第章半导体二极管及应用电路

*电子技术基础

主讲：韩剑QQ：646345448*课程简介1、课程性质：重点专业基础课适用专业：机电类专业

*2、课程内容主要内容分为两类：第一类为模拟电子技术。第二类为数字电子技术。模拟电路部分主要介绍半导体器件、放大电路基础、集成运算放大器及反馈、直流稳压电源。数字电路部分主要介绍常用逻辑门电路，逻辑代数基础、组合逻辑电路、触发器及时序逻辑电路和脉冲的产生与变换。模拟电路部分以基本概念、基本方法为主；数字电路部分以电路功能、应用和使用方法为主。*3、课程目标：通过本课程的学习，使学生掌握电子技术各种基本功能电路的组成、基本工作原理、性能特点，熟悉电子技术工艺技能和电子仪器的正确使用方法，初步具有查阅电子元器件手册，正确使用元器件的能力、读识常见电子线路图的能力、测试常用电路功能及排除故障的能力。能复述逻辑门电路的功能，并能利用逻辑门电路设计简单的组合逻辑电路，并能分析简单时序逻辑电路的功能。为后续课程学习准备必要的知识，为今后从事实际工作打下必要的基础。*4、情感态度与价值观参与科技活动的热情，勇于探究与日常生活有关的电学问题；享受快乐的学习过程及学习成果，养成持之以恒的学习精神；形成主动与他人合作的精神，具有团队精神；关心国内外科技发展现状与趋势，有强烈的使命感与责任感。半导体二极管及应用电路第一章主要内容：半导体二极管的概念不同种类二极管的作用桥式整流电路的结构及作用滤波电路的作用*物质导体绝缘体半导体任务一：半导体及PN结物质按导电能力可以一下三大类：半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间,且随着掺入杂质、输入电压（电流）、温度和光照条件的不同而发生很大变化，人们把这一类物质称为半导体。*任务一：半导体及PN结半导体完全纯净的、结构完整的半导体称为本征半导体。在现代电子器件中，用得最多的半导体材料就是硅和锗。本征半导体：在本征半导体硅或者锗的晶体内，掺入五价元素杂质如磷、砷、锑等。N型半导体：P型半导体：在本征半导体硅或者锗的晶体中，掺入三价元素杂质如硼、铟等。直流稳压电源的制作一、半导体基础知识+4+4+4+4本征半导体结构图自由电子空穴空穴价电子共价键原子最外层轨道上的电子。相邻原子共有价电子所形成的束缚。在室温下或光照下，本征半导体中少数价电子因受热而获得能量，摆脱原子核的束缚，从共价键中挣脱出来，成为自由电子。失去价电子的硅或锗原子在该共价键上留下了一个空位，这个空位称为空穴。*任务肾一：喝半导钩体及PN结1．N型半喜导体命：主贫要靠驱电子乎导电跌的半荷导体澡。即：笑电子岭是多宏数载歌流子膝，空股穴是榆少数渡载流永子。2．P型半掘导体臣：主因要靠银空穴暑导电梦的半坑导体副。即：缎空穴有是多梦数载追流子出，电萌子是然少数鬼载流毁子。经过电特殊械的工抢艺加蹦工，将P型半导壤体和N型半梳导体鹊紧密贞地结抬合在养一起逢，则筑在两木种半谦导体湾的交终界面闪就会划出现胆一个积特殊扶的接除触面岩，称为PN结。PN结具贤有单跑向导们电特葬性。PN结*P型和N型半额导体汽结合硬前后任务堂一：递半导签体及PN结*（1）正向探导通汤：电粮源正踪蝶极接P型半鞭导体奇，负登极接N型半写导体劈燕，电但流大灶。（2）反向贼截止汗：电森源正级极接N型半周导体络，负皱极接P型半哲导体咏，电生流小散。结论藏：PN结加孔正向情电压亡时导越通，坟加反葬向电厚压时银截止科，这懒种特半性称依为PN结的镇单向太导电科性。任务甘一：粒半导驻体及PN结*1、导饮电性价能介赖于和之间扫的物详质称侨为“陶半导络体”态。3、P型半长导体伍中的章多数偏载流此子是，N型半康导体秧中的哈多数躺载流考子是。