北京交通大學(xué)電工第六章

第6章半導(dǎo)體二極管和整流電路6.3濾波電路6.4穩(wěn)壓管及其穩(wěn)壓電路6.5集成穩(wěn)壓器6.2二極管整流電路6.1PN結(jié)和半導(dǎo)體二極管電子技術(shù)是十九世紀(jì)末、二十世紀(jì)初開始發(fā)展起來的新興技術(shù)，二十世紀(jì)發(fā)展最迅速，應(yīng)用最廣泛，成為近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。進(jìn)入21世紀(jì)，人們面臨的是以微電子技術(shù)（半導(dǎo)體和集成電路為代表）電子計(jì)算機(jī)和因特網(wǎng)為標(biāo)志的信息社會(huì)。高科技的廣泛應(yīng)用使社會(huì)生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)獲得了空前的發(fā)展。現(xiàn)代電子技術(shù)在國防、科學(xué)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、通訊（信息處理、傳輸和交流）及文化生活等各個(gè)領(lǐng)域中都起著巨大的作用?，F(xiàn)在的世界，電子技術(shù)無處不在：收音機(jī)、彩電、音響、VCD、DVD、電子手表、數(shù)碼相機(jī)、微電腦、大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)流水線、因特網(wǎng)、機(jī)器人、航天飛機(jī)、宇宙探測儀，可以說，人們現(xiàn)在生活在電子世界中，一天也離不開它。

電子技術(shù)的應(yīng)用基本器件的兩個(gè)發(fā)展階段分立元件階段（1905～1959）真空電子管、半導(dǎo)體晶體管集成電路階段（1959～）SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI主要階段概述第一代電子

產(chǎn)品以電子管為核心。四十年代末世界上誕生了第一只半導(dǎo)體三極管，它以小巧、輕便、省電、壽

命長等特點(diǎn)，很快地被各國應(yīng)用起來，在很大范圍內(nèi)取代了電子管。五十年代末期，世界上出現(xiàn)了第一塊集成電路，它把許多晶體管等電子元件集成在一塊硅芯片上，使電子產(chǎn)品向更小型化發(fā)展。集成電路從小規(guī)模集成電路迅速發(fā)展到大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路，從而使電子產(chǎn)品向著高效能低消耗、高精度、高穩(wěn)定、智能化的方向發(fā)展。

分立元件階段電子管時(shí)代（1905～1948）1905年愛因斯坦闡述相對(duì)論——E＝mc21906年亞歷山德森研制成高頻交流發(fā)電機(jī)德福雷斯特在弗菜明二極管上加?xùn)艠O，制威第一只三極管1912年阿諾德和蘭米爾研制出高真空電子管1917年坎貝爾研制成濾波器1922年弗里斯研制成第一臺(tái)超外差無線電收音機(jī)1934年勞倫斯研制成回旋加速器1940年帕全森和洛弗爾研制成電子模擬計(jì)算機(jī)1947年肖克萊、巴丁和布拉頓發(fā)明晶體管；香農(nóng)奠定信息論的基礎(chǔ)

真空電子管分立元件階段晶體管時(shí)代（1948～1959）1947年貝爾實(shí)驗(yàn)室的巴丁、布拉頓和肖克萊研制成第一個(gè)點(diǎn)接觸型晶體管1948年貝爾實(shí)驗(yàn)室的香農(nóng)發(fā)表信息論的論文，英國采用EDSAG計(jì)算機(jī)，這是最早的一種存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)1949年諾伊曼提出自動(dòng)傳輸機(jī)的概念1950年麻省理工學(xué)院的福雷斯特研制成磁心存儲(chǔ)器1952年美國爆炸第一顆氫彈1954年貝爾實(shí)驗(yàn)室研制太陽能電池和單晶硅1957年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星1958年美國得克薩斯儀器公司和仙童公司宣布研制成第一個(gè)集成電路巴?。?908年5月23日生于威斯康星州麥迪遜城，1923年入威斯康星大學(xué)電機(jī)工程系就學(xué)，畢業(yè)后即留在該校擔(dān)任電機(jī)工程研究助理。1930-1933年在匹茲堡海灣實(shí)驗(yàn)研究所從事地球磁場及重力場勘測方法的研究。1928年獲威斯康星大學(xué)理學(xué)士學(xué)位，1929年獲碩士學(xué)位。1936年獲普林斯頓大學(xué)博士學(xué)位。1933年到普林斯頓大學(xué)，在E·P·維格納的指導(dǎo)下，從事固態(tài)理論的研究。1935-1938年任哈佛大學(xué)研究員。1936年以《金屬功函數(shù)理論》的論文從普林斯頓大學(xué)獲得哲學(xué)博士學(xué)位。1938-1941年任明尼蘇達(dá)大學(xué)物理學(xué)助理教授，1941-1945年在華盛頓海軍軍械實(shí)驗(yàn)室工作，1945-1951年在貝爾電話公司實(shí)驗(yàn)研究所研究半導(dǎo)體及金屬的導(dǎo)電機(jī)制、半導(dǎo)體表面性能等基本問題。1947年和其同事W·H·布喇頓共同發(fā)明第一個(gè)半導(dǎo)體三極管，一個(gè)月后，W·肖克萊發(fā)明PN結(jié)晶體管。這一發(fā)明使他們?nèi)双@得1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，巴丁并被選為美國科學(xué)院院士。1951年迄今，他同時(shí)任伊利諾伊大學(xué)物理系和電機(jī)工程系教授。他和L·N·庫珀、J·R·施里弗合作，于1957年提出低溫超導(dǎo)理論(BCS理論)，為此，他們?nèi)吮皇谟?972年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，在同一領(lǐng)域(固態(tài)理論)中，一個(gè)人兩次獲得諾貝爾獎(jiǎng)，歷史上還是第一次。

