理学半导体二极管及基本电路课件

15.1半导体的基础知识按物体的导电性能，可将物体分为导体、绝缘体和半导体三类。1.导体：电阻率很低、电流易通过、导电性强的物体。2.绝缘体：电阻率很高、电流不通过、无导电能力的物体。3.半导体：它的导电能力介于导体和绝缘体之间的物体。半导体是如何导电的？怎样提高其导电能力？

15.1半导体的基础知识按物体的导电性能，可将物体2

半导体经高度提纯并制成晶体后，原子间组成某种形式的晶体点阵，这种半导体称为本征半导体。也就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。一.本征半导体(a)锗Ge的原子结构(b)硅Si的原子结构2半导体经高度提纯并制成晶体后，原子间组成某种形式3本征半导体导电方式

以硅（Si）元素为例讨论、分析硅单晶中的共价键结构3本征半导体导电方式以硅（Si）元素为例讨论、分析41）自由电子和空穴的形成

在外界的影响下（如热、光、电场、磁场等），使得其共价键中的价电子获得一定能量后，电子受到激发脱离共价键，成为自由电子（带负电），共价键中留下一个空位，称为“空穴”。价电子空穴自由电子41）自由电子和空穴的形成在外界的影响下（如热、光、5

2）载流子的形成在外电场的作用下，价电子填补空穴，就好像空穴在运动。而空穴运动的方向与价电子运动的方向相反，空穴运动相当于正电荷的运动。当加上一定方向的电场后，就会不断有激发、复合过程，出现两部分的电流，即

电子电流：自由电子作定向运动所形成的电；空穴电流：被原子核束缚的价电子递补空穴所形成的电流。自由电子和空穴是运载电荷的粒子，称为载流子52）载流子的形成在外电场的作用下，价电子填补空穴，就好像6二.杂质半导体杂质半导体——在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素），而形成的半导体。杂质半导体N

型半导体P

型半导体6二.杂质半导体杂质半导体——在本征半导体中掺入微量的杂质(7在硅（或锗）的晶体中掺人少量的五价元素（如磷元素），如图所示，多余的第五个价电子很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。1.N型半导体磷原子的结构硅晶体中掺磷出现自由电子7在硅（或锗）的晶体中掺人少量的五价元素（如磷元素），如图所8N

型半导体示意图半导体中的自由电子数目大量增加，于是有：自由电子数

＞＞空穴数多数载流子

少数载流子以自由电子导电作为主要导电方式的半导体，称为电子半导体或

N型半导体（N—typesemiconductor)。8N型半导体示意图半导体中的自由电子数目大量增加，于是有：9自由电子数＜＜空穴数

少数载流子

多数载流子以空穴导电作为主要导电方式的半导体，称为空穴半导体或

P型半导体

(P—typesemiconductor)。硅晶体掺硼出现空穴硼原子的结构2.P

型半导体9自由电子数＜＜空穴数10掺杂浓度温度N

型、P

型半导体示意图

N

型半导体P

型半导体杂质半导体中多数载流子浓度取决于少数载流子浓度取决于10掺杂浓度温度N型、P型半导体示意图

N型半导体11⒈半导体中存在着两种载流子---自由电子和空穴。因此，半导体的导电原理明显区别于导体。⒉在本征半导体中掺微量杂质可以控制半导体的导电能力和参加导电的主要载流子的类型。⒊环境的改变对半导体导电性能有很大的影响。例如当温度增加或受到光照时，半导体导电能力都有所增加。半导体热敏器件和光敏器件都是利用这一特性制造的。半导体的特点：

11⒈半导体中存在着两种载流子---自由电子和空穴。因此，12三.PN

结多数载流子要从浓度大的

区域扩散到浓度小的区域，形成空间电荷区--PN结，产生电场，称为内电场

Ed

；内电场对多数载的扩散运动起阻挡作用，对少数载流子又起推动作用，这种少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。12三.PN结多数载流子要从浓度大的区域扩散到浓度小13注意：1）空间电荷区的正负离子虽带电，但它们不能移动，不参与导电。因区域内的载流子极少，所以空间电荷区的电阻率很高。2）内电场对多数载流子的扩散运动起阻挡作用，所以空间电荷区--PN结又称为阻挡层或耗尽层。1.PN结的形成随Ed扩散运动漂移运动达到动态平衡Ed不变化形成稳定的PN结13注意：1.PN结的形成随Ed扩散运动漂移运动达到动态平142.PN结的单向导电性1）PN结加正向电压内电场

