半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用

1、.1. 1 PN 1 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦怨矁r(jià)健共價(jià)健 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。空穴空穴自由電子自由電子 Si Si Si Sip+多多余余電電子子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)失去一個(gè)電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà) Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)載流子的兩種運(yùn)動(dòng)載流子的兩種運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：電中性的半導(dǎo)體中，載流子從濃擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：電中性的半導(dǎo)體中，載流子從濃 度高的區(qū)域向濃度較低區(qū)域的運(yùn)動(dòng)。度

2、高的區(qū)域向濃度較低區(qū)域的運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)：在電場(chǎng)作用下，載流子有規(guī)則的漂移運(yùn)動(dòng)：在電場(chǎng)作用下，載流子有規(guī)則的 定向運(yùn)動(dòng)。定向運(yùn)動(dòng)。多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差濃度差 擴(kuò)散的結(jié)果使擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。空間電荷區(qū)變寬。空間電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié)結(jié) +動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負(fù)接負(fù) 外電場(chǎng)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)PN+動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)+動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)+ 內(nèi)電場(chǎng)被加內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，少子數(shù)量很少，形成很小的反形成很小的反向電流。向電流。IR動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)+陰

3、極引線陰極引線陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線二氧化硅保護(hù)層二氧化硅保護(hù)層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金屬觸絲金屬觸絲陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型圖圖 1 12 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極( d ) 符號(hào)符號(hào)D反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止 若二極管是理想的，若二極管是理

4、想的，例例1：D6V12V3k BAUAB+例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+V sin18itu t 動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)UZIZIZM UZ IZ _+UIOZZ ZIUr5.3 5.3 整流電路及路濾電路整流電路及路濾電路直流穩(wěn)壓電源的原理方框圖直流穩(wěn)壓電源的原理方框圖功能：功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適 的直流電壓的直流電壓u4uou3u2u1 整流電路整流電路 將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。 半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。等。 二極管的正向?qū)?/p>

5、電阻為零，反向電阻為無(wú)窮大。二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。利用二極管的單向?qū)щ娦岳枚O管的單向?qū)щ娦詔 uDO u 負(fù)半周，負(fù)半周，VauC時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的供電的同時(shí)也給電容充電，同時(shí)也給電容充電， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici +aDuoubRLio= uC 二極管承受的最高反向電壓為二極管承受的最高反向電壓為 。UU22DRM 動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)uoU2U2u tO tO25)(3LTCR 一一般般取取(1) (1) 輸出電壓的脈動(dòng)程度與平均值輸出電壓的脈動(dòng)程度與平均值Uo與放電時(shí)間與放電時(shí)間 常數(shù)常數(shù)RLC有關(guān)

6、。有關(guān)。 近似估算取：近似估算?。?Uo = 1. 2 U ( 橋式、全波）橋式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）半波）U2 為了得到比較平直的輸出電壓為了得到比較平直的輸出電壓有電容濾波有電容濾波 無(wú)電容濾波無(wú)電容濾波0 UooIO 結(jié)論結(jié)論 因此電容濾波適合于要求因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化較小的場(chǎng)合。小且負(fù)載變化較小的場(chǎng)合。 RLC 越大越大O 越高，越高，IO 越越大大整流二極管導(dǎo)通時(shí)間越短整流二極管導(dǎo)通時(shí)間越短 iD 的峰值電流越大。的峰值電流越大。iD tuoU2 tOO例：例： 有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻

7、有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率率 f=50Hz，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 RL = 200 ，要求直流輸出電，要求直流輸出電壓壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。，選擇整流二極管及濾波電容器。V 352522DRM UU A075020030212121LOOD.RUII uRLuo+C解：解：25V1.230 21O .UU可選用二極管可選用二極管2CP11IOM =100mA UDRM =50V 例：例： 有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率率 f=50Hz，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 RL = 200 ，要求直流輸出電，要求直流輸出電壓

8、壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。，選擇整流二極管及濾波電容器。取取 RLC = 5 T/2已知已知RL = 50 S 05. 025015L CR uRLuo+C解：解：2. 選擇濾波電容器選擇濾波電容器F250F102502000.05 0506L R.C可選用可選用C=250 F，耐壓為，耐壓為50V的極性電容器的極性電容器L uRLuo+C 濾波效果比濾波效果比LC濾波器更好，濾波器更好，但二極管的沖但二極管的沖擊電流較大。擊電流較大。 比比 形形 LC 濾波器的體積濾波器的體積小、成本低。小、成本低。L uRLuo+C2+C1R uRLu+C2+C1 N1N3C20.047

9、 FD2D3D4D12CZ12A4N2FU23A2000 F/50V+C124VFU11A直流直流24V交流交流220V交直流收擴(kuò)兩用機(jī)電源交直流收擴(kuò)兩用機(jī)電源UO = UZ IR = IO + IZUIUZRL (IO ) IR 設(shè)設(shè)UI一定，負(fù)載一定，負(fù)載RL變化變化UO 基本不變基本不變 IR (IRR) 基本不變基本不變 UO (UZ ) IZ +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流調(diào)壓限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路UO = UZ IR = IO + IZUIUZUI UZ UO 基本不變基本不變 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 當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓壓UO 升高時(shí)，