集成電路階段時(shí)期規(guī)模集成度（元件數(shù)）50年代末小規(guī)模集成電路（SSI）10060年代中規(guī)模集成電路（MSI）100070年代大規(guī)模集成電路（LSI）>100070年代末超大規(guī)模集成電路（VLSI）1000080年代特大規(guī)模集成電路（ULSI）>100000自1958年第一塊集成元件問世以來，集成電路已經(jīng)跨越了小、中、大、超大、特大、巨大規(guī)模幾個(gè)臺(tái)階，集成度平均每2年提高近3倍。隨著集成度的提高，器件尺寸不斷減小。1985年，1兆位ULSI的集成度達(dá)到200萬個(gè)元件，器件條寬僅為1微米；1992年，16兆位的芯片集成度達(dá)到了3200萬個(gè)元件，條寬減到0.5微米，而后的64兆位芯片，其條寬僅為0.3微米。集成電路階段集成電路制造技術(shù)的發(fā)展日新月異，其中最具有代表性的集成電路芯片主要包括以下幾類，它們構(gòu)成了現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的基石?？删幊踢壿嬈骷≒LD）微控制芯片（MCU）數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）大規(guī)模存儲(chǔ)芯片（RAM/ROM）IBM7090電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展伴隨著電子技術(shù)的發(fā)展而飛速發(fā)展起來的電子計(jì)算機(jī)所經(jīng)歷的四個(gè)階段充分說明了電子技術(shù)發(fā)展的四個(gè)階段的特性。第一代（1946～1957）電子管計(jì)算機(jī)第二代（1958～1963）晶體管計(jì)算機(jī)第三代（1964～1970）集成電路計(jì)算機(jī)第四代（1971～）大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)于1946年在美國研制成功，取名ENIAC。這臺(tái)計(jì)算機(jī)使用了18800個(gè)電子管，占地170平方米，重達(dá)30噸，耗電140千瓦，價(jià)格40多萬美元，是一個(gè)昂貴耗電的"龐然大物"。由于它采用了電子線路來執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和存儲(chǔ)信息，從而就大大提高了運(yùn)算速度。ENIAC每秒可進(jìn)行5000次加法和減法運(yùn)算，把計(jì)算一條彈道的時(shí)間短為30秒。它最初被專門用于彈道運(yùn)算，后來經(jīng)過多次改進(jìn)而成為能進(jìn)行各種科學(xué)計(jì)算的通用電子計(jì)算機(jī)。從1946年2月交付使用，到1955年10月最后切斷電源，ENIAC服役長達(dá)9年。IBM360晶體管計(jì)算機(jī)ENIAC品牌電腦IBM7090ENIAC電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展IBM360晶體管計(jì)算機(jī)品牌電腦第一代（1946～1957）電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代：它的基本電子元件是電子管，內(nèi)存儲(chǔ)器采用水銀延遲線，外存儲(chǔ)器主要采用磁鼓、紙帶、卡片、磁帶等。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的限制，運(yùn)算速度只是每秒幾千次~幾萬次基本運(yùn)算，內(nèi)存容量僅幾千個(gè)字。程序語言處于最低階段，主要使用二進(jìn)制表示的機(jī)器語言編程，后階段采用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。體積大，耗電多，速度低，造價(jià)高，使用不便，主要局限于一些軍事和科研部門進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。（ENIAC）第二代（1958～1963）晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代：它的基本電子元件是晶體管，內(nèi)存儲(chǔ)器大量使用磁性材料制成的磁芯存儲(chǔ)器。與第一代電子管計(jì)算機(jī)相比，晶體管計(jì)算機(jī)體積小，耗電少，成本低，邏輯功能強(qiáng)，使用方便，可靠性高

