螺栓型普通整流二极管

平板型普通整流二极管 螺栓型普通整流二极管第14章半导体器件二极管

第14章半导体器件 发光二极管

第14章半导体器件 数码管

各式三极管普通三极管第14章半导体器件三极管

第14章半导体器件 晶闸管（可控硅）

第14章半导体器件 集成电路

本章内容 14.1 半导体的基础知识 14.2 半导体二极管 14.3 特殊二极管 18.1直流稳压电源的组成 18.2整流电路 18.3滤波电路 18.4 稳压电路

本章要求 一、理解PN结的单向导电性。二、了解二极管、稳压管和三端稳压源的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；三、会分析含有二极管的电路。四、掌握整流电路的作用、组成、工作原理和分析方法。五、掌握滤波电路的作用、组成、工作原理。六、掌握三端稳压集成电路的应用。

§14.0半导体器件概述 ●学习电子技术的方法学习重点：了解元器件的特性、参数、技术指标和正确使用方法，不追究其内部机理。学会用工程观点分析问题：就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。电路的分析计算：分析计算时只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。

§14.0半导体器件概述 ●半导体的导电特性： 1、热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强。 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 2、光敏性：当受到光照激发时，导电能力明显增强。 (可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。 3、掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些微量杂质，半导体的导电特性明显增强。 (可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。

价电子 ● ● ● ● ● Si Si Si Si §14.1半导体的基本知识一、本征半导体 ●完全纯净的半导体，称为本征半导体。 ●半导体具有晶体结构。共价健晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价键中的两个电子，称为价电子。

Si Si Si Si §14.1半导体的基本知识一、本征半导体 ●本征半导体的导电机理价电子在温升或受光照后获得一定能量，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子(带负电) , 同时共价键中留下一个空位,称为空穴(带正电)。自由电子这一现象称为本征激发。温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。空穴

Si Si Si Si §14.1半导体的基本知识一、本征半导体 ●本征半导体的导电机理相当与空穴移动，也就是正电荷运动。在外电场的作用下，空穴吸引相邻的价电子来补充。又产生一个新空穴

§14.1半导体的基本知识 一、本征半导体 ●本征半导体的导电机理在半导体上外加电压时，将出现两部分电流: ⑴自由电子作定向运动 电子电流 ⑵价电子递补空穴 空穴电流自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对的产生,同时又不断的复合,在一定的温度下达到动态平衡。

P+ Si Si Si Si §14.1半导体的基本知识二、N型半导体在本征半导体中掺入微量的杂质,形成杂质半导体。在常温下即可变为自由电子掺入五价元素掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。多余电子动画在N型半导体中,自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。失去一个电子变为正离子磷原子

B– Si Si Si Si §14.1半导体的基本知识三、P 型半导体掺入三价元素掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型半导体。空穴硼原子在P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。接受一个电子变为负离子动画无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。

内电场 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ §14.1半导体的基本知识四、PN结 1、PN结的形成载流子浓度差多子扩散运动少子漂移运动 P 型半导体 N 型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩散形成空间电荷区，且使空间电荷区变宽。

内电场 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ §14.1半导体的基本知识四、PN结内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。 1、PN结的形成少子的漂移运动 P 型 N 型扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 多子扩散运动空间电荷区也称 PN 结动画

外电场 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ – + §14.1半导体的基本知识 2、PN结的单向导电性 P接正、N接负内外电场方向相反，相互削弱。 ⑴PN 结加正向电压（正向偏置） PN 结变窄 + + + + + + PN 结加正向电压但电压值小于内电场时，PN结变窄，正向电流较小。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + P 内电场 N IF E外﹤E内时， E总仍阻止多子扩散，IF很小。

外电场 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ – + §14.1半导体的基本知识 2、PN结的单向导电性 PN 结加正向电压但电压值大于内电场时，PN结消失，正向电流较大，正向电阻较小，PN结导通。 ⑴PN 结加正向电压（正向偏置） PN 结消失 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + P 内电场 N IF 动画 E外≥E外时，PN结消失。 E总加速多子扩散，IF很大。

