第6章半导体二极管及整流电路.ppt

第6章半导体二极管及整流电路,本章要求：理解PN结的形成及其单向导电性理解半导体二极管的结构及性质掌握半导体二极管整流电路及原理了解常用滤波电路原理掌握稳压管性质和稳压原理,6.1PN结及其单向导电性,定义：,导电性能介于导体和绝缘体之间。,导体：电阻率10-510-6cm(mm)2，如铜、铝,半导体：电阻率10cm(mm)2，如硅、锗,绝缘体：1061010cm(mm)2，如陶瓷、橡胶,性质：在不同的条件下，导电性会发生显著变化，这使半导体的作用大大增强。,光敏性热敏性掺杂性,下一页,上一页,返回,6.1.1半导体基础知识,第6章半导体二极管及整流电路,1.本征半导体：纯净晶体结构的半导体。,（3）在电场力的作用下，自由电子和空穴定向移动，成为载流子。,（1）原子结构：外层有4个电子，形成共价键，相对稳定。,（2）在热或光的激发下可产生自由电子和空穴。,下一页,上一页,返回,如：锗和硅。,半导体导电特点,第6章半导体二极管及整流电路,2.杂质半导体,自由电子是多数载流子，,（1）N型半导体,在本征半导体(如：硅)中掺入少量的5价元素磷P，晶体结构不变，但一些位置上的硅原子被磷原子替代。,形成共价键后，多出的电子成为自由电子。,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,空穴是少数载流子。,（3）P型半导体和N型半导体呈电中性。,（2）P型半导体,在本征半导体中掺入少量的3价元素硼B，晶体结构不变，但一些位置上的硅原子被硼原子替代。,形成共价键后，出现一个空穴。,空穴是多数载流子，,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,自由电子是少数载流子。,1、PN结的形成,6.1.2PN结及其单向导电性,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,2、PN结的单向导电性,(1)PN结正向偏置：外电场减弱内电场的作用多数载流子的扩散运动增强扩散电流增强形成连续正向电流。,正向偏置时，PN结导通，正向电阻很小。,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,(3)结论：PN结具有单向导电性。,(2)PN结反向偏置：外电场增强了内电场的作用多数载流子的扩散运动终止扩散电流消失。,反向偏置时，PN结截止，反向电阻很大。,但存在少数载流子形成的反向漂移电流，很小，可以忽略不计。,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,6.2半导体二极管,6.2.1二极管的结构,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,6.2.2二极管的伏安特性,二极管两端电压与通过管子的电流之间的关系。,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,6.2.3几种常用的特殊二极管,1稳压二极管,稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。,伏安特性如图：,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,稳压管工作在反向击穿区。,反向特性区：反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小；当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然剧增，稳压管击穿。,反向击穿时的特点：电流在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小。这就是稳压管的电流调节作用。,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,2光电二极管,也称光敏二极管，是一种将光信号转换为电信号的半导体器件，由光敏半导体材料制成。,光电二极管常作为光电控制器件或用来进行光的测量。,光电二极管是在反向电压下工作的。,无光照时，反向电流很小，称为暗电流；有光照时，其反向电流随光照强度增加而增大，称为光电流。,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,发光二极管常用作显示器件，除单个使用外，还可制成七段式或点阵式显示器。,3发光二极管,简称LED，是一种将电能转换为光能的半导体器件。,当PN结有正向电流通过时即可发光。,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,例6.1图示电路中，试求下列几种情况下输出端电位VY及各支路电流。（1）VA=VB=0V；（2）VA=+3V，VB=0V；（3）VA=VB=+3V。二极管的正向压降忽略不计，反向电阻为无穷大。,解：（1）VA=VB=0V时,则电阻中的电流：,VDA和VDB中的电流：,二极管VDA和VDB均导通，输出端电位：,第6章半导体二极管及整流电路,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,下一页,上一页,返回,（2）VA=+3V，VB=0V时，VDA承受的正向电压为：,VDB承受的正向电压为：,所以VDB优先导通。此时,VDA承受的正向电压为：,故VDA截止。,第6章半导体二极管及整流电路,下一页,上一页,返回,（3）VA=VB=+3V时，VDA和VDB同时导通，此时,6.3.1单相半波整流电路,6.3单向整流滤波电路,1、组成,由电源变压器Tr、二极管D、负载电阻RL组成。,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,2、分析：,u2正半周时：,D导通，uL等于u2。,D截止，uL为零。,uL为单向脉动电压。,u2负半周时：,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,输出电压平均值：,二极管正向平均电流：,二极管承受的最大反向电压：,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,6.3.2单相桥式整流电路,1、组成,四只二极管D1D4组成两对桥臂，接成桥形。,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,2、分析,u2正半周：,D1、D3导通，D2、D4截止；,uL等于u2，D2、D4承受反向电压为u2。,u2负半周：,D2、D4导通，D1、D3截止；,uL等于u2，D1、D3承受反向电压为u2。,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,输出电压平均值：,通过负载电阻的平均电流：,通过二极管的电流：,二极管承受的最大反向电压：,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,6.3.3滤波电路,1电容滤波电路,在整流电路的输出端与负载之间并联一个电容，利用电容的充放电作用储存和补充电能，提高输出电压，使负载电压趋于平滑。,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,为了综合考虑滤波效果和整流管的要求，一般取：,带电容滤波的单相桥式整流电路的输出电压：,若采用半波整流，滤波电容应选得更大：,电容滤波的特点：输出电压较高，带载能力较差。常用于要求输出电压较高、负载电流较小且变化也较小的场合。,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,电感滤波就是在整流电路和负载电阻之间串联一个电感线圈L，如图所示。,电感滤波输出电压较电容滤波为低，故一般电感滤波适用于输出电压不高、输出电流较大及负载变化较大的场合。,2电感滤波电路,原理：,当电感线圈中的电流发生变化时，电感线圈会产生自感电动势阻碍电流的变化，从而减小输出电流和电压的脉动，得到较平滑的直流电。,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,复式滤波电路可以得到更好的滤波效果，电感、电容是基本滤波元件。如图为几种常见的复式滤波电路。,3复式滤波电路,（a）L型LC滤波电路（b）型LC滤波电路（c）型RC滤波电路,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,稳压电路由稳压管和限流电阻组成，接在滤波环节之后，如图所示。,6.3.4稳压电路,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,Ui增大，UL有随之升高的趋势，即稳压管两端的电压UZ有升高的趋势。导致IZ显著增加，限流电阻R上的电压降也随之急剧增加。只要限流电阻选择合适，在限流电阻上的压降变化就可以抵消Ui的变化，使输出电压UL基本保持不变。,1工作原理,当电网电压升高时：,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,如电阻RL减小时，在Ui稳定的情况下，负载电流IL有增大趋势，限流电阻R的电流和电压降随之增大，UL有减小的趋势，即UZ有减小的趋势，导致IZ明显减小，使IR仍维持原有数值保持UR不变，结果使得UL得到稳定。,当负载发生变动时：,稳压电路的稳压作用，是通过稳压管的电流调节作用，用限流电阻上压降的变化补偿电网电压波动和负载变化带来的影响而实现的。,下一页,上一页,返回,第6章半导体二极管及整流电路,（1）稳压管的选择选择稳压管的一般原则为：,（2）Ui的选择根据经验，输入电压Ui取：,2元件选择,根据稳压要求即负载电压UL、最大负载电流ILmax，进行电路原件选择。,下一页,上一页,返回,第6章