ch2 二极管及其应用电路副本

1、第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路2.1 PN PN结的形成及特性结的形成及特性2.2 半导体二极管半导体二极管2.3 二极管的常用模型和分析方法二极管的常用模型和分析方法2.4 稳压二极管稳压二极管2.5 常用二极管电路常用二极管电路阅读：教材阅读：教材 第第2 2章章第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路PNPN结的形成结的形成 PNPN结的单向导电性结的单向导电性 2.1 PN结的形成及特性结的形成及特性关键问题关键问题 什么是PN结的单向导电性？第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2

2、.1 PN结的形成及特性结的形成及特性【例1.2-1】 已知在T=300K时本征硅受激产生的电子浓度为1.431010cm-3，而本征硅原子浓度为5.11022cm-3，如果在本征硅中掺入十亿分之一的施主杂质，即，杂质浓度为 ，此时的杂质半导体中空穴浓度、电子浓度分别是多少？解： 此时的电子浓度： nNd空穴浓度为： 313392210510105cmcmNd3101043. 1cmni361321022101 . 4105)1043. 1 (cmNnnnpdii第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.12.1PNPN结的形成及特性结的形成及特性1.PN1.

3、PN结的形成结的形成 在在N型（型（P型）半导体的基片上，采用扩散工艺制造出一个型）半导体的基片上，采用扩散工艺制造出一个P型型（N型）区。型）区。 由于由于N型区，多子是电子，少子是空穴；在型区，多子是电子，少子是空穴；在P区多子是空穴，少区多子是空穴，少子是电子，因而在交界面的两侧，多子和少子的浓度相差悬殊。所子是电子，因而在交界面的两侧，多子和少子的浓度相差悬殊。所以以N区中的电子将扩散到区中的电子将扩散到P区，区，N区留下施主杂质正离子区留下施主杂质正离子;P区中的空区中的空穴将扩散到穴将扩散到N区，区，P区将留下受主杂质负离子。区将留下受主杂质负离子。 当扩散的电子和空穴相遇，就会产

4、生复合而消失，从而在交界当扩散的电子和空穴相遇，就会产生复合而消失，从而在交界面两侧形成一个由不能移动的正、负离子组成的空间电荷区，正负面两侧形成一个由不能移动的正、负离子组成的空间电荷区，正负电荷形成电场。由于是内部载流子的扩散形成的，故称为内电场。电荷形成电场。由于是内部载流子的扩散形成的，故称为内电场。 P区和区和N区之间的交界面附近的空间电荷层，就成为区之间的交界面附近的空间电荷层，就成为PN结结。 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.12.1PNPN结的形成及特性结的形成及特性 随着多子的扩散运动的进行，空间电荷区不断加宽，内电随着多子的扩散运

5、动的进行，空间电荷区不断加宽，内电场不断增强，但是，随之而来的两种影响是：场不断增强，但是，随之而来的两种影响是：1）内电场将）内电场将阻碍多子进行扩散阻碍多子进行扩散；2）P区和区和N区的区的少子一旦靠近少子一旦靠近PN结结，就就将在内电场的作用下将在内电场的作用下漂漂移到对方移到对方。总结：总结：内电场一建立，就会起到阻止多子继续扩散运动；有内电场一建立，就会起到阻止多子继续扩散运动；有利于少子漂移运动的作用。利于少子漂移运动的作用。 漂移运动和扩散运动方向相反。漂移运动和扩散运动方向相反。第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.12.1PNPN结的形成

6、及特性结的形成及特性 从从N区漂移到区漂移到P区的空穴，补充了原来交界面上区的空穴，补充了原来交界面上P区失去的区失去的空穴，使空穴，使P区的空间电荷区缩小；从区的空间电荷区缩小；从P区漂移到区漂移到N区的电子，补区的电子，补充了原来交界面上充了原来交界面上N区失去的电子，使区失去的电子，使N区的空间电荷区缩小。区的空间电荷区缩小。因此，因此，漂移运动的结果是使空间电荷区变窄漂移运动的结果是使空间电荷区变窄，作用与扩散运动，作用与扩散运动相反。相反。 PN结中的两种载流子的运动的区别：结中的两种载流子的运动的区别：运动类型运动类型 扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动载流子载流子多子少子电流电流扩

