第7章晶体二极管ppt课件

1、第第7章晶体二极管章晶体二极管 7.1晶体二极管的结构及分类晶体二极管的结构及分类 7.2二极管的特性二极管的特性 7.3二极管的主要参数二极管的主要参数 7.4二极管的简易测试二极管的简易测试 7.5二极管的应用二极管的应用 7.6滤波电路滤波电路 7.1晶体二极管的结构及分类晶体二极管的结构及分类 具有一个具有一个PN结的半导体器件称为半导体二极管或晶体二极管，结的半导体器件称为半导体二极管或晶体二极管，简称二极管。具体地说，晶体二极管是由一个简称二极管。具体地说，晶体二极管是由一个PN结加上接触电极、结加上接触电极、引线和管壳构成的。引线和管壳构成的。P区引出线叫正极，区引出线叫正极，N

2、区引出线叫负极，其结区引出线叫负极，其结构如图构如图7一一1( a )所示。二极管的符号如图所示。二极管的符号如图7一一1( b)所示。所示。 根据根据PN结接触面的大小，二极管可分为点接触型和面接触型结接触面的大小，二极管可分为点接触型和面接触型两类，如图两类，如图7一一2所示。所示。下一页返回7.1晶体二极管的结构及分类晶体二极管的结构及分类 面接触型二极管面接触型二极管(一般是硅管一般是硅管)的的PN结面积大，可以通过较大结面积大，可以通过较大的电流的电流(几百毫安至几百安几百毫安至几百安)，但是，由于其结电容大，因而，不能，但是，由于其结电容大，因而，不能用于高频电路，只适用于低频电路

3、和整流电路。用于高频电路，只适用于低频电路和整流电路。 根据所用半导体材料的不同，二极管又分为硅管和锗管两类。根据所用半导体材料的不同，二极管又分为硅管和锗管两类。 依据用途的不同，二极管又分为普通二极管、整流二极管、依据用途的不同，二极管又分为普通二极管、整流二极管、开关二极管和稳压二极管，还有光电二极管、发光二极管等。开关二极管和稳压二极管，还有光电二极管、发光二极管等。上一页下一页返回7.1晶体二极管的结构及分类晶体二极管的结构及分类 为了满足汽车等机动车中交流发电机整流电路的需要，专门为了满足汽车等机动车中交流发电机整流电路的需要，专门研制了汽车用整流二极管，分为正极管和负极管两种。正

4、极管的研制了汽车用整流二极管，分为正极管和负极管两种。正极管的外壳为负极，引出线为正极，以红色标记外壳为负极，引出线为正极，以红色标记;负极管的外壳为正极，负极管的外壳为正极，引出线为负极，以黑色标记。汽车专用硅整流二极管外形如图引出线为负极，以黑色标记。汽车专用硅整流二极管外形如图7一一3所示。所示。 按国家标准按国家标准GB249-1974规定，国产二极管的型号由五个部分规定，国产二极管的型号由五个部分组成，见表组成，见表7一一1。上一页返回7. 2二极管的特性二极管的特性7. 2.1单向导电性单向导电性 由由PN结的单向导电性可知，给二极管结的单向导电性可知，给二极管两端加正向电压时，二

5、极管处于导通状态，两端加正向电压时，二极管处于导通状态，允许通过较大的电流，其正向电阻值很小允许通过较大的电流，其正向电阻值很小;给给二极管两端加反向电压时，二极管处于截止二极管两端加反向电压时，二极管处于截止状态，允许通过的反向电流很小，其反向电状态，允许通过的反向电流很小，其反向电阻值很大。阻值很大。 当二极管负极通过灯泡与电源负极连当二极管负极通过灯泡与电源负极连接，二极管正极与电源正极连接，即给二极接，二极管正极与电源正极连接，即给二极管加上正向电压时，如图管加上正向电压时，如图7一一4(a)所示，电路所示，电路中的灯泡将发亮，说明二极管处于导通状态，中的灯泡将发亮，说明二极管处于导通

6、状态，相当于电路接通，其等效电路如图相当于电路接通，其等效电路如图7一一4(b)所所示。示。 当二极管负极与电源正极连接，二极当二极管负极与电源正极连接，二极管正极通过灯泡与电源负极连接，即给二极管正极通过灯泡与电源负极连接，即给二极管加上反向电压时，如图管加上反向电压时，如图7 -5( a)所示，电路所示，电路中的小灯泡始终不亮，说明二极管处于截止中的小灯泡始终不亮，说明二极管处于截止状态，相当于电路断开，其等效电路如图状态，相当于电路断开，其等效电路如图7一一5(b)所示。所示。下一页返回7. 2二极管的特性二极管的特性7.2.2伏安特性伏安特性 二极管的单向导电性，可用其伏安特性二极管的