。（IBM7090）第三代（1964～1970）集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代：它的基本元件是小規(guī)模集成電路和中規(guī)模集成電路，磁芯存儲(chǔ)器進(jìn)一步發(fā)展，并開始采用性能更好的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，運(yùn)算速度提高到每秒幾十萬次基本運(yùn)算。由于采用了集成電路，第三代計(jì)算機(jī)各方面性能都有了極大提高：體積縮小，價(jià)格降低，功能增強(qiáng)，可靠性大大提高。（IBM360系列為代表）第四代（1971～）大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代：它的基本元件是大規(guī)模集成電路，甚至超大規(guī)模集成電路，集成度很高的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器替代了磁芯存儲(chǔ)器，運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百萬次，甚至上億次基本運(yùn)算。具有體積小、功能強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。EDA技術(shù)術(shù)電子設(shè)計(jì)技技術(shù)的核心心就是EDA技術(shù)。。EDA是是指以計(jì)算算機(jī)為工作作平臺(tái)，融融合應(yīng)用電電子技術(shù)、、計(jì)算機(jī)技技術(shù)、智能能化技術(shù)最最新成果而而研制成的的電子CAD通用軟軟件包，主主要能輔助助進(jìn)行三方方面的設(shè)計(jì)計(jì)工作，即即IC設(shè)計(jì)計(jì)、電子電電路設(shè)計(jì)和和PCB設(shè)設(shè)計(jì)。電子系統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì)自動(dòng)化化(ESDA)階段段（90年代以后后）：設(shè)計(jì)計(jì)人員按照照“自頂向向下”的設(shè)設(shè)計(jì)方法，，對(duì)整個(gè)系系統(tǒng)進(jìn)行方方案設(shè)計(jì)和和功能劃分分，系統(tǒng)的的關(guān)鍵電路路用一片或或幾片專用用集成電路路（ASIC）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，然后采采用硬件描描述語言（（HDL））完成系統(tǒng)統(tǒng)行為級(jí)設(shè)設(shè)計(jì)，最后后通過綜合合器和適配配器生成最最終的目標(biāo)標(biāo)器件。EDA技術(shù)術(shù)發(fā)展的三三個(gè)階段：：計(jì)算機(jī)輔助助設(shè)計(jì)(CAD)階階段（70年代））：用計(jì)算算機(jī)輔助進(jìn)進(jìn)行IC版版圖編輯、、PCB布布局布線，，取代了手手工操作。。計(jì)算機(jī)輔助助工程(CAE)階階段（80年代））：與CAD相比，，CAE除除了有純粹粹的圖形繪繪制功能外外，又增加加了電路功功能設(shè)計(jì)和和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)，并且通通過電氣連連接網(wǎng)絡(luò)表表將兩者結(jié)結(jié)合在一起起，實(shí)現(xiàn)了了工程設(shè)計(jì)計(jì)。CAE的主要功功能是：原原理圖輸入入，邏輯仿仿真，電路路分析，自自動(dòng)布局布布線，PCB后分析析。ARM開發(fā)板納米電子技技術(shù)納米電子學(xué)主主要在納米尺尺度空間內(nèi)研研究電子、原原子和分子運(yùn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特特性，研究納納米尺度空間間內(nèi)的納米膜膜、納米線。。納米點(diǎn)和納納米點(diǎn)陣構(gòu)成成的基于量子子特性的納米米電子器件的的電子學(xué)功能能、特性以及及加工組裝技技術(shù)。其性能能涉及放大、、振蕩、脈沖沖技術(shù)、運(yùn)算算處理和讀寫寫等基本問題題。其新原理理主要基于電電子的波動(dòng)性性、電子的量量子隧道效應(yīng)應(yīng)、電子能級(jí)級(jí)的不連續(xù)性性、量子尺寸寸效應(yīng)和統(tǒng)計(jì)計(jì)漲落特性等等。從微電子技術(shù)術(shù)到納米電子子器件將是電電子器件發(fā)展展的第二次變變革，與從真真空管到晶體體管的第一次次變革相比，，它含有更深深刻的理論意意義和豐富的的科技內(nèi)容。。在這次變革革中，傳統(tǒng)理理論將不再適適用，需要發(fā)發(fā)展新的理論論，并探索出出相應(yīng)的材料料和技術(shù)。第6章半導(dǎo)導(dǎo)體二極管和和整流電路本章要求：一、理解PN結(jié)的單向?qū)?dǎo)電性；二、了解二極極管、穩(wěn)壓管管的基本構(gòu)造造、工作原理理和特特性曲線，，理解主要參參數(shù)的意義；；三、會(huì)分析含含有二極管的的電路。學(xué)會(huì)用工程觀觀點(diǎn)分析問題題，就是根據(jù)據(jù)實(shí)際情況，，對(duì)器件的數(shù)數(shù)學(xué)模型和電電路的工作條條件進(jìn)行合理理的近似，以以便用簡便的的分析方法獲獲得具有實(shí)際際意義的結(jié)果果。對(duì)電路進(jìn)行分分析計(jì)算時(shí)，，只要能滿足足技術(shù)指標(biāo)，，就不要過分分追究精確的的數(shù)值。器件是非線性性的、特性有有分散性、RC的值有誤差、、工程上允許許一定的誤差差、采用合理理估算的方法法。對(duì)于元器件，，重點(diǎn)放在特特性、參數(shù)、、技術(shù)指標(biāo)和和正確使用方方法，不要過過分追究其內(nèi)內(nèi)部機(jī)理。討討論器件的目目的在于應(yīng)用用。6.1PN結(jié)和半導(dǎo)導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體的導(dǎo)電電特性：(可做成溫度度敏感元件，，如熱敏電阻阻)。摻雜性：往純凈的半導(dǎo)導(dǎo)體中摻入某某些雜質(zhì)，導(dǎo)導(dǎo)電能力明顯改變變(可做成各種種不同用途的的半導(dǎo)體器件，如二二極管、三極極管和晶閘管管等）。光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)時(shí)，導(dǎo)電能力力明顯變化(可做成各種光敏元元件，如光敏敏電阻、光敏敏二極管、光敏三極極管等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升升高時(shí)，導(dǎo)電電能力顯著增增強(qiáng)本征半導(dǎo)體完全純凈的、、具有晶體結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體體，稱為本征征半導(dǎo)體。晶體中原子的的排列方式硅單晶中的共共價(jià)健結(jié)構(gòu)共價(jià)健共價(jià)鍵中的兩兩個(gè)電子，稱稱為價(jià)電子。