7、散电流漂移电流空间电荷区宽度空间电荷区宽度增大减小第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.12.1PNPN结的形成及特性结的形成及特性 扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，空间电荷区的扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，空间电荷区的宽度和内建电位的高度相对稳定。宽度和内建电位的高度相对稳定。 由于两种运动产生的电流方向相反，因而在无外电由于两种运动产生的电流方向相反，因而在无外电场或其它因素激励时，场或其它因素激励时，PN结中无宏观电流。结中无宏观电流。 PN结又称为结又称为“耗尽区耗尽区”,以强调扩散到区内的多数以强调扩散到区内的多数载流子由于复合浓度很快减小

8、以至于耗尽的特点。正由载流子由于复合浓度很快减小以至于耗尽的特点。正由于于耗尽区内耗尽区内载流子浓度很低，所以区内载流子浓度很低，所以区内电阻率很高电阻率很高；耗耗尽区外尽区外，P、N区仍然保持热平衡状态，是区仍然保持热平衡状态，是中性低阻区中性低阻区。 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.12.1PNPN结的形成及特性结的形成及特性 内电场内电场E0产生的点位产生的点位V0如图如图2.1.2所示。所示。PN结又称为结又称为“势垒区势垒区”、“阻挡区阻挡区”,以强调对多子扩散运动的以强调对多子扩散运动的阻挡作用。阻挡作用。图图2.1.2 内电场产生的电位

9、内电场产生的电位第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.12.1PNPN结的形成及特性结的形成及特性2.2.PNPN结的单向导电性结的单向导电性 PN结有一个基本特性结有一个基本特性单项导电性。单项导电性。它只有在外加电压时才显现出来。它只有在外加电压时才显现出来。PN结上外加电结上外加电压称为偏置，所加电压称为偏置电压。压称为偏置，所加电压称为偏置电压。外加正向电压外加正向电压 当在当在PN结上加正向电压时，由于阻挡层是高阻区，结上加正向电压时，由于阻挡层是高阻区，所以外加电压大部分降落在阻挡层上，于是，在阻挡层所以外加电压大部分降落在阻挡层上，于是，在阻

10、挡层上建立起一个外加电场上建立起一个外加电场 。外加电场的方向与。外加电场的方向与PN结内结内电场方向相反。电场方向相反。E第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.12.1PNPN结的形成及特性结的形成及特性外加正向电压外加正向电压PNPN结将发生如下变化：结将发生如下变化：阻挡层内的总电场减弱，空间阻挡层内的总电场减弱，空间电荷总量减少；电荷总量减少；空间电荷区变窄；空间电荷区变窄； 势垒区的电位差减小。势垒区的电位差减小。 正向偏置情况下，给正向偏置情况下，给PNPN结一个小电压，可得到较大的电流。结一个小电压，可得到较大的电流。第二讲第二讲 半导体二极

11、管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.12.1PNPN结的形成及特性结的形成及特性 由于势垒下降，阻挡层电场减弱，使扩散运动加强，打破了由于势垒下降，阻挡层电场减弱，使扩散运动加强，打破了扩散运动和漂移运动的动态平衡。扩散运动和漂移运动的动态平衡。N区的电子源源不断的扩散到区的电子源源不断的扩散到P区，形成了区，形成了P区的非平衡少数载流子。注入区的非平衡少数载流子。注入P区的电子，首先积区的电子，首先积累在结的边界，使结边界的电子密度比其他地方大，形成密度差。累在结的边界，使结边界的电子密度比其他地方大，形成密度差。在密度差的推动下，电子不断向在密度差的推动下，电子不断向P区纵

12、深扩散，同时又不断与区纵深扩散，同时又不断与P区的空穴复合，经过一段距离后，扩散到区的空穴复合，经过一段距离后，扩散到P区的电子基本上都被区的电子基本上都被复合掉了，电子密度恢复到热平衡值，形成复合掉了，电子密度恢复到热平衡值，形成P区非平衡少子的稳区非平衡少子的稳定分布。同样，定分布。同样，P区的空穴也源源不断的扩散到区的空穴也源源不断的扩散到N区，且在一定区，且在一定范围内边扩散边复合，形成范围内边扩散边复合，形成N区非平衡少子的稳定分布。区非平衡少子的稳定分布。 自由电子在外电场吸引下进入外导线，再被电源电动势推动，自由电子在外电场吸引下进入外导线，再被电源电动势推动，从右端进入从右端进