7、单向导电性，可用其伏安特性来表示。将二极管按图来表示。将二极管按图7一一6连接，可以测出连接，可以测出它的伏安特性，即流过二极管中的电流和加它的伏安特性，即流过二极管中的电流和加在它两端电压之间的关系曲线。在它两端电压之间的关系曲线。 1.正向特性正向特性 二极管两端不加电压时，其电流为二极管两端不加电压时，其电流为0，故特性曲线从坐标原点开始。当外加正向电故特性曲线从坐标原点开始。当外加正向电压时，二极管内有正向电流通过。当正向电压时，二极管内有正向电流通过。当正向电压较小时，外电场不足以削弱内电场，多数压较小时，外电场不足以削弱内电场，多数载流子的扩散运动受到较大阻碍。此时，二载流子的扩散

8、运动受到较大阻碍。此时，二极管的正向电流很小，称为死区。硅管的死极管的正向电流很小，称为死区。硅管的死区电压约为区电压约为0. 5 V ,锗管的死区电压约为锗管的死区电压约为0. 1 V。上一页下一页返回7. 2二极管的特性二极管的特性 2.反向特性反向特性 当给二极管加上反向电压时，反向电流极小，可以认为二极当给二极管加上反向电压时，反向电流极小，可以认为二极管是不导通的。反向电流越小，说明二极管的反向电阻越大，反管是不导通的。反向电流越小，说明二极管的反向电阻越大，反向截止性能越好。在一定范围内，二极管反向电流基本上恒定，向截止性能越好。在一定范围内，二极管反向电流基本上恒定，与反向电压的

9、高低无关，故称为反向饱和电流。一般硅管的反向与反向电压的高低无关，故称为反向饱和电流。一般硅管的反向电流比锗管小很多电流比锗管小很多(通常硅管为几微安到几十微安，而锗管可达几通常硅管为几微安到几十微安，而锗管可达几百微安百微安)。当反向电压增加到某一值时，反向电流将突然增大，这。当反向电压增加到某一值时，反向电流将突然增大，这种现象称为反向击穿，此时的反向电压称为反向击穿电压种现象称为反向击穿，此时的反向电压称为反向击穿电压UBR。二极管发生反向击穿后，由于其反向电流突然增大，可能导致二极管发生反向击穿后，由于其反向电流突然增大，可能导致PN结烧坏，因此在二极管工作时，所加的反向电压值应小于其

10、反向结烧坏，因此在二极管工作时，所加的反向电压值应小于其反向击穿电压。击穿电压。上一页返回7. 3二极管的主要参数二极管的主要参数 1.最大整流电流最大整流电流IOM 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过的最大正最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过的最大正向平均电流。使用时通过二极管的平均电流要小于这个电流，否向平均电流。使用时通过二极管的平均电流要小于这个电流，否则，电流过大，将因则，电流过大，将因PN结过热而烧坏二极管。点接触型二极管的结过热而烧坏二极管。点接触型二极管的最大整流电流在几十毫安以下，而专门为整流电路设计的整流二最大整流电流在几十毫安以下，而专门为整流电路设计

11、的整流二极管的最大整流电流可达几个安培或更大。总之，最大整流电流极管的最大整流电流可达几个安培或更大。总之，最大整流电流的大小由的大小由PN结的面积与散热条件决定。结的面积与散热条件决定。下一页返回7. 3二极管的主要参数二极管的主要参数 2.最高反向工作电压最高反向工作电压URM 为确保二极管安全使用所允许施加的最大反向电压称为二极为确保二极管安全使用所允许施加的最大反向电压称为二极管的最高反向工作电压管的最高反向工作电压URM。一般在半导体器件手册中给出的最。一般在半导体器件手册中给出的最高反向工作电压为击穿电压的一半或三分之二例如高反向工作电压为击穿电压的一半或三分之二例如2CP10型硅

12、二型硅二极管的最高反向工作电压为极管的最高反向工作电压为25 V，而反向击穿电压约为，而反向击穿电压约为50 V点接点接触型二极管的最高反向工作电压一般是数十伏，而面接触型二极触型二极管的最高反向工作电压一般是数十伏，而面接触型二极管的最高反向工作电压可达数百伏。管的最高反向工作电压可达数百伏。 3.反向电流反向电流lR 二极管加最高反向工作电压时的反向电流二极管加最高反向工作电压时的反向电流lR是二极管质量指是二极管质量指标之一。反向电流愈大，说明二极管的单性导电性愈差，且受温标之一。反向电流愈大，说明二极管的单性导电性愈差，且受温度影响愈大度影响愈大;反之，反向电流愈小，则单向导电性愈好。

