dg半導(dǎo)體二極管與直流穩(wěn)壓電源實(shí)用教案

1、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1頁(yè)/共58頁(yè)第一頁(yè)，共59頁(yè)。 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(guò)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(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)組成(z chn)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(shí)和基本技能。第2頁(yè)/共58頁(yè)第二頁(yè)，共59頁(yè)。6.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí) 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(ybn)在105s/cm量級(jí)；塑料、云母等絕緣體的電導(dǎo)率通常是10-2210-14s/cm量級(jí)；半導(dǎo)體的

2、電導(dǎo)率則在10-9102s/cm量級(jí)。 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(gungfn)，這是由半導(dǎo)體的獨(dú)特性能決定的：1. 半導(dǎo)體的獨(dú)特(dt)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(dú)特性能是由其所決定的。第3頁(yè)/共58頁(yè)第三頁(yè)，共59頁(yè)。2. 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)(zzh)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(jià)元素，即每個(gè)原子最外層(wi cn)電子數(shù)為4個(gè)。+Si(硅原子(yunz)Ge(鍺原子)硅原子和鍺原子

3、的簡(jiǎn)化模型圖因?yàn)樵映孰娭行?，所以?jiǎn)化模型圖中的原子核只用帶圈的+4符號(hào)表示即可。第4頁(yè)/共58頁(yè)第四頁(yè)，共59頁(yè)。 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(guò)高度提純(tchn)，形成晶格結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱的本征半導(dǎo)體。 本征半導(dǎo)體原子核最外層的價(jià)電子都是4個(gè)，稱為四價(jià)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(gè)原子均與相鄰的四個(gè)原子結(jié)合，即與相鄰四個(gè)原子的價(jià)電子兩兩組成(z chn)電子對(duì)，構(gòu)成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。444444444實(shí)際上半導(dǎo)體的晶格(jn )結(jié)構(gòu)是三維的。晶格結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)第5頁(yè)/共58頁(yè)第五頁(yè)，共59頁(yè)。444444444從共價(jià)鍵晶格(jn )結(jié)構(gòu)來(lái)

4、看，每個(gè)原子外層都具有8個(gè)價(jià)電子。但價(jià)電子是相鄰原子共用，所以穩(wěn)定性并不能象絕緣體那樣好。在游離走的價(jià)電子原位上留下(li xi)一個(gè)不能移動(dòng)的空位，叫空穴。 受光照或溫度上升影響，共價(jià)鍵中價(jià)電子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，一些(yxi)價(jià)電子會(huì)掙脫原子核的束縛游離到空間成為自由電子。 由于熱激發(fā)而在晶體中出現(xiàn)電子空穴對(duì)的現(xiàn)象稱為。 本征激發(fā)的結(jié)果，造成了半導(dǎo)體內(nèi)部自由電子載流子運(yùn)動(dòng)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(jià)鍵是定域的，這些帶正電的離子不會(huì)移動(dòng)，即不能參與導(dǎo)電，成為晶體中固定不動(dòng)的帶正電離子。 第6頁(yè)/共58頁(yè)第六頁(yè)，共59頁(yè)。444444444受光

5、照或溫度上升影響(yngxing)，共價(jià)鍵中其它一些價(jià)電子直接跳進(jìn)空穴，使失電子的原子重新恢復(fù)電中性。 價(jià)電子填補(bǔ)空穴(kn xu)的現(xiàn)象稱為復(fù)合。此時(shí)整個(gè)晶體(jngt)帶電嗎？為什么？ 參與復(fù)合的價(jià)電子又會(huì)留下一個(gè)新的空位，而這個(gè)新的空穴仍會(huì)被鄰近共價(jià)鍵中跳出來(lái)的價(jià)電子填補(bǔ)上，這種價(jià)電子填補(bǔ)空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，我們把價(jià)電子填補(bǔ)空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)稱為空穴載流子運(yùn)動(dòng)。第7頁(yè)/共58頁(yè)第七頁(yè)，共59頁(yè)。 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