EdPN

结变窄多子扩散运动少子漂移运动

PN

结导通（

PN

结呈现

R)形成正向电流

I142.PN结的单向导电性1）PN结加正向电压内电场152）PN

结加反向电压152）PN结加反向电压16PN结变宽多子扩散运动少子漂移运动

PN

结截止（PN

结呈现反向R

）内电场

Ed形成反向电流

IP区接负极N区接正极加反向电压2）PN

结加反向电压结论：PN

结具有单向导电性。加正向电压，PN结导通，正向电流较大，结电阻很低。加反向电压，PN结截止，反向电流很小，结电阻很高。16PN结变宽多子扩散运动少子漂移运动P173）PN

击穿当加在PN结的反向电压超过某一数值（UBR）时，反向电流会急剧增加，这种现象称为反向击穿。只要PN结不因电流过大产生过热而烧毁，反向电击穿与反向截止两种状态都是可逆的。4）PN结的电容效应加在PN结上的电压的变化可影响空间电荷区电荷的变化，说明PN结具电容效应。PN结的结电容的数值一般很小，故只有在工作频率很高的情况下才考虑PN结的结电容作用。173）PN击穿当加在PN结的反向电压超过某一数值（UB185.2半导体二极管一.点接触式和面接触式二极管的结构D阴极阳极二极管符号185.2半导体二极管一.点接触式和面接触式二极管的19二.伏安特性（V—A特性)硅二极管的伏安特性二极管的伏安特性将二极管分为三种状态——截止、导通和击穿。19二.伏安特性（V—A特性)硅二极管的伏安特性二极管的20

硅二极管的伏安特性锗二极管的伏安特性20硅二极管的伏安特性锗211）正向特性：

OA段：当UF

＜UT

（死区电压）时外电场不足以克服结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故正向电流IF

很小(I

F≈0)，D处于截止状态。硅(Si)：UT≈0.5V;锗(Ge):UT≈0.1V。

AB段：当UF

＞UT后，Ed↓↓→扩散运动↑↑→IF↑↑→D导通。D导通时的正向压降，硅管约为(0.6~0.7)V，锗管约为(0.2~0.3)V。分析：211）正向特性：分析：222）反向特性OC段：当UR

＜UBR

（击穿电压）时，

CD段：当UR

＞UBR

后，PN结被击穿，IR随△UD失去单向导电性。扩散漂移EdIR

很小D截止。一般情况下，锗管反向电流IR＞硅管IR反向电流。222）反向特性OC段：当UR＜UBR（击23综述：1）二极管的V—A特性为非线性；2）当时，且UD

＞UT

，则D导通；3）当-UBR

＜UD

＜UT

，有IR≈0，则D截止；4）当时，且绝对值UR

＞UBR

，则反向击穿烧坏。23综述：1）二极管的V—A特性为非线性；24三.主要参数1）最大整流电流IFM

二极管长时间可靠工作时，允许流过二极管的最大正向平均电流。

2）最高反向工作电压URM

保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。URM=（击穿电压）/23）最大反向电流IRM

当二极管加上反向工作峰值电压时所对应的反向电流。IRM越小，单向导电性好。24三.主要参数1）最大整流电流IFM25

二极管的应用很广，其基本电路有整流电路、开关电路、限幅电路等。由于二极管是非线性器件，分析电路时常采用模型分析法。

理想模型恒压模型

5.3二极管基本电路及分析方法25二极管的应用很广，其基本电路有整流电路、26

例1.

当输入电压为ui

，试绘出输出电压uo

波形。设U

c

(0+)=0，tp>>RC，D为理想二极管。整流作用微分电路26例1.当输入电压为ui，试绘出27

例2.

开关电路如图所示，当输入端UA=3V，UB=0V,试求输出端Y的电位UY。解：∵UA=3V，UB=0V∴DA优先导通，DB截止；则

UY=UA－UD=3－0.7(0.3)=2.3(2.7)V例2图UAUBU02.3032.3332.300-0.7101011111000电路的逻辑关系为或逻辑二极管具有钳位作用27例2.开关电路如图所示，28

例3.

