1、第第4章章 半导体二极管电路半导体二极管电路 主要内容：主要内容：半导体材料的特性、半导体材料的特性、PN结的单向导电结的单向导电性、二极管的类型、二极管的应用性、二极管的类型、二极管的应用教学重点：二极管的应用教学重点：二极管的应用教学难点：教学难点：PN结的单向导电性结的单向导电性第1页，共23页。4.1 半导体二极管半导体二极管4.2 二极管电路的应用二极管电路的应用第2页，共23页。4.1 4.1 半导体二极管半导体二极管4.1.1 二极管的结构及特点二极管的结构及特点1.半导体基础知识半导体基础知识（1）半导体的特性半导体的特性导电能力：导电能力：介于导体和绝缘体之间介于导体和绝缘体
2、之间 特性：特性：热敏特性和光敏特性热敏特性和光敏特性 分类：分类：P型半导体和型半导体和N型半导体型半导体a.P型半导体型半导体:在半导体硅或锗中掺入少量外层电子只有三个的硼元素时，硼原在半导体硅或锗中掺入少量外层电子只有三个的硼元素时，硼原子与外层电子数是四个的硅或锗原子组成共价键，自然形成一个空穴，使半导子与外层电子数是四个的硅或锗原子组成共价键，自然形成一个空穴，使半导体中的空穴数增多，导电能力增强。这种半导体称为空穴型半导体，简称体中的空穴数增多，导电能力增强。这种半导体称为空穴型半导体，简称P型半型半导体，特点是空穴为多数载流子，电子为少数载流子，主要由空穴导电。导体，特点是空穴为
3、多数载流子，电子为少数载流子，主要由空穴导电。b.N型半导体型半导体:在半导体硅或锗中掺入少量外层有五个电子的磷元素时，磷原子在半导体硅或锗中掺入少量外层有五个电子的磷元素时，磷原子与外层电子数是四个的硅或锗原子组成共价键，自然多出一个电子，使半导体与外层电子数是四个的硅或锗原子组成共价键，自然多出一个电子，使半导体中的电子数增多，导电能力增强。这种半导体称为电子型半导体，简称中的电子数增多，导电能力增强。这种半导体称为电子型半导体，简称N型半导型半导体，特点是电子为多数载流子，空穴为少数载流子，主要由电子导电。体，特点是电子为多数载流子，空穴为少数载流子，主要由电子导电。第3页，共23页。（
4、2）PN结结正向导通：正向导通：a.a.电路图电路图b.b.PN结外加正向电压（又称正向偏置，简称正偏）时，即结外加正向电压（又称正向偏置，简称正偏）时，即P区接电源的正极，区接电源的正极，N区接电源的负极，有电流从区接电源的负极，有电流从P区通过区通过PN结流向结流向N区，如图所示。这时称区，如图所示。这时称PN结正结正向导通，流过的电流称正向电流。向导通，流过的电流称正向电流。第4页，共23页。反向截止反向截止a.a.电路图电路图b.b.PN结外加反向电压（又称反向偏置，简称反偏）时，即结外加反向电压（又称反向偏置，简称反偏）时，即P区接电源的负极，区接电源的负极，N区接电源的正极，只区接
5、电源的正极，只有很微弱的电流从有很微弱的电流从N区通过区通过PN结流向结流向P区，如图区，如图4.3（b）所示。这时称）所示。这时称PN结反向截止，流过的电结反向截止，流过的电流称反向电流，一般情况下可以忽略不计。流称反向电流，一般情况下可以忽略不计。单向导电性：单向导电性：正向导通正向导通，反向截止，反向截止 第5页，共23页。2.二极管的结构二极管的结构（1）结构组成：）结构组成：一个一个PN结，引出两个电极，加上外壳封装，就构成一个二极管，如图（结，引出两个电极，加上外壳封装，就构成一个二极管，如图（a）所示）所示（2 2）原理图）原理图 从从P区引出的电极称二极管的正极，从区引出的电极
