第06章-二极管及整流电路.ppt

1,第6章二极管及整流电路,1半导体基础,一、半导体,导体半导体绝缘体,光敏特性杂敏特性热敏特性,正四面体结构中四个原子分别处在正四面体的四个顶角上，任意顶角上的原子和中心原子各贡献一个价电子为该两个原子所共有，形成共价键。,2,第6章二极管及整流电路,正四面体结构图,晶体结构平面示意图,3,第6章二极管及整流电路,二、本征半导体,本征半导体就是指纯净的、未掺杂任何杂质并且没有晶格缺陷的完整的半导体。,共价键结构中，原子最外层拥有八个电子并处于相对稳定状态，但在一定条件下，外层电子可能受到激发成为自由电子。并在其原来所在的晶格原子的外层轨道上留下一个空位，叫做空穴。空穴和自由电子都可称为本征半导体中的载流子，其定向移动形成半导体中的电流。,在热能、外电场或其他能量激发下，自由电子不断产生。当自由电子移动到一个空穴附近，就会填补到这个空穴上，该过程叫做复合。,4,第6章二极管及整流电路,三、杂质半导体,5,第6章二极管及整流电路,N型半导体在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的V族元素（例如磷P），在本征硅晶体结构没有发生改变的前提下，硅晶体中某些位置的硅原子被磷原子取代。具有多余电子的半导体材料。,自由电子为多数载流子（简称“多子”），空穴为少数载流子（简称“少子”）。,6,第6章二极管及整流电路,P型半导体在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的III族元素（例如硼B），在本征硅晶体结构没有发生改变的前提下，硅晶体中某些位置的硅原子被硼原子取代。,空穴为多子，自由电子为少子。,注意：无论N型半导体还是P型半导体都是电中性，对外不显电性。,7,第6章二极管及整流电路,2PN结,一、PN结的形成,PN结：在同一片半导体基片上P型半导体材料和N型半导体材料相结合的区域。,P区与N区中载流子的扩散运动,8,第6章二极管及整流电路,平衡状态下形成空间电荷区,扩散运动,扩散电流,浓度差异,空间电荷区,内电场,漂移运动,漂移电流,一个稳定的PN结，其内部的总电流为零，并且空间电荷区的宽度相对稳定,9,第6章二极管及整流电路,二、PN结的特性,1、PN结单相导电性,PN结P区电位高于N区电位的情况称为正向偏置,内电场减弱，扩散大于漂移，形成正向电流,10,第6章二极管及整流电路,PN结N区电位高于P区电位的情况称为反相偏置,内电场加强，扩散停止，少量漂移，形成较小反向电流,11,第6章二极管及整流电路,2、PN结伏安特性,反向击穿电压,反向漏电流，A级,导通压降，硅管0.6-0.8V，锗管0.2-0.3V,死区,12,第6章二极管及整流电路,3、PN结的反向击穿,热击穿,电击穿,雪崩击穿,齐纳击穿,反向电压超过7V,反向电压低于4V,4、PN结的电容效应,结电容Cj,扩散电容Cd,势垒电容Cb,反向偏置时起主导作用,正向偏置时起主导作用,13,第6章二极管及整流电路,3半导体二极管,半导体二极管是由用外壳封装起来的PN结,一、二极管的分类,按材料分类,硅半导体二极管锗半导体二极管,按结构分类,点接触型面接触型平面型,14,第6章二极管及整流电路,二、半导体二极管的伏安特性,UBR反向击穿电压,IS反向饱和电流,UON开启电压,15,第6章二极管及整流电路,三、半导体二极管的主要参数,1、最大整流电流IF,2、最大反向工作电压UDRM,3、反向电流IR,4、最高工作频率fMAX,16,第6章二极管及整流电路,四、半导体二极管的等效电路,理想等效电路,正向导通反向截至管压降为零反向电流为零,17,第6章二极管及整流电路,考虑管压降的二极管等效电路,正向导通反向截至管压降为0.7V反向电流为零,18,第6章二极管及整流电路,考虑管压降、二极管体电阻的二极管等效电路,正向导通反向截至管压降为0.7V反向电流为零体电阻rD=U/V,19,第6章二极管及整流电路,例试估算开关断开和闭合时输出电压的数值。其中电压源U1=6V，U2=12V,解：理想情况下，开关断开时，二极管因加正向电压而处于导通状态，故输出电压UO=U1=6V；开关闭合时，二极管外加反向电压处于截止状态，故输出电压UO=U2=12V。实际情况下，二极管正向导通时时导通电压UD=0.7V。开关断开时，输出电压UO=U1-UD=5.3V；开关闭合时，输出电压UO=U2=12V。,20,第6章二极管及整流电路,五、半导体二极管的应用电路,1、削峰电路,正半周二极管导通，负半周二极管截至,例,21,第6章二极管及整流电路,二极管与输出端并联,输入为正半周且幅值大于开启电压UON时，二极管导通，此时输出电压UO=UON=0.7V,例,22,第6章二极管及整流电路,串联整流电路,2、限幅电路,UR1U时，二极管导通UOU；UR1U时，二极管导通UOUR1。输出被限定在0U之间。,例,23,第6章二极管及整流电路,3、钳位电路,利用二极管导通和截至控制电容的充放电，输出电压的最大值被限定在零电平上，起到电压钳位作用。,24,第6章二极管及整流电路,4单相整流电路,交流变直流,滤掉交流部分，减小脉动系数,稳压，防止输出波动,25,第6章二极管及整流电路,一、单相半波整流电路,26,第6章二极管及整流电路,交流输入电压,输出电压瞬时值,输出电压平均值,脉动系数,27,第6章二极管及整流电路,二、单相全波整流电路,具有中心抽头的变压器与二极管配合，两个二极管分别在正负半周导通，并且导通时流经负载的电流方向一致，输入信号正负半周时负载都有输出电压。,28,第6章二极管及整流电路,单相桥式整流电路,使用的二极管比全波整流多一倍，但每个二极管所承受的反向电压比较小。,输出电压平均值,脉动系数,29,第6章二极管及整流电路,5滤波电路,一、电容滤波器,通过电容的充放电过程滤掉交流部分,经滤波电路后，输出电压的直流成分增加，而且平均值也得到提高,30,第6章二极管及整流电路,二、电感滤波器,利用电感的储能作用减小输出电压的脉动,31,第6章二极管及整流电路,三、滤波器网络,RC型滤波器,LC型滤波器,双L型滤波器,32,第6章二极管及整流电路,6稳压管及稳压电路,一、稳压二极管,稳压二极管是利用PN结的反向击穿特性来实现稳压作用的半导体元器件,特性参数：稳定电压UZ动态电阻rZ稳定电流IZ额定功耗PZ电压温度系数,33,第6章二极管及整流电路,二、稳压管稳压电路,1、输入电压不变，负载变化时,2、负载不变，输入电压发生变化时,输出电压基本保持稳定,利用稳压管所起的电流调节