6、發(fā)下的自由電子和復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成的空穴兩種載流子同時(shí)參與導(dǎo)電。兩種載流子電量相等、符號(hào)相反(xingfn)，即自由電子載流子和空穴載流子的運(yùn)動(dòng)方向相反(xingfn)。444444444 自由電子載流子運(yùn)動(dòng)(yndng)可以形容為沒(méi)有座位人的移動(dòng)；空穴載流子運(yùn)動(dòng)(yndng)則可形容為有座位的人依次向前挪動(dòng)座位的運(yùn)動(dòng)(yndng)。半導(dǎo)體內(nèi)部的這兩種運(yùn)動(dòng)(yndng)總是共存的，且在一定溫度下達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。半導(dǎo)體的導(dǎo)電(dodin)機(jī)理第8頁(yè)/共58頁(yè)第八頁(yè)，共59頁(yè)。(2)雜質(zhì)(zzh)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(qzhng)摻入

7、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(jià)元素(yun s)磷(P)444444444P摻入磷雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶格中，自由電子的數(shù)量大大增加。因此自由電子是這種半導(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(jí)時(shí)，電子載流子的數(shù)目將增加幾十萬(wàn)倍。摻入五價(jià)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N型半導(dǎo)體。第9頁(yè)/共58頁(yè)第九頁(yè)，共59頁(yè)。444444444三價(jià)元素(yun s)硼(B)B摻入硼雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶格中，空穴載流子的數(shù)量大大增加。因此(ync)空穴是這種半導(dǎo)體的導(dǎo)電主流。 一般情況(qngkung)下，雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子的

8、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(wàn)倍。 摻入三價(jià)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(dòng)的離子帶負(fù)電。第10頁(yè)/共58頁(yè)第十頁(yè)，共59頁(yè)。 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(dòng)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(zuyng)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(dot)，但整個(gè)半導(dǎo)體(dot)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)

9、量與雜質(zhì)的濃度相等。P型半導(dǎo)體中的空穴多于自由電子，是否意味著帶正電？自由電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電的區(qū)別在哪里？空穴載流子的形成是否由自由電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)形成的？ 何謂雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子和少子 ？N型半導(dǎo)體中的多子是什么？少子是什么？第11頁(yè)/共58頁(yè)第十一頁(yè)，共59頁(yè)。3. PN結(jié)及其形成(xngchng)過(guò)程PN結(jié)的形成(xngchng) 雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力(nngl)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(diǎn)。在一塊晶片的兩端分別注入三價(jià)元素硼和五價(jià)元素磷 + + + + + + + + + + + + + + + +

10、空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)第12頁(yè)/共58頁(yè)第十二頁(yè)，共59頁(yè)。動(dòng)畫演示(ynsh)第13頁(yè)/共58頁(yè)第十三頁(yè)，共59頁(yè)。 PN結(jié)形成的過(guò)程中，多數(shù)載流子的擴(kuò)散(kusn)和少數(shù)載流子的漂移共存。開(kāi)始時(shí)多子的擴(kuò)散(kusn)運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)散(kusn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果使PN結(jié)加寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)；另一方面，內(nèi)電場(chǎng)又促使了少子的漂移運(yùn)動(dòng)：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(shí)， 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(yùn)動(dòng)減少了空間電荷區(qū)帶電離子的數(shù)量，削弱了內(nèi)電場(chǎng)，使PN結(jié)變窄。最后，擴(kuò)散(kusn)運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本穩(wěn)定，即PN結(jié)形成

