電模第五章半導體二極管及其應用電路

電模第五章半導體二極管及其應用電路第一頁，共八十九頁，2022年，8月28日第五章半導體二極管及其應用電路半導體基本知識PN結及其特性半導體二極管特性及其應用單相整流電路穩(wěn)壓二極管第二頁，共八十九頁，2022年，8月28日§5.1半導體基礎知識5.1.1概念根據(jù)物體導電能力(電阻率)的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。導體：容易導電的物體。如：鐵、銅等2.絕緣體：幾乎不導電的物體。如：橡膠等第三頁，共八十九頁，2022年，8月28日3.半導體半導體是導電性能介于導體和絕緣體之間的物體。在一定條件下可導電。

半導體的電阻率為10-3～109cm。典型的半導體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。半導體特點：

1)在外界能源的作用下，導電性能顯著變化。光敏元件、熱敏元件屬于此類。

2)在純凈半導體內(nèi)摻入雜質(zhì)，導電性能顯著增加。二極管、三極管屬于此類。第四頁，共八十九頁，2022年，8月28日

本征半導體1.本征半導體——化學成分純凈的半導體。制造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”。它在物理結構上呈單晶體形態(tài)。電子技術中用的最多的是硅和鍺。硅和鍺都是4價元素，它們的外層電子都是4個。其簡化原子結構模型如下圖：鍺硅電子外層電子受原子核的束縛力最小，成為價電子。物質(zhì)的性質(zhì)是由價電子決定的。第五頁，共八十九頁，2022年，8月28日2.本征半導體的共價鍵結構本征晶體中各原子之間靠得很近，使原分屬于各原子的四個價電子同時受到相鄰原子的吸引，分別與周圍的四個原子的價電子形成共價鍵。共價鍵中的價電子為這些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排列有序的晶體。如下圖所示：硅晶體的空間排列共價鍵結構平面示意圖第六頁，共八十九頁，2022年，8月28日共價鍵性質(zhì)共價鍵上的兩個電子是由相鄰原子各用一個電子組成的，這兩個電子被成為束縛電子。束縛電子同時受兩個原子的約束，如果沒有足夠的能量，不易脫離軌道。因此，在絕對溫度T=0K（-273C）時，由于共價鍵中的電子被束縛著，本征半導體中沒有自由電子，不導電。只有在激發(fā)下，本征半導體才能導電。第七頁，共八十九頁，2022年，8月28日3.電子與空穴+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子共價鍵當導體處于熱力學溫度0K時，導體中沒有自由電子。當溫度升高或受到光的照射時，價電子能量增高，有的價電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導電，成為自由電子。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。第八頁，共八十九頁，2022年，8月28日電子與空穴自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個空位為空穴。第九頁，共八十九頁，2022年，8月28日電子與空穴的復合可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復合，如圖所示。本征激發(fā)和復合在一定溫度下會達到動態(tài)平衡。第十頁，共八十九頁，2022年，8月28日空穴的移動 由于共價鍵中出現(xiàn)了空穴，在外加能源的激發(fā)下，鄰近的價電子有可能掙脫束縛補到這個空位上，而這個電子原來的位置又出現(xiàn)了空穴，其它電子又有可能轉移到該位置上。這樣一來在共價鍵中就出現(xiàn)了電荷遷移—電流。電流的方向與電子移動的方向相反，與空穴移動的方向相同。本征半導體中，產(chǎn)生電流的根本原因是由于共價鍵中出現(xiàn)了空穴。由于空穴數(shù)量有限，所以其電阻率很大。第十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日5.1.3雜質(zhì)半導體在本征半導體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導體的導電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)的本征半導體稱為雜質(zhì)半導體。(1)N型半導體(2)P型半導體第十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日1.N型半導體在本征半導體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，可形成N型半導體,也稱電子型半導體。因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。自由電子在N型半導體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質(zhì)原子提供；另外，硅晶體由于熱激發(fā)會產(chǎn)生少量的電子空穴對，所以空穴是少數(shù)載流子。第十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日N型半導體結構