限幅（削波）作用电路如图所示，求uo

及画出波形。解：1）当ui

＞E时，

D导通；∴uo=UD+E≈E2)当ui＜E时,

D截止，∴uo=ui28例3.限幅（削波）作用295.4稳压二极管（DZ)稳压二极管的工作机理是利用PN结的击穿特性。一.V—A特性、符号、状态DZDZ295.4稳压二极管（DZ)稳压二极管的工作机30分析：1）稳压管的正向特性与二极管相同。2）稳压管的反向特性OA段：当0＜U＜UZ

（反向击穿电压，数值较小）时，IZ很小，稳压管截止；AB段：当U≥UZ

时，稳压管反向击穿，I

Z

很大，虽△

I

Z变化范围很大，但DZ

稳压管两端的电压△UZ

变化很小；体现了稳压特性。

由此得知：1）稳压管的V—A特性为非线性，且反向特性很陡，；2）稳压管有导通、截止、击穿三个状态，常工作于反向击穿状态。30分析：1）稳压管的正向特性与二极管相同。31二.主要参数1).稳定电压UZ

DZ在正常工作下管子两端的电压，也就是它的反向击穿电压。2).稳定电流IZ

DZ在稳定电压工作管子中的工作电流。3).动态电阻rZ

DZ管端电压的变化量与相应的电流变化量的比值。即（动态电阻愈小，稳压性能愈好。）31二.主要参数1).稳定电压UZ（动态电阻愈32

例1.电路如图所示，设稳压管DZ1

和DZ2

的稳定电压分别为5V和10V,试求出输出电压UＯ，判断稳压管所处的工作状态。已知稳压管正向电压为0.7V。解：

当DZ1

和DZ2断开时，同时加有25V反向电压。由于ＵDZ1＜ＵDZ2小，DZ1先被击穿，UO＝5V，因而DZ1处于击穿状态，DZ2处于截止状态。32例1.电路如图所示，设稳压管DZ1和DZ2的335.5二极管和稳压管在直流电源中的应用

半导体直流电源的原理方框图。基本要求：理解单相整流、滤波、稳压电路的工作原理，掌握设计全波整流、电容滤波电路的方法。335.5二极管和稳压管在直流电源中的应用半导体直流电源34图中各环节的功能如下：1.变压：将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。2.整流电路：将交流电压变换为单向脉动的直流电压。3.滤波电路：减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。4.稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。34图中各环节的功能如下：1.变压：将交流电源电压变换为符35一、变压利用变压器将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。变压器结构、符号和参数i1i2U1变比K=U2额定容量SN=UN2IN235一、变压利用变压器将交流电源电压变换为符合整流需要的电压36二、整流电路2）工作原理u1

经Tr

u2

波形图

u2≤0u2

＞0D导通uo=u2;D截止uo=0;

1.单相半波整流电路1）.电路组成36二、整流电路2）工作原理波形图u2≤0u2＞0373）主要参数(1)单相半波整流电压的平均值UO(2)单相半波整流电流的平均值IO373）主要参数(2)单相半波整流电流的平均值IO38(3)二极管中的平均电流ID(4)二极管承受的最大反向电压UDRM4）整流元件的选择根据ID、UDRM选择合适的整流元件D;38(3)二极管中的平均电流ID(4)二极管承受的最大反391）.电路组成：原理图如图所示单相桥式整流电路图2.单相桥式整流电路391）.电路组成：原理图如图所示单相桥式整流电路图2.402）工作过程当u2

＞0(正半周)，D1、D3导通，D2、D4

截止。i2的通路是a→D1

→RL

→

D3

→

b;当u2

＜0(负半周)，D2、D4

导通，D1、D3

截止。i2

的通路是b→

D2

→RL

→

D4

→

a;402）工作过程当u2＞0(正半周)，D1、D3导通，D41单相桥式整流电路波形图41单相桥式整流电路波形图423）主要参数(1)单相桥式整流电压的平均值UO(2)单相桥式整流电流的平均值IO423）主要参数(1)单相桥式整流电压的平均值UO(2)43(3)二极管中的平均电流ID(4)二极管承受的最大反向电压UDRM43(3)二极管中的平均电流ID(4)二极管承受的最大反444）整流元件及变压器的选择(1)根据ID、UDRM