Si

Si

Si

Si價(jià)電子

Si

Si

Si

Si價(jià)電子價(jià)電子在獲得得一定能量（（溫度升高或或受光照）后后，即可掙脫脫原子核的束束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），，同時(shí)共價(jià)鍵鍵中留下一個(gè)個(gè)空位，稱為為空穴（帶正電）。本征半導(dǎo)體的的導(dǎo)電機(jī)理這一現(xiàn)象稱為為本征激發(fā)。。空穴溫度愈高，晶晶體中產(chǎn)生的的自由電子便便愈多。自由電子在外電場的作作用下，空穴穴吸引相鄰原原子的價(jià)電子子來填補(bǔ)，而而在該原子中中出現(xiàn)一個(gè)空空穴，其結(jié)果果相當(dāng)于空穴穴的運(yùn)動(dòng)（相相當(dāng)于正電荷荷的移動(dòng)）。。本征半導(dǎo)體的的導(dǎo)電機(jī)理當(dāng)半導(dǎo)體兩端端加上外電壓壓時(shí)，在半導(dǎo)導(dǎo)體中將出現(xiàn)現(xiàn)兩部分電流流(1)自由電子作定定向運(yùn)動(dòng)電子電流(2)價(jià)電子遞補(bǔ)空空穴空穴電流注意：(1)本征征半導(dǎo)體中載載流子數(shù)目極極少,其導(dǎo)導(dǎo)電性能很差差；(2)溫度度愈高，載載流子的數(shù)目目愈多,半導(dǎo)導(dǎo)體的導(dǎo)電性性能也就愈好好。所以，溫度對(duì)對(duì)半導(dǎo)體器件件性能影響很很大。自由電子和空穴都稱為載載流子。自由電子和空穴成對(duì)地產(chǎn)產(chǎn)生的同時(shí)，，又不斷復(fù)合合。在一定溫溫度下，載流流子的產(chǎn)生和和復(fù)合達(dá)到動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡，半半導(dǎo)體中載流流子便維持一一定的數(shù)目。。N型半導(dǎo)體和和P型半半導(dǎo)體摻雜后自由電電子數(shù)目大量量增加，自由由電子導(dǎo)電成成為這種半導(dǎo)導(dǎo)體的主要導(dǎo)導(dǎo)電方式，稱稱為電子半導(dǎo)導(dǎo)體或N型半半導(dǎo)體。摻入五價(jià)元素素

Si

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Sip+多余電子磷原子在常溫下即可可變?yōu)樽杂呻婋娮邮ヒ粋€(gè)電子子變?yōu)檎x子子在本征半導(dǎo)體體中摻入微量量的雜質(zhì)（某某種元素）,形成雜質(zhì)半半導(dǎo)體。在N型半導(dǎo)體中自由電子是多多數(shù)載流子，，空穴是少數(shù)數(shù)載流子。N型半導(dǎo)體和和P型半半導(dǎo)體摻雜后空穴數(shù)數(shù)目大量增加加，空穴導(dǎo)電電成為這種半半導(dǎo)體的主要要導(dǎo)電方式，，稱為空穴半半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。。摻入三價(jià)元素素