11、。 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(diǎn)(y din)和電容比較相似，所以說(shuō)PN結(jié)具有電容效應(yīng)。第14頁(yè)/共58頁(yè)第十四頁(yè)，共59頁(yè)。4. PN結(jié)的單向(dn xin)導(dǎo)電性第15頁(yè)/共58頁(yè)第十五頁(yè)，共59頁(yè)。 PN結(jié)反向偏置(pin zh)時(shí)的情況第16頁(yè)/共58頁(yè)第十六頁(yè)，共59頁(yè)。 PN結(jié)的單向(dn xin)導(dǎo)電性 PN結(jié)的上述“正向?qū)?xingdo)通，反向截止”作用，說(shuō)明它具有單向?qū)щ娦?，PN結(jié)的單向?qū)?xingdo)電性是它構(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

12、壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，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(diǎn)來(lái)看，PN結(jié)對(duì)反向電流呈高阻狀態(tài)，也就是所謂的反向截止作用。 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(dinz)空穴對(duì)增多，因而反向電流將隨溫度的升高而成倍增長(zhǎng)。反向電流是造成電路噪聲的主要原因之一，因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須考慮溫度補(bǔ)償問(wèn)題。 PN結(jié)中反向電流的討論第17頁(yè)/共58頁(yè)第十七頁(yè)，共59頁(yè)。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(duì)；同時(shí)，其它價(jià)電子又不斷地 “轉(zhuǎn)移(zhuny)跳進(jìn)”本征激發(fā)出現(xiàn)的空穴中，產(chǎn)生價(jià)

13、電子與空穴的復(fù)合。在一定溫度下，電子、空穴對(duì)的激發(fā)和復(fù)合最終達(dá)到動(dòng)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。1. 半導(dǎo)體中少子的濃度雖然很低 ，但少子對(duì)溫度非常敏感，因此溫度對(duì)半導(dǎo)體器件的性能影響很大。而多子因濃度基本上等于(dngy)雜質(zhì)原子的摻雜濃度，所以說(shuō)多子的數(shù)量基本上不受溫度的影響。 4. PN結(jié)的單向?qū)щ娦允侵福篜N結(jié)的正向電阻很小，因此正向偏置時(shí)多子構(gòu)成的擴(kuò)散電流(dinli)極易通過(guò)PN結(jié)；同時(shí)PN結(jié)的反向電阻很大，因此反向偏置時(shí)基本上可以認(rèn)為電流(dinli)無(wú)法通過(guò)PN結(jié)。3. 空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指其內(nèi)電場(chǎng)阻礙多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)

14、動(dòng)的作用，由于這種阻礙作用，使得擴(kuò)散電流難以通過(guò)空間電荷區(qū)，即空間電荷區(qū)對(duì)擴(kuò)散電流呈現(xiàn)高阻作用。第18頁(yè)/共58頁(yè)第十八頁(yè)，共59頁(yè)。5. PN結(jié)的反向擊穿(j chun)問(wèn)題 PN結(jié)反向偏置時(shí)，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過(guò)PN結(jié)的電流很小，基本上可視為零值。但當(dāng)電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)急劇增加，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)反向擊穿。 反向擊穿發(fā)生(fshng)在空間電荷區(qū)。擊穿的原因主要有兩種： 當(dāng)PN結(jié)上加的反向(fn xin)電壓大大超過(guò)反向(fn xin)擊穿電壓時(shí)，處在強(qiáng)電場(chǎng)中的載流子獲得足夠大的能量碰撞晶格，將價(jià)電子碰撞出來(lái)，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，新產(chǎn)生的載流子又會(huì)在電場(chǎng)中獲得足夠能量，再去碰撞

15、其它價(jià)電子產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)，如此連鎖反應(yīng)，使反向(fn xin)電流越來(lái)越大，這種擊穿稱為雪崩擊穿。 產(chǎn)生雪崩擊穿的電場(chǎng)比較大，外加反向(fn xin)電壓相對(duì)較高。通常出現(xiàn)雪崩擊穿的電壓大約在7V以上。 (1)雪崩擊穿第19頁(yè)/共58頁(yè)第十九頁(yè)，共59頁(yè)。 當(dāng)PN結(jié)兩邊的摻雜濃度很高，阻擋層又很薄時(shí)，阻擋層內(nèi)載流子與中性原子碰撞的機(jī)會(huì)大為減少，因而(yn r)不會(huì)發(fā)生雪崩擊穿。(2)齊納擊穿(j chun) 當(dāng)PN結(jié)非常薄時(shí)，即使在阻擋層兩端加的反向電壓不太大，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較強(qiáng)的內(nèi)電場(chǎng)。這個(gè)內(nèi)電場(chǎng)足以把PN結(jié)內(nèi)中性原子的價(jià)電子(dinz)從共價(jià)鍵中拉出來(lái)，產(chǎn)生出大量的電子(dinz)空穴

