第四章二极管及整流电路新

1、1 电工学电工学 办公室：办公室：10226 电话：电话刘巧玲刘巧玲 2 第4章 二极管及整流电路 n重点：PN结形成及特性、二极管伏安特性 n难点：二极管电路 n（一）半导体基础、二极管（掌握） n（二）二极管电路（理解） 3 3 第4章 二极管及整流电路 1 半导体基础.02 2 PN 结.08 3 半导体二极管.14 4 单相整流电路.25 5 滤波电路.30 6 稳压管及稳压电路.33 4 4 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 1 半导体基础 一、半导体（导电性能介于导体和绝缘体之间。导电性能介于导体和绝缘体之间。） 导体 半导体 绝缘体 光敏

2、特性 杂敏特性 热敏特性 正四面体结构中四个原子分别处在正四面体的四个顶 角上，任意顶角上的原子和中心原子各贡献一个价电子为 该两个原子所共有，形成共价键 。 5 5 第第6 6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 正四面体结构图 晶体结构平面示意图 6 6 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 二、本征半导体 本征半导体就是指纯净的、未掺杂任何杂质并且没有晶 格缺陷的完整的半导体。 共价键结构中，原子最外层拥有八个电子并处于相对稳 定状态，但在一定条件下，外层电子可能受到激发成为自由 电子。并在其原来所在的晶格原子的外层轨道上留下一个空 位，叫做空穴。空穴和自由电子都可称为本征

3、半导体中的载 流子， 其定向移动形成半导体中的电流。 在热能、外电场或其他能量激发下，自由电子不断产生。 当自由电子移动到一个空穴附近，就会填补到这个空穴上， 该过程叫做复合。 7 7 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 三、杂质半导体 N型半导体 P型半导体 8 8 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 N型半导体 在本征半导体硅（或锗） 中掺入微量的V族元素（例 如磷P），在本征硅晶体结 构没有发生改变的前提下， 硅晶体中某些位置的硅原子 被磷原子取代。 形成共价键后，多出的电形成共价键后，多出的电 子成为自由电子。子成为自由电子。 具有多余电子的半导体 材料。

4、自由电子为多数载流子 （简称“多子”），空穴为 少数载流子（简称“少 子”）。 9 9 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 P型半导体 在本征半导体硅（或锗） 中掺入微量的III族元素（例 如硼B），在本征硅晶体结 构没有发生改变的前提下， 硅晶体中某些位置的硅原子 被硼原子取代。 形成共价键后，出现一形成共价键后，出现一 个空穴。个空穴。 空穴为 多子，自由电子 为 少子。 注意： 无论N型半导体还是P型半导体都是电中性，对外不显电性。 1010 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 2 PN 结 一、PN结的形成 PN结 ：在同一片半导体基片上P型半导体材料和N型

5、半导体 材料相结合的区域。 P区与N区中载流子的扩散运动 1111 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 平衡状态下形成空间电荷区 扩散运动扩散电流浓度差异 空间电荷区 内电场 漂移运动漂移电流 一个稳定的 PN结，其内 部的总电流 为零，并且 空间电荷区 的宽度相对 稳定 1212 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 二、PN结的特性 1、PN结单相导电性 PN 结 P 区电位高于 N 区电位的情况称为正向偏置 内电场减弱， 扩散大于漂 移，形成正 向电流 正向偏置时，正向偏置时，PN结导通。正向电阻很小。结导通。正向电阻很小。 外电场减弱内电场的外电场减弱内电场的

6、 作用作用多数载流子的多数载流子的 扩散运动增强扩散运动增强扩散扩散 电流增强电流增强形成连续形成连续 正向电流正向电流 1313 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 PN 结 N 区电位高于 P 区电位的情况称为反相偏置 内电场加强， 扩散停止， 少量漂移， 形成较小反 向电流 反向偏置时，反向偏置时， PN结截止。反向电阻很大。结截止。反向电阻很大。 外电场增强了内电外电场增强了内电 场的作用场的作用多数载多数载 流子的扩散运动终流子的扩散运动终 止止扩散电流消失。扩散电流消失。 (3)结论：结论：PN结具有单向导电性，且具有电容效应。结具有单向导电性，且具有电容效应。 14

7、14 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 2、PN结伏安特性 DT DS( 1) U /U IIe 反向击穿电压 反向漏电 流，A级 导通压降，硅 管0.6-0.8V，锗 管0.2-0.3V 死区 1515 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 3、PN结的反向击穿 热击穿 电击穿 雪崩击穿 齐纳击穿 反向电压超过7V 反向电压低于4V 4、PN结的电容效应 结电容Cj 扩散电容Cd 势垒电容Cb反向偏置时起主导作用 正向偏置时起主导作用 1616 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 3 半导体二极管 半导体二极管是由用外壳封装起来的PN结 一、二极管的

8、分类 按材料分类 硅半导体二极管 锗半导体二极管 按结构分类 点接触型 面接触型 平面型 1717 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 二、半导体二极管的伏安特性 UBR 反向击穿电压 IS 反向饱和电流 UON 开启电压 二极管两端电压与通过管子的电流之间的关系。二极管两端电压与通过管子的电流之间的关系。 1818 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 三、半导体二极管的主要参数 1、最大整流电流 IF 2、最大反向工作电压 UDRM 3、反向电流 IR 4、最高工作频率fMAX 1919 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 四、半导体二极管的等效电路

9、 理想等效电路 正向导通 反向截至 管压降为零 反向电流为零 2020 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 考虑管压降的二极管等效电路 正向导通 反向截至 管压降为0.7V 反向电流为零 2121 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 考虑管压降、二极管体电阻的二极管等效电路 正向导通 反向截至 管压降为0.7V 反向电流为零 体电阻rD=U/ V 2222 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 例 试估算开关断开和闭合时输出电压的数值。其中电压源 U1=6V，U2=12V 解：理想情况下，开关断开时，二极 管因加正向电压而处于导通状态，故 输出电压UO=

10、U1=6V；开关闭合时， 二极管外加反向电压处于截止状态， 故输出电压UO=U2=12V 。 实际情况下，二极管正向导通时时导 通电压UD=0.7V。开关断开时，输出 电压UO=U1-UD=5.3V ；开关闭合时， 输出电压UO=U2=12V 。 2323 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 五、半导体二极管的应用电路 1、削峰电路 正半周二极管导通，负半周 二极管截至 例 2424 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 二极管与输出端并联 ,输入为 正半周且幅值大于开启电压 UON时，二极管导通，此时输 出电压 UO=UON=0.7V 例 2525 第第4 4章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 串联整流电