外电场 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ + + + – + IR + §14.1半导体的基本知识 ⑵PN 结加反向电压（反向偏置） 2、PN结的单向导电性动画 P接负、N接正内外电场相互增强。更阻止多子扩散。增强少子的漂移温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度的升高而增加。 PN 结变宽 + + + + + + + + + + + + + + + 由于少子数量很少，形成很小的反向电流。 + + + + + PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小, 反向电阻较大，PN结处于截止状态。

N型锗片 金属触丝阴极引线阳极引线外壳 §14.2 半导体二极管一、基本结构 ⑴点接触型结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。

阳极引线 铝合金小球 PN结 N型硅金锑合金底座阴极引线 §14.2 半导体二极管一、基本结构 ⑵面接触型结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。

阳极引线 二氧化硅保护层阳极阴极 - - - + + + P N N型硅 P型硅阴极引线 D 阳极阴极 §14.2 半导体二极管一、基本结构 ⑶平面型用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。 ⑷符号

– + – I + N P N P U §14.2 半导体二极管二、二极管的伏安特性正向特性反向电流在一定电压范围内保持常数。导通压降硅0.6~0.8V锗0.2~0.3V 反向击穿电压U(BR) 死区电压硅管0.5V 锗管0.1V 反向特性外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。外加电压大于死区电压二极管才能导通。特点：非线性

§14.2 半导体二极管 三、主要参数 1.最大整流电流IOM 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。 2.反向工作峰值电压URWM 反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR 的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。 3.反向峰值电流IRM 指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差。 IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。

硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V 否则，正向管压降 §14.2 半导体二极管二极管电路分析举例导通截止定性分析：判断二极管的工作状态若二极管是理想的，正向导通时相当于短路，反向截止时相当于断开。分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。若 V阳>V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通若 V阳<V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止

D A + 3k UAB 6V 12V – B §14.2 半导体二极管求如图电路：UAB 例1：二极管起钳位作用解：取 B 点为参考点。断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。 V阳=－6 V V阴 =－12 VV阳>V阴二极管导通若忽略二极管管压降：UAB =－ 6V 否则， UAB =－6.3Ｖ（锗管）或－6.7V（硅管）

已知：二极管 是理想的，试画出 uo波形。 ui 18V R + + D uo ui 8V – – §14.2 半导体二极管例2：解： 8V 参考点动画二极管阴极电位为 8 V ui > 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui 二极管的用途：整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。

_ I + O U §14.3特殊二极管一、稳压二极管 1. 符号 2. 伏安特性稳压管正常工作时加反向电压 UZ 稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。 IZ IZ  UZ IZM 使用时要加限流电阻

§14.3特殊二极管 一、稳压二极管 (1)稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。 (2)电压温度系数ｕ环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。 3. 主要参数 (3)动态电阻 rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。 (4)稳定电流 IZ 、最大稳定电流 IZM (5)最大允许耗散功率 PZM = UZ IZM

I U 照度增加 R U0 §14.3特殊二极管二、光电二极管 1.光电二极管符号 2.光电二极管电特性光电二极管的反向电流大小与光照强度成正比。

§14.3特殊二极管 三、发光二极管 1.发光二极管的符号 2.发光二极管电特性 ●有正向电流流过时，发出一定波长范围的光（从红外到可见波段的光,有红、黄、绿、蓝、白等)。 ●电特性与一般二极管类似，正向电压较1.7V左右, 电流为几~几十mA

§14.3特殊二极管 四、光电耦合器（光电隔离器） 1. 光电耦合器的符号 2.光电耦合器的电特性 ●实现输入与输出电气隔离（输入与输出不同地）。 ●抗干扰能力好（特别是雷电的破坏干扰）。

u3 u2 u1 uo 变压整流滤波稳压交流电源负载 u4 §18.1直流稳压电源的组成一、直流稳压电源的组成二、功能把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压。