16、對(duì)，使PN結(jié)反向電流劇增，這種反向擊穿現(xiàn)象稱為齊納擊穿齊納擊穿?？梢?jiàn)，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(chǎng)效應(yīng)擊穿，二者均屬于。電擊穿過(guò)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(lái)狀態(tài)。利用電擊穿時(shí)PN結(jié)兩端電壓變化很小電流變化很大的特點(diǎn)，人們制造出工作在反向擊穿區(qū)的穩(wěn)壓管。第20頁(yè)/共58頁(yè)第二十頁(yè)，共59頁(yè)。 當(dāng)PN結(jié)兩端加的反向電壓過(guò)高時(shí)，反向電流會(huì)繼續(xù)急劇增長(zhǎng)，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(guò)其容許值時(shí)，PN結(jié)就會(huì)發(fā)生熱擊穿而永久損

17、壞。 熱擊穿的過(guò)程(guchng)是不可逆的，所以應(yīng)盡量避免發(fā)生。(3)熱擊穿能否說(shuō)出PN結(jié)有何特性？半導(dǎo)體的導(dǎo)電(dodin)機(jī)理與金屬導(dǎo)體有何不同？什么是本征激發(fā)？什么是復(fù)合？少數(shù)(shosh)載流子和多數(shù)載流子是如何產(chǎn)生的 ？ 試述雪崩擊穿和齊納擊穿的特點(diǎn)。這兩種擊穿能否造成PN結(jié)的永久損壞 ？ 空間電荷區(qū)的電阻率為什么很 高？第21頁(yè)/共58頁(yè)第二十一頁(yè)，共59頁(yè)。6.2 半導(dǎo)體二極管 把PN結(jié)用管殼封裝，然后(rnhu)在P區(qū)和N區(qū)分別向外引出一個(gè)電極，即可構(gòu)成一個(gè)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(kāi)關(guān)管、穩(wěn)壓管和整流管等。硅高頻(o pn)檢波

18、管開(kāi)關(guān)(kigun)管穩(wěn)壓管整流管發(fā)光二極管 電子工程實(shí)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(shí)物圖。第22頁(yè)/共58頁(yè)第二十二頁(yè)，共59頁(yè)。1. 二極管的基本結(jié)構(gòu)(jigu)和類型外殼(wi k)觸絲N型鍺片正極引線負(fù)極引線N型鍺結(jié)面積大，適用于 低頻整流器件。負(fù)極引線底座金銻合金PN結(jié)鋁合金小球正極引線普通二極管圖符號(hào)穩(wěn)壓二極管圖符號(hào)發(fā)光二極管圖符號(hào)DDZD 使用二極管時(shí)，必須注意極性不能接反，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。第23頁(yè)/共58頁(yè)第二十三頁(yè)，共59頁(yè)。2. 二極管的伏安(f n)特性U(V)0.500.8-50-25I (mA)2

19、04060 (A)4020 二極管的伏安特性是指流過(guò)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(jrn)是一個(gè)PN結(jié)，其伏安特性當(dāng)然具有“單向?qū)щ娦浴薄?二極管的伏安特性呈非線性，特性曲線上大致(dzh)可分為四個(gè)區(qū)： 外加正向電壓超過(guò)死區(qū)電壓(硅管，鍺管0.1V)時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)大大削弱，正向電流迅速增長(zhǎng)，二極管進(jìn)入正向?qū)▍^(qū)。死區(qū)正向?qū)▍^(qū)反向截止區(qū) 當(dāng)外加正向電壓很低時(shí)，由于外電場(chǎng)還不能克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)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)。 外加反向電壓超過(guò)反向擊穿電壓UBR時(shí)，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)。反向擊穿區(qū)反向截止

