半導(dǎo)體二極管與直流穩(wěn)壓電源-課件

6、1半導(dǎo)體的基本知識(shí)第6章半導(dǎo)體及其常用器件6、2半導(dǎo)體二極管6、3特別二極管6、4雙極型三極管6、5單極型三極管6、1半導(dǎo)體的基本知識(shí)第6章半導(dǎo)體及其常用器件6、2半導(dǎo)學(xué)習(xí)目的與要求

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。學(xué)習(xí)目的與要求了解本征半導(dǎo)體、P型和N型半導(dǎo)體的特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)率一般在105s/cm量級(jí);塑料、云母等絕緣體的電導(dǎo)率通常是10-22~10-14s/cm量級(jí);半導(dǎo)體的電導(dǎo)率則在10-9~102s/cm量級(jí)。

半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力盡管介于導(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(dú)特性能決定的:1、半導(dǎo)體的獨(dú)特性能光敏性——半導(dǎo)體受光照后,其導(dǎo)電能力大大增強(qiáng);熱敏性——受溫度的影響,半導(dǎo)體導(dǎo)電能力變化特別大;摻雜性——在半導(dǎo)體中摻入少量特別雜質(zhì),其導(dǎo)電能力極大地增強(qiáng);半導(dǎo)體材料的獨(dú)特性能是由其內(nèi)部的導(dǎo)電機(jī)理所決定的。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)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(jià)元素,即每個(gè)原子最外層電子數(shù)為4個(gè)。++Si(硅原子)Ge(鍺原子)硅原子和鍺原子的簡(jiǎn)化模型圖Si+4Ge+4因?yàn)樵映孰娭行?因此簡(jiǎn)化模型圖中的原子核只用帶圈的+4符號(hào)表示即可。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

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,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,它們排列成特別整齊的晶格結(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)電子兩兩組成電子對(duì),構(gòu)成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4實(shí)際上半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)是三維的。晶格結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)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＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4從共價(jià)鍵晶格結(jié)構(gòu)來(lái)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,因此穩(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)。

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,這些帶正電的離子可不能移動(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。＋＋＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4從共價(jià)鍵晶格結(jié)構(gòu)來(lái)看,每＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4受光照或溫度上升影響,共價(jià)鍵中其它一些價(jià)電子直截了當(dāng)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)空穴的現(xiàn)象稱為復(fù)合。此時(shí)整個(gè)晶體帶電不？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)。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4受光照或溫度上升影響,共

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(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,即自由電子載流子和空穴載流子的運(yùn)動(dòng)方向相反。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4

自由電子載流子運(yùn)動(dòng)能夠形容為沒(méi)有座位人的移動(dòng);空穴載流子運(yùn)動(dòng)則可形容為有座位的人依次向前挪動(dòng)座位的運(yùn)動(dòng)。半導(dǎo)體內(nèi)部的這兩種運(yùn)動(dòng)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)電機(jī)理半導(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:＋4＋(2)雜質(zhì)半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體盡管有自由電子和空穴兩種載流子,但由于數(shù)量極少導(dǎo)電能力仍然特別低。假如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(jià)元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4P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。(2)雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體盡管有自由電子和空穴兩種載流子＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三價(jià)元素硼(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。因此空穴是這種半導(dǎo)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(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。－＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三價(jià)元素硼(B)B+摻入

不論是N型半導(dǎo)體依然P型半導(dǎo)體,其中的多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。然而,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。注意:摻入雜質(zhì)后盡管形成了N型或P型半導(dǎo)體,但整個(gè)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？想想練練不論是N型半導(dǎo)體依然P型半導(dǎo)體,其中的多子和少子的注3、PN結(jié)及其形成過(guò)程PN結(jié)的形成

雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力盡管比本征半導(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++++++++++++++++－－－－－－－－－－－－－－－－P區(qū)N區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)3、PN結(jié)及其形成過(guò)程PN結(jié)的形成雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示PN結(jié)形成的過(guò)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(kāi)始時(shí)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì),擴(kuò)散運(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。PN結(jié)內(nèi)部載流子基本為零,因此導(dǎo)電率特別低,相當(dāng)于介質(zhì)。但PN結(jié)兩側(cè)的P區(qū)和N區(qū)導(dǎo)電率特別高,相當(dāng)于導(dǎo)體,這一點(diǎn)和電容比較相似,因此說(shuō)PN結(jié)具有電容效應(yīng)。PN結(jié)形成的過(guò)程中,多數(shù)載流子的擴(kuò)散和少數(shù)載流子的漂4、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)反向偏置時(shí)的情況PN結(jié)反向偏置時(shí)的情況PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)的上述“正向?qū)?反向截止”作用,說(shuō)明它具有單向?qū)щ娦?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,故反向電流特別小,而且當(dāng)外加電壓在一定范圍內(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。反向飽和電流由于特別小一般能夠忽略,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—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P(yáng)N結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)的上述“正向?qū)?反向截止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)移跳進(jìn)”本征激發(fā)出現(xiàn)的空穴中,產(chǎn)生價(jià)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)體中少子的濃度盡管特別低,但少子對(duì)溫度特別敏感,因此溫度對(duì)半導(dǎo)體器件的性能影響特別大。而多子因濃度基本上等于雜質(zhì)原子的摻雜濃度,因此說(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?PN結(jié)的正向電阻特別小,因此正向偏置時(shí)多子構(gòu)成的擴(kuò)散電流極易通過(guò)PN結(jié);同時(shí)PN結(jié)的反向電阻特別大,因此反向偏置時(shí)基本上能夠認(rèn)為電流無(wú)法通過(guò)PN結(jié)。3、空間電荷區(qū)的電阻率特別高,是指其內(nèi)電場(chǎng)阻礙多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)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。學(xué)習(xí)與歸納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5、PN結(jié)的反向擊穿問(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)的電流特別小,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)上加的反向電壓大大超過(guò)反向擊穿電壓時(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5、PN結(jié)的反向擊穿問(wèn)題PN結(jié)反向偏置時(shí),在一

當(dāng)PN結(jié)兩邊的摻雜濃度特別高,阻擋層又特別薄時(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,因而可不能發(fā)生雪崩擊穿。(2)齊納擊穿

當(dāng)PN結(jié)特別薄時(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)電子從共價(jià)鍵中拉出來(lái),產(chǎn)生出大量的電子—空穴對(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。可見(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。電擊穿過(guò)程通常可逆,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)兩端電壓變化特別小電流變化特別大的特點(diǎn),人們制造出工作在反向擊穿區(qū)的穩(wěn)壓管。當(dāng)PN結(jié)兩邊的摻雜濃度特別高,阻擋層又特別薄時(shí),阻擋

當(dāng)PN結(jié)兩端加的反向電壓過(guò)高時(shí),反向電流會(huì)接著急劇增長(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)生熱擊穿而永久損壞。熱擊穿的過(guò)程是不可逆的,因此應(yīng)盡量幸免發(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)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

？想想練練

空間電荷區(qū)的電阻率為什么很高？當(dāng)PN結(jié)兩端加的反向電壓過(guò)高時(shí),反向電流會(huì)接著急劇(6、2半導(dǎo)體二極管

把PN結(jié)用管殼封裝,然后在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。依照其用途分有檢波管、開(kāi)關(guān)管、穩(wěn)壓管和整流管等。硅高頻檢波管開(kāi)關(guān)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)用得特別廣泛,上圖所示即為各類二極管的部分產(chǎn)品實(shí)物圖。6、2半導(dǎo)體二極管把PN結(jié)用管殼封裝,然后在P1、二極管的基本結(jié)構(gòu)和類型點(diǎn)接觸型:結(jié)面積小,適用于高頻檢波、脈沖電路及計(jì)算機(jī)中的開(kāi)關(guān)元件。外殼觸絲N型鍺片正極引線負(fù)極引線N型鍺面接觸型: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估計(jì)。1、二極管的基本結(jié)構(gòu)和類型點(diǎn)接觸型:結(jié)面積小,適用于外2、二極管的伏安特性U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

(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。二極管既然是一個(gè)PN結(jié),其伏安特性當(dāng)然具有“單向?qū)щ娦浴薄?/p>

二極管的伏安特性呈非線性,特性曲線上大致可分為四個(gè)區(qū):

外加正向電壓超過(guò)死區(qū)電壓(硅管0、5V,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)外加正向電壓特別低時(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,故正向電流特別小,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)反向截止區(qū)內(nèi)反向飽和電流特別小,可近似視為零值。2、二極管的伏安特性U(V)0.500.8-50-25I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(shí),二極管由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通,電壓再接著增加時(shí),電流迅速增大,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?/p>

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(shí),將有特別小的、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):一是它隨溫度的上升增長(zhǎng)特別快,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)。因此通常稱它為反向飽和電流。正向?qū)▍^(qū)和反向截止區(qū)的討論U(V)0.500.8-50-23、二極管的主要參數(shù)

(1)最大整流電流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。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?。反向電流隨溫度的變化而變化較大,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儾睢?、二極管的主要參數(shù)(1)最大整流電流IDM:指二極4、二極管的應(yīng)用舉例注意:分析實(shí)際電路時(shí)為簡(jiǎn)單化,通常把二極管進(jìn)行理想化處理,即正偏時(shí)視其為“短路”,截止時(shí)視其為“開(kāi)路”。UD=0UD=∞正向?qū)〞r(shí)相當(dāng)一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)+－+－+－D+－D+－+－DPN+－反向阻斷時(shí)相當(dāng)一個(gè)打開(kāi)的開(kāi)關(guān)+－DPN(1)二極管的開(kāi)關(guān)作用4、二極管的應(yīng)用舉例注意:分析實(shí)際電路時(shí)為簡(jiǎn)單化,通常把二(2)二極管的限幅作用+－DuS10KΩ

