第一章二极管

1第一章二极管及直流稳压电源重点掌握：晶体二极管的伏安特性及主要参数，二极管典型应用电路，直流稳压电源的结构及原理不要将注意力过多放在管子内部，而以理解外特性为主2二极管单向导电性（重要掌握知识）3小功率二极管大功率二极管稳压二极管发光二极管一、二极管外形图4二、二极管的伏安特性开启电压Uon:硅管0.5V，锗管0.1V导通电压:

硅管0.6~0.8V,锗管0.1~0.3V反向击穿电压UBRUI5理想二极管：开启电压=0V，导通压降=0V。二极管：开启电压=0.5V，导通压降0.7V(硅二极管)RLuiuouiuott1：二极管半波整流三、二极管应用电路举例62、

二极管与门电路0V3VYABVCC=+5VD13kΩRD2&ABY=A·BVAVBVY0V0V0V3V3V0V3V3V电压功能表0.7V0.7V0.7V3.7V硅管UD=0.7V73、二极管或门电路0V3VABYDD12R3kΩABY=A+B≥1电压功能表VAVBVY0V0V0V3V3V0V3V3V0V2.3V2.3V2.3V硅管UD=0.7V8四、

二极管的主要参数1.最大整流电流

IF二极管长期使用时，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UR二极管工作时允许外加的最大反向电压。通常UR是击穿电压UBR的一半。3.反向电流IR4.最高工作频率fM指二极管加反向电压且未击穿时的反向电流。二极管工作的上限频率。二极管的应用：主要利用它的单向导电性，应用于整流、限幅、保护等等。9半导体及PN结概述（了解、理解知识）10一、半导体基本知识导体：容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。

ρ<10－4Ω·cm绝缘体：几乎不导电的物质称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英等。ρ>109Ω·cm半导体：导电特性介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。

半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：

当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。

往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。例如：室温下，在纯硅中掺入百万分之一的硼，可以使硅的导电能力提高50万倍。111、本征半导体结构特点GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅(14)和锗(32)，它们的最外层电子（价电子）都是四个。本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。+14284Si硅原子结构示意图+322818Ge锗原子结构示意图4原子结构示意图13在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的晶体结构：+4表示除去价电子后的正离子14硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。15本征半导体的导电机理在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发,使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。载流子、自由电子和空穴+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子本征半导体中自由电子和空穴总是成对出现的，而且数量相等，称为电子空穴对。16本征半导体的导电机理+4+4+4+4在电场力的作用下，自由电子作定向移动，空穴也会吸引附近的价电子来依次填补,结果相当于空穴也作定向移动，而空穴的移动相当于正电荷的移动，因此也可以认为空穴是载流子。自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空穴而消失,称为复合；在一定的温度下，热激发产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，故达到动态平衡.本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度，在一定温度下,载流子的浓度是一定的，温度越高，载流子的浓度越高，本征半导体的导电能力越强。本征半导体中电流由两部分组成：自由电子移动产生的电流，空穴移动产生的电流自由电子和空穴都参与导电+-电子和空穴的产生过程动画演示182、杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加了。P型半导体：在本征半导体中掺入三价元素(如硼)构成的杂质半导体。N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素(如磷)构成的杂质半导体。19N型半导体

多余电子因不受共价键的束缚成为自由电子，同时磷原子就成为不能移动的带正电的离子，称为施主原子。

另外N型半导体中还有少量的空穴，其浓度远小于自由电子的浓度，所以把自由电子称为多数载流子，空穴称为少数载流子，简称多子和少子。在本征半导体中掺入五价元素多余电子磷原子+N型硅表示20P型半导体P型半导体中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。

当附近硅原子的外层电子由于热运动填补空穴时，硼原子成为不可移动的负离子。硼原子称为受主原子。在本征半导体中掺入三价元素空穴硼原子P型硅表示N型半导体的形成过程P型半导体的形成过程23杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子浓度与所掺杂质浓度相等。24PN

结的形成在同一片半导体基片上采用不同的掺杂工艺分别制造P型半导体和N型半导体，由于浓度的不同，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。二、PN结由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。25在电场力的作用下，载流子的运动称为漂移运动。随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽，内电场增强，阻止扩散运动的进行，但有利于少子的漂移。空间电荷区，也称耗尽层。空间电荷区中没有载流子。P区中的电子和N区中的空穴（都是少子），数量有限，因此由它们形成的电流很小。PN结具有单向导电性当扩散的多子和漂移的少子数目相等时，达到动态平衡，形成PN结。漂移运动PN结形成过程动画演示27PN结正向偏置P正N负,导通内电场外电场变薄－－－－++++REPN+-内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。PN结的单向导电性限流电阻PN结正偏动画演示29PN结反向偏置P负N正，截止内电场外电场变宽内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。－－－－++++NP+_RE反向饱和电流PN结具有单向导电性！PN结反偏动画演示31三、二极管的识别和检测1、识别认型号、辩正负第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分用数字表示器件电极数目用汉语拼音表示器件的材料和极性用汉语拼音表示器件的类型符号意义符号意义符号意义符号意义23二极管三极管AN型，锗材料P普通管D低频大功率管用数字表示器件序号用汉语拼音表示规格号BP型，锗材料V微波管A高频大功率管CN型，硅材料W稳压管T半导体闸流管DP型，硅材料C参量管Y体效应器件APNP型，锗材料Z整流管B雪崩管BNPN型，锗材料L整流堆J阶跃恢复管CPNP型，硅材料S隧道管CS场效应器件DNPN型，硅材料N阻尼管BT半导体特殊器件E化合物材料U光电器件FH复合管K开关管PINPIN型管X低频小功率管JG激光管G高频小功率管普通二极管：2*P**稳压二极管：2*W**322、检测指针表欧姆档（R×