2、把PN结外姿加正撑向电研压时尾导通颜、外虏加反黑向电溉压时拉截止艳时的则特性渠叫做特性端。练一染练：直流猪稳压送电源凉的制武作一、负半导炉体基奥础知柏识3.PN结的击穿特性反向商击穿——当加突于P滚N结初两端薄的反蜡向电阻压增仙大到斯一定搞值时射，P泳N结亡的反萄向电再流将杂随反叛向电员压的葛增加编而急璃剧增燃大，盈这种春现象浩称为筐反向甲击穿邻。电击府穿——若反肤向电池压下拖降到纽奉击穿傍电压店以下蒜后，谦其性你能可鹿恢复诉到原僚有情前况，须即这泪种击沉穿是历可逆壳的，惠称为工电击屋穿。热击穿——若反灭向击税穿电拆流过钳大，此则会副导致锣PN构结结腊温过暮高而竖烧坏表，这暂种击阅穿是着不可撤逆的奔，称块为热击艺穿。直流倡稳压习电源叙的制朱作讨论题

反向击穿后，PN结就损坏了吗？*任务菊二：嘉半导油体二烤极管盖基本网知识二极帖管的疤外观1二极洞管的忆种类2二极赌管的递结构3二极当管的愿作用4*二极值管的咳结构1．半导最体二赏极管贿的结营构和臣符号利用PN结的单向导电蚂性，可毒以用踩来制恭造一或种半脏导体叼器件——半导闪体二碍极管察。箭头葛表示望正向拣导通捧电流骨的方霜向。电路抖符号查如图汁所示构。*二极具管的辫结构二极管正向偏置二极管反向偏置二极率管单价向导吩电性彻验证右试验尘：*由于卡管芯押结构仆不同可，二给极管备又分泉为点接佣触型（如图a）、面列接触型（叼如图b）和隙平面苏型（蜘如图c）。点接皇触型悬：PN结接葱触面苦小，蚕适宜黑在小却电流相状态讨下使墓用。面接形触型努、平甚面型畜：PN结接斗触面涝大，载截流雁量大显，适炭合于龄大电汉流场巴合中刺使用狡。二极声管的液结构*2．二极止管的运特性伏安含特性：二耀极管膜的导哗电性雨能由脏加在蜡二极削管两辣端的独电压芳和流带过二视极管蝴的电怕流来吉决定耳，这炸两者澡之间司的关昌系称坐为二霜极管妨的伏银安特鱼性。荷硅二箩极管喝的伏疮安特沙性曲捎线如全图所氧示。特性恶曲线二极泻管的知结构*②保正向动导通嫌：当饭外加里电压径大于灭死区晴电压弓后，面电流怕随电陕压增盟大而挺急剧各增大拼，二炒极管孝导通葬。①顽死区犁：当明正向灵电压予较小庭时，斑正向补电流菊极小铸，二砌极管扭呈现息很大筛的电鞠阻，府如OA段，冰通常倡把这必个范昼围称约为死弄区。死区法电压各：导通颗电压与：îíì=onV0.2V~0.3V（Ge）0.6V~0.7V（Si）结论威：正裕偏时按电阻项小，迹具有致非线愤性。（1）正向放特性歪（二巨极管址正极嚷电压绕大于度负极贯电压厌）îíì=(Si）V0.2V5.0TV(Ge）二极休管的与结构*二极躬管的笋结构②反向万击穿：若栋反向叫电压秃不断粘增大扫到一斧定数逆值时族，反架向电册流就跳会突准然增搁大，兼这种贸现象惠称为会反向僚击穿双。①反向励饱和刑电流：当慕加反巩向电裂压时陆，二召极管猴反向沃电流幼很小修，而渠且在虑很大萝范围门内不蹲随反籍向电践压的租变化昆而变包化，加故称劈燕为反扛向饱乌和电隔流。（2）反向扩特性苏（二炼极管塌负极附电压赶大于萄正极听电压与）普通倚二极泉管不尚允许娱出现窝此种学状态竖。结论执：反醋偏电数阻大际，存凝在电办击穿猎现象突。二极妄管属彩于非再线性食器件*3．半导蛙体二阳极管鱼的主燃要参掉数（1）最大脾整流档电流IF：二极依管长笔时间刷工作白时允记许通积过的离最大竹直流看电流贩。二极捎管正观常使翁用时烧允许盟加的付最高书反向写电压际。使用傍时应哥注意顿流过那二极借管的夕正向忆最大阶电流栏不能般大于础这个贝数值确，否辅则可创能损补坏二概极管去。（2）最高炼反向猾工作攀电压VRM使用旱中如歇果超锡过此汉值，歌二极错管将竹有被逗击穿撤的危瞒险。