二極管的結構與功能

1、會計學1二極管的結構與功能二極管的結構與功能物質(zhì)按導電性能可劃物質(zhì)按導電性能可劃分為：分為：導體導體 一般為低價元素，如銅、鐵、一般為低價元素，如銅、鐵、鋁等金屬元素。鋁等金屬元素。導電率為導電率為105量量綱綱級級。導電能力強。導電能力強。 絕緣體絕緣體 一般為高價元素，如：橡一般為高價元素，如：橡膠、云母、塑料等。膠、云母、塑料等。導電率為導電率為10-2210-14 量量綱綱級級。導電能力弱。導電能力弱。半導體半導體 一般為四價元素，如：硅（一般為四價元素，如：硅（Si）鍺（）鍺（Ge）等。導電性能介于導體）等。導電性能介于導體和絕緣體之間。且導電能力隨條件變和絕緣體之間。且導電能力隨條

2、件變化。化。1.1.1半導體半導體材料材料第1頁/共54頁半導體物質(zhì)半導體物質(zhì)特性：特性：摻入雜質(zhì)則導電率顯著摻入雜質(zhì)則導電率顯著增加增加摻雜特摻雜特性性半導體器半導體器件件溫度增加使導電率大溫度增加使導電率大為增加為增加溫度特溫度特性性熱敏器熱敏器件件光照不僅大為增加導電率還可產(chǎn)光照不僅大為增加導電率還可產(chǎn)生電動勢生電動勢光照特光照特性性光敏器件、光電器光敏器件、光電器件件第2頁/共54頁完全純凈、結構完整的半導體晶體被稱為完全純凈、結構完整的半導體晶體被稱為本征半導體。本征半導體。本征半導體在物理結構上呈單晶體形態(tài)。本征半導體在物理結構上呈單晶體形態(tài)。（見左下圖）（見左下圖）1.1.2本征

3、半導體本征半導體本征半本征半導體：導體：常用的本征半導體：常用的本征半導體：硅（硅（SiSi），鍺（，鍺（GeGe）本征半導體的晶本征半導體的晶體結構體結構Si+142 8 4Ge+32 2 818 4+4常見本征半導體的原子結構簡常見本征半導體的原子結構簡化模型化模型第3頁/共54頁+4+4+4+4+4+4+4+4+41.在在T=0K，且，且無外部激發(fā)能無外部激發(fā)能量時：量時：本征半導體的導電本征半導體的導電特性特性:常見本征半導體晶體結構平面常見本征半導體晶體結構平面示意圖示意圖本征半導體內(nèi)部沒本征半導體內(nèi)部沒有有能夠能夠自由移動自由移動的的帶電帶電粒子粒子，即，即載流載流子子，此時本征半

4、導，此時本征半導體呈絕緣特性。體呈絕緣特性。第4頁/共54頁+4+4+4+4+4+4+4+4+42.在有外部激發(fā)能量（如溫度升高在有外部激發(fā)能量（如溫度升高，光照）時：，光照）時：掙脫原子核束縛的電子稱為掙脫原子核束縛的電子稱為自由電子自由電子，在本征激發(fā)下形，在本征激發(fā)下形成帶成帶負負電荷的載流子。電荷的載流子。留下的空位稱為留下的空位稱為空穴空穴，成為，成為帶帶正正電荷的載流子。電荷的載流子。本征半導體的載本征半導體的載流子在流子在外加外加電場電場的作用下可定向的作用下可定向移動形成移動形成漂移電漂移電流流。共價鍵內(nèi)的電子共價鍵內(nèi)的電子稱為稱為束縛電子束縛電子第5頁/共54頁第6頁/共54

5、頁第7頁/共54頁雜質(zhì)半雜質(zhì)半導體導體N（電子）（電子）型半導體型半導體(摻入的五價元素如摻入的五價元素如P、Se等等)1.1.3雜質(zhì)半導雜質(zhì)半導體體P（空穴）（空穴）型半導體型半導體(摻入的三價元素如摻入的三價元素如B、Al、In等等)摻入雜質(zhì)越多，導電性能摻入雜質(zhì)越多，導電性能越強越強第8頁/共54頁第9頁/共54頁第10頁/共54頁(1) 在在PN結外加上正結外加上正向電壓時：向電壓時：PN結結正偏正偏（P(+), N(-)）時）時，具有較大的正向擴散電，具有較大的正向擴散電流，呈現(xiàn)低電阻，流，呈現(xiàn)低電阻，PN結結導導通通。2. PN結的單向?qū)щ娊Y的單向?qū)щ娦孕砸陨纤懻摰囊陨纤懻摰腜