6、称二极管的正极，从N区引出的电极称二极管的负极区引出的电极称二极管的负极 第6页，共23页。3.常用二极管的特点常用二极管的特点（1）普通二极管普通二极管 （6）发光二极管发光二极管（2）整流二极管整流二极管 （7）光敏二极管光敏二极管（3）稳压二极管稳压二极管 （8）激光二极管激光二极管（4）开关二极管开关二极管（5）变容二极管变容二极管第7页，共23页。4.1.2 二极管的伏安特性及主要参数二极管的伏安特性及主要参数1.二极管伏安特性二极管伏安特性（1）伏安特性）伏安特性（2）当二极管承受正向电压而外加电压较小时，二极管不能导通，几乎没有电）当二极管承受正向电压而外加电压较小时，二极管不能
7、导通，几乎没有电流，如图中的流，如图中的OA段，此段习惯上称死区。如外加电压继续增大到某一数值时段，此段习惯上称死区。如外加电压继续增大到某一数值时（一般硅管约为（一般硅管约为0.7V，锗管约为，锗管约为0.3V），正向电流急剧增大，二极管导通。），正向电流急剧增大，二极管导通。第8页，共23页。2.二极管主要参数二极管主要参数（1）最大整流电流（最大整流电流（IF）IF是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流（2）最高反向工作电压（最高反向工作电压（URM）URM是指二极管两端允许施加的最大反向电压是指二极管两端允许施加
8、的最大反向电压（3）最大反向电流（最大反向电流（IRM）IRM是指二极管承受最高反向工作电压时的反向电流是指二极管承受最高反向工作电压时的反向电流（4）稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数稳定电压（稳定电压（UZ）：稳压二极管反向击穿稳定工作的电压）：稳压二极管反向击穿稳定工作的电压 稳定电流（稳定电流（IZ）：稳压二极管工作的最小电流值）：稳压二极管工作的最小电流值 动态电阻（动态电阻（rZ）：稳压二极管在反向击穿工作区，电压的变化量与对应的电）：稳压二极管在反向击穿工作区，电压的变化量与对应的电 流变化量的比值流变化量的比值 额定功率（额定功率（PZ）：稳压二极管正常工作时，允许消耗的
9、最大功率）：稳压二极管正常工作时，允许消耗的最大功率第9页，共23页。4.1.3 二极管的型号、识别与检测二极管的型号、识别与检测1.二极管的型号：见二极管的型号：见表表4-22.二极管的识别二极管的识别（1）型号识别：型号识别：普通二极管：普通二极管：2AP12AP9、2CP12CP20 等整流二极管：整流二极管：2CZ502CZ85、2DZ102DZ20 开关二极管：开关二极管：2AK12AK4、2CK12CK19等等 稳压二极管稳压二极管：2CW1002CW149、2DW502DW86等等（2）正、负极识别：见正、负极识别：见表表4-33.二极管的检测：见二极管的检测：见表表4.4 返回
10、返回第10页，共23页。4.2 二极管二极管电路的应用电路的应用4.2.1 整流和滤波电路整流和滤波电路1.桥式整流电路桥式整流电路（1）电路组成电路组成第11页，共23页。（2）工作原理工作原理 当当u2(t)为正半周时，为正半周时，V1、V3正偏而导通，正偏而导通，V2、V4反偏而截止。电流经反偏而截止。电流经V1RLV3形成回路，形成回路，RL上输出电压波形与上输出电压波形与u2(t)的正半周波形相同，电流的正半周波形相同，电流iL从从b流向流向c。当当u2(t)为负半周时，为负半周时，V1、V3截止，截止，V2、V4导通，电流经导通，电流经V2RL V4形成回形成回路，路，RL上输出电
