半導體二極管電路講解課件

1、第4章 半導體二極管電路 主要內(nèi)容： 半導體材料的特性、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?、二極管的類型、二極管的應用教學重點：二極管的應用教學難點： PN結(jié)的單向?qū)щ娦缘?頁，共23頁。4.1 半導體二極管4.2 二極管電路的應用第2頁，共23頁。4.1 半導體二極管4.1.1 二極管的結(jié)構(gòu)及特點1. 半導體基礎(chǔ)知識（1） 半導體的特性導電能力：介于導體和絕緣體之間 特性：熱敏特性和光敏特性 分類：P型半導體和N型半導體a. P型半導體:在半導體硅或鍺中摻入少量外層電子只有三個的硼元素時，硼原子與外層電子數(shù)是四個的硅或鍺原子組成共價鍵，自然形成一個空穴，使半導體中的空穴數(shù)增多，導電能力增強。這種半導體稱為空

2、穴型半導體，簡稱P型半導體，特點是空穴為多數(shù)載流子，電子為少數(shù)載流子，主要由空穴導電。b. N型半導體:在半導體硅或鍺中摻入少量外層有五個電子的磷元素時，磷原子與外層電子數(shù)是四個的硅或鍺原子組成共價鍵，自然多出一個電子，使半導體中的電子數(shù)增多，導電能力增強。這種半導體稱為電子型半導體，簡稱N型半導體，特點是電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子，主要由電子導電。第3頁，共23頁。（2） PN結(jié)正向?qū)ǎ篴.電路圖b. PN結(jié)外加正向電壓（又稱正向偏置，簡稱正偏）時，即P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負極，有電流從P區(qū)通過PN結(jié)流向N區(qū)，如圖所示。這時稱PN結(jié)正向?qū)?，流過的電流稱正向電流。第4頁，共

3、23頁。反向截止a.電路圖b. PN結(jié)外加反向電壓（又稱反向偏置，簡稱反偏）時，即P區(qū)接電源的負極，N區(qū)接電源的正極，只有很微弱的電流從N區(qū)通過PN結(jié)流向P區(qū)，如圖4.3（b）所示。這時稱PN結(jié)反向截止，流過的電流稱反向電流，一般情況下可以忽略不計。 單向?qū)щ娦裕赫驅(qū)?，反向截止 第5頁，共23頁。2. 二極管的結(jié)構(gòu)（1）結(jié)構(gòu)組成：一個PN結(jié)，引出兩個電極，加上外殼封裝，就構(gòu)成一個二極管，如圖（a）所示（2）原理圖 從P區(qū)引出的電極稱二極管的正極，從N區(qū)引出的電極稱二極管的負極 第6頁，共23頁。3. 常用二極管的特點（1） 普通二極管 （6） 發(fā)光二極管（2） 整流二極管 （7） 光敏二

4、極管（3） 穩(wěn)壓二極管 （8） 激光二極管（4） 開關(guān)二極管（5） 變?nèi)荻O管第7頁，共23頁。4.1.2 二極管的伏安特性及主要參數(shù)1. 二極管伏安特性（1）伏安特性（2）當二極管承受正向電壓而外加電壓較小時，二極管不能導通，幾乎沒有電流，如圖中的OA段，此段習慣上稱死區(qū)。如外加電壓繼續(xù)增大到某一數(shù)值時（一般硅管約為0.7V，鍺管約為0.3V），正向電流急劇增大，二極管導通。第8頁，共23頁。2. 二極管主要參數(shù)（1） 最大整流電流（IF）IF是指二極管長時間使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流 （2） 最高反向工作電壓（URM）URM是指二極管兩端允許施加的最大反向電壓 （3） 最大反

