稱為陽極，與P P區(qū)相連；區(qū)相連；負(fù)極稱為陰極，與負(fù)極稱為陰極，與N N區(qū)相連。

10、區(qū)相連。1.1.二極管二極管+ +- -D DDiode下頁下頁 只要給二極管加上只要給二極管加上正向電壓就能導(dǎo)通嗎？正向電壓就能導(dǎo)通嗎？二極管的單向?qū)щ娦訧下頁下頁2 2. .二極管的伏安特性二極管的伏安特性二極管兩端的電壓及流過它的電流的關(guān)系。二極管兩端的電壓及流過它的電流的關(guān)系。正向特性正向特性反向特性反向特性死區(qū)死區(qū)正正向向?qū)?dǎo)通通反向反向截止截止反向擊反向擊穿穿(Pag163)(Pag163) 只要給二極管加上只要給二極管加上正向電壓就能導(dǎo)通嗎？正向電壓就能導(dǎo)通嗎？0UBRU (V )I (mA )UonA伏安特性曲線伏安特性曲線反向擊反向擊穿電壓穿電壓下頁下頁 二極管及其特性二極管

11、的單向?qū)щ娦远O管的單向?qū)щ娦?.1.二極管二極管Diode3.3.判別二極管管腳和好壞對于對于檔，檔，指針表指針表的表筆與的表筆與數(shù)字多用表數(shù)字多用表相反。相反。注意：注意：下頁下頁4 4.主要參數(shù)（2 2）最大工作電流）最大工作電流二極管允許長期工作通過二極管允許長期工作通過（3 3）最大反向工作電壓）最大反向工作電壓保證二極管長期運(yùn)行時保證二極管長期運(yùn)行時（4 4）反向擊穿電壓）反向擊穿電壓反向電流明顯增大，反向電流明顯增大，IF的最大正向平均電流。的最大正向平均電流。URM所承受的最大反向電壓。所承受的最大反向電壓。UBRIDR 限流電阻限流電阻超過某規(guī)定值時的反向電壓。超過某規(guī)定值時

12、的反向電壓。0UBRU (V )I (mA )IFImaxURM+ +VCCSi：0.7V（1 1）閥值電壓閥值電壓Ge：0.3V 二極管及其特性UonUon下頁下頁5.5.二極管的限幅作用 二極管及其特性下頁下頁 特殊二極管及其作用1.1.穩(wěn)壓二極管（穩(wěn)壓管）穩(wěn)壓二極管（穩(wěn)壓管）穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)，穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)，0UZDZU (V )I (mA )IZIZminIZmax反向擊穿電壓較低，擊穿特性陡，反向擊穿電壓較低，擊穿特性陡，這樣電流在較大范圍內(nèi)變化時，這樣電流在較大范圍內(nèi)變化時，電壓基本不變。擊穿具有非破壞性。電壓基本不變。擊穿具有非破壞性。IZminIZmaxI下頁下頁

13、0.70.7U(V)2020主要參數(shù)主要參數(shù)： 穩(wěn)壓值穩(wěn)壓值UZ 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZ通常為通常為10mA左右左右 動態(tài)電阻動態(tài)電阻十幾十幾幾十幾十，越小越好，越小越好 最大耗散功率最大耗散功率 PZmUZ符號：符號：(uA)I(mA)OIZmixIZIZmaxPN結(jié)的反向擊穿特性結(jié)的反向擊穿特性rZUZIZPZm=UZIZmaxUZIZ 特殊二極管及其作用1.1.穩(wěn)壓二極管（穩(wěn)壓管）穩(wěn)壓二極管（穩(wěn)壓管）下頁下頁反向擊穿反向擊穿0UBRU (V )I (mA )IFImaxURMUonPN結(jié)反向偏置時，在一定的電壓范圍內(nèi)，結(jié)反向偏置時，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過流過PN結(jié)的電流很小，基本上可視

14、為零值。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)象稱為急劇增加，這種現(xiàn)象稱為PNPN結(jié)反向擊穿。結(jié)反向擊穿。（1）雪崩擊穿）雪崩擊穿（2）齊納擊穿）齊納擊穿（3）熱擊穿）熱擊穿下頁下頁 特殊二極管及其作用2.2.發(fā)光二極管發(fā)光二極管LEDLEDLight Emitting DiodeLight Emitting Diode符號：符號：下頁下頁LEDLEDLight Emitting DiodeLight Emitting Diode符號：下頁下頁LED的應(yīng)用 電源或信號指示電源或信號指示 顯示屏顯示屏 景觀亮化景觀亮化