选择整流电路元件D1～D4;(2)根据负载RL的要求决定变压器副边的有效值，∵UO=0.9U2,IO=0.9I2∴U2=1.11UO,I2=1.11IO

(3)根据U2、I2和电源电压U1选择变压器。变比：K=U1/U2

容量：S=I2×U2

444）整流元件及变压器的选择(1)根据ID、UDRM45例1:

已知负载电阻RL＝80Ω，负载电压Uo＝110V。今采用单相桥式整流电路，交流电源电压为380V。(1)如何选用二极管?(2)求整流变压器的变比及容量。解:(1)二极管:选择:IFM>0.69A，URM>172.8V。45例1:已知负载电阻RL＝80Ω，负46(2)整流变压器的变比和容量：变比∵I2=1.11IO≈1.53A∴变压器的容量

S=I2×U2=1.53×122.21≈187VA选择变压器

K=4S>187VA46(2)整流变压器的变比和容量：∵I2=147三、滤波电路1.电容低通滤波器1）.电路组成47三、滤波电路1.电容低通滤波器2）.工作过程分析:

设uC(0-)=0,(1)u2＞0(正半周)a)

当0＜u2

＜U2m

D1、D3导通，D2、D4

截止，iD=iC+iO,uC=uO，电容充电。2）.工作过程分析:设uC(0-)=0,D1、D349b)

当u2

＜uC，且π/2

＜ωt

＜π时D1、D3、D2、D4截止

，iD=0，iC=

iO,uC=uO，电容向负载放电。49b)当u2＜uC，且π/2＜ωt＜π时D150(2)u2

＜0(负半周)，a)在π＜ωt

＜3π/2，当uC＜|u2|＜U2m

时，D2、D4

导通，D1、D3

截止，有:iD=iC+iO,uC=uO，电容充电。b)在3π/2＜ωt

＜2π，当|u2|＜uC

时，D1～D4截止

，有:iD=0，iC=iO,uC=uO，电容放电。(3)此后，电容周期性的充电、放电。50(2)u2＜0(负半周)，b)在3π/23）.参数估算放电时间常数τ=RLC，若RL愈大，即τ愈大，则uO

愈平坦，脉动愈小，UO

值愈高。因此，输出电压受负载变化的影响较大，电容滤波电路的外特性较差。为得到较好的滤波效果，一般取:3）.参数估算放电时间常数τ=RLC，若RL愈大，即τ52(1)C=(3~5)T/(2RL)(2)在(1)条件下，有：UO=(1.1~1.2)U2,

一般取：UO=1.2U2(3)输出电流平均值：(4)整流管中的平均电流值：在U2=0的瞬间加C在U2最大瞬间加C52(1)C=(3~5)T/(2RL)(4)例2:

有一单相桥式电容滤波整流电路，已知交流电源频率f＝50HZ，U1=220V，负载电阻RL＝1000Ω，要求直流输出电压uo＝30V，选择整流二极管及滤波电容器。解:(1)选择整流二极管∴ID=IO=30mA取:UO=1.2U2

，则:U2=UO/1.2=25V∴故选用整流二极管为2CP11，其IF=100mA,UDRM=50V。例2:有一单相桥式电容滤波整流电路，已知交流54(2)选择滤波电容器据式τ=RL×C≥（3～5）T/2

取RL×C=5T/2

且f=50HZT=1/f=0.02s54(2)选择滤波电容器552.电感低通滤波器1）.电路组成电感低通滤波电路552.电感低通滤波器1）.电路组成电感低通滤波562）.分析(1)∵XL=ωL，随谐波f↑→XL

↑∴可以减弱整流电压中的交流分量，在负载上可得到低频分量；(2)∵当f=0时，XL=0，∴直流分量全部降在负载RL上。可见，XL滤去高次谐波，输出端得到较为平坦的输出电压。562）.分析57四、稳压电路1.并联稳压电路1）.电路组成并联稳压电路57四、稳压电路1.并联稳压电路并联稳压电路58

根据电路结构有：

UO=UZ=Ui－IR*R(6.9)

IR=

IZ+

IO(6.10)