13、入N区参与多子流通，这样便形成了从区参与多子流通，这样便形成了从N区到区到P区的整个区的整个连续流动。连续流动。第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.12.1PNPN结的形成及特性结的形成及特性小结：小结： 正向偏置情况下，给正向偏置情况下，给PNPN结一个小电压，可得到较大的电流。结一个小电压，可得到较大的电流。 外加正向电压驱使外加正向电压驱使N区电子和区电子和P区空穴进入空间电区空穴进入空间电荷区，中和掉一些空间电荷，使空间电荷区变窄。多荷区，中和掉一些空间电荷，使空间电荷区变窄。多子扩散运动的增强，打破了原有的动态平衡，使扩散子扩散运动的增强，打破

14、了原有的动态平衡，使扩散运动的多子大于漂移运动的少子，造成了电荷的净转运动的多子大于漂移运动的少子，造成了电荷的净转移。移。第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.12.1PNPN结的形成及特性结的形成及特性外加反向电压外加反向电压PNPN结外加反向电压，外加电场的结外加反向电压，外加电场的方向与方向与PNPN结内电场方向相同，结内电场方向相同，PNPN结将发生以下变化：结将发生以下变化：阻挡层内的总电场增强，空间阻挡层内的总电场增强，空间电荷总量增加；电荷总量增加；空间电荷区变宽；空间电荷区变宽； 势垒区的电位差增大。势垒区的电位差增大。 第二讲第二讲 半

15、导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.12.1PNPN结的形成及特性结的形成及特性 由于势垒提高，多子通过由于势垒提高，多子通过PN结的扩散运动受到阻碍，而少子结的扩散运动受到阻碍，而少子通过通过PN结的漂移运动加强，这时结的漂移运动加强，这时漂移运动起主要作用。漂移运动起主要作用。在空间电在空间电荷区强电场的作用下，两个区中的少子一旦到达势垒边界处，就荷区强电场的作用下，两个区中的少子一旦到达势垒边界处，就被电场拉到被电场拉到PN结的另一侧。所以，在结的另一侧。所以，在PN结空间电荷区的边缘处，结空间电荷区的边缘处，少子浓度很低，接近于零。少子浓度很低，接近于零。 这时

16、少子的漂移电流构成了这时少子的漂移电流构成了PN结的反向电流。由于少子浓度结的反向电流。由于少子浓度很低，反向电流较小。一定温度下，载流子浓度一定，因而可以很低，反向电流较小。一定温度下，载流子浓度一定，因而可以抽取的少子有限。在相当大的反向电压范围内，反向电流几乎恒抽取的少子有限。在相当大的反向电压范围内，反向电流几乎恒定，故称为反向饱和电流，用定，故称为反向饱和电流，用IS表示。由于表示。由于IS是由少子形成的，所是由少子形成的，所以对温度很敏感。温度越高，反向电流越大。以对温度很敏感。温度越高，反向电流越大。 由于由于PN结反偏时反向电流很小，可认为结反偏时反向电流很小，可认为PN结基本

17、不导电，表结基本不导电，表现为一个很大的电阻。现为一个很大的电阻。第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.12.1PNPN结的形成及特性结的形成及特性 反向偏置情况下，反向偏置情况下，反向电流很小反向电流很小， 可以认为可以认为PNPN结结基本上基本上不导电，表现为一个很大的电阻。不导电，表现为一个很大的电阻。 小结：小结： 外加反向电压驱使外加反向电压驱使N区电子和区电子和P区空穴进一步离区空穴进一步离开开PN结，使空间电荷区变宽，有利于少子的漂移运结，使空间电荷区变宽，有利于少子的漂移运动，不利于多子的扩散运动。此时，少子的漂移构动，不利于多子的扩散运动