§18.1直流稳压电源的组成 三、整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直流电压。四、整流原理：利用二极管的单向导电性常见的整流电路：半波、全波、桥式、倍压整流和三相整流等。分析时可把二极管当作理想元件处理：正向导通电阻为零，反向截止电阻为无穷大。

uD uo u O O O t io D a Tr + + – uo u RL + – – b §18.2整流电路 1.电路结构动画 3.工作波形一、单相半波整流电路 Uo=0 2.工作原理 u正半周，Va>Vb 二极管D导通。 u 负半周，Va< Vb 二极管D截止。

§18.2整流电路 ①整流电压平均值 Uo 一、单相半波整流电路 ②整流电流平均值Io 4.参数计算 ③流过每管电流平均值ID ④每管承受的最高反向电压UDRM

§18.2整流电路 ⑤变压器副边电流有效值 I 一、单相半波整流电路 5. 整流二极管的选择 4.参数计算平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM是选择整流二极管的主要依据。选管时应满足： IOMID， URWM  UDRM

a a 1 4 + 2 1 + 1 4 a + u RL u RL u b RL 3 2 b 3 4 – 3 – 2 b – §18.2整流电路 1. 电路结构二、单相桥式整流电路

uo u t uD t io a 1 4 + + u uo RL – 3 2 b – §18.2整流电路 1. 电路结构 3. 工作波形动画二、单相桥式整流电路 2.工作原理 ⑴u正半周，Va>Vb D1、 D3导通， D2、 D4截止。 uD2uD4

u io a 1 4 – + u uo uo RL + 3 2 b – t uD t §18.2整流电路 3. 工作波形动画二、单相桥式整流电路 2.工作原理 ⑵u负半周，Va<Vb D2、 D4导通， D1、 D3截止。红为正半周蓝为负半周 uD1uD3 uD2uD4

§18.2整流电路 ①整流电压平均值 Uo 4. 参数计算 ②整流电流平均值Io ③流过每管电流平均值ID ④每管承受的最高反向电压UDRM ⑤变压器副边电流有效值 I

§18.2整流电路 例1：单相桥式整流电路,已知交流电网电压为220V，负载电阻 RL = 50，负载电压Uo=100V。试求：变压器的变比和容量，并选择二极管。解：

§18.2整流电路 例1：单相桥式整流电路,已知交流电网电压为220V，负载电阻 RL = 50，负载电压Uo=100V。试求：变压器的变比和容量，并选择二极管。解：可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为： IOM=1A，反向工作峰值电压为300V。变压器副边电压 U 111 V 变压器副边电流有效值 I = 1.11Io=1.112=2.2A 变压器容量S=UI=1112.2 = 244VA

u i + C ic O t uo io + + D O uo t u RL – – b §18.3滤波电路 3. 工作波形动画 1. 单相半波整流电路结构一、电容滤波器 = uC 2. 工作原理 u >uC时，D导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电， uC增加，uo= uC。 u <uC时，D截止，电容通过负载RL放电，uC按指数规律下降， uo= uC。二极管承受的最高反向电压为

io a u 1 4 + + u uo RL C 3 2 b – uo t §18.3滤波电路 4. 单相桥式滤波电路结构 5. 工作波形一、电容滤波器输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间常数RLC有关。 6.电容滤波电路的特点 RLC 越大电容器放电越慢输出电压的平均值Uo 越大，波形越平滑。

§18.3滤波电路 为了得到比较平直的输出电压一、电容滤波器 (T - 电源的周期) 近似估算取：Uo= 1. 2 U (桥式、全波） Uo= 1. 0 U（半波）当负载RL 开路时，UO

+ + + ~ u uo C RL – – §18.3滤波电路例：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 RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。一、电容滤波器解：1. 选择整流二极管可选用二极管2CZ52BIOM =100mA UDRM =50V

+ + + ~ u uo C RL – – §18.3滤波电路例：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 RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。一、电容滤波器解：2.选择滤波电容器取 RLC = 5  T/2 可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器。

螺栓型普通整流二极管

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