20、區(qū)內(nèi)反向飽和電流很小，可近似視為零值。第24頁(yè)/共58頁(yè)第二十四頁(yè)，共59頁(yè)。正向?qū)?xingdo)通區(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(shí)，二極管由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通，電壓再繼續(xù)增加時(shí)，電流(dinli)迅速增大，而二極管端電壓卻幾乎不變，此時(shí)二極管端電壓稱為正向?qū)妷骸?硅二極管的正向?qū)?xingdo)通電壓約為，鍺二極管的正向?qū)?xingdo)通電壓約為。 在二極管兩端加反向電壓時(shí)，將有很小的、由少子漂移運(yùn)動(dòng)形成的反向飽和電流通過(guò)二極管。 反向電流有兩個(gè)特點(diǎn)：一是它隨溫度

21、的上升增長(zhǎng)很快，二是在反向電壓不超過(guò)某一范圍時(shí)，反向電流的大小基本恒定，而與反向電壓的高低無(wú)關(guān)(與少子的數(shù)量有限)。所以通常稱它為反向飽和電流。第25頁(yè)/共58頁(yè)第二十五頁(yè)，共59頁(yè)。3. 二極管的主要參數(shù) （1）最大整流電流(dinli)IDM：指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)的最大正向平均電流(dinli)。其大小由PN結(jié)的結(jié)面積和外界散熱條件決定。 （2）最高反向(fn xin)工作電壓URM：指二極管長(zhǎng)期安全運(yùn)行時(shí)所能承受的最大反向(fn xin)電壓值。手冊(cè)上一般取擊穿電壓的一半作為最高反射工作電壓值。 （3）反向電流IR：指二極管未擊穿時(shí)的反向電流。IR值越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩?/p>

22、反向電流隨溫度的變化而變化較大(jio d)，這一點(diǎn)要特別加以注意。 （4）最大工作頻率fM：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(guò)該值，則二極管的單向?qū)щ娦詫⒆儾?。?6頁(yè)/共58頁(yè)第二十六頁(yè)，共59頁(yè)。4. 二極管的應(yīng)用(yngyng)舉例UD=0UD=正向?qū)?xingdo)通時(shí)相當(dāng)一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)反向阻斷時(shí)相當(dāng)一個(gè)打開(kāi)的開(kāi)關(guān)(1)二極管的開(kāi)關(guān)作用第27頁(yè)/共58頁(yè)第二十七頁(yè)，共59頁(yè)。(2)二極管的限幅作用(zuyng)DuS10K IN4148u0iD 圖示為一限幅電路。電源uS是一個(gè)(y )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

23、少。uS+5V-5Vt0當(dāng)輸入電壓ui=5V時(shí)，二極管反偏截止，此時(shí)電路可視為開(kāi)路，輸出電壓u0=0V； 當(dāng)輸入電壓ui= +5V時(shí)，二極管正偏導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)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第28頁(yè)/共58頁(yè)第二十八頁(yè)，共59頁(yè)。(3)二極管的整流(zhngli)作用第29頁(yè)/共58頁(yè)第二十九頁(yè)，共59頁(yè)。利用二極管的單向?qū)щ娦阅芫涂色@得各種形式的整流(zhngli)電路。二極管半波整流電路(dinl)二極管全波整流(zhngli)電路橋式整流電路簡(jiǎn)化圖B220VRLDIN4001B220VRLD1D2二極管橋式整流電路D4B220VRLD1