提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因失去一個電子而帶單位正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。N型半導體的結構示意圖如下圖所示。磷原子核自由電子所以，N型半導體中的導電粒子有兩種： 自由電子—多數(shù)載流子（由兩部分組成） 空穴——少數(shù)載流子第十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日2.P型半導體在本征半導體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成了P型半導體，也稱為空穴型半導體。因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。當相鄰共價鍵上的電子因受激發(fā)獲得能量時，就可能填補這個空穴，而產(chǎn)生新的空穴?？昭ㄊ瞧渲饕d流子。

第十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日P型半導體結構

在P型半導體中，硼原子很容易由于俘獲一個電子而成為一個帶單位負電荷的負離子，三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。

而硅原子的共價鍵由于失去一個電子而形成空穴。所以P型半導體的結構示意圖如圖所示。硼原子核空穴P型半導體中：空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成；

電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。第十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日3.雜質(zhì)對半導體導電性的影響

摻入雜質(zhì)對本征半導體的導電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:

T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31

2摻雜后N型半導體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3

本征硅的原子濃度:4.96×1022/cm3

3以上三個濃度基本上依次相差106/cm3

。第十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日本節(jié)中的有關概念本征半導體、雜質(zhì)半導體自由電子、空穴

N型半導體、P型半導體多數(shù)載流子、少數(shù)載流子施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)第十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日

1.在雜質(zhì)半導體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。

2.在雜質(zhì)半導體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。

3.當溫度升高時，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc

4.在外加電壓的作用下，P型半導體中的電流主要是

，N型半導體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba第十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日5.2PN結及其特性

PN結的形成

PN結的單向?qū)щ娦訮N結的電容效應第二十頁，共八十九頁，2022年，8月28日1.PN結的形成在一塊本征半導體在兩側通過擴散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導體和P型半導體。此時將在N型半導體和P型半導體的結合面上形成如下物理過程:因濃度差多子擴散形成空間電荷區(qū)促使少子漂移阻止多子擴散擴散到對方的載流子在P區(qū)和N區(qū)的交界處附近被相互中和掉，使P區(qū)一側因失去空穴而留下不能移動的負離子，N區(qū)一側因失去電子而留下不能移動的正離子。這樣在兩種半導體交界處逐漸形成由正、負離子組成的空間電荷區(qū)（耗盡層）。由于P區(qū)一側帶負電，N區(qū)一側帶正電，所以出現(xiàn)了方向由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場第二十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日擴散運動：由于濃度差異引起的多子的運動。漂移運動：由于內(nèi)電場的作用造成的少子的運動第二十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日多子的擴散運動內(nèi)電場少子的漂移運動濃度差P型半導體N型半導體內(nèi)電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。擴散的結果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱PN結擴散和漂移這一對相反的運動最終達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－動畫形成空間電荷區(qū)第二十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日PN結的形成對于P型半導體和N型半導體結合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。由于耗盡層的存在，PN結的電阻很大。

PN結的形成過程中的兩種運動：多數(shù)載流子擴散少數(shù)載流子飄移第二十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日2.PN結的單向?qū)щ娦?/p>

PN結具有單向?qū)щ娦?，若外加電壓使電流從P區(qū)流到N區(qū)，PN結呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。如果外加電壓使PN結中：

P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；

P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏。第二十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日

(1)PN結加正向電壓時的導電情況

外加的正向電壓有一部分降落在PN結區(qū)，方向與PN結內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。于是,內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結呈現(xiàn)低阻性。內(nèi)電場方向PN結的伏安特性低電阻大的正向擴散電流第二十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日

(2)PN結加反向電壓時的導電情況

外加的反向電壓方向與PN結內(nèi)電場方向相同，加強了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時PN結區(qū)的少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流，PN結呈現(xiàn)高阻性。

