螺栓型普通整流二极管

螺栓型普通整流二极管第8章半导体器件二极管平板型普通整流二极管第8章半导体器件发光二极管第8章半导体器件数码管第8章半导体器件三极管普通三极管各式三极管第8章半导体器件晶闸管（可控硅）第8章半导体器件集成电路本章内容8.3特殊二极管11.1

直流稳压电源的组成8.2半导体二极管8.1半导体的基础知识11.4稳压电路11.3

滤波电路11.2

整流电路本章要求三、会分析含有二极管的电路。一、理解PN结的单向导电性。二、了解二极管、稳压管和三端稳压源的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；四、掌握整流电路的作用、组成、工作原理和分析方法。五、掌握滤波电路的作用、组成、工作原理。六、掌握三端稳压集成电路的应用。§8.0

半导体器件概述学会用工程观点分析问题：就是根据实际情况，对

器件的数学模型和电路的工作条件进行

合理的近似，以便用简便的分析方法获

得具有实际意义的结果。电路的分析计算：分析计算时只要能满足技术指标

，就不要过分追究精确的数值。

●学习电子技术的方法学习重点：了解元器件的特性、参数、技术指标和

正确使用方法，不追究其内部机理。§8.0

半导体器件概述

●半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。3、掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些微量杂质，

半导体的导电特性明显增强。

2、光敏性：当受到光照激发时，导电能力明显增强。

1、热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强。

(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。§8.1

半导体的基本知识一、本征半导体●半导体具有晶体结构。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。价电子●●●●●●完全纯净的半导体，称为本征半导体。SiSiSiSiSiSiSiSi§8.1

半导体的基本知识一、本征半导体●

本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。空穴

温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子价电子在温升或受光照后获得一定能量，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子(带负电),同时共价键中留下一个空位,称为空穴(带正电)。§8.1

半导体的基本知识一、本征半导体●

本征半导体的导电机理SiSiSiSi在外电场的作用下，空穴吸引相邻的价电子来补充。又产生一个新空穴相当与空穴移动，也就是正电荷运动。§8.1

半导体的基本知识一、本征半导体●

本征半导体的导电机理自由电子和空穴成对的产生,同时又不断的复合,在一定的温度下达到动态平衡。在半导体上外加电压时，将出现两部分电流:

⑴自由电子作定向运动电子电流

⑵价电子递补空穴空穴电流自由电子和空穴都称为载流子。§8.1

半导体的基本知识二、N型半导体

掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。掺入五价元素多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子

在本征半导体中掺入微量的杂质,形成杂质半导体。动画在N型半导体中,自由

电子是多数载流子，

空穴是少数载流子。SiSiSiSiP+SiSiSiSi§8.1

半导体的基本知识三、P型半导体

掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。掺入三价元素B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴动画无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。扩散形成空间电荷区，且使空间电荷区变宽。§8.1

半导体的基本知识四、PN结多子扩散运动内电场少子漂移运动载流子浓度差P型半导体N型半导体1、PN结的形成－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++§8.1

半导体的基本知识四、PN结多子扩散运动内电场少子的漂移运动内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。

扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。动画空间电荷区也称PN结1、PN结的形成－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++P型N型2、PN结的单向导电性⑴PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄

P接正、N接负外电场IF内外电场方向相反，相互削弱。

PN结加正向电压但电压值小于内电场时，PN结变窄，正向电流较小。+–E外﹤E内时，

E总仍阻止多子扩散，IF很小。§8.1

半导体的基本知识－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++PN内电场2、PN结的单向导电性⑴PN结加正向电压（正向偏置）PN结消失外电场IF

PN结加正向电压但电压值大于内电场时，PN结消失，正向电流较大，正向电阻较小，PN结导通。动画+–E外≥E外时，PN结消失。E总加速多子扩散，IF很大。§8.1

半导体的基本知识－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++PN内电场PN结变宽⑵PN结加反向电压（反向偏置）外电场由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IR

P接负、N接正动画–+

PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小,反向电阻较大，PN结处于截止状态。内外电场相互增强。更阻止多子扩散。增强少子的漂移§8.1

半导体的基本知识－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++－－－－++++温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度的升高而增加。2、PN结的单向导电性一、基本结构⑴点接触型

结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。§8.2半导体二极管金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳§8.2半导体二极管一、基本结构⑵面接触型

结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线§8.2半导体二极管一、基本结构⑶平面型用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅⑷符号阴极阳极DPN+++---阳极阴极§8.2半导体二极管二、二极管的伏安特性硅管0.5V锗管0.1V反向击穿电压U(BR)导通压降

外加电压大于死区电压二极管才能导通。

外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。正向特性反向特性特点：非线性硅0.6~0.8V锗0.2~0.3VUI死区电压PN+–PN–+反向电流在一定电压范围内保持常数。§8.2半导体二极管1.