11、压波形是上输出电压波形是u2(t)的负半周波形倒相，电流的负半周波形倒相，电流iL仍从仍从b流向流向c。所以无论。所以无论u2(t)为正半周还是负半周，流过为正半周还是负半周，流过RL的电流方向是一致的。的电流方向是一致的。单相桥式整流电路输出波形单相桥式整流电路输出波形第12页，共23页。2.电容滤波电路电容滤波电路（1）电路图和波形图）电路图和波形图第13页，共23页。（2）工作原理工作原理设设t=0时电路接通电源。电路中电容电压时电路接通电源。电路中电容电压uC从零开始增大，电流分成两从零开始增大，电流分成两路：一路流向路：一路流向RL，一路向电容器，一路向电容器C充电。由于桥式整流电路
12、中二极管导充电。由于桥式整流电路中二极管导通时的内阻和整流变压器次级绕组的直流电阻都很小，所以充电时间常通时的内阻和整流变压器次级绕组的直流电阻都很小，所以充电时间常数数1很小，充电速度很快，很小，充电速度很快，uC(t)可跟随可跟随u2(t)的变化。当的变化。当u2(t)达到达到U2 时，时，uC(t)也达到也达到U2。uC(t)达到最大值后开始下降，达到最大值后开始下降，uC(t)由于放电也由于放电也逐渐下降，当逐渐下降，当u2(t)uC(t)时，电桥中二极管截止，电容器时，电桥中二极管截止，电容器C经经RL放放电，这个回路的放电时间常数电，这个回路的放电时间常数2较大，所以较大，所以uC
13、(t)下降比较缓慢。下降比较缓慢。2越越大，大，uC(t)下降越缓慢，输出电压波形就越平滑。当下一个正弦半波来到下降越缓慢，输出电压波形就越平滑。当下一个正弦半波来到时，对电容器时，对电容器C又开始充电，充至最大值后再次通过放电向又开始充电，充至最大值后再次通过放电向RL供电。如供电。如此周而复始地进行下去，就得到图（此周而复始地进行下去，就得到图（b）所示的平滑波形。）所示的平滑波形。第14页，共23页。4.2.2 限幅与箝位电路限幅与箝位电路1.限幅电路限幅电路（1）串联限幅电路串联限幅电路 下限幅电路下限幅电路 上限幅电路上限幅电路第15页，共23页。（2）并联限幅电路并联限幅电路第16
14、页，共23页。（3）双向限幅电路双向限幅电路第17页，共23页。2.箝位电路箝位电路（1）电路图和波形图）电路图和波形图第18页，共23页。（2）工作原理）工作原理（1）当当tt1时，输入电压时，输入电压ui从从0跳变到跳变到E，因电容两端电压不能突变，输入电压，因电容两端电压不能突变，输入电压全部加在二极管上，即输出电压全部加在二极管上，即输出电压uoE，二极管导通。在，二极管导通。在T1期间，电容通过二极期间，电容通过二极管充电，由于管充电，由于rVCT2，放电非常缓慢，电容两端电压只有稍许降低，放电非常缓慢，电容两端电压只有稍许降低，输出电压略有升高。输出电压略有升高。（3）当当tt3时
15、，输入电压时，输入电压ui又从又从0跳变到跳变到E，输出电压，输出电压uo跟着产生同样大小的正跟着产生同样大小的正跳变，此时输出电压稍大于跳变，此时输出电压稍大于0（实际上是（实际上是T2期间电容电压减小部分），二极期间电容电压减小部分），二极管导通。随后电容通过二极管快速充电，电容两端电压迅速恢复到管导通。随后电容通过二极管快速充电，电容两端电压迅速恢复到E，输出，输出电压电压uo又下降到又下降到0。以后重复上述过程，输出信号的顶部被箝位在。以后重复上述过程，输出信号的顶部被箝位在0电平电平上。上。第19页，共23页。4.2.3 稳压与倍压电路稳压与倍压电路1.稳压电路稳压电路（1）电路图）电路图第20页，共23页。2.倍压电路倍压电路（1）二倍压电路）二倍压电路第21页，共23页。（2）三倍压电路）三倍压电路返回返回第22页，共23页。本 章 作 业P163 4.22，4.23P164 4.24，4.25P165 4.28第23页，共23页。