13、反之，反向电流愈小，则单向导电性愈好。上一页返回7. 4二极管的简易测试二极管的简易测试7. 4.1判断二极管的极性判断二极管的极性1.从外观上识别二极管的极性从外观上识别二极管的极性二极管的极性，有的可以从外观上进行识别，如二极管的极性，有的可以从外观上进行识别，如图图7一一8所示。所示。2.用万用表来识别二极管的极性用万用表来识别二极管的极性7.4.2判断二极管的好坏判断二极管的好坏 在判断二极管极性时，若两次测得的电在判断二极管极性时，若两次测得的电阻均很小，则二极管内部短路阻均很小，则二极管内部短路;若两次测得的若两次测得的电阻值均为无穷大，则说明二极管内部断路电阻值均为无穷大，则说明

14、二极管内部断路;若两次测得的电阻值差别甚大，则说明二极若两次测得的电阻值差别甚大，则说明二极管很好。管很好。返回7. 5二极管的应用二极管的应用7. 5.1二极管单相半波整流电路二极管单相半波整流电路 1.电路的组成及整流原理电路的组成及整流原理 图图7 -10为二极管单相半波整流电路的原为二极管单相半波整流电路的原理图，它由电源变压器理图，它由电源变压器Tr,整流二极管整流二极管D和直和直流负载电阻流负载电阻RL所组成所组成 当交流电压加在变压器一次侧时，整流当交流电压加在变压器一次侧时，整流电的交流输入电压，即为变压器二次侧电电的交流输入电压，即为变压器二次侧电压，所以压，所以 u的波形如

15、图的波形如图7一一11( a)所示所示下一页返回7. 5二极管的应用二极管的应用2.负载上的直流电压负载上的直流电压U0和电流和电流I0 经整流后，负载电压在一个周期内的平均值叫做负载的直流经整流后，负载电压在一个周期内的平均值叫做负载的直流电压，用电压，用U0表示。其值为表示。其值为:上一页下一页返回7. 5二极管的应用二极管的应用流过负载流过负载RL的直流电流的直流电流I0为为: 3.整流二极管的选择整流二极管的选择 由于二极管由于二极管D与负载与负载RL是串联的，所以流过二极管的正向电是串联的，所以流过二极管的正向电流平均值流平均值ID等于流过负载等于流过负载RL的直流电流的直流电流I0

16、 ,即即:上一页下一页返回7. 5二极管的应用二极管的应用 二极管在反向截止时，所承受的反向电压为变压器二次电压二极管在反向截止时，所承受的反向电压为变压器二次电压u，因此因此u的最大值就是二极管截止时所承受的最高反向电压，即的最大值就是二极管截止时所承受的最高反向电压，即:7. 5. 2二极管单相桥式整流电路二极管单相桥式整流电路1.电路的组成及整流原理电路的组成及整流原理 图图7一一12为二极管单相桥式整流电路原理图为二极管单相桥式整流电路原理图 当交流电压加在变压器一次侧时，整流电的交流输入电压当交流电压加在变压器一次侧时，整流电的交流输入电压u，即为变压器二次侧电压，所以即为变压器二次

17、侧电压，所以上一页下一页返回7. 5二极管的应用二极管的应用u的波形如图的波形如图7一一13( a)所示所示2.负载上的直流电压负载上的直流电压U0和电流和电流I0 由于全波工作，桥式整流电路输出电压的平均值由于全波工作，桥式整流电路输出电压的平均值u0，比半波整，比半波整流时增加了一倍，即流时增加了一倍，即 流经负载的直流电流流经负载的直流电流I0也比半波整流时增加了一倍，即也比半波整流时增加了一倍，即上一页下一页返回7. 5二极管的应用二极管的应用 3.整流二极管的选择整流二极管的选择 由于每只二极管都只在交流电的半个周期内导通，所以流过由于每只二极管都只在交流电的半个周期内导通，所以流过

18、每个二极管的电流等于负载电流的一半，即每个二极管的电流等于负载电流的一半，即 每只二极管截止时所承受的最高反向电压为每只二极管截止时所承受的最高反向电压为:上一页下一页返回7. 5二极管的应用二极管的应用7. 5. 3二极管三相桥式整流电路二极管三相桥式整流电路 1.电路的组成电路的组成 三相桥式整流电路，如图三相桥式整流电路，如图7一一14所示，所示，它由三相绕组、六个二极管和负载组成。它由三相绕组、六个二极管和负载组成。 2.整流原理整流原理 由于由于D1,D3,D5三只二极管是共负极接三只二极管是共负极接法，所以只有当某一只二极管的正极电位比法，所以只有当某一只二极管的正极电位比其他两只