(1)RL

不变，Ui

波动的稳压过程：

UiUO、UZIZIRURUZ，使UO

保持不变。2）.稳压工作过程58根据电路结构有：(1)RL不变，Ui波动的59(2)Ui不变，负载RL变化的稳压过程：

RLUO、UZIZIRURUZ，使UO

保持不变。

实质是利用△UZ变化，引起△IZ较大的变化，经调节电阻R的调整作用，达到保持输出电压基本不变。59(2)Ui不变，负载RL变化的稳压过程：UR60一般稳压电路包含以下四个基本环节1)基准电压：提供稳定电压UZ

。2)采样电路：将输出电压一部分取出。3)比较放大电路：将采样电压与稳定电压比较后进行放大。4)调整管：将经过比较放大后的信号送入调整管，保证UO

的稳定。60一般稳压电路包含以下四个基本环节612.集成稳压电源

单片集成稳压电源它具有体积小、可靠性高、使用灵活、价格低廉等优点。1).型号(1)W78系列:输出固定正电压，有5V、8V、12V、15V、18V等；型号有：W7805、W7808、W7812、W7815、W7818等；612.集成稳压电源单片集成稳压电62(2)W79系列:输出固定负电压，有－5V、－8V、－12V、－15V、－18V等；型号有：W7905、W7908、W7912、W7915、W7918等；2）.W78系列稳压电路

这种稳压电路只有输入端1、输出湍2和公共端3三个引出端，故也称为三端集成稳压器。62(2)W79系列:输出固定负电压，有－5V、－8V、－63W78系列集成稳压电源原理图63W78系列集成稳压电源原理图643）.应用电路例1：下图为输出正电压电路C1用于抵消因输入引线较长的电感效应，防止自激；C2用于减小输出脉动电压，改善负载的暂态效应。643）.应用电路例1：下图为输出正电压电路C1用于抵消65例2：下图为输出正、负电压电路

集成稳压电源实际电路输出正、负电压

65例2：下图为输出正、负电压电路665.1半导体的基础知识按物体的导电性能，可将物体分为导体、绝缘体和半导体三类。1.导体：电阻率很低、电流易通过、导电性强的物体。2.绝缘体：电阻率很高、电流不通过、无导电能力的物体。3.半导体：它的导电能力介于导体和绝缘体之间的物体。半导体是如何导电的？怎样提高其导电能力？

15.1半导体的基础知识按物体的导电性能，可将物体67

半导体经高度提纯并制成晶体后，原子间组成某种形式的晶体点阵，这种半导体称为本征半导体。也就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。一.本征半导体(a)锗Ge的原子结构(b)硅Si的原子结构2半导体经高度提纯并制成晶体后，原子间组成某种形式68本征半导体导电方式

以硅（Si）元素为例讨论、分析硅单晶中的共价键结构3本征半导体导电方式以硅（Si）元素为例讨论、分析691）自由电子和空穴的形成

在外界的影响下（如热、光、电场、磁场等），使得其共价键中的价电子获得一定能量后，电子受到激发脱离共价键，成为自由电子（带负电），共价键中留下一个空位，称为“空穴”。价电子空穴自由电子41）自由电子和空穴的形成在外界的影响下（如热、光、70

2）载流子的形成在外电场的作用下，价电子填补空穴，就好像空穴在运动。而空穴运动的方向与价电子运动的方向相反，空穴运动相当于正电荷的运动。当加上一定方向的电场后，就会不断有激发、复合过程，出现两部分的电流，即

电子电流：自由电子作定向运动所形成的电；空穴电流：被原子核束缚的价电子递补空穴所形成的电流。自由电子和空穴是运载电荷的粒子，称为载流子52）载流子的形成在外电场的作用下，价电子填补空穴，就好像71二.杂质半导体杂质半导体——在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素），而形成的半导体。杂质半导体N

型半导体P

型半导体6二.杂质半导体杂质半导体——在本征半导体中掺入微量的杂质(72在硅（或锗）的晶体中掺人少量的五价元素（如磷元素），如图所示，多余的第五个价电子很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。1.N型半导体磷原子的结构硅晶体中掺磷出现自由电子7在硅（或锗）的晶体中掺人少量的五价元素（如磷元素），如图所73N