6、N結處于平衡狀態(tài)，稱為平衡結處于平衡狀態(tài)，稱為平衡PN結。如在結。如在PN結兩端外加不同方向電壓，就會破結兩端外加不同方向電壓，就會破壞原平衡，呈現(xiàn)出單向?qū)щ娦?。壞原平衡，呈現(xiàn)出單向?qū)щ娦浴?第11頁/共54頁(2) 在在PN結外加上反結外加上反向電壓時：向電壓時：PN結結反偏反偏（P(-), N (+)）時，僅有很小的反向漂移時，僅有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，電流，呈現(xiàn)高電阻，PN結結截止截止。第12頁/共54頁第13頁/共54頁PN正正極極負負極極即即二極管第14頁/共54頁將將PN結封裝，引出兩個電極，就構成了結封裝，引出兩個電極，就構成了二極管。二極管。小功小功率二率二極管極管大

7、功大功率二率二極管極管穩(wěn)壓穩(wěn)壓二極二極管管發(fā)光發(fā)光二極二極管管第15頁/共54頁1. 極性判別極性判別觸絲觸絲半導半導體片體片第16頁/共54頁數(shù)字式萬用表數(shù)字式萬用表檢測檢測在在 擋進行測量，當擋進行測量，當 PN 結完好且正偏時，顯結完好且正偏時，顯示值為示值為PN 結兩端的正向結兩端的正向壓降壓降 ( (V) )。反偏時，顯示反偏時，顯示 。第17頁/共54頁四四 ：二極管在電路中的應用：二極管在電路中的應用鉗位電路的作用是將周期性變化的波形的頂部或底部保持在某一確定的直流電平上。 利用二極管正向?qū)▔航迪鄬Ψ€(wěn)定，且數(shù)值較小(有時可近似為零)的特點，來限制電路中某點的電位。 第18頁/共

8、54頁第19頁/共54頁限幅電路限幅電路 V2vi0 時時D1,D3導導通通D2,D4截截止止電流通路電流通路:A D1RLD3Bu20 時時D2,D4導導通通D1,D3截截止止電流通路電流通路:B D2RLD4A輸出是脈動的直流輸出是脈動的直流電壓！電壓！單相橋式整流電路輸出波形及二極管單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形上電壓波形u2D4D2D1D3RLuoAB+_第34頁/共54頁整個周期的輸出波形如下圖所示：tuou2ttiO tuO tiO 、tuOtiO第35頁/共54頁三、主要參三、主要參數(shù)：數(shù)：輸出電壓平均值：輸出電壓平均值：Uo=0.9u2輸出電流平均值輸出電流平均值:

9、Io= Uo/RL =0.9 u2 / RL 流過二極管的平均電流：流過二極管的平均電流：Iv=IL/2+41232+43VuuVVO21LVR-u2ttuO第36頁/共54頁共陰極組中陽極電位最高的二極管共陰極組中陽極電位最高的二極管導通；導通； V1RLuLV6 V3V5V4V2iL WVUu+N 三相變壓器原繞組三相變壓器原繞組接成三角形，副繞組接成三角形，副繞組接成星形接成星形共陽極組共陽極組共陰極組共陰極組L1L2L3T第37頁/共54頁 在在 t1 t2 期間期間共陰極組中共陰極組中U點電位最高點電位最高，V1 導通；導通； 共陽極組中共陽極組中V點電位最低點電位最低，V4 導通。

10、導通。 V1RLuLV6 V3V5V4V2iL WVUu+ N負載電壓負載電壓變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓u2ou2Uu2Vu2W2 t uLott1t2t3t4t5t6t7t8t9第38頁/共54頁 在在 t2 t3 期間期間共陰極組中共陰極組中U點電位最高，點電位最高，V1 導通；導通； 共陽極組中共陽極組中W點電位最低點電位最低，V6 導通。導通。 V1RLuLV6 V3V5V4V2iLWVUu+ N負載電壓負載電壓變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓uou2Uu2Vu2W2 t t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto第39頁/共54頁 在在 t3 t4 期間期間共陰極組中共陰極組中V點電

