电子元件二极管及其应用

4章半导体二极管及其应PN结和半导体二极PN结的单向导电PN结。NPNN端，4-1(a),N，PN41(b)REI外REI外加电NPREI≈外加电NP自建电 自建电（a）PN结加正向电 （b）PN结加反向电4-1PN4.1.２阳 阳 阳 阳 阳 阴 阴 阴 阴 阴（a）符 （b）点接触 （c）面接触 （d）硅平面 （e）外形示意4-2常用二极管的符号、结构和外形示意图4-24-2（）左边实箭头的号是工上常用符，右边的号为定的符。（4-2(b)（）4-2(c)4-(d)f（V如图4-3所示。二极管的是一个PN结，具有单向导电性，其实际伏安特性与理论伏安4-3 75℃10死6040 0.4 电压值称死区电通硅管的区电压为0.锗管的死区压约为0.V当正向压大于区电正向电流迅增曲线近上升线在伏安性这一部分，当流迅速加时，极管的向压降化小硅管正向压降约为0.6～0.7V ，锗管的正向压降约为0.2～03V。二极管的伏安 75℃10死6040 0.4

4-3二极管的伏安特10C2mV0.1μA100C，反向电流近似增大一倍。IDM指的是二极管长期工作时，允许通过的最大的正向平均电流。在使用时，若电流超VRM是指管子不被击穿所允许的最大反向电压。一般这个参数是二极管反向击穿电压的一半，若反向电压超过这个数值，管子将会有击穿的。极管单向导电作用开始明显的交流信号的频率。

DK4-4理想二极管等效电KRRD4-1图4-5（a）就是利用二极管作为正向限幅器的电viVmsinωtVm>VS，试分析工作原理，并vo的波形。解：a)二极管导通的条件是vi＞VS，由于D管，Dvo＝VSvo＝vi vo4-5（b）所VS值。注意：作图时，vovi的波形在时间轴上要对应，这样才vo的变化过程。

4-54-4-2图4-6所示为最简单的与D1、D2RRFA

表4-1电路的逻辑电 表4-2电路的真值 &4-6二极管与门电路及符（1）FVF0VF0。A0，B1，VA0V，VB3V时，D1D2阴极电位，D1VF0V，因而D2F0当输入端A为高1，B为低电平0，VA=3V，VB0V时，D1、D2的工作情况与（2）F0。A、B1VAVB3V时，D1、D2均为正向偏置而导FVF3VF1。11，否则输出端均为低电平0。这种“只有当决定一结果的所有条件都满足时，结果才发生”的逻辑符号“·A、B、F分别为逻辑变量，则与运算的表达式可写成以下形式： 或FABA、B1F才为1A、B0，F0。换言之，也就是“00114-14-6所示电路输入与输出逻辑电平的关系。但在逻辑电路分析中，通常0、1来描述输入与输出之间的关系，所列出的表称为真值表（即逻辑状态表。上述与4-2所示。是两个输入端，F是输出端。设A、B输入端的高电平（逻辑1）3V，低电平（逻辑0）为0V，并忽略二极管D1D2（详细过程读者可以自己分析可知，10R R 00000000033011303101333011 B4-7二极管或门电路及符上式读作F等于A或B。逻辑或的含义是：只有输入变量A、B中有一个或一个以上为1输出F1A、B全为0时，F才为0。换言之，也就是“11，04（a为稳（b（cN从稳压管的反向特性曲线可以看出，当反向电压较小时，反向电流几乎为零，当反向电压增Vz）Iz）bIzVz基 oab 4-82CW146.0～7.5V。rz。动态电阻是指稳压管在正常工作范围内，端电压的变化量与相应电流r

zPZMPZM=VZ时具有正温度系数,VZ4～6VViRL变化时，稳压管中的电流发生变化，但在一定范围内其端电压（4.4）

---++ 4-9灵敏度：指在给定波长（如0.9μm）的单位光功率时，光电二极管产生的光电流。6310-7S。+-发光二极管是一种将电能直接转换成光能的半导体固体显示器件，简称LED（LightEmittingDiodePN+-冲击能力、体积小、可靠性高、耗电省和长等优点，广泛用于

