半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用

1、.1. 1 PN 1 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦怨矁r健共價健 Si Si Si Si價電子價電子 Si Si Si Si價電子價電子這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)?？昭昭ㄗ杂呻娮幼杂呻娮?Si Si Si Sip+多多余余電電子子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€失去一個電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子動畫動畫 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴動畫動畫載流子的兩種運動載流子的兩種運動擴散運動和漂移運動擴散運動和漂移運動擴散運動：電中性的半導(dǎo)體中，載流子從濃擴散運動：電中性的半導(dǎo)體中，載流子從濃 度高的區(qū)域向濃度較低區(qū)域的運動。度

2、高的區(qū)域向濃度較低區(qū)域的運動。漂移運動：在電場作用下，載流子有規(guī)則的漂移運動：在電場作用下，載流子有規(guī)則的 定向運動。定向運動。多子的擴散運動多子的擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場少子的漂移運動少子的漂移運動濃度差濃度差 擴散的結(jié)果使擴散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。空間電荷區(qū)變寬。空間電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié)結(jié) +動畫動畫形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負接負 外電場外電場IF內(nèi)電場內(nèi)電場PN+動畫動畫+動畫動畫+ 內(nèi)電場被加內(nèi)電場被加強，少子的漂強，少子的漂移加強，由于移加強，由于少子數(shù)量很少，少子數(shù)量很少，形成很小的反形成很小的反向電流。向電流。IR動畫動畫+陰

3、極引線陰極引線陽極引線陽極引線二氧化硅保護層二氧化硅保護層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金屬觸絲金屬觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點接觸型點接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型圖圖 1 12 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號 陰極陰極陽極陽極( d ) 符號符號D反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止 若二極管是理想的，若二極管是理

4、想的，例例1：D6V12V3k BAUAB+例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+V sin18itu t 動畫動畫UZIZIZM UZ IZ _+UIOZZ ZIUr5.3 5.3 整流電路及路濾電路整流電路及路濾電路直流穩(wěn)壓電源的原理方框圖直流穩(wěn)壓電源的原理方框圖功能：功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適 的直流電壓的直流電壓u4uou3u2u1 整流電路整流電路 將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。 半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。等。 二極管的正向?qū)?/p>

5、電阻為零，反向電阻為無窮大。二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。利用二極管的單向?qū)щ娦岳枚O管的單向?qū)щ娦詔 uDO u 負半周，負半周，VauC時，二極管導(dǎo)通，電源在給負載時，二極管導(dǎo)通，電源在給負載RL供電的供電的同時也給電容充電，同時也給電容充電， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici +aDuoubRLio= uC 二極管承受的最高反向電壓為二極管承受的最高反向電壓為 。UU22DRM 動畫動畫uoU2U2u tO tO25)(3LTCR 一一般般取取(1) (1) 輸出電壓的脈動程度與平均值輸出電壓的脈動程度與平均值Uo與放電時間與放電時間 常數(shù)常數(shù)RLC有關(guān)

6、。有關(guān)。 近似估算取：近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 橋式、全波）橋式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）半波）U2 為了得到比較平直的輸出電壓為了得到比較平直的輸出電壓有電容濾波有電容濾波 無電容濾波無電容濾波0 UooIO 結(jié)論結(jié)論 因此電容濾波適合于要求因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負載電流較輸出電壓較高、負載電流較小且負載變化較小的場合。小且負載變化較小的場合。 RLC 越大越大O 越高，越高，IO 越越大大整流二極管導(dǎo)通時間越短整流二極管導(dǎo)通時間越短 iD 的峰值電流越大。的峰值電流越大。iD tuoU2 tOO例：例： 有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻

7、有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率率 f=50Hz，負載電阻，負載電阻 RL = 200 ，要求直流輸出電，要求直流輸出電壓壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。，選擇整流二極管及濾波電容器。V 352522DRM UU A075020030212121LOOD.RUII uRLuo+C解：解：25V1.230 21O .UU可選用二極管可選用二極管2CP11IOM =100mA UDRM =50V 例：例： 有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率率 f=50Hz，負載電阻，負載電阻 RL = 200 ，要求直流輸出電，要求直流輸出電壓

8、壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。，選擇整流二極管及濾波電容器。取取 RLC = 5 T/2已知已知RL = 50 S 05. 025015L CR uRLuo+C解：解：2. 選擇濾波電容器選擇濾波電容器F250F102502000.05 0506L R.C可選用可選用C=250 F，耐壓為，耐壓為50V的極性電容器的極性電容器L uRLuo+C 濾波效果比濾波效果比LC濾波器更好，濾波器更好，但二極管的沖但二極管的沖擊電流較大。擊電流較大。 比比 形形 LC 濾波器的體積濾波器的體積小、成本低。小、成本低。L uRLuo+C2+C1R uRLu+C2+C1 N1N3C20.047

9、 FD2D3D4D12CZ12A4N2FU23A2000 F/50V+C124VFU11A直流直流24V交流交流220V交直流收擴兩用機電源交直流收擴兩用機電源UO = UZ IR = IO + IZUIUZRL (IO ) IR 設(shè)設(shè)UI一定，負載一定，負載RL變化變化UO 基本不變基本不變 IR (IRR) 基本不變基本不變 UO (UZ ) IZ +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流調(diào)壓限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路UO = UZ IR = IO + IZUIUZUI UZ UO 基本不變基本不變 IRR IZ IR +UIRL+CIOUO+uIRRDZIzZMOOIMmin IIRUU (1) UZ = UO(2) IZM= (1.5 3) ICM(3) UI = (2 3) UO(4) RIIUU ominZMOIM OMZOImin IIUU ZIIRUU OMOImin 當由于電源電壓或負載電阻的變化使輸出電當由于電源電壓或負載電阻的變化使輸出電壓壓UO 升高時，