型半导体示意图半导体中的自由电子数目大量增加，于是有：自由电子数

＞＞空穴数多数载流子

少数载流子以自由电子导电作为主要导电方式的半导体，称为电子半导体或

N型半导体（N—typesemiconductor)。8N型半导体示意图半导体中的自由电子数目大量增加，于是有：74自由电子数＜＜空穴数

少数载流子

多数载流子以空穴导电作为主要导电方式的半导体，称为空穴半导体或

P型半导体

(P—typesemiconductor)。硅晶体掺硼出现空穴硼原子的结构2.P

型半导体9自由电子数＜＜空穴数75掺杂浓度温度N

型、P

型半导体示意图

N

型半导体P

型半导体杂质半导体中多数载流子浓度取决于少数载流子浓度取决于10掺杂浓度温度N型、P型半导体示意图

N型半导体76⒈半导体中存在着两种载流子---自由电子和空穴。因此，半导体的导电原理明显区别于导体。⒉在本征半导体中掺微量杂质可以控制半导体的导电能力和参加导电的主要载流子的类型。⒊环境的改变对半导体导电性能有很大的影响。例如当温度增加或受到光照时，半导体导电能力都有所增加。半导体热敏器件和光敏器件都是利用这一特性制造的。半导体的特点：

11⒈半导体中存在着两种载流子---自由电子和空穴。因此，77三.PN

结多数载流子要从浓度大的

区域扩散到浓度小的区域，形成空间电荷区--PN结，产生电场，称为内电场

Ed

；内电场对多数载的扩散运动起阻挡作用，对少数载流子又起推动作用，这种少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。12三.PN结多数载流子要从浓度大的区域扩散到浓度小78注意：1）空间电荷区的正负离子虽带电，但它们不能移动，不参与导电。因区域内的载流子极少，所以空间电荷区的电阻率很高。2）内电场对多数载流子的扩散运动起阻挡作用，所以空间电荷区--PN结又称为阻挡层或耗尽层。1.PN结的形成随Ed扩散运动漂移运动达到动态平衡Ed不变化形成稳定的PN结13注意：1.PN结的形成随Ed扩散运动漂移运动达到动态平792.PN结的单向导电性1）PN结加正向电压内电场

EdPN

结变窄多子扩散运动少子漂移运动

PN

结导通（

PN

结呈现

R)形成正向电流

I142.PN结的单向导电性1）PN结加正向电压内电场802）PN

结加反向电压152）PN结加反向电压81PN结变宽多子扩散运动少子漂移运动

PN

结截止（PN

结呈现反向R

）内电场

Ed形成反向电流

IP区接负极N区接正极加反向电压2）PN

结加反向电压结论：PN

结具有单向导电性。加正向电压，PN结导通，正向电流较大，结电阻很低。加反向电压，PN结截止，反向电流很小，结电阻很高。16PN结变宽多子扩散运动少子漂移运动P823）PN

击穿当加在PN结的反向电压超过某一数值（UBR）时，反向电流会急剧增加，这种现象称为反向击穿。只要PN结不因电流过大产生过热而烧毁，反向电击穿与反向截止两种状态都是可逆的。4）PN结的电容效应加在PN结上的电压的变化可影响空间电荷区电荷的变化，说明PN结具电容效应。PN结的结电容的数值一般很小，故只有在工作频率很高的情况下才考虑PN结的结电容作用。173）PN击穿当加在PN结的反向电压超过某一数值（UB835.2半导体二极管一.点接触式和面接触式二极管的结构D阴极阳极二极管符号185.2半导体二极管一.点接触式和面接触式二极管的84二.伏安特性（V—A特性)硅二极管的伏安特性二极管的伏安特性将二极管分为三种状态——截止、导通和击穿。19二.伏安特性（V—A特性)硅二极管的伏安特性二极管的85

硅二极管的伏安特性锗二极管的伏安特性20硅二极管的伏安特性锗861）正向特性：

OA段：当UF

＜UT

（死区电压）时外电场不足以克服结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故正向电流IF

很小(I

F≈0)，D处于截止状态。硅(Si)：UT≈0.5V;锗(Ge):UT≈0.1V。

AB段：当UF

＞UT后，Ed↓↓→扩散运动↑↑→IF↑↑→D导通。D导通时的正向压降，硅管约为(0.6~0.7)V，锗管约为(0.2~0.3)V。分析：211）正向特性：分析：872）反向特性OC段：当UR

