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特性杂敏特性热敏特性 正四面体结构中四

2、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

3、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。 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

4、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

5、 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

6、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。1414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DTDS(1)U /UIIe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

7、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

8、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 IF2、最大反向工作电压 UDRM3、反向电流 IR4、最高工作频率fMAX1919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

9、阻rD=U/ V2222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=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