半导体二极管及其应用

1、.1. 1 1 PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子 Si Si Si Si价电子价电子这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴自由电子自由电子 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子动画动画 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴动画动画载流子的两种运动载流子的两种运动扩散运动和漂移运动扩散运动和漂移运动扩散运动：电中性的半导体中，载流子从浓扩散运动：电中性的半导体中，载流子从浓 度高的区域向浓度较低区域的运动。度高

2、的区域向浓度较低区域的运动。漂移运动：在电场作用下，载流子有规则的漂移运动：在电场作用下，载流子有规则的 定向运动。定向运动。多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 +动画动画形成空间电荷区形成空间电荷区PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+动画动画+动画动画+ 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR动画动画+阴极

3、引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线( b ) 面接触型面接触型图图 1 12 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止 若二极管是理想的，若二极管是理想

4、的，例例1：D6V12V3k BAUAB+例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+V sin18itu t 动画动画UZIZIZM UZ IZ _+UIOZZ ZIUr5.3 5.3 整流电路及路滤电路整流电路及路滤电路直流稳压电源的原理方框图直流稳压电源的原理方框图功能：功能：把交流电压变成稳定的大小合适把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压的直流电压u4uou3u2u1 整流电路整流电路 将交流电压转变为脉动的直流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。等。 二极管的正向导通电

5、阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性t uDO u 负半周，负半周，VauC时，二极管导通，时，二极管导通，电源在给负载电源在给负载RL供电的供电的同时也给电容充电，同时也给电容充电， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici +aDuoubRLio= uC 二极管承受的最高反向电压为二极管承受的最高反向电压为 。UU22DRM 动画动画uoU2U2u tO tO25)(3LTCR 一般取一般取(1) (1) 输出电压的脉动程度与平均值输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间与放电时间 常数常数RLC有关。

6、有关。 近似估算取：近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波）桥式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）半波）U2 为了得到比较平直的输出电压为了得到比较平直的输出电压有电容有电容滤波滤波 无电容滤波无电容滤波0 UooIO 结论结论 因此电容滤波适合于要求因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。小且负载变化较小的场合。 RLC 越大越大O 越高，越高，IO 越越大大整流二极管导通时间越短整流二极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大的峰值电流越大。iD tuoU2 tOO例：例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频有一

7、单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率率 f=50Hz，负载电阻，负载电阻 RL = 200 ，要求直流输出电，要求直流输出电压压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。V 352522DRM UU A075020030212121LOOD.RUII uRLuo+C解：解：25V1.230 21O .UU可选用二极管可选用二极管2CP11IOM =100mA UDRM =50V 例：例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率率 f=50Hz，负载电阻，负载电阻 RL = 200 ，要求直流输出电，要求直流输出电压压U

8、o=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。取取 RLC = 5 T/2已知已知RL = 50 S 05. 025015L CR uRLuo+C解：解：2. 选择滤波电容器选择滤波电容器F250F102502000.05 0506L R.C可选用可选用C=250 F，耐压为，耐压为50V的极性电容器的极性电容器L uRLuo+C 滤波效果比滤波效果比LC滤波器更好，滤波器更好，但二极管的冲但二极管的冲击电流较大。击电流较大。 比比 形形 LC 滤波器的体积滤波器的体积小、成本低。小、成本低。L uRLuo+C2+C1R uRLu+C2+C1 N1N3C20.047 F

9、D2D3D4D12CZ12A4N2FU23A2000 F/50V+C124VFU11A直流直流24V交流交流220V交直流收扩两用机电源交直流收扩两用机电源UO = UZ IR = IO + IZUIUZRL (IO ) IR 设设UI一定，负载一定，负载RL变化变化UO 基本不变基本不变 IR (IRR) 基本不变基本不变 UO (UZ ) IZ +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流调压限流调压稳压电路稳压电路UO = UZ IR = IO + IZUIUZUI UZ UO 基本不变基本不变 IRR IZ IR +UIRL+CIOUO+uIRRDZIzZMOOIMmin IIRUU (1) UZ = UO(2) IZM= (1.5 3) ICM(3) UI = (2 3) UO(4) RIIUU ominZMOIM OMZOImin IIUU ZIIRUU OMOImin 当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压压UO 升高时，有