24、D2D3B220VRL第30頁(yè)/共58頁(yè)第三十頁(yè)，共59頁(yè)。tu20234t0234uo+u2+u1D(a) 電路 (b) 波形+uoRL第31頁(yè)/共58頁(yè)第三十一頁(yè)，共59頁(yè)。tu20234t0234uo+u2+u1D(a) 電路 (b) 波形+uoRL當(dāng)u2為正半周時(shí)，二極管D承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)有電流流過(guò)負(fù)載，并且和二極管上的電流相等，即io= id。忽略二極管的電壓降，則負(fù)載兩端(lin dun)的輸出電壓等于變壓器副邊電壓，即uo=u2 ，輸出電壓uo的波形與u2相同。第32頁(yè)/共58頁(yè)第三十二頁(yè)，共59頁(yè)。當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，二極管D承受反向電壓而截止(jizh)。此時(shí)負(fù)載上無(wú)電

25、流流過(guò)，輸出電壓uo=0，變壓器副邊電壓u2全部加在二極管D上。tu20234t0234uo+u2+u1D(a) 電路 (b) 波形+uoRL第33頁(yè)/共58頁(yè)第三十三頁(yè)，共59頁(yè)。單相半波整流電壓的平均值為：0222o45. 02)(sin221UUttdUU流過(guò)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(shí)承受的最高反向電壓為 u2的最大值，即：22MRM2UUU第34頁(yè)/共58頁(yè)第三十四頁(yè)，共59頁(yè)。+u1+u2D4D3D1D2RL+uo(a) 原理電路ab+u1+u2RL+uo(b) 簡(jiǎn)

26、化畫法第35頁(yè)/共58頁(yè)第三十五頁(yè)，共59頁(yè)。u2為正半周時(shí)，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位，二極管D1、D3承受(chngshu)正向電壓而導(dǎo)通，D2、D4承受(chngshu)反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：aD1RLD3b，如圖中實(shí)線箭頭所示。+u1+u2D4D3D1D2RL+uoabu2為負(fù)半周時(shí)，b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位，二極管D2、D4承受正向電壓而導(dǎo)通，D1、D3承受反向電壓而截止。此時(shí)電流(dinli)的路徑為：bD2RLD4a，如圖中虛線箭頭所示。第36頁(yè)/共58頁(yè)第三十六頁(yè)，共59頁(yè)。tu20234tiD10234tiD20234tuo0234第37頁(yè)/共58頁(yè)第三十七頁(yè)，共59頁(yè)。單

27、相全波整流電壓的平均值為：0222o9 . 022)(sin21UUttdUU流過(guò)負(fù)載電阻 RL的電流平均值為：L2Loo9 . 0RURUI流經(jīng)每個(gè)二極管的電流平均值為負(fù)載電流的一半，即：L2oD45. 021RUII每個(gè)二極管在截止時(shí)承受的最高反向電壓為 u2的最大值，即：22MRM2UUU第38頁(yè)/共58頁(yè)第三十八頁(yè)，共59頁(yè)。半導(dǎo)體二極管工作在擊穿區(qū)，是否(sh fu)一定被損壞？為什么？ 何謂死區(qū)電壓(diny)？硅管和鍺管死區(qū)電壓(diny)的典型值各為多少？為何會(huì)出現(xiàn)死區(qū)電壓(diny)？ 二極管的伏安特性曲線上分為幾個(gè)區(qū)？能否說(shuō)明二極管工作在各個(gè)區(qū)時(shí)的電 壓、電流情況？ 為什么

28、二極管的反向電流很小且具有飽和性？當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)又會(huì)明顯增大 ？第39頁(yè)/共58頁(yè)第三十九頁(yè)，共59頁(yè)。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(jh)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(jich)型二極管，其反向擊穿可逆。正向特性(txng)與普通二極管相似反向IZUZ6.4 特殊二極管1. 穩(wěn)壓二極管實(shí)物圖圖符號(hào)及文字符號(hào) 顯然穩(wěn)壓管的伏安特性曲線比普通二極管的更加陡峭。第40頁(yè)/共58頁(yè)第四十頁(yè)，共59頁(yè)。USDZ使用穩(wěn)壓(wn y)二極管時(shí)應(yīng)該注意的事