18、。此时，少子的漂移构成了成了PN结的反向电流。此电流基本上不随外界电压结的反向电流。此电流基本上不随外界电压变化，但随温度变化很激烈。变化，但随温度变化很激烈。关键问题关键问题 什么是二极管的门坎电压？ 为什么使用二极管时要注意不要超过最高反向工作电压VBR ？ 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.2 半导体二极管半导体二极管 半导体二极管半导体二极管 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 二极管的主要参数二极管的主要参数第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.22.2半导体二极管半导体二极管1.1.半导体二极管半导体二极

19、管第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.22.2半导体二极管半导体二极管2.2.二极管的二极管的V-IV-I特性特性TDVv TDVvSDeIi 当vD 0 ,且 时,TDVv|0SDIi当vD 0 ,且 时，第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.22.2半导体二极管半导体二极管2.2.二极管的二极管的V-I V-I 特性特性例：已知PN结在T=300K时， , m=1,求 及 时的结电流。AIS1410VvD70. 0VvD70. 0解：当 时，PN结上为正偏压，有mAeeIiTDVvsD93. 4) 1(10) 1

20、(026. 07 . 014VvD70. 0当 时，PN结上为负偏压，有VvD70. 0AeeIiTDVvsD14026. 07 . 01410) 1(10) 1(第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.22.2半导体二极管半导体二极管2.2.二极管的二极管的V-I V-I 特性特性图图2.2.3 实际的二极管的伏安特性实际的二极管的伏安特性第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.22.2半导体二极管半导体二极管2.2.二极管的二极管的V-IV-I特性特性正向特性正向特性第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极

21、管及常用二极管电路 2.22.2半导体二极管半导体二极管2.2.二极管的二极管的V-IV-I特性特性反向特性反向特性对Si二极管而言，一般地 VBR 4伏-齐纳击穿； VBR 7伏-雪崩击穿； 4伏 VBR 7伏-两种击穿都有 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.22.2半导体二极管半导体二极管2.2.二极管的二极管的V-IV-I特性特性例：Si二极管I-V特性曲线如图 ，把Si管接入电路，求二极管上的电压降和通过二极管的电流。 20 15 i D (mA) 1.0 10 0.5 1.5 vD(V) Q解：电路方程 E=iDR+vD 从图中查出， ID=

22、7(mA), VD=0.8(V) 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.22.2半导体二极管半导体二极管2.2.二极管的二极管的V-IV-I特性特性温度对正向特性的影响温度对正向特性的影响CmVTVoD/5 . 2第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.22.2半导体二极管半导体二极管3.3.二极管的主要参数二极管的主要参数电子器件的参数是其特性的定量描述，也是实际工作中根据要求电子器件的参数是其特性的定量描述，也是实际工作中根据要求选用器件的主要依据。选用器件的主要依据。1）二极管的直流参数）二极管的直流参数 最大整流

23、电流最大整流电流IF: 当管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。使用时管子的平均电流不得超过此值。 最高反向工作电压最高反向工作电压VR: 二极管工作时加在其两端的最大反向电压，否则二极管可能被击穿。 VR=VBR/2。 反向电流反向电流IR: 室温下，二极管两端加上规定的反向电压时流过管子的反向电流。通常希望IR小。 IR越小，二极管单向导电性能越好。 IR由少子形成，所以受温度影响很大。第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.22.2半导体二极管半导体二极管3.3.二极管的主要参数二极管的主要参数 静态电阻静态电阻RD: 二极管是一个非线性器件，其

24、电阻也不是常数。它随工作电压或电流的变化。 VQ工作电压； IQ工作电流。 当VQ 、IQ一定时，定义： 最高工作频率最高工作频率 : 是二极管的上限频率，它由PN结电容 Cj 的大小决定。 超过此值，二极管的单向导电性不能很好体现。DDDVRImfmf第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.22.2半导体二极管半导体二极管3.3.二极管的主要参数二极管的主要参数1）二极管的微变参数）二极管的微变参数 微变电阻微变电阻 （动态交流电阻）：（动态交流电阻）：它是二极管在小信号（即二极管的端电压在某一固定值附近作微小变化）工作情况下引起电流变化用到的参数。定义：

