二極管及整流電路PPT教案

1、會計學1二極管及整流電路二極管及整流電路21 半導體基礎(chǔ) 一、半導體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(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一個價電子為該兩個原子所共有，形成共價鍵 。第1頁/共36頁3正四面體結(jié)構(gòu)圖 晶體結(jié)構(gòu)平面示意圖 第2頁/共36頁4二、本征半導體 本征半導體就是指純凈的、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。空穴和自由電子都可稱為本征半導體中的

2、載流子， 其定向移動形成半導體中的電流。 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(fù)合。 第3頁/共36頁5三、雜質(zhì)半導體N型半導體P型半導體第4頁/共36頁6N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(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。 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”）。第5頁/共36頁7P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(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變的前

3、提下，硅晶體中某些位置的硅原子被硼原子取代。 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。第6頁/共36頁82 PN 結(jié) 一、PN結(jié)的形成PN結(jié) ：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(jié)合的區(qū)域。P區(qū)與N區(qū)中載流子的擴散運動 第7頁/共36頁9平衡狀態(tài)下形成空間電荷區(qū) 擴散運動擴散電流濃度差異空間電荷區(qū) 內(nèi)電場漂移運動漂移電流一個穩(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 第8頁/共36頁10二、PN結(jié)的特性1、PN結(jié)單相導電性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，擴散大于漂移，

4、形成正向電流第9頁/共36頁11PN 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，擴散停止，少量漂移，形成較小反向電流第10頁/共36頁122、PN結(jié)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)第11頁/共36頁133、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第12頁/共36頁143 半導體二極管 半導體二極管是由用外殼封裝起來的PN結(jié) 一、二極管的分類按材料分類硅半導

5、體二極管鍺半導體二極管按結(jié)構(gòu)分類點接觸型面接觸型平面型第13頁/共36頁15二、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 開啟電壓第14頁/共36頁16三、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fMAX第15頁/共36頁17四、半導體二極管的等效電路理想等效電路正向?qū)ǚ聪蚪刂凉軌航禐榱惴聪螂娏鳛榱愕?6頁/共36頁18考慮管壓降的二極管等效電路正向?qū)ǚ聪蚪刂凉軌航禐?.7V反向電流為零第17頁/共36頁19考慮管壓降、二極管體電阻的二極管等效電路正向?qū)ǚ聪蚪刂凉軌航禐?.7V反向電流為零體電阻

6、rD=U/ V第18頁/共36頁20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通狀態(tài)，故輸出電壓UO=U1=6V；開關(guān)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?qū)〞r時導通電壓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 。第19頁/共36頁21五、半導體二極管的應(yīng)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第20頁/共36頁22二極管與輸出端并聯(lián) ,輸入為正半周且幅值大于開啟電壓UO

7、N時，二極管導通，此時輸出電壓 UO=UON=0.7V例第21頁/共36頁23串聯(lián)整流電路2、限幅電路UR1U時，二極管導通UOU； UR1U時，二極管導通UOUR1。輸出被限定在0U之間。例第22頁/共36頁243、鉗位電路利用二極管導通和截至控制電容的充放電，輸出電壓的最大值被限定在零電平上，起到電壓鉗位作用。 第23頁/共36頁254 單相整流電路 交流變直流濾掉交流部分，減小脈動系數(shù)穩(wěn)壓，防止輸出波動第24頁/共36頁26一、單相半波整流電路第25頁/共36頁27交流輸入電壓 tUusin2i輸出電壓瞬時值 0sin2otUu20tt輸出電壓平均值 202o(AV)45. 0)d(si

8、n221UttUU脈動系數(shù) 57. 1O(AV)M1OUUS第26頁/共36頁28二、單相全波整流電路具有中心抽頭的變壓器與二極管配合，兩個二極管分別在正負半周導通，并且導通時流經(jīng)負載的電流方向一致，輸入信號正負半周時負載都有輸出電壓。 第27頁/共36頁29單相橋式整流電路 使用的二極管比全波整流多一倍，但每個二極管所承受的反向電壓比較小。 22o(AV)9 . 022UUU輸出電壓平均值 脈動系數(shù) 67. 0O(AV)M1OUUS第28頁/共36頁305 濾波電路 一、電容濾波器通過電容的充放電過程濾掉交流部分 經(jīng)濾波電路后，輸出電壓的直流成分增加，而且平均值也得到提高 第29頁/共36頁31二、電感濾波器利用電感的儲能作用減小輸出電壓的脈動 第30頁/共36頁32三、濾波器網(wǎng)絡(luò)RC型濾波器LC型濾波器雙L型濾波器第31頁/共36頁336 穩(wěn)壓管及穩(wěn)壓電路 一、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是利用PN結(jié)的反向擊穿特性來實現(xiàn)穩(wěn)壓作用的半導體元器件 特性參數(shù)：穩(wěn)定電壓UZ動態(tài)電阻rZ穩(wěn)定電流IZ額定功耗PZ電壓溫度系數(shù)第32頁/共36頁34二、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1、輸入電壓不變，負載變化時 2、負載不變，輸入電壓發(fā)生變化時輸出電壓基本保持穩(wěn)定利用穩(wěn)壓管所起的電流調(diào)節(jié)作用，通過調(diào)節(jié)限流電阻上的電流及電壓