19、正极电位高时，该管才导通。而其他两只正极电位高时，该管才导通。而D2 D4 , D6三只二极管是共正极接法，只有当某三只二极管是共正极接法，只有当某一只二极管的负极电位比其他两只负极电位一只二极管的负极电位比其他两只负极电位更低时，该管才能导通。在同一时刻，每组更低时，该管才能导通。在同一时刻，每组中各有一只二极管导通。中各有一只二极管导通。 交流发电机三相定子绕组或电源变压器交流发电机三相定子绕组或电源变压器二次侧绕组输出的三相电压，二次侧绕组输出的三相电压，ua，ub,uc的波的波形如图形如图7一一15( a)所示所示上一页下一页返回7. 5二极管的应用二极管的应用3.电量关系电量关系(1

20、)三相桥式整流电路输出电压脉动较小，其平均值为三相桥式整流电路输出电压脉动较小，其平均值为(2)负载电流负载电流i0的平均值的平均值I0为为:(3)流过每只二极管的平均电流流过每只二极管的平均电流ID，为，为:上一页下一页返回7. 5二极管的应用二极管的应用(4)每只二极管承受的最高反向电压为二次侧线电压的最大值，即每只二极管承受的最高反向电压为二次侧线电压的最大值，即:上一页返回7. 6滤波电路滤波电路7. 6.1电容滤波电路电容滤波电路 电容滤波器，又称电容滤波器，又称C型滤波器，实际上型滤波器，实际上就是在整流电路负载就是在整流电路负载RL的两端并联一个电容的两端并联一个电容器构成的。图

21、器构成的。图7一一17就是带电容滤波器的单相就是带电容滤波器的单相半波整流电容滤波电路半波整流电容滤波电路 经电容器滤波后的电压波形如图经电容器滤波后的电压波形如图7一一18所示所示 由波形图可见由波形图可见:没有电容器时，负载没有电容器时，负载RL上的电压是半波上的电压是半波(图中虚线所示图中虚线所示)，有了电容器，有了电容器以后，在原来没有电压的负半周内也有了电以后，在原来没有电压的负半周内也有了电压。这个电压是靠电容器放电供给的。负载压。这个电压是靠电容器放电供给的。负载上的电压波形比没有电容器以前要平滑得多。上的电压波形比没有电容器以前要平滑得多。下一页返回7. 6滤波电路滤波电路7.

22、6.2电感滤波电路电感滤波电路 电感滤波电路是在整流电路的输出端与电感滤波电路是在整流电路的输出端与负载电阻负载电阻RL之间串联一个电感线圈之间串联一个电感线圈L,图图7一一20所示是单相桥式整流电感滤波电路所示是单相桥式整流电感滤波电路 由电感线圈的特性可知，当电流变化时，由电感线圈的特性可知，当电流变化时，电感线圈中所产生的自感电动势是阻止电流电感线圈中所产生的自感电动势是阻止电流变化的。当整流后输出脉动直流电的电流增变化的。当整流后输出脉动直流电的电流增大时，线圈中将产生与电流方向相反的自感大时，线圈中将产生与电流方向相反的自感电流，阻止电流的增大，同时将一部分电能电流，阻止电流的增大，

23、同时将一部分电能转化成磁能储存在电感中。当输出的电流减转化成磁能储存在电感中。当输出的电流减小时，线圈中产生与电流方向一致的自感电小时，线圈中产生与电流方向一致的自感电流，阻止电流减小，同时释放出储存的能量，流，阻止电流减小，同时释放出储存的能量，以补偿电流的减小。因此经电感滤波后，负以补偿电流的减小。因此经电感滤波后，负载电流和电压的脉动减小，波形变得平滑。载电流和电压的脉动减小，波形变得平滑。L愈大，滤波效果愈好。电感滤波输出的波形愈大，滤波效果愈好。电感滤波输出的波形如图如图7 -21所示所示上一页下一页返回7. 6滤波电路滤波电路7.6.3复式滤波电路复式滤波电路 复式滤波电路是由两种或两种以上滤波复式滤波电路是由两种或两种以上滤波元件组成的滤波电路元件组成的滤波电路 图图7 - 22所示为带有所示为带有LC滤波器的单相桥滤波器的单相桥式整流滤波电路式整流滤波电路 在这种滤波电路中，整流后输出的脉动在这种滤波电路中，整流后输出的脉动直流电，经过线圈直流电，经过线圈L和电容器和电容器C双重滤波，因双重滤波，因此负载电阻此负载电阻RL上的直流电压就更加平稳。上的直流电压就更加平稳。 图图7 - 23所示为带有所示为带有 型滤波器的单相型滤波器的单相桥式整流滤波电路。其滤波效果很好，适用桥式整流滤波电路。其滤波效果很好