25、在二极管特性曲线上某点Q作且先进丝代替这一小段曲线，则 二极管的极间电容二极管的极间电容Cjdr26()()dDQmVrImA第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.3 二极管的常用模型和分析方法二极管的常用模型和分析方法关键问题关键问题 什么是二极管的理想开关模型和恒压源模型？ 模型分析法的实质是什么？常用的二极管模型常用的二极管模型二极管的分析方法二极管的分析方法 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.32.3二极管的常用模型和分析方法二极管的常用模型和分析方法 由于二极管具有非线性的伏安特性，因此对于二极由于二极管

26、具有非线性的伏安特性，因此对于二极管的电路的分析，常常根据电路的实际工作状态和对分管的电路的分析，常常根据电路的实际工作状态和对分析精度的要求，对二级管建立恰当的模型。通常，对半析精度的要求，对二级管建立恰当的模型。通常，对半导体元器件模型的建立大体分为两种方式：导体元器件模型的建立大体分为两种方式：物理模型：物理模型：以元器件的物理作用为基础，列出数学方程或组以元器件的物理作用为基础，列出数学方程或组成等效电路而构造的模型，相应的模型参数与物理作用有密成等效电路而构造的模型，相应的模型参数与物理作用有密切的关系。切的关系。外特性模型：外特性模型：从元器件的端口特性出发构成的模型，不涉及从元器

27、件的端口特性出发构成的模型，不涉及元器件的物理机制。元器件的物理机制。二极管的常用模型二极管的常用模型第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.32.3二极管的常用模型和分析方法二极管的常用模型和分析方法 1.1.常用的二极管模型常用的二极管模型理想二极管开关模型理想二极管开关模型正向导通，正向导通，VD=0 (内阻内阻r=0)，相当，相当于开关闭合于开关闭合反向截止，反向截止，IS=0 (内内阻阻r= )，相当于开，相当于开关断开。关断开。 v (v) O iD (mA) 1.1.常用的二极管模型常用的二极管模型恒压源模型恒压源模型Si管：Von0.7(V)

28、（实际：0.60.8） GeGe管：Von0.2（V） V Von，D通，通，通后压降为通后压降为Von VVon时，二极管导通，vo vi； viVon时，二极管截止，vo=0。 1）限幅电路限幅电路第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 + - vi vo vo - + R D t t vi vo Von Von 并联上限幅电路并联上限幅电路 1.限幅和箝位电路限幅和箝位电路1）限幅电路限幅电路第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 t t t

29、 vi vo Von Von 双向限幅电路双向限幅电路1.限幅和箝位电路限幅和箝位电路1）限幅电路限幅电路第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 2)2)箝位电路箝位电路 第一个T/4时间，当vi大于二极管的导通电压Von时，二极管导通，电容C充电， onicVvv vi 到达峰值,vc=Vim-Von vi下降。理想情况下，电容不放电，当vi下降到与 vc值相等时，二极管变为反偏。输出tVVVvvvimonimicosin)(1.限幅和箝位电路限幅和箝位电路第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二

30、极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 2)2)箝位电路箝位电路1.限幅和箝位电路限幅和箝位电路第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 2.2.整流和滤波电路整流和滤波电路 整流电路是二极管的一个重要应用。是小功率（200W以下）直流稳压电源的组成部 分。其主要功能是利用二极管的单向导电性，将市电电网的单相正弦（AC）单方向脉动（DC）（后经滤波、稳压直流电源）。即，整流是将交流电转化成单一极性的直流的过程。 可用二极管的理想模型分析这类电路。工作原理工作原理 电路分析电路分析 1)1)整流电路整流电路第二讲

31、第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 1 1）整流电路整流电路工作原理单相半波整流单相半波整流 利用二极管的单向导电性能，使经变压器出来的电压只有半个周期可以到达负载，造成负载电压Vo是单方向的脉动直流电压。 特点特点：电路结构简单，脉动大。第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 单相桥式全波整流单相桥式全波整流 电桥的简化符号： 特点：特点：输出电压高；波纹电压较小（脉动小）；Tr在正负半周都有电流供给RL，效率较高。1 1）整流电路整流电路工作原理