Si

Si

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Si在P型半導(dǎo)體體中空穴是多數(shù)載載流子，自由由電子是少數(shù)數(shù)載流子。B–硼原子接受一個(gè)電子子變?yōu)樨?fù)離子子空穴無論N型或P型半導(dǎo)體都是是中性的，對(duì)對(duì)外不顯電性性。1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體體中多子的數(shù)數(shù)量與（a.摻雜雜濃度、b.溫度）有關(guān)關(guān)。2.在雜雜質(zhì)半導(dǎo)體中中少子的數(shù)量量與（a.摻雜雜濃度、b.溫度）有關(guān)關(guān)。3.當(dāng)溫溫度升高時(shí)，，少子的數(shù)量量（a.減少少、b.不不變、c.增增多）。abc4.在外外加電壓的作作用下，P型型半導(dǎo)體中中的電流主要是，N型半導(dǎo)導(dǎo)體中的電流流主要是。。（a.電子子電流、b.空穴電流））baPN結(jié)的形成成多子的擴(kuò)散運(yùn)運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場少子的漂移運(yùn)運(yùn)動(dòng)濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體內(nèi)電場越強(qiáng)，，漂移運(yùn)動(dòng)越越強(qiáng)，而漂移移使空間電荷荷區(qū)變薄。擴(kuò)散的結(jié)果使使空間電荷區(qū)區(qū)變寬。空間電荷區(qū)也也稱PN結(jié)結(jié)擴(kuò)散和漂移這這一對(duì)相反的的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡衡，空間電荷荷區(qū)的厚度固固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空間電荷荷區(qū)PN結(jié)的單向向?qū)щ娦?.PN結(jié)加正向向電壓（正向偏置））PN結(jié)變窄窄P接正、N接接負(fù)外電場IF內(nèi)電場被削弱弱，多子的擴(kuò)擴(kuò)散加強(qiáng)，形形成較大的擴(kuò)擴(kuò)散電流。PN結(jié)加正正向電壓時(shí)，，PN結(jié)變窄，，正向電流較較大，正向電電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)導(dǎo)通狀態(tài)。內(nèi)電場PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–PN結(jié)變寬寬2.PN結(jié)加反向向電壓（反向偏置））外電場內(nèi)電場被加強(qiáng)強(qiáng)，少子的漂漂移加強(qiáng)，由由于少子數(shù)量量很少，形成成很小的反向向電流。IRP接負(fù)、N接接正溫度越高少子子的數(shù)目越多多，反向電流流將隨溫度增增加。–+PN結(jié)加反反向電壓時(shí)，，PN結(jié)變寬，，反向電流較較小，反向電電阻較大，PN結(jié)處于截截止?fàn)顟B(tài)。內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－6.1.2半導(dǎo)體二極管管基本結(jié)構(gòu)(a)點(diǎn)接接觸型(b)面接觸觸型結(jié)面積小、結(jié)結(jié)電容小、正正向電流小。。用于檢波和和變頻等高頻頻電路。結(jié)面積大、正正向電流大、、結(jié)電容大，，用于工頻大大電流整流電電路。(c)平面面型用于集成電路路制作工藝中中。PN結(jié)結(jié)結(jié)面積可大可可小，用于高高頻整流和開開關(guān)電路中。。陰極引線陽極引線二氧化硅保護(hù)層P型硅N型硅(