最大整流电流

IOM2.

反向工作峰值电压URWM3.

反向峰值电流IRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差。IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。

二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。

反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。三、主要参数二极管电路分析举例定性分析：判断二极管的工作状态导通截止否则，正向管压降硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。若V阳

>V阴或UD为正(正向偏置)，二极管导通若V阳

<V阴或UD为负(反向偏置)，二极管截止若二极管是理想的，正向导通时相当于短路，反向截止时相当于断开。§8.2半导体二极管求如图电路：UABV阳

=－6VV阴=－12V

V阳>V阴二极管导通例1：解：取B点为参考点。D6V12V3kBAUAB+–§8.2半导体二极管断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。若忽略二极管管压降：UAB=－6V否则，UAB=－6.3Ｖ（锗管）或－6.7V（硅管）二极管起钳位作用ui>8V，二极管导通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二极管截止，可看作开路uo=ui已知：二极管是理想的，试画出uo

波形。8V例2：二极管的用途：整流、检波、限幅、钳位、

开关、元件保护、温度补偿等。ui18V参考点二极管阴极电位为8VD8VRuoui++––动画§8.2半导体二极管解：1.符号UZIZIZMUZ

IZ2.伏安特性稳压管正常工作时加反向电压使用时要加限流电阻稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。_+UIO一、稳压二极管§8.3

特殊二极管3.主要参数(1)稳定电压UZ

稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。(2)电压温度系数ｕ

环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。(3)动态电阻(4)稳定电流IZ、最大稳定电流IZM(5)最大允许耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。一、稳压二极管§8.3

特殊二极管二、光电二极管光电二极管的反向电流大小与光照强度成正比。IU

照度增加1.光电二极管符号2.光电二极管电特性U0R§8.3

特殊二极管三、发光二极管1.发光二极管的符号2.发光二极管电特性●有正向电流流过时，发出一定波长范围的光（从红外到可见波段的光,有红、黄、绿、蓝、白等)。●电特性与一般二极管类似，正向电压较1.7V左右,电流为几~几十mA§8.3

特殊二极管§8.3

特殊二极管四、光电耦合器（光电隔离器）1.光电耦合器的符号2.光电耦合器的电特性●实现输入与输出电气隔离（输入与输出不同地）。●抗干扰能力好（特别是雷电的破坏干扰）。一、直流稳压电源的组成二、功能

把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压。u4uou3u2u1交流电源负载变压整流滤波稳压§11.1

直流稳压电源的组成三、整流电路的作用:

将交流电压转变为脉动的直流电压。

常见的整流电路：半波、全波、桥式、倍压整流和三相整流等。分析时可把二极管当作理想元件处理：正向导通电阻为零，反向截止电阻为无穷大。四、整流原理：

利用二极管的单向导电性§11.1

直流稳压电源的组成+–uDO一、单相半波整流电路2.工作原理u

正半周，Va>Vb3.工作波形u负半周，Va<Vb1.电路结构动画utOuoO§11.2

整流电路uo–+DRLaTrubio+–Uo=0二极管D导通。二极管D截止。4.参数计算①整流电压平均值Uo②整流电流平均值Io③流过每管电流平均值ID④每管承受的最高反向电压UDRM§11.2

整流电路一、单相半波整流电路4.参数计算⑤变压器副边电流有效值I§11.2

整流电路一、单相半波整流电路5.整流二极管的选择

平均电流ID与最高反向电压UDRM

是选择整流二极管的主要依据。选管时应满足：

IOM

ID

，URWMUDRM

二、单相桥式整流电路1.电路结构§11.2

整流电路RLu1234ab+

–aRLu1234b+

–RLu1234ab+

–二、单相桥式整流电路2.工作原理⑴u

正半周，Va>Vb3.工作波形uD2uD41.电路结构uouDtt动画u§11.2

整流电路D1、D3

导通，D2、D4

截止。RLu1234ab+

–iouo+

–2.工作原理

⑵u

负半周，Va<Vb3.工作波形uD1uD3uotuDt动画u红为正半周蓝为负半周uD2uD4§11.2

整流电路二、单相桥式整流电路RLu1234abD2、D4

导通，D1、D3

截止。+

–iouo+

–4.参数计算§11.2

整流电路①整流电压平均值Uo②整流电流平均值Io③流过每管电流平均值ID④每管承受的最高反向电压UDRM⑤变压器副边电流有效值I例1：单相桥式整流电路,已知交流电网电压为220V，负载电阻RL=50，负载电压Uo=100V。试求：变压器的变比和容量，并选择二极管。解：§11.2