11、位最高，點電位最高，V3 導通；導通； 共陽極組中共陽極組中W點電位最低點電位最低，V6 導通。導通。 V1RLuLV6 V3V5V4V2iL WVUu+ N負載電壓負載電壓變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓u2ou2Uu2Vu2W2 t t1t2t3t4t5t6t7t8t9uLto第40頁/共54頁 在在 t4 t5 期間期間共陰極組中共陰極組中V點電位最高，點電位最高，V3 導通；導通； 共陽極組中共陽極組中U點電位最低，點電位最低，V2 導通。導通。 V1RLuLV6 V3V5V4V2iL WVUu+ N負載電壓負載電壓變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓u2ou2Uu2Vu2W2 t t1t2t3t

12、4t5t6t7t8t9uLto第41頁/共54頁t1t2t3t4t5t6t7t8t9uLto 在一個周期中，每在一個周期中，每個二極管只有三分個二極管只有三分之一的時間導通（之一的時間導通（導通角為導通角為120）。）。 V1RLuLV6 V3V5V4V2iLWVUu+ N變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓負載電壓負載電壓u2ou2Uu2Vu2W2 t T第42頁/共54頁L2L34. 2RURUILLLII31F2RM45. 2UU UL2.34 U2 第43頁/共54頁例例4-4 一直流電源一直流電源,采用三相橋式整流采用三相橋式整流,負負載電壓和電流分別為載電壓和電流分別為60V和和450A,

13、整流二極管整流二極管的實際工作電流和最高反向工作電壓各為多的實際工作電流和最高反向工作電壓各為多少少?解解:根據(jù)公式可得整流二極管的工作電流為根據(jù)公式可得整流二極管的工作電流為:AIIL150345031F整流二極管承受的最高反向工作整流二極管承受的最高反向工作電壓為電壓為:VUUL636005. 105. 1RM第44頁/共54頁第45頁/共54頁雜質(zhì)半雜質(zhì)半導體導體N（電子）（電子）型半導體型半導體(摻入的五價元素如摻入的五價元素如P、Se等等)1.1.3雜質(zhì)半導雜質(zhì)半導體體P（空穴）（空穴）型半導體型半導體(摻入的三價元素如摻入的三價元素如B、Al、In等等)摻入雜質(zhì)越多，導電性能摻入雜

14、質(zhì)越多，導電性能越強越強第46頁/共54頁第47頁/共54頁1. 極性判別極性判別觸絲觸絲半導半導體片體片第48頁/共54頁數(shù)字式萬用表數(shù)字式萬用表檢測檢測在在 擋進行測量，當擋進行測量，當 PN 結完好且正偏時，顯結完好且正偏時，顯示值為示值為PN 結兩端的正向結兩端的正向壓降壓降 ( (V) )。反偏時，顯示反偏時，顯示 。第49頁/共54頁利用二極管的管壓降溫度特性可以正確解釋VD1在電路中的作用。假設溫度升高，根據(jù)三極管特性可知，VT1的基極電流會增大一些。當溫度升高時，二極管VD1的管壓降會下降一些，VD1管壓降的下降導致VT1基極電壓下降一些，結果使VT1基極電流下降。由上述分析可

15、知，加入二極管VD1后，原來溫度升高使VT1基極電流增大的，現(xiàn)在通過VD1電路可以使VT1基極電流減小一些，這樣起到穩(wěn)定三極管VT1基極電流的作用，所以VD1可以起溫度補償?shù)淖饔?。?0頁/共54頁 二極管的結電容的大小除了與本身結構二極管的結電容的大小除了與本身結構尺寸和工藝有關外，還與外加電壓有關。尺寸和工藝有關外，還與外加電壓有關。 結電容隨反向電壓的增加而減小，這種結電容隨反向電壓的增加而減小，這種效應顯著的二極管稱為變?nèi)荻O管。其特效應顯著的二極管稱為變?nèi)荻O管。其特性如圖所示。性如圖所示。（a) 符號符號 (b)特性曲特性曲線線不同類型的管子不同類型的管子，其電容大小也，其電容大小也不同，一般在不同，一般在5 5300pF300pF。 可通過控制直流可通過控制直流電壓，來改變電容電壓，來改變電容的大小，改變諧振的大小，改變諧振回路的諧振頻率?；芈返闹C振頻率。2.2.變?nèi)荻O變?nèi)荻O管管用作調(diào)諧回路、振蕩電路、鎖用作調(diào)諧回路、振蕩電路、鎖相環(huán)路，常用于電視機高頻頭相環(huán)路，常用于電視機高頻頭的頻道轉換和調(diào)諧電路的頻道轉換和調(diào)諧電路 第51頁/共54頁單相橋式整流電路單相橋式