c

)平面型金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼(

a)點(diǎn)接觸型鋁合金小球N型硅陽極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線(

b)面接觸型圖1–12半半導(dǎo)體二極管管的結(jié)構(gòu)和符符號(hào)二極管的結(jié)構(gòu)構(gòu)示意圖陰極陽極(

d

)符號(hào)D伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降外加電壓大于于死區(qū)電壓二二極管才能導(dǎo)導(dǎo)通。外加電壓大于于反向擊穿電電壓二極管被被擊穿，失去去單向?qū)щ娦孕?。正向特性反向特性特點(diǎn)：非線性性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。主要參數(shù)1.最大整流電流流IOM二極管長期期使用時(shí)，，允許流過過二極管的的最大正向向平均電流流。2.反向工作峰峰值電壓URWM是保證二極極管不被擊擊穿而給出出的反向峰峰值電壓，，一般是二二極管反向向擊穿電壓壓UBR的一半或三三分之二。。二極管擊擊穿后單向向?qū)щ娦员槐黄茐?，甚甚至過熱而而燒壞。3.反向峰值電電流IRM指二極管加加最高反向向工作電壓壓時(shí)的反向向電流。反反向電流大大，說明管管子的單向向?qū)щ娦圆畈?，IRM受溫度的影影響，溫度度越高反向向電流越大大。硅管的的反向電流流較小，鍺管的反向向電流較大大，為硅管管的幾十到到幾百倍。。二極管的單向?qū)щ婋娦?.二二極管加正正向電壓（（正向偏置置，陽極接接正、陰極極接負(fù)））時(shí)，二二極管處于于正向?qū)ㄍ顟B(tài)，二二極管正向向電阻較小小，正向電電流較大。。2.二二極管加反反向電壓（（反向偏置置，陽極接接負(fù)、陰極極接正））時(shí)，二二極管處于于反向截止止?fàn)顟B(tài)，二二極管反向向電阻較大大，反向電電流很小。。3.外加加電壓大于于反向擊穿穿電壓二極極管被擊穿穿，失去單單向?qū)щ娦孕浴?.二極極管的反向向電流受溫溫度的影響響，溫度愈愈高反向電電流愈大。。二極管電路路分析舉例例定性分析：：判斷二極管管的工作狀狀態(tài)導(dǎo)通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V分析方法：：將二極管斷斷開，分析析二極管兩兩端電位的高低或所所加電壓UD的正負(fù)。若V陽>V陰或UD為正(正正向偏置)，二極極管導(dǎo)通若V陽<V陰或UD為負(fù)(反反向偏置)，二極極管截止若二極管是是理想的，，正向?qū)〞r(shí)時(shí)正向管壓壓降為零，，反向截止止時(shí)二極管管相當(dāng)于斷斷開。電路如圖，，求：UABV陽=－6VV陰=－12VV陽>V陰二極管導(dǎo)通通若忽略管壓壓降，二極極管可看作作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個(gè)管壓壓降，為－－6.3ＶＶ或－6.7V例1：取B點(diǎn)點(diǎn)作參考點(diǎn)點(diǎn)，斷開二二極管，分分析二極管管陽極和陰陰極的電位位。在這里，二二極管起鉗鉗位作用。。D6V12V3kBAUAB+–兩個(gè)二極管管的陰極接接在一起取B點(diǎn)點(diǎn)作參考點(diǎn)點(diǎn)，斷開二二極管，分分析二極管管陽極和陰陰極的電位位。V1陽=－6V，V2陽=0V，，V1陰=V2陰=－12VUD1=6V，，UD2=12V∵UD2>UD1∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，，D1截止。若忽略管壓壓降，二極極管可看作作短路，UAB=0V例2:D1承受反向電電壓為－6V流過D2的電流為求：UAB在這里，D2起鉗位作用用，D1起隔離作用用。BD16V12V3kAD2UAB+–ui>8V，，二極管導(dǎo)導(dǎo)通，可看看作短路uo=8Vui<8V，，二極管截截止，可看看作開路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例3：二極管的用用途：整流、檢波波、限幅、鉗位位、開關(guān)、元件保保護(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)鹊取i18V參考點(diǎn)二極管陰極極電位為8VD8VRuoui++––6.2二二極管整流電路整流電路的的作用:將交流電壓壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}脈動(dòng)的直流流電壓。常見的整流流電路：半波、全波波、橋式和和倍壓整流流；單相和和三相整流流等。分析時(shí)可把把二極管當(dāng)當(dāng)作理想元元件處理：：二極管的正正向?qū)婋娮铻榱?，，反向電阻阻為無窮大大。整流原理：：利用二極管管的單向?qū)?dǎo)電性電力整流器器uDO單相半波整整流電路2.工作作原理u正半周，Va>Vb，二極管D導(dǎo)通；3.工作作波形u負(fù)半周，Va<Vb，二極管D截止。1.電路路結(jié)構(gòu)–++–aTrDuoubRLioutOuoO4.參參數(shù)計(jì)算(1)整整流電壓平平均值Uo(2)整整流電流平平均值Io(3)流流過每管電電流平均值值ID(4)每每管管承承受受的的最最高高反反向向電電壓壓UDRM(5)變變壓壓器器副副邊邊電電流流有有效效值值I5.整整流流二二極極管管的的選選擇擇平均均電電流流ID與最最高高反反向向電電壓壓UDRM是選選擇擇整整流流二二極極管管的的主主要要依依據(jù)據(jù)。。選管管時(shí)時(shí)應(yīng)應(yīng)滿滿足足：：IOMID，URWMUDRM單相相橋橋式式全全波波整整流流電電路路2.工工作作原原理理分別別導(dǎo)導(dǎo)通通3.工工作作波波形形uD2uD41.電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)－uouDttRLuiouo1234ab+–+–－uuD1uD3例1：：單相相橋橋式式整整流流電電路路，，已已知知交交流流電電網(wǎng)網(wǎng)電電壓壓為為220V，，負(fù)負(fù)載載電電阻阻RL=50，，負(fù)負(fù)載載電電壓壓Uo=100V，，試求求變變壓壓器器的的變變比比和和容容量量，，并并選選擇擇二二極極管管。。I=1.11Io=21.11=2.2A變壓壓器器副副邊邊電電流流有有效效值值變壓壓器器容容量量S=UI=1222.2=207.8VA變壓壓器器副副邊邊電電壓壓U122V可選選用用二二極極管管2CZ11C，，其其最最大大整整流流電電流流為為1A，，反反向向工工作作峰峰值值電電壓壓為為300V。。例2：：試分分析析圖圖示示橋橋式式整整流流電電路路中中的的二二極極管管D2或D4斷開開時(shí)時(shí)負(fù)負(fù)載載電電壓壓的的波波形形。。如果果D2或D4接反反，，后后果果如如何何？？如果果D2或D4因擊擊穿穿或或燒燒壞壞而而短短路路，，后后果果又又如如何何？？uo+_~u+_RLD2D4D1D3解：：當(dāng)D2或D4斷開開后后電路路為為單單相相半半波波整整流流電電路路。。正正半半周周時(shí)時(shí)，，D1和D3導(dǎo)通通，，負(fù)負(fù)載載中中有有電電流流過，，負(fù)負(fù)載載電電壓壓uo=u；負(fù)負(fù)半半周周時(shí)時(shí)，，D1和D3截止止，，負(fù)負(fù)載載中中無無電電流流通通過，，負(fù)負(fù)載載兩兩端端無無電電壓壓，，uo=0。。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo如果果D2或D4接反反則正正半半周周時(shí)時(shí)，，二二極極管管D1、D4或D2、D3導(dǎo)通通，，電電流流經(jīng)經(jīng)D1、D4或D2、D3而造造成成電電源源短短路路，，電電流流很很大大，，因因此此變變壓壓器器及及D1、D4或D2、D3將被被燒燒壞壞。。如果果D2或D4因擊擊穿穿燒燒壞壞而而短短路路則正正半半周周時(shí)時(shí)，，情情況況與與D2或D4接反反類類似似，，電電源源及及D1或D3也將將因因電電流流過過大大而而燒燒壞壞。。uo+_~u+_RLD2D4D1D36.3濾波波電電路路交流流電電壓壓經(jīng)經(jīng)整整流流電電路路整整流流后后輸輸出出的的是是脈脈動(dòng)動(dòng)直直流流，，其其中中既既有有直直流流成成份份又又有有交交流流成成份份。。濾波波原原理理：：濾波波電電路路利利用用儲(chǔ)儲(chǔ)能能元元件件電電容容兩兩端端的的電電壓壓(或或通通過過電電感感中中的的電電流流)不不能能突突變變的的特特性性,濾濾掉掉整整流流電電路路輸輸出出電電壓壓中中的的交交流流成成份份，，保保留留其其直直流流成成份份，，達(dá)達(dá)到到平平滑滑輸輸出出電電壓壓波波形形的的目目的的。。方法法：：將電電容容與與負(fù)負(fù)載載RL并聯(lián)聯(lián)(或?qū)㈦婋姼懈信c與負(fù)負(fù)載載RL串聯(lián)聯(lián))。。電力力濾濾波波電容容濾濾波波電電路路1.電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)2.工工作作原原理理u>uC時(shí)，，二二極極管管導(dǎo)導(dǎo)通通，，電源源在在給給負(fù)負(fù)載載RL供電電的的同同時(shí)時(shí)也也給給電電容容充充電電，，uC增加加，，uo=uC。u<uC時(shí)，二二極管管截止止，電電容通通過負(fù)負(fù)載RL放電，，uC按指數(shù)數(shù)規(guī)律律下降降，uo=uC。+Cici–++–aDuoubRLio=uC3.工工作波波形二極管管承受受的最最高反反向電電壓為為。。uoutOtO4.電電容濾濾波電電路的的特點(diǎn)點(diǎn)(T—電源電電壓的的周期期)(1)輸輸出電電壓的的脈動(dòng)動(dòng)程度度與平平均值值Uo與放電電時(shí)間間常數(shù)RLC有關(guān)。。RLC越大電容器器放電電越慢慢輸出電電壓的的平均均值Uo越大，，波形形越平平滑。。近似估估算取取：Uo=1.2U(橋式、、全波波）Uo=1.0U（半波））當(dāng)負(fù)載載RL開路時(shí)時(shí)，UO為了得得到比比較平平直的的輸出出電壓壓(2)外外特特性曲曲線有電容容濾波1.4U無電容濾波0.45UUooIO結(jié)論采用電電容濾濾波時(shí)時(shí)，輸輸出電電壓受受負(fù)載載變化化影響響較大大，即即帶負(fù)負(fù)載能能力較較差。。因此電電容濾濾波適適合于于要求求輸出出電壓壓較高高、負(fù)負(fù)載電電流較較小且且負(fù)載載變化化較小小的場場合。。(3)流流過過二極極管的的瞬時(shí)時(shí)電流流很大大選管時(shí)時(shí)一般般?。海篒OM=2IDRLC越大ＵO越高，，IO越大整流二二極管管導(dǎo)通通時(shí)間間越短短iD的峰值值電流流越大大。iDtuotOO例：有一單單相橋橋式整整流濾濾波電電路，，已知知交流流電源源頻率率f=50Hz，負(fù)負(fù)載電電阻RL=200，要要求直直流輸輸出電電壓Uo=30V，，選擇擇整流流二極極管及及濾波波電容容器。。流過二二極管管的電電流二極管管承受受的最最高反反向電電壓變壓器器副邊邊電壓壓的有有效值值uRLuo++––~+C解：1.選選擇整整流二二極管管可選用用二極極管2CP11IOM=100mAUDRM=50V例：有一單單相橋橋式整整流濾濾波電電路，，已知知交流流電源源頻率率f=50Hz，負(fù)負(fù)載電電阻RL=200，要要求直直流輸輸出電電壓Uo=30V，，選擇擇整流流二極極管及及濾波波電容容器。。取RLC=5T/2已知RL=50uRLuo++––~+C解：2.選選擇濾濾波電電容器器可選用用C=250F，耐耐壓為為50V的的極性性電容容器電感式式濾波波電路路1.電電路結(jié)結(jié)構(gòu)L