32、第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 1) 1) 整流电路整流电路电路分析 分析整流电路的性能时，主要考察四项参数：整流电路的输出电压平均值（直流电压）Vo（AV）整流电路的输出电压脉动系数S整流二极管正向平均电流ID（AV）整流管的反向峰值电压VRM 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 1)1)整流电路整流电路电路分析 (1)Vo(1)Vo（AV）：输出电压在一个周期内的平均值。（即输出电压的直流分量） 20)()(21tdvVOAVo半波

33、整流半波整流： 200sin22tttVvO22)(45. 02VVVAVO全波整流：全波整流： 2sin20sin222ttVttVvO22)(9 . 022VVVAVO第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 1)1)整流电路整流电路电路分析 (2)S(2)S：表征整流输出波形脉动的量。定义： )(01AVOMVVS Vo1M指的是输出电压的基波峰值 2/21!VaVMO57.12V22/VS22半波整流半波整流： tataVtnaVvAVOnnAVOO2coscoscos21)(1)(.)2cos32cos211(2

34、2ttV第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 2 2）S S：表征整流输出波形脉动的量。定义： )(01AVOMVVS Vo1M指的是输出电压的基波峰值 全波整流 :.)4cos1542cos342(22cos21)(ttVtnaVvnnAVOO21324VVMO67. 0322232422VVS1)1)整流电路整流电路电路分析 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 (3(3）I ID（AV）半波整流 :LAVOAVDRVII2)()(45.

35、0全波整流 :LLAVOAVDRVRVII22)()(45. 09 . 021211)1)整流电路整流电路电路分析 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 (4(4）V VRM：二极管承受的最大反向峰值电压VRM。 半波整流：处于负半周时，二极管截止，承受的最大反向电压为22VVRM全波整流：v2 0时，D1、D3通，D2、D4止， v2 0时，D2、D4通，D1、D3止，2RMV2V2RMV2V1)1)整流电路整流电路电路分析 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极

36、管电路常用二极管电路 2) 2) 整流滤波电路整流滤波电路电容整流滤波电路 单相桥式整流滤波电路单相桥式整流滤波电路 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 讨论讨论： 加了电容滤波后，输出电压直流成分提高了（输出电压的平均值增加） 加了电容滤波后，输出电压的脉动成分减小。 电容放电的d=RLC放电过程则输出电压，同时脉动成分，滤波效果。22V当RLC， VO(AV) = 应选择C大，RL大。2) 2) 整流滤波电路整流滤波电路电容整流滤波电路 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.

37、52.5常用二极管电路常用二极管电路 讨论讨论： 电容滤波电路中二极管的导电时间缩短了。 导电角180，且d, 导电角。因此，整流管在短暂的导电时间内流过一个很大的冲击电流，对管子的寿命不利。所以必须选择较大容量的整流二极管。2) 2) 整流滤波电路整流滤波电路电容整流滤波电路 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 2) 2) 整流滤波电路整流滤波电路电感整流滤波电路 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 3.3.多二极管电路多二极管电路 二极

38、管是非线性器件，分析二极管电路时要明确二极二极管是非线性器件，分析二极管电路时要明确二极管是导通还是截止。如果一个电路不止包含一个二极管，管是导通还是截止。如果一个电路不止包含一个二极管，分析起来就有些复杂了。分析起来就有些复杂了。 判断二极管在电路中的工作状态常用的方法是：判断二极管在电路中的工作状态常用的方法是：首先首先假定二极管断开，然后分别考虑二极管两端的电位，若这假定二极管断开，然后分别考虑二极管两端的电位，若这两端的电位差大于二极管的导通电压，则二极管处于正向两端的电位差大于二极管的导通电压，则二极管处于正向偏置，否则就处于反向偏置而截至。如果电路中出现多个偏置，否则就处于反向偏置