5、向電流（IRM）IRM是指二極管承受最高反向工作電壓時的反向電流 （4） 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)穩(wěn)定電壓（UZ）：穩(wěn)壓二極管反向擊穿穩(wěn)定工作的電壓 穩(wěn)定電流（IZ）：穩(wěn)壓二極管工作的最小電流值 動態(tài)電阻（rZ）：穩(wěn)壓二極管在反向擊穿工作區(qū)，電壓的變化量與對應的電 流變化量的比值 額定功率（PZ）：穩(wěn)壓二極管正常工作時，允許消耗的最大功率第9頁，共23頁。4.1.3 二極管的型號、識別與檢測1. 二極管的型號：見表4-22. 二極管的識別（1） 型號識別： 普通二極管：2AP12AP9、2CP12CP20 等整流二極管：2CZ502CZ85、2DZ102DZ20 開關(guān)二極管： 2AK12AK4、2

6、CK12CK19等 穩(wěn)壓二極管 ：2CW1002CW149、2DW502DW86等 （2） 正、負極識別：見表4-33. 二極管的檢測：見表4.4 返回第10頁，共23頁。4.2 二極管電路的應用4.2.1 整流和濾波電路1. 橋式整流電路（1） 電路組成第11頁，共23頁。（2） 工作原理 當u2(t)為正半周時，V1、V3正偏而導通，V2、V4反偏而截止。電流經(jīng)V1RLV3形成回路，RL上輸出電壓波形與u2(t)的正半周波形相同，電流iL從b流向c。當u2(t)為負半周時，V1、V3截止，V2、V4導通，電流經(jīng)V2RL V4形成回路，RL上輸出電壓波形是u2(t)的負半周波形倒相，電流iL

7、仍從b流向c。所以無論u2(t)為正半周還是負半周，流過RL的電流方向是一致的。單相橋式整流電路輸出波形第12頁，共23頁。2. 電容濾波電路（1）電路圖和波形圖第13頁，共23頁。（2） 工作原理設t=0時電路接通電源。電路中電容電壓uC從零開始增大，電流分成兩路：一路流向RL，一路向電容器C充電。由于橋式整流電路中二極管導通時的內(nèi)阻和整流變壓器次級繞組的直流電阻都很小，所以充電時間常數(shù)1很小，充電速度很快， uC(t)可跟隨u2(t)的變化。當u2(t)達到U2 時，uC(t) 也達到U2 。 uC(t)達到最大值后開始下降， uC(t)由于放電也逐漸下降，當u2(t) uC(t)時，電橋

8、中二極管截止，電容器C經(jīng)RL放電，這個回路的放電時間常數(shù)2較大，所以uC(t)下降比較緩慢。2越大， uC(t)下降越緩慢，輸出電壓波形就越平滑。當下一個正弦半波來到時，對電容器C又開始充電，充至最大值后再次通過放電向RL供電。如此周而復始地進行下去，就得到圖（b）所示的平滑波形。第14頁，共23頁。4.2.2 限幅與箝位電路1. 限幅電路（1） 串聯(lián)限幅電路 下限幅電路 上限幅電路第15頁，共23頁。（2） 并聯(lián)限幅電路第16頁，共23頁。（3） 雙向限幅電路第17頁，共23頁。2. 箝位電路（1）電路圖和波形圖第18頁，共23頁。（2）工作原理（1） 當tt1時，輸入電壓ui從0跳變到E，因電容兩端電壓不能突變，輸入電壓全部加在二極管上，即輸出電壓uoE，二極管導通。在T1期間，電容通過二極管充電，由于rVCT2，放電非常緩慢，電容兩端電壓只有稍許降低，輸出電壓略有升高。（3） 當tt3時，輸入電壓ui又從0跳變到E，輸出電壓uo跟著產(chǎn)生同樣大小的正跳變，此時輸出電壓稍大于0（實際上是T2期間電容電壓減小部分），二極管導通。隨后電容通過二極管快速充電，電容兩端電壓迅速恢復到E，輸出電壓uo又下降到0。以后重復上述過程，輸出信號的頂部被箝位在0電平上。第19頁，共