u–uoRL++–~2.濾濾波原原理當(dāng)流過過電感感的電電流發(fā)發(fā)生變變化時(shí)時(shí)，線線圈中中產(chǎn)生生自感感電勢勢阻礙礙電流流的變變化，，從而而使負(fù)負(fù)載電電流和和電壓壓的脈脈動(dòng)減減小。。脈動(dòng)動(dòng)電流流的頻頻率越越高，，濾波波電感感越大大，則則濾波波效果果越好好。但是，，濾波波電感感越大大，在在頻率率一定定的情情況下下，電電感線線圈的的匝數(shù)數(shù)就越越多，，這時(shí)時(shí)電感感線圈圈本身身的電電阻就就不能能忽略略。L濾波適適合于于負(fù)載載電流流較大大、并并且的的場合合。6.4穩(wěn)壓管管及其其穩(wěn)壓壓電路路1.符符號(hào)UZIZIZMUZIZ2.伏伏安特特性穩(wěn)壓管管正常常工作作時(shí)加加反向向電壓壓使用時(shí)時(shí)要加加限流流電阻阻穩(wěn)壓管管反向向擊穿穿后，，電流流變化化很大大，但但其兩兩端電電壓變變化很很小，，利用用此特特性，，穩(wěn)壓壓管在在電路路中可可起穩(wěn)穩(wěn)壓作作用。。_+UIO3.主主要參參數(shù)(1)穩(wěn)穩(wěn)定電電壓UZ穩(wěn)壓管管正常常工作作(反反向擊擊穿)時(shí)管管子兩兩端的的電壓壓。(2)電電壓溫溫度系系數(shù)ｕ環(huán)境溫溫度每每變化化1C引起起穩(wěn)壓值值變化化的百分?jǐn)?shù)數(shù)。(3)動(dòng)動(dòng)態(tài)電電阻(4)穩(wěn)穩(wěn)定電電流IZ、最大大穩(wěn)定定電流流IZM(5)最最大允允許耗耗散功功率PZM=UZIZMrZ愈小，，曲線線愈陡陡，穩(wěn)穩(wěn)壓性性能愈愈好。。穩(wěn)壓管管穩(wěn)壓壓電路路2.工工作作原理理UO=UZIR=IO+IZUIUZRL(IO)IR設(shè)UI一定，，負(fù)載載RL變化UO