二极亚管的意结构*二极渴管的车种类列、外夏观及浑作用普通云二极道管起检陷波、免整流劝、开支关作宽用电源欣、信姥号指解示和云显示棕等①发光虑二极匀管特殊吵二极饭管*特殊盗二极撑管能稳船定一蜡定的骆电压许值，程须工岔作在巷反向旅击穿虽区工作考在反迁向特调性区彩，反谅向电目流随桐光照乱增加醉而增促大通过籍调节钓其两触端反袄向电展压而键改变船其电灯容量乌的大溜小，呼常用奏在高礼频调巡寿谐、析通信仁等电弃路中②稳压的二极挣管③光电腹二极姿管④变容高二极叹管*1、理街想二取极管市导通咏时，博其管扯压降伯约为UD=，其挺等效抵电阻rD约为。2、要向使硅摘二极押管工勿作在泡截止竟状态宁，应先使其厌外加临电压UD为。练一对练：3、稳鸭压二梁极管响正常碍工作次时应及工作尝在状态五。4、硅穴材料极二极责管的俩死区破电压宣和正悼向导般通电负压分茄别为射＿＿调＿V和偿＿＿效＿V。*任务第三：产整流座滤波被电路“整流”是什乞么意叛思？有几唐种整羊流电悄路？这些贱整流失电路眨的结奏构是俭怎样葱的呢陪？整流支电路驶的优胜缺点识？“滤波”是什殃么意叉思？如何制实现惯滤波错？滤波嫌电路去的种佳类？任务答分解*一、见整流哗电路将交委变电核流变怎换成碑单向猾脉动券电流别的过齿程称残为整流。实付现这夹种功究能的泄电路草称为整流诊电路或整流逢器。请大粱家思伞考：生活面中的周手机袍、电占脑、博电视拍机等葱，它掀们实须际工盆作电上压值贫是交没流22竭0V吗？NO！我们栽的生须活、烤学习民和工本作中润有许乱多电征器实塑际的劣工作凤电压阶都没观有22周0V这么酷大，汽而且杜还都诵是直族流电呼压。那么宗，*由电插源变哲压器T、整须流二鸡极管VD和负犯载电代阻RL组成涝。1、单相悦半波辛整流耽电路轰如图糕所示贵：*1）当v2为正杰半周今时，乏二极酬管VD加正分向电幕压，堤处于不导通辞状态滥，RL上产驰生正雹半周蓬电压vO，如摄图（b）所盐示。2）当v2为负础半周意时，栗二极谁管VD加反捆向电貌压，转处于并截止腿状态岩，RL上无辱电流煌流过形，如朋图（c）所拐示。工作魔原理书示意杨图如汁图所扇示。（1）工村作原戏理*各波店形之烧间的械对应俩关系处如图君所示哭：*半波减整流：电云路仅浴利用隐电源孕电压提的半他个波拴，故蹄称半择波整灶流。脉动蜘直流纳电：大快小波止动，届方向照不变梦的电北流（或跑电压遥）称为个脉动跨直流纺电。半波史整流扁后的布输出抱信号牢为半榆波脉递动直躺流电领。半社波整润流电顺路的记缺点宅是电胞源利功用率慈低，沿且输玩出脉仿动大孕。*（2）负协载与欧整流股二极携管的米电压状和电侍流1）负掌载电绩压VO2）负载电流IL

3）流过起二极身管的遮正向伞电流IV4）二极垂管反嚼向峰俩值电枝压VRVO=臂0.挎45V2*（3）正捧确选济择二他极管化的参倘数：①最大输整流烘电流用：②最高筝反向例工作肆电压调：IVM≥铲IO≥*2、单相捉全波察整流锅电路呈如图键所示诱：半波爷整流醒电路梦波形呜：比较*负载潮与整边流二翼极管层的电唐压和泡电流萝：（1）负访载所腾获得缠的直铁流电颗压平驰均值习：VO=逼2旷0.山45V2=轨0.付9V2（2）负挪载平燃均电礼流：（3）每岸只二顶极管工承受兽的反浴向峰码值电榆压VR（4）每贪只二踏极管并通过礼的平举均电澡流：*具有夜电阻错负载唯的桥徐式整宝流电级路如志图所店示：3、单期相桥店式整牺流电秧路*1）蛮当v1为正榴半周懒时，搬如图仆（b）所扑示，VD1和VD3导通趴，VD2和VD4截止期，RL两端呼输出伯电压vO。2）当v1为负咐半周嫂时，奶如图控（b）所阔示，VD2和VD4导通摊，VD1和VD3截止颤，RL两端膊输出自电压vO。（1）工浪作原坏理*桥式疲整流捐电路怨波形盐如图捷所示易：*（2）负载妹与整要流二谣极管支的电歪压和揭电流1）负弊载所专获得卵的直报流电绒压平片均值事：VO=胀2柄0.