1、1236.1 半导体的基本知识半导体的基本知识4共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子5 Si Si Si Si价电子价电子这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴自由电子自由电子67 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可变在常温下即可变为自由电子为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子8 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴910多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使空扩散的结果使空间电荷区变宽。间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 +形成空间电
2、荷区形成空间电荷区11PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+12+13 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR+1415阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线( b ) 面接触型面接触型半导体二极管
3、的结构和符号半导体二极管的结构和符号 阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D16反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+171819定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止 若二极管是理想的，若二极管是理想的，20例例1：D6V12V3k BAUAB+21例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+22V sin18itu t 23UZIZIZM UZ IZ_+UIO24ZZ ZIUr25功能：功能：把交流电压变成稳定的大小合适把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压的直流电压u4uou3u2u126 单相小功率
4、整流电路单相小功率整流电路 将交流电压转变为脉动的直流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性27t uDO u 负半周，负半周，VaVb，二极二极管管 1、3 导通，导通，2、4 截止截止 。uouD t tuD1uD3 ut U2U2U2 324） 参数计算参数计算LLRURUI9 . 0oo o21DII UU2DRM o11. 1 d) sin(2122mIttI
5、I ) d( sin21ttU U0.9 oU33 (1) 输出直流电压高；输出直流电压高； (2) 脉动较小；脉动较小； (3) 二极管承受的最大反向电压较低；二极管承受的最大反向电压较低； (4) 电源变压器得到充分利用。电源变压器得到充分利用。 目前，半导体器件厂已将整流二极管封目前，半导体器件厂已将整流二极管封装在一起，制成单相及三相整流桥模块，装在一起，制成单相及三相整流桥模块，这些模块只有输入交流和输出直流引线。这些模块只有输入交流和输出直流引线。减少接线，提高了可靠性，使用起来非常减少接线，提高了可靠性，使用起来非常方便。方便。34单相桥式整流电路，已知交流电网电压为单相桥式整流
6、电路，已知交流电网电压为 220V，负负载电阻载电阻 RL = 50 ，负载电压负载电压Uo=100V，试求变压器的变比试求变压器的变比和容量，并选择二极管。和容量，并选择二极管。V 1119 . 01009 . 0o UU A122121oD IIV 17212222DRM UU A250110Loo RUI 考虑到变压器副绕组及二极管上的压降，变压器副边电考虑到变压器副绕组及二极管上的压降，变压器副边电压一般应高出压一般应高出 5%10%，即取，即取 U = 1.1 111 122 V35例例1 单相桥式整流电路，已知交流电网电压为单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220 V，负载电阻
7、负载电阻 RL = 50 ，负载电压负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。试求变压器的变比和容量，并选择二极管。81122220 .K 变变比比 I = 1.11 Io= 2 1.11 = 2. 2 A S = U I = 122 2.2 = 207. 8 V A变压器副边电压变压器副边电压 U 122 V， A1D IV 172DRM U 可选用二极管可选用二极管2CZ55E，其最大整流电流为，其最大整流电流为1A，反反向工作峰值电压为向工作峰值电压为300V。36uo+_u+_RLD2D4 D1D3当当D2或或D4断开后断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，电路
8、为单相半波整流电路。正半周时，D1和和D3导通，导通，负载中有电流负载中有电流过，负载电压过，负载电压uo o= =u；负半周时，负半周时，D1和和D3截止，负载中无电流通截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，过，负载两端无电压，uo o =0=0。 uo u 2 23 34 4tt2 23 34 4oo37 则正半周时，二极管则正半周时，二极管D1、D4或或D2、D3导通，电流经导通，电流经D1、D4或或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或或D2、D3将被烧坏。将被烧坏。 则正半周时，情况与则正半周时，情况与D2或或D4接反类似
9、，电源及接反类似，电源及D1或或D3也将因电流过大而烧坏。也将因电流过大而烧坏。uo+_u+_RLD2D4 D1 D338 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。既有直流成份又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电压滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流或通过电感中的电流)不能突变的特性不能突变的特性, 滤掉整流电路输滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。电压波形的目的。 方法：方法：将电容与负载将电容与负
10、载RL并联并联(或将电感与负载或将电感与负载RL串联串联)。39 u uC时时，二极管导通，二极管导通，电源在给负载电源在给负载RL供电的同时供电的同时也给电容充电，也给电容充电， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici +aDuoubRLio= uC 二极管承受的最高反向电压为二极管承受的最高反向电压为 。UU22DRM uo2UU2u tO tO4025)(3LTCR 一一般般取取(1) (1) 输出电压的脉动程度与平均值输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间与放电时间 常数常数RLC有关。有关。 近似估算取：近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波）桥式、全波）
11、 Uo = 1. 0 U （半波）半波）O2UU 为了得到比较平直的输出电压为了得到比较平直的输出电压410 结论结论 因此电容滤波适合于要求输因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。负载变化较小的场合。 RLC 越大越大O 越高，越高，IO 越大越大整流二极管导通时间越短整流二极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大的峰值电流越大。uoU2 tOiD tO有电容有电容滤波滤波无电容无电容滤波滤波 UooIO2U42例例 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻负载电阻 R
12、L = 200 ，要求直流输出电压要求直流输出电压Uo=20V，选择整流二极管及滤波电容器。选择整流二极管及滤波电容器。DRM223.6 VUU ODOL111200.05 A222200UIIR uRLuo+C解解 O20 16.67V1.21.2UU 可选用二极管可选用二极管2CZ52BIOM =100mA URWM =50V 43 例例 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻负载电阻 RL = 200 ，要求直流输出电压要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。选择整流二极管及滤波电容器。取取 RLC
13、= 5 T/2已知已知 RL = 200 S 05. 025015L CR uRLuo+C解解 6L0.050.05 250 10 F250F200CR 可选用可选用C=250 F，耐压为耐压为50V的极性电容器的极性电容器44L uRLuo+C 45 滤波效果比滤波效果比LC滤波器更好滤波器更好 但二但二极管的冲击电流极管的冲击电流较大。较大。 比比 形形 LC 滤滤波器的体积小、波器的体积小、成本低。成本低。L uRLuo+C2+C1R uRLu+C2+C1 46UO = UZ IR = IO + IZUIUZRL (IO ) IR 设设UI一定，负载一定，负载RL变化变化UO 基本不变基本不变 IR (IRR) 基本不变基本不变 UO (UZ ) IZ +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流调压限流调压稳压电路稳压电路47UO = UZ IR = IO + IZUIUZUI UZ UO 基本不变基本不变 IRR IZ IR +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz48ZMOOIMmin IIRUU (1) UZ = UO(2) IZM= (1.5 3) ICM(3) UI = (2 3) UO(4) RIIUU ominZMOIM OMZOImin IIUU ZIIRUU OMOImin