29、項(xiàng)(1)穩(wěn)壓(wn y)二極管正負(fù)極的判別DZ(2)穩(wěn)壓(wn y)二極管使用時(shí)，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(shí)的正向壓降約為。 第41頁(yè)/共58頁(yè)第四十一頁(yè)，共59頁(yè)。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(fn xin)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。陽(yáng)極 陰極穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：（1）穩(wěn)定電壓UZ。反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。（2）穩(wěn)定電流IZ。工作電壓等于穩(wěn)定電壓時(shí)的電流。（3）動(dòng)

30、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。即：rZ=UZ/IZ（4）額定功率PZ和最大穩(wěn)定電流IZM。額定功率PZ是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率損耗(snho)。最大穩(wěn)定電流IZM是指穩(wěn)壓管允許通過(guò)的最大電流。它們之間的關(guān)系是： PZ=UZIZM第42頁(yè)/共58頁(yè)第四十二頁(yè)，共59頁(yè)。 二極管的反向擊穿特性：當(dāng)外加反向電壓超過(guò)(chogu)擊穿電壓時(shí)，通過(guò)二極管的電流會(huì)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^(guò)管子的電流，就能保證管子不因過(guò)熱而燒壞。 在反向擊穿狀態(tài)下，讓通過(guò)管子的電流在一定范圍內(nèi)變化，這時(shí)管子兩端電壓變化很小，利用這

31、一點(diǎn)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)。 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(guò)管子的電流值，以保證管子不會(huì)造成熱擊穿。第43頁(yè)/共58頁(yè)第四十三頁(yè)，共59頁(yè)。 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(jyu)單向?qū)щ娦?。?shí)物圖圖符號(hào)(fho)和文字符號(hào)(fho)D 單個(gè)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(xin yu)的發(fā)光二極管能發(fā)出紅黃綠

32、等顏色的光。 發(fā)光管正常工作時(shí)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以上。 發(fā)光管屬功率控制器件，常用來(lái)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)光二極管第44頁(yè)/共58頁(yè)第四十四頁(yè)，共59頁(yè)。 光電二極管也稱光敏二極管，是將光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件(qjin)，其核心部分也是一個(gè)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(gè)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(wú)光照時(shí)，反向電流很小，稱為暗電流；有光照射時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分(b fen)價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛，產(chǎn)生電子空

33、穴對(duì)，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娦裕怆姽芄軞ど嫌幸粋€(gè)能射入光線的“窗口”，這個(gè)窗口用有機(jī)玻璃透鏡進(jìn)行(jnxng)封閉，入射光通過(guò)透鏡正好射在管芯上。實(shí)物圖圖符號(hào)和文字符號(hào)第45頁(yè)/共58頁(yè)第四十五頁(yè)，共59頁(yè)。6.5 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源的組成(z chn)框圖 第46頁(yè)/共58頁(yè)第四十六頁(yè)，共59頁(yè)。第47頁(yè)/共58頁(yè)第四十七頁(yè)，共59頁(yè)。tu20234t0234uo+u2+uo+u1D(a) 電路 (b) 波形CRL+第48頁(yè)/共58頁(yè)第四十八頁(yè)，共59頁(yè)。第49頁(yè)/共58頁(yè)第四十九頁(yè)，共59頁(yè)。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(jiàn)，電容濾波電路的輸出電壓在負(fù)載變化時(shí)波動(dòng)(bdng)較大，說(shuō)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(chǎng)合。第50頁(yè)/共58頁(yè)第五十頁(yè)，共59頁(yè)。+u1+u2RL+uoL電感濾波適用于負(fù)載電流較大的場(chǎng)合。它的缺點(diǎn)(qudin)是制做復(fù)雜、體積大、笨重且存在