4-10发光二极管的符号如图4-1010V交流电源电 电源变压 整流电 滤波电 稳压电 负ototototot2 V2sinωt，下2aDaD~bi

vo

R

πi πi 截止状态，所以：i＝i

＝iR v2

o 4-iD 22

Vo2

2V2sintdt

V2

图4-11

I

oo （4-4-12(b)v2D所承受到的v2的最大值，即

VDRM

a b （a）单相桥式整流电 （b）简化画4-13单相桥式整流电路2v22

V2sintRLv2的正、负半周(a端为正，b端为负时是正半周)4- vo Vo1

2Vsintdt22V

oIo

2oπiD1iD3iD22oπiD1iD3iD2ooD1 D1 D2ID

IL

v2VDRM

导 导 导 导4-14单相桥式整流电路波形2v2D1、D32类电整流电类电整流电 每管电 每管承 最高反单半t单全0.9o12o2t单桥0.912o2ottoto333o132.34o131.17C而组成。4-15（a）所示。aboaboD~CD导 D截（a）电 （b）波4-154-15（b）的波形图中虚线vov2vC

2V2后，v2v2<vC，DCRL电，由于放电时间常数较大，放电较慢，输出电压vo随vC按指数规律缓慢下降，如图中的ab实线段。放电过程一直持续到下v2的正半波v2>vCC又被vo=v2又上升。直v2<vC，D又截止，C4-14中实线所示

2V2=

V2在波形图中由水平虚线标出VoV2(半波1.22

（4-10）RL5～10)1 RLC(3～

TT180022v2

V2

V2224-34-16HzRL=120Ω，Vo=30V试选择整流元件及滤波电容。（1）~~

I1

1

1

125 2

2

2由VO=1.2V2，所以交流电压有效 VVo

可以选用IRMID，VRMVDRM的二极管

4-164-3的VDRM

2V2

225取RC5T，而T1

0.02S C

5T2

2C500μF50VL~L的电阻时，负载上L~Vo=

L的反电势使整流管导电角增大)，峰值电流很小，

4-17桥式整流电感滤波电在滤波电容C之前一个电感L构成了LC滤波电路。如图4-18（a）所示。这样可使输出至负载RL上的电压的交流成分进一步降低。该电路适用于高频或负载电流较大并要求脉动LCLCLLCLR（a）LC型滤波 （b）πLC滤波 （c）πRC型滤波4-17DR~C闸管的触发电路等都要求有很稳定的直流电源RDZ组成的稳压电路接到

4-19稳压管稳压电IZRViVo保持近似IzRVo保持近似不变。同理，如Vo也就近似稳定不变。当负载电流减小时，稳压过程相反。VZ IZ

(1.5~3)Io

（4-Vi(2~ 例4-4 有一稳压管稳压电路，如图4-19所示。负载电阻RL由开路变到3KΩ，交流电压经整流滤波后得出Vi=45（V。今要求输出直流电压VO=15（V，试选择稳压管DZ。=VZVoVO15（v）RL3KΩIo

155mA

IZ

3Io

2CW20(V)mA，IZ

4-54-20VZ=12V,IZmax=18mAIZ=5mARL=2KΩ，当输入电压由正常值发生±20Vi的R的数值。解:VLVZVi RZ II I18VRZ 1812242

4-204-KVL

1.2ViIRVL24103RIZ5 II

I

5

512112KVL

0.8ViIRVL11103RVi=26V,R习（1）什么是P型半导体？什么是N型半导体什么是PNAO两端的VAOAO

O12V O

题4-2在题4-3已知E=6V，vi12sinωtV，二极管的正向压降可忽略不计，试分别画出输出电压vo的波形RDERRDERDE 4-3+- D 5KΩ题4-4 题4-5题图4-6入电压vi的波形，试画出输出电压vo的波形55vivi题4-6

在题4-8VZ=6V，vi12sinωtV，二极管的正向压降可忽略不计，试分别画出输出电压vo的波形。并说出稳压管在电路中所起的作用。RRIR题4-8 题4-4-9中，Vi30V，R=1KΩ，RL=2KΩ，稳压管的稳定电压为VZ=10V，稳定电的范围：IZmax20mA，IZmin=5mA，试分析当Vi波动±10%时，电路能否正常工作？如果Vi波试求图中输出电压vo。RRRR RR R 题4-有两个2CW158V5.5V，正向压降均为0.7V，如果把两个稳压的平均值（设v21

aab4-13题4-14图所示的单相桥式整流、电容滤波电路。用交流电压表测得变压器副边电压V2=20V。现在用直流电压表测量RL两端的电压Vo，如果出现下列几种情况时，试分析哪些是合理的？ ~~C4-144-15图所示半波整流、电容滤波电路。试用EDA~15V~15V/50Hz/+ 题4-15 题4-16v2av2b2V2sint假定忽略管子的正向压降和变压器内阻；（1）