＜UBR

（击穿电压）时，

CD段：当UR

＞UBR

后，PN结被击穿，IR随△UD失去单向导电性。扩散漂移EdIR

很小D截止。一般情况下，锗管反向电流IR＞硅管IR反向电流。222）反向特性OC段：当UR＜UBR（击88综述：1）二极管的V—A特性为非线性；2）当时，且UD

＞UT

，则D导通；3）当-UBR

＜UD

＜UT

，有IR≈0，则D截止；4）当时，且绝对值UR

＞UBR

，则反向击穿烧坏。23综述：1）二极管的V—A特性为非线性；89三.主要参数1）最大整流电流IFM

二极管长时间可靠工作时，允许流过二极管的最大正向平均电流。

2）最高反向工作电压URM

保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。URM=（击穿电压）/23）最大反向电流IRM

当二极管加上反向工作峰值电压时所对应的反向电流。IRM越小，单向导电性好。24三.主要参数1）最大整流电流IFM90

二极管的应用很广，其基本电路有整流电路、开关电路、限幅电路等。由于二极管是非线性器件，分析电路时常采用模型分析法。

理想模型恒压模型

5.3二极管基本电路及分析方法25二极管的应用很广，其基本电路有整流电路、91

例1.

当输入电压为ui

，试绘出输出电压uo

波形。设U

c

(0+)=0，tp>>RC，D为理想二极管。整流作用微分电路26例1.当输入电压为ui，试绘出92

例2.

开关电路如图所示，当输入端UA=3V，UB=0V,试求输出端Y的电位UY。解：∵UA=3V，UB=0V∴DA优先导通，DB截止；则

UY=UA－UD=3－0.7(0.3)=2.3(2.7)V例2图UAUBU02.3032.3332.300-0.7101011111000电路的逻辑关系为或逻辑二极管具有钳位作用27例2.开关电路如图所示，93

例3.

限幅（削波）作用电路如图所示，求uo

及画出波形。解：1）当ui

＞E时，

D导通；∴uo=UD+E≈E2)当ui＜E时,

D截止，∴uo=ui28例3.限幅（削波）作用945.4稳压二极管（DZ)稳压二极管的工作机理是利用PN结的击穿特性。一.V—A特性、符号、状态DZDZ295.4稳压二极管（DZ)稳压二极管的工作机95分析：1）稳压管的正向特性与二极管相同。2）稳压管的反向特性OA段：当0＜U＜UZ

（反向击穿电压，数值较小）时，IZ很小，稳压管截止；AB段：当U≥UZ

时，稳压管反向击穿，I

Z

很大，虽△

I

Z变化范围很大，但DZ

稳压管两端的电压△UZ

变化很小；体现了稳压特性。

由此得知：1）稳压管的V—A特性为非线性，且反向特性很陡，；2）稳压管有导通、截止、击穿三个状态，常工作于反向击穿状态。30分析：1）稳压管的正向特性与二极管相同。96二.主要参数1).稳定电压UZ

DZ在正常工作下管子两端的电压，也就是它的反向击穿电压。2).稳定电流IZ

DZ在稳定电压工作管子中的工作电流。3).动态电阻rZ

DZ管端电压的变化量与相应的电流变化量的比值。即（动态电阻愈小，稳压性能愈好。）31二.主要参数1).稳定电压UZ（动态电阻愈97

例1.电路如图所示，设稳压管DZ1

和DZ2

的稳定电压分别为5V和10V,试求出输出电压UＯ，判断稳压管所处的工作状态。已知稳压管正向电压为0.7V。解：

当DZ1

和DZ2断开时，同时加有25V反向电压。由于ＵDZ1＜ＵDZ2小，DZ1先被击穿，UO＝5V，因而DZ1处于击穿状态，DZ2处于截止状态。32例1.电路如图所示，设稳压管DZ1和DZ2的985.5二极管和稳压管在直流电源中的应用

半导体直流电源的原理方框图。基本要求：理解单相整流、滤波、稳压电路的工作原理，掌握设计全波整流、电容滤波电路的方法。335.5二极管和稳压管在直流电源中的应用半导体直流电源99图中各环节的功能如下：1.变压：将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。2.整流电路：将交流电压变换为单向脉动的直流电压。3.滤波电路：减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。4.稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。34图中各环节的功能如下：1.变压：将交流电源电压变换为符100一、变压利用变压器将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。变压器结构、符号和参数i1i2U1变比K=U2额定容量SN=UN2IN235一、变压利用变压器将交流电源电压变换为符合整流需要的电压101二、整流电路2）工作原理u1