既45V2=归0.息9V24）每咽只二极吴管承嫂受的象反向义电压睬：3）每塞只二尽极管铸通过怀的平跑均电广流：2）负茧载平冤均电铅流：*做一外做：有一铜直流乱负载瓜需要费直流翠电压6模V，直院流电写流0.茄4A，若筒采用宅桥式成整流彻电路筹，求肌电源丛变压叠器的袜二次辆电压瞧，及趟流过冲二极望管的族平均落电流她和承采受的吗反向奸电压茄。则解：爽因VL=0.梦9V2流过训二极她管的膀平均接电流二极惩管承然受的馅反向踏电压*二、辰滤波邻电路在整吨流电锋路后窃加接境滤波混电路冠可使长负载闹得到润平滑肉的直婚流电垃压。常见验的滤僵波电腾路有型LC滤波、型LC滤波和型RC滤波，如薪图所向示。*1．电悼容滤牵波电欠路电路附图如烂图所眠示：（1）电攀容器红在半近波整宁流电繁路中宏的滤拦波作肉用单相鱼半波脉整流测滤波夕电路如何盾将直丽流电换压变鼓得更讲加平定滑呢?它原理椅：*电路影图和艳波形西如图运所示隐：（2）电沈容器匙在桥坑式整嫩流电衣路中政的滤颜波作凑用单相概桥式部整流犯滤波览电路*1）空午载（RL=∞）时巾：u2tuLtuc=uLu2＞uC时：二极朵管导梳通，C充电u2＜uC时：二极污管截氏止，C放电撤。由于RL=∞，无盆放电睬回路终，所暗以uC保持敏。*2）接入RL（且RLC较大畅）时u2tiDtu2＞uC时：二极迹管导哲通，C充电u2＜uC时：二极现管截朗止，C放电叔。二极墨管中的电敌流uc=uL近似该估算:UL=1陆.2U2*电路梦结构:在桥灭式整捞流电闯路与邻负载何间串坝入一哈电感L。输出缎电压您平均复值:UL=0掏.9U2适用饺于负孔载电亮流较帐大的雅场合切。对谐鄙波分习量:f越高区，XL越大,电压垒大部脾分降妄在电埋感上敏。因此付，在输出出端船得到储比较记平滑砍的直筋流电蓝压。对直佳流分孝量:XL=0相当隶于短带路,电压追大部挺分降斩在RL上2．电薯感滤锯波电肯路*图示欣采用型RC滤波喉电路稳的桥绕式整这流器甲。3．RC滤波罩电路电路吹中C1的作旷用和屡上面冤讲的远滤波移作用辈相同贝，R和C2起进绝一步罚平滑五作用待，C2越大墓，效供果越竭好。得只是衬电阻R上的闹直流趁压降宜使输西出电哨压降思低。*4．型LC滤波袭电路图示弄为型LC滤波艳电路剥。图中L为电份感量正很大分的铁夕心线唤圈，论使加挑到RL上的袄交流交成分踪蝶减小要，所糟以这宾种滤膜波器沫的平借滑滤伤波作胳用比RC滤波谨器好谁。*对任宾务三继进行击小结一屠整扯流电饼路1、单胆相半完波整滩流电台路2、单亭相全火波整庄流电待路3、单尾相桥炸式整免流电刃路二凶滤剃波电桐路1、单态相半励波整鞋流电李容滤脾波电营路2、单括相桥凯式整数流电病容滤有波电着路3、电感掀滤波仔电路电路捏结构各电卖路的丘作用计算uo=？*做一议做：1、如令果变扫压器阵二次(即副除边)电压糕的有导效值为为10态V，桥喷式整抛流滤砍波后(带负委载)的输狗出电浅压为V。2、如侨右图削所示签，u2险=2存0V，该猫电路煌正常隔工作苗时，妖若D1由于糕某种闸原因鄙断路国，则uL隐=＿＿柔＿＿V。*半导繁体二稠极管必及应核用电选路第一就章小结2．晶葵体二搁极管淡的核饺心是PN结，存故具阁有单谱向导般电性疤。二彼极管忌属于妖非线孝性器蹄件，乏其伏资安特蚀性是粘非线急性的拘。二态极管勿的门编坎电选压，茄硅管火约0.闪5席V，锗湖管约0.起2著V。导应通电怕压，至硅管展约0.版7脖V，锗拜管约0.管3器V。1．本蝇征半闹导体求内存扣在两粉种载狡流子统：自樱由电践子和墨空穴屈。杂愚质半右导体亡有P型和N型两奴种，P型半表导体羡中空属穴是津多子征，N型半扇导体况中自倦由电订子是洋多子目。PN结是梳在P型半可导体升与N型半永导体策交界改面附流近形麻成的跃