整流电路例1：单相桥式整流电路,已知交流电网电压为220V，负载电阻RL=50，负载电压Uo=100V。试求：变压器的变比和容量，并选择二极管。

I=1.11Io=1.11

2=2.2A变压器副边电流有效值变压器容量

S=UI=1112.2=244VA变压器副边电压U

111V

可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为：

IOM=1A，反向工作峰值电压为300V。§11.2

整流电路解：一、电容滤波器2.工作原理

u>uC时，D导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uC

增加，uo=uC

。

u<uC时，D截止，电容通过负载RL

放电，uC按指

数规律下降，uo=uC

。+Cici=uC

3.工作波形二极管承受的最高反向电压为动画uoutOtO1.单相半波整流电路结构§11.3

滤波电路uo

–++–DubRLio一、电容滤波器§11.3

滤波电路5.工作波形4.单相桥式滤波电路结构uuot6.电容滤波电路的特点输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间常数RLC有关。RLC越大电容器放电越慢输出电压的平均值Uo

越大，波形越平滑。iouo+CRLu1234ab+

–一、电容滤波器§11.3

滤波电路(T-电源的周期)近似估算取：

Uo

=1.2U(

桥式、全波）

Uo

=1.0U

（半波）当负载RL开路时，UO

为了得到比较平直的输出电压一、电容滤波器§11.3

滤波电路例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率

f=50Hz，负载电阻RL=200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。

uRLuo++––~+C解：1.选择整流二极管可选用二极管2CZ52B

IOM=100mAUDRM=50V

一、电容滤波器§11.3

滤波电路取RLC=5T/2解：2.选择滤波电容器可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器。例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率

f=50Hz，负载电阻RL=200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。

uRLuo++––~+C二、电感电容滤波器1.电路结构2.滤波原理L对直流分量:XL=0，L相当于短路--不起作用。对谐波分量:f

越高,XL越大,阻碍越大--滤波好。

LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。§11.3

滤波电路L

uRLuo++––~+C三、形滤波器1、LC

形滤波器滤波效果比LC滤波器更好，但对D的冲击电流较大。L

uRLuo++––~+C2+C1§11.3

滤波电路⑴电路结构⑵滤波特点

比LC形滤波器的体积小、成本低。2、RC

形滤波器

R愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R大将使直流压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。三、形滤波器§11.3

滤波电路⑴电路结构⑵滤波特点R

uRLuo++––~+C2+C1一、稳压管稳压电路⑵工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR设UI一定，负载RL变化UO

基本不变IR

(IRR)基本不变UO

(UZ

)IZ⑴电路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流调压稳压电路§11.4稳压电源⑶参数的选择①UZ

=UO②UI

=(2~3)UO③限流电阻满足§11.4稳压电源一、稳压管稳压电路为保证稳压管安全工作为保证稳压管正常工作

这种稳压电路适用于输出电压固定、输出电流不大、且负载变动不大的场合。§11.4稳压电源

④稳压管电流满足⑶参数的选择一、稳压管稳压电路单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。1.分类XX为输出电压值三端稳压器输出固定电压输出可调电压输出正电压：78XX

输出负电压：79XX

（1.25~37V连续可调）§11.4

稳压电源二、集成稳压电路2.外形及引脚功能78系列稳压器外形1-输入端3-公共端2-输出端78xx79系列稳压器外形1-公共端3-输入端2-输出端79xx塑料封装§11.4

稳压电源1-Adj3-输入端2-输出端317系列稳压器外形LM3173.性能特点（7800、7900系列）输出电流超过1.5A（加散热器）不需要外接元件内部有过热保护内部有过流保护调整管设有安全工作区保护输出电压容差为4%输出电压额定值有:

5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V等。§11.4

稳压电源4.主要参数

⑴电压调整率SU(稳压系数)

⑵电流调整率SI0.005~0.02%

0.1~1.0%§11.4

稳压电源反映当负载电流和环境温度不变时，电网电压波动对稳压电路的影响。反映当输入电压和环境温度不变时，输出电流变化时输出电压保持稳定的能力，即稳压电路的带负载能力。输出为固定正电压时的接法如图所示。