经Tr

u2

波形图

u2≤0u2

＞0D导通uo=u2;D截止uo=0;

1.单相半波整流电路1）.电路组成36二、整流电路2）工作原理波形图u2≤0u2＞01023）主要参数(1)单相半波整流电压的平均值UO(2)单相半波整流电流的平均值IO373）主要参数(2)单相半波整流电流的平均值IO103(3)二极管中的平均电流ID(4)二极管承受的最大反向电压UDRM4）整流元件的选择根据ID、UDRM选择合适的整流元件D;38(3)二极管中的平均电流ID(4)二极管承受的最大反1041）.电路组成：原理图如图所示单相桥式整流电路图2.单相桥式整流电路391）.电路组成：原理图如图所示单相桥式整流电路图2.1052）工作过程当u2

＞0(正半周)，D1、D3导通，D2、D4

截止。i2的通路是a→D1

→RL

→

D3

→

b;当u2

＜0(负半周)，D2、D4

导通，D1、D3

截止。i2

的通路是b→

D2

→RL

→

D4

→

a;402）工作过程当u2＞0(正半周)，D1、D3导通，D106单相桥式整流电路波形图41单相桥式整流电路波形图1073）主要参数(1)单相桥式整流电压的平均值UO(2)单相桥式整流电流的平均值IO423）主要参数(1)单相桥式整流电压的平均值UO(2)108(3)二极管中的平均电流ID(4)二极管承受的最大反向电压UDRM43(3)二极管中的平均电流ID(4)二极管承受的最大反1094）整流元件及变压器的选择(1)根据ID、UDRM

选择整流电路元件D1～D4;(2)根据负载RL的要求决定变压器副边的有效值，∵UO=0.9U2,IO=0.9I2∴U2=1.11UO,I2=1.11IO

(3)根据U2、I2和电源电压U1选择变压器。变比：K=U1/U2

容量：S=I2×U2

444）整流元件及变压器的选择(1)根据ID、UDRM110例1:

已知负载电阻RL＝80Ω，负载电压Uo＝110V。今采用单相桥式整流电路，交流电源电压为380V。(1)如何选用二极管?(2)求整流变压器的变比及容量。解:(1)二极管:选择:IFM>0.69A，URM>172.8V。45例1:已知负载电阻RL＝80Ω，负111(2)整流变压器的变比和容量：变比∵I2=1.11IO≈1.53A∴变压器的容量

S=I2×U2=1.53×122.21≈187VA选择变压器

K=4S>187VA46(2)整流变压器的变比和容量：∵I2=1112三、滤波电路1.电容低通滤波器1）.电路组成47三、滤波电路1.电容低通滤波器2）.工作过程分析:

设uC(0-)=0,(1)u2＞0(正半周)a)

当0＜u2

＜U2m

D1、D3导通，D2、D4

截止，iD=iC+iO,uC=uO，电容充电。2）.工作过程分析:设uC(0-)=0,D1、D3114b)

当u2

＜uC，且π/2

＜ωt

＜π时D1、D3、D2、D4截止

，iD=0，iC=

iO,uC=uO，电容向负载放电。49b)当u2＜uC，且π/2＜ωt＜π时D1115(2)u2

＜0(负半周)，a)在π＜ωt

＜3π/2，当uC＜|u2|＜U2m

时，D2、D4

导通，D1、D3

截止，有:iD=iC+iO,uC=uO，电容充电。b)在3π/2＜ωt

＜2π，当|u2|＜uC

时，D1～D4截止

，有:iD=0，iC=iO,uC=uO，电容放电。(3)此后，电容周期性的充电、放电。50(2)u2＜0(负半周)，b)在3π/23）.参数估算放电时间常数τ=RLC，若RL愈大，即τ愈大，则uO

愈平坦，脉动愈小，UO

值愈高。因此，输出电压受负载变化的影响较大，电容滤波电路的外特性较差。为得到较好的滤波效果，一般取:3）.参数估算放电时间常数τ=RLC，若RL愈大，即τ117(1)C=(3~5)T/(2RL)(2)在(1)条件下，有：UO=(1.1~1.2)U2,

一般取：UO=1.2U2(3)输出电流平均值：(4)整流管中的平均电流值：在U2=