IN4148+－u0iD

圖示為一限幅電路。電源uS是一個(gè)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。分析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練習(xí)P146例6-2(2)二極管的限幅作用+－DuS10KΩIN4148+－u

利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟缍O管等,將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)直流電的電路稱為整流電路。整流電路按輸入電源相數(shù)可分為單相整流電路和三相整流電路,按輸出波形又可分為半波整流電路和全波整流電路。目前廣泛使用的是橋式整流電路。(3)二極管的整流作用利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟缍O管等,將交流利用二極管的單向?qū)щ娦阅芫涂色@得各種形式的整流電路。二極管半波整流電路二極管全波整流電路橋式整流電路簡(jiǎn)化圖B220V~RLDIN4001B220V~RLD1D2二極管橋式整流電路D4B220V~RLD1D2D3B220V~RL利用二極管的單向?qū)щ娦阅芫涂色@得各種形式的二極管半波整流電路1單相半波整流電路1單相半波整流電路當(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,同時(shí)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。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)當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí),二極管D承受反向電壓而截止。此時(shí)負(fù)載上無(wú)電流流過(guò),輸出電壓uo=0,變壓器副邊電壓u2全部加在二極管D上。當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí),二極管D承受反向電壓而截止。此時(shí)負(fù)載上無(wú)電2單相橋式整流電路2單相橋式整流電路u2為正半周時(shí),a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位,二極管D1、D3承受正向電壓而導(dǎo)通,D2、D4承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為:a→D1→RL→D3→b,如圖中實(shí)線箭頭所示。u2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)電流的路徑為:b→D2→RL→D4→a,如圖中虛線箭頭所示。u2為正半周時(shí),a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位,二極管D1、D3承受正半導(dǎo)體二極管工作在擊穿區(qū),是否一定被損壞？為什么？

您會(huì)做不？何謂死區(qū)電壓？硅管和鍺管死區(qū)電壓的典型值各為多少？為何會(huì)出現(xiàn)死區(qū)電壓？

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？

檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果為什么二極管的反向電流特別小且具有飽和性？當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)又會(huì)明顯增大？半導(dǎo)體二極管工作在擊穿區(qū),是否一定被損壞？為什么？您會(huì)做不I(mA)40302010

0-5-10-15-20(μA)0.40.8－12－8－4U(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)壓二極管是一種特別的面接觸型二極管,其反向擊穿可逆。正向特性與普通二極管相似反向ΔIZΔUZ6、4特別二極管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。I(mA)400.40.8－12－8－4U(+US－DZ使用穩(wěn)壓二極管時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)(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(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(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0、6V。+US－DZ使用穩(wěn)壓二極管時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)(1)穩(wěn)壓二極管正穩(wěn)壓管是一種用特別工藝制造的半導(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)壓管的穩(wěn)壓作用在于:電流增量特別大,只引起特別小的電壓變化。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)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=ΔUZ/ΔIZ(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。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穩(wěn)壓管是一種用特別工藝制造的半導(dǎo)體二極管,穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就思索與回顧

二極管的反向擊穿特性:當(dāng)外加反向電壓超過(guò)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,假如我們采取適當(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)管子兩端電壓變化特別小,利用這一點(diǎn)能夠達(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,以保證管子可不能造成熱擊穿。思索與回顧二極管的反向擊穿特性:當(dāng)外加反向電壓超過(guò)擊

發(fā)光二極管是一種能把電能直截了當(dāng)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?。?shí)物圖圖符號(hào)和

文字符號(hào)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。現(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(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1、3V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)光二極管發(fā)光二極管是一種能把電能直截了當(dāng)轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光

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,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)深特別淺,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),反向電流特別小,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,使部分價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛,產(chǎn)生電子—空穴對(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?光電管管殼上有一個(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)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D6、5直流穩(wěn)壓電源大多數(shù)電子設(shè)備使用的直流電都取自電網(wǎng)提供的交流電,因此,直流穩(wěn)壓電源通常由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。直流穩(wěn)壓電源的組成框圖

6、5直流穩(wěn)壓電源大多數(shù)電子設(shè)備使用的直流電都取自電網(wǎng)提供整流電路能夠?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電,但脈動(dòng)較大,在某些應(yīng)用中如電鍍、蓄電池充電等可直截了當(dāng)使用脈動(dòng)直流電源。但許多電子設(shè)備需要平穩(wěn)的直流電源。這種電源中的整流電路后面還需加濾波電路將交流成分濾除,以得到