15、 照明照明白光LED的主要技術(shù)參數(shù)V VD D =2=23.53.5 V VI ID D =15=153030 mAmAP PD D =0.03=0.030.060.06 W W光通量光通量 =100=100 l m/Wm/W下頁下頁自變色發(fā)光二極管自變色發(fā)光二極管最大電壓最大電壓3.5V3.5V接接3V3V電源電源下頁下頁自閃發(fā)光二極管自閃發(fā)光二極管最大電壓最大電壓3.5V3.5V下頁下頁發(fā)射管發(fā)射管符號：符號：PN結(jié)在反偏時對光的敏感特性結(jié)在反偏時對光的敏感特性接收管接收管符號：符號：(光敏管光敏管)3.3.光電、光敏二極管光電、光敏二極管4.4.變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管下頁下頁 特殊二極管及

16、其作用小結(jié)小結(jié)：（1 1）半導(dǎo)體有哪些特性？）半導(dǎo)體有哪些特性？有什么特性？有什么特性？（2 2）PN 結(jié)是怎樣形成的？結(jié)是怎樣形成的？ 摻雜性摻雜性 熱敏性熱敏性 光敏性光敏性PN結(jié)具有結(jié)具有“單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦浴?在一塊純凈的半導(dǎo)體中，通過特殊工藝，使它的一邊成在一塊純凈的半導(dǎo)體中，通過特殊工藝，使它的一邊成為為P P型半導(dǎo)體，另一邊成為型半導(dǎo)體，另一邊成為N N型半導(dǎo)體，則兩種半導(dǎo)體的交界型半導(dǎo)體，則兩種半導(dǎo)體的交界面上就形成了一個具有特殊性能的薄層面上就形成了一個具有特殊性能的薄層PNPN結(jié)。結(jié)。下頁下頁二極管的單向?qū)щ娦远O管的單向?qū)щ娦?二極管二極管整流電路整流電路下頁下頁第第7

17、 7章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件整流整流將交流電變?yōu)槊}動直流電將交流電變?yōu)槊}動直流電一、半波整流電路一、半波整流電路整流整流將交流電變?yōu)槊}動直流電將交流電變?yōu)槊}動直流電輸出電壓：輸出電壓： UO= 0.45U2整流管在截止期間所加的整流管在截止期間所加的UDRM =U2M最大反向電壓為最大反向電壓為u2的峰值：的峰值：2DR2UUODII 下頁下頁第第7 7章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 二極管二極管整流電路整流電路退 出第 一幫 助回 退 前 進(jìn)開 始最 后 返 回半波整流的優(yōu)點：半波整流的優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)簡單，需要二極管少。電路結(jié)構(gòu)簡單，需要二極管少。輸出脈動大，整流效率低，輸出脈

18、動大，整流效率低，半波整流的缺點：半波整流的缺點：交流電有一半時間沒有利用上。交流電有一半時間沒有利用上。下頁下頁一、半波整流電路一、半波整流電路第第7 7章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 二極管二極管整流電路整流電路二、橋式全波整流電路二、橋式全波整流電路整流整流將交流電變?yōu)槊}動直流電將交流電變?yōu)槊}動直流電輸出電壓：輸出電壓： UO= 0.9U2每個整流管在截止期間所加的每個整流管在截止期間所加的UDRM =U2M最大反向電壓為最大反向電壓為u2的峰值：的峰值：2DR2UUOD21II 下頁下頁第第7 7章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 二極管二極管整流電路整流電路二、橋式全波整流電路二

19、、橋式全波整流電路UO= 0.9U2下頁下頁 二極管二極管整流電路整流電路第第7 7章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件橋堆實物橋堆實物下頁下頁二、橋式全波整流電路二、橋式全波整流電路第第7 7章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 二極管二極管整流電路整流電路一、半波整流濾波電路一、半波整流濾波電路整流整流將交流電變?yōu)槊}動直流電將交流電變?yōu)槊}動直流電輸出電壓：輸出電壓： UO= U2整流管在截止期間所加的整流管在截止期間所加的UDRM =U2M最大反向電壓為最大反向電壓為u2的峰值：的峰值：2DR2UUODII C下頁下頁 整流、濾波電路整流、濾波電路第第7 7章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件

20、半波整流半波整流電容濾波電容濾波C波波 形形UO= U2下頁下頁二、橋式全波整流濾波電路二、橋式全波整流濾波電路整流整流將交流電變?yōu)槊}動直流電將交流電變?yōu)槊}動直流電輸出電壓：輸出電壓： UO= 1.2U2每個整流管在截止期間所加的每個整流管在截止期間所加的UDRM =U2M最大反向電壓為最大反向電壓為u2的峰值：的峰值：2DR2UUOD21II C下頁下頁第第7 7章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 整流、濾波電路整流、濾波電路兩種整流方式的比較兩種整流方式的比較CUO= U2CUO= 1.2U2第第7 7章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 整流、濾波電路整流、濾波電路下頁下頁兩種整流方式的比較兩種整流方式的比較CC第第7 7章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 整流、濾波電路整流、濾波電路下頁下頁 單相橋式整流電感濾波電路單相橋式整流電感濾波電路三、電感濾波電路三、電感濾波電路下頁下頁電感濾波原理電感濾波原理 電感器具有電感器具有“通直流，阻交流通直流，阻交流”的特性，