39、而截至。如果电路中出现多个二极管，且承受不同的正向压降，则考虑承受正向电压较二极管，且承受不同的正向压降，则考虑承受正向电压较大者优先导通，然后在判断其他二极管的状态。大者优先导通，然后在判断其他二极管的状态。第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 3.3.多二极管电路多二极管电路例1，电路如图 ，判断图中二极管是导通还是截止，并确定输出电压Vo，设二极管Von=0.7V。将D1、D2断开， 对D1管，有VD1=Va- Vb1=15-0=15V； 接入二极管后， D2管优先导通，将电位限制在 Va=-10V+0.7V=-

40、9.3V ，此时D1因承受反向压降而截止。所以，Vo=-9.3V。 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 3.3.多二极管电路多二极管电路例2，求如图所示电路当Vi=0V、Vi=4V时输出电压和二极管上的电流。二极管的Von=0.7V。当Vi=0V时：当Vi=4V时：Vo=3.3+0.7=4(V) )(2 . 05455112mAKRViioRDiD1=iR2-iD2=0.63(mA) iD1=0， Vo=1.2+0.7=1.9(V) mAKKRRViionDR62. 0105)5(7 . 05)5(52121第二讲第

41、二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 2.2.多二极管电路多二极管电路例2电路的输出与输入特性曲线第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 2.2.多二极管电路多二极管电路例2电路中D1和D2的电流 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 4.4.多二极管电路多二极管电路二极管与逻辑电路二极管与逻辑电路V1(V)V2(V)Vo(V)逻辑输出逻辑输出000.70500.70050.70

42、5551第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 4.4.多二极管电路多二极管电路二极管或逻辑电路二极管或逻辑电路V1(V)V2(V)Vo(V)逻辑输出逻辑输出0000504.31054.31554.31第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.52.5常用二极管电路常用二极管电路 5.5.发光二极管电路发光二极管电路 发光二极管（LED）由砷化镓等化合物半导体材料制成，它能将电流转化为光信号,也就是将电能转化为光能。 如果二极管正偏，电子和空穴注入空间电荷区成为过剩少子。这些少子扩散到N

43、区或 P区，在那里与多子复合，复合时会发出光子。 第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.62.6稳压管稳压管电路电路 6.6.稳压管电路稳压管电路稳压原理：稳压原理：负载不变、输入电压波动负载不变、输入电压波动：当负载RL不变时，假定输入电压VI 变大，因而流过限流电阻R的电流IR增加，引起输出电压变大，于是流过稳压管的电流IZ急剧增加，使得电流IR 大部分流过稳压管，负载上流过的电流IO大大减小，因而输出电压VO=IORL变小。 输入不变、负载变化：输入不变、负载变化：当输入电压VI 不变时，假定负载RL变小，引起输出电压VO减小，于是流过稳压管的电流I

44、Z急剧减小，使得流过限流电阻R的电流IR大部分流入负载，即输出电流IO增大，因为二输出电压VO=IORL变大。6.6.稳压管电路稳压管电路当RL不变：（输入电压变大） VI IR VOIz IO 当VI不变:（负载变小） RLVOIZIO VO稳压原理稳压原理电路稳压的实质是，电路稳压的实质是，齐纳二极管利用调节自身的电流大小（端电压基本不变）来满足输出电流的改变，并和限流电阻R配合将电流的变化转换成电压的变化以适应电网电压的波动。 VO第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.62.6稳压管稳压管电路电路 6.6.稳压管电路稳压管电路限流电阻限流电阻R R的

45、选择的选择设Dz的工作点在IZ minIZIZ max电网电压最高时整流输出VI max，最低为VI min 负载电流Io的最小值为IO min，最大为IO max 当VI max和IO min，IZ的值最大： maxmaxminmaxmaxLOOIOOIZRVRVVIRVVIminmaxmaxmaxmaxminmaxmaxRRVIRVVIIVVRLZZLZIOZOI当VI min和IO max，IZ的值最小： minminmaxminminLZZIOOIZRVRVVIRVVImaxminminminminRRVIRVVRLzzLZI第二讲第二讲 半导体二极管及常用二极管电路半导体二极管及常用二极管电路 2.62.6稳压管稳压管电路电路 稳压电路的分析和设计稳压电路的分析和设计 对于稳压管电路的分析，像其他二极管电路一样，首先要确对于稳压管电路的分析，像其他二极管电路一样，首先要确定稳压管的工作状态，同样地，我