1K）看正向反向电阻值；数字万用表二极管档测PN结正向反向压降33作业：按照以下例图进行仿真运行，测量变压器副边、整流输出电压值各是多少，观察输出波形。34二极管整流应用电路（重要掌握知识）整流电路整流电路的作用:

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、桥式和倍压整流；

单相和三相整流等。分析时可把二极管当作理想元件处理：

二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。整流原理：

利用二极管的单向导电性uDO一

单相半波整流电路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二极管D导通；3.工作波形

u负半周，Va<Vb，二极管D截止。1.电路结构–++–aTrDuoubRLioutOuoO4.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值Io(3)流过每管电流平均值ID(4)每管承受的最高反向电压UDRM(5)变压器副边电流有效值I5.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（正半周）2.工作原理(1)u

正半周，Va>Vb，二极管

D1、D3

导通，D2、D4

截止。3.工作波形uD2uD41.电路结构－uouDttRLuiouo1234ab+–+–u二

单相桥式整流电路（负半周）2.工作原理(2)u

负半周，Va<Vb，二极管

D2、D4

导通，D1、D3

截止。3.工作波形uD1uD31.电路结构－uouDttRLuiouo1234ab_++–u红色为正半周波形绿色为负半周波形uD2uD4(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值Io(3)流过每管电流平均值ID(4)每管承受的最高反向电压UDRM(5)变压器副边电流有效值I4.参数计算

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：考虑电网电压波动±10%变压器副边电压U

122V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：可选用二极管2CZ55E，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。

I=1.11Io=21.11=2.2A

变压器副边电流有效值变压器容量

S=UI=122

2.2=207.8VA选择二极管

三电容滤波器

2.工作原理

u>uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uC

增加，uo=uC=u

。

u<uC时，二极管截止，电容通过负载RL

放电，uC按指数规律下降，uo=uC

≠

u

。+Cici–++–aDuoubRLio=uC3.工作波形二极管承受的最高反向电压为uoutOtO1.单相半波滤波电路结构5.工作原理6.工作波形4.单相桥式滤波电路结构iouuotRLuo+–u1234ab+

−+C

u>uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uC

增加，uo=uC=u

。

u<uC时，二极管截止，电容通过负载RL

放电，uC按指数规律下降，uo=uC≠u

。7.电容滤波电路的特点(T—电源电压的周期)(1)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。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四

电感电容滤波器1.电路结构L

uRLuo++––~+C2.滤波原理

对直流分量:XL=0，L相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量:f

越高,XL越大,电压大部分降在L上。因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。

当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。

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。五

形滤波器形LC滤波器

滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。

比形LC滤波器的体积小、成本低。LuRLuo++––~+C2+C1形RC滤波器RuRLuo++––~+C2+C1

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。49作业：分别测量上次仿真电路中原边、副边、整流、滤波、负载开路等各种情况下电压值，并根据本次课验证本次课中的计算公式。50直流稳压电路（掌握知识）51整流滤波后的直流电压源的应用问题？解决方法？52一、

稳压二极管UIIZIZmaxUZIZUZ稳压二极管工作在二极管特性曲线的反向击穿部分动态电阻：rz

越小，曲线越陡,稳压性能越好。符号和等效电路：（IZmin）使用时要加限流电阻稳定电压稳定电流53（2）稳定电流IZ（3）额定功耗稳压二极管的主要参数:（1）稳定电压

UZ（5）温度系数

稳压值受温度变化影响的系数。（4）动态电阻2)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

)IZ1)电路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流调压稳压电路稳压管稳压电路举例55稳压二极管的计算举例：P25UoIZILIRUIDZRRL如图所示电路，稳压管的输入电压UI=10V，负载电阻RL=600Ω，求限流电阻R的取值范围。解：56限流电阻R的取值范围为114~227Ω二、

集成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两位数字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）2.外形及引脚功能W78系列稳压器外形1—输入端2—公共端3—输出端78xxW7900系列稳压器外形1—

公共端2—输入端3—输出端79xx塑料封装3.

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、9V、12V、8V、18V、24V等。4.主要参数(1)电压调整率SU(稳压系数)

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。(2)电流调整率SI

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。0.005~0.02%0.1~1.0%输出为固定正电压时的接法如图所示。(1