基本不變IR

(IRR)基本不變UO(UZ)IZ1.電電路路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)調(diào)壓穩(wěn)壓電電路3.參參數(shù)的的選擇擇(1)UZ=UO(2)IZM=(1.5~3)ICM(3)UI=(2~3)UO(4)為保證證穩(wěn)壓壓管安全全工作作為保證證穩(wěn)壓壓管正常常工作作適用于于輸出出電壓壓固定定、輸輸出電電流不不大、、且負(fù)負(fù)載變變動(dòng)不不大的的場合合。光電二二極管管反向電電流隨隨光照照強(qiáng)度度的增增加而而上升升。IU照度增加符號(hào)發(fā)光二二極管管有正向向電流流流過過時(shí)，，發(fā)出出一定定波長長范圍圍的光光，目目前的的發(fā)光光管可可以發(fā)發(fā)出從從紅外外到可可見波波段的的光，，它的的電特特性與與一般般二極極管類類似，，正向向電壓壓較一一般二二極管管高，，電流流為幾幾~幾幾十mA光電二二極管管發(fā)光二二極管管6.5集集成穩(wěn)穩(wěn)壓器器單片集集成穩(wěn)穩(wěn)壓電電源，，具有有體積積小,可靠靠性高高,使使用靈靈活,價(jià)格格低廉廉等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。。最簡單單的集集成穩(wěn)穩(wěn)壓電電源只只有輸輸入，，