內(nèi)電場方向PN結的伏安特性

在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關，這個電流也稱為反向飽和電流。

高電阻很小的反向漂移電流第二十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日（3）PN結的伏安特性

PN結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結論：PN結具有單向?qū)щ娦浴５诙隧?，共八十九頁?022年，8月28日3.PN結方程

根據(jù)理論分析，PN結兩端的電壓V與流過PN結的電流I之間的關系為：其中：IS為PN結的反向飽和電流；VT稱為溫度電壓當量，在溫度為300K(27°C) 時， VT約為26mV；所以上式常寫為：第二十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日PN結方程PN結正偏時，如果V>VT

幾倍以上，上式可改寫為：即I隨V按指數(shù)規(guī)律變化。

PN結反偏時，如果│V│>VT幾倍以上，上式可改寫為：其中負號表示為反向。第三十頁，共八十九頁，2022年，8月28日4.PN結的擊穿特性

如圖所示，當加在PN結上的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流突然急劇增大，PN結產(chǎn)生電擊穿—這就是PN結的擊穿特性。 發(fā)生擊穿時的反偏電壓稱為PN結的反向擊穿電壓VBR。

PN結被擊穿后，PN結上的壓降高，電流大，功率大。當PN結上的功耗使PN結發(fā)熱，并超過它的耗散功率時，PN結將發(fā)生熱擊穿。這時PN結的電流和溫度之間出現(xiàn)惡性循環(huán)，最終將導致PN結燒毀。熱擊穿——不可逆雪崩擊穿齊納擊穿電擊穿——可逆第三十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日二極管處于反向偏置時，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過PN結的電流很小，但電壓超過某一數(shù)值時，反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象我們就稱為反向擊穿。

擊穿形式分為兩種：雪崩擊穿和齊納擊穿。

齊納擊穿：高摻雜情況下，耗盡層很窄，宜于形成強電場，而破壞共價鍵，使價電子脫離共價鍵束縛形成電子－空穴對，致使電流急劇增加。

*擊穿并不意味著PN結燒壞。第三十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日雪崩擊穿：如果攙雜濃度較低，不會形成齊納擊穿，而當反向電壓較高時，能加快少子的漂移速度，從而把電子從共價鍵中撞出，形成雪崩式的連鎖反應。

對于硅材料的PN結來說，擊穿電壓〉7v時為雪崩擊穿，<4v時為齊納擊穿。在4v與7v之間，兩種擊穿都有。這種現(xiàn)象破壞了PN結的單向?qū)щ娦?，我們在使用時要避免。

第三十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日5.PN結的電容效應PN結除了具有單向?qū)щ娦酝?，還有一定的電容效應。按產(chǎn)生電容的原因可分為：

勢壘電容CB，擴散電容CD。第三十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日(1)勢壘電容CB

勢壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當外加電壓使PN結上壓降發(fā)生變化時，離子薄層的厚度也相應地隨之改變，這相當PN結中存儲的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖如下圖。勢壘電容示意圖第三十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日(2)擴散電容CD

擴散電容是由多子擴散后，在PN結的另一側面積累而形成的。因PN結正偏時，由N區(qū)擴散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復合，形成正向電流。剛擴散過來的電子就堆積在P區(qū)內(nèi)緊靠PN結的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。

擴散電容示意圖反之，由P區(qū)擴散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴散電容的示意圖如圖所示。第三十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日擴散電容CD當外加正向電壓不同時，擴散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結兩側堆積的多子的濃度梯度分布也不同，這就相當電容的充放電過程。勢壘電容和擴散電容均是非線性電容。

擴散電容示意圖PN結在反偏時主要考慮勢壘電容。PN結在正偏時主要考慮擴散電容。第三十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日§5.3半導體二極管及其應用半導體二極管的結構類型半導體二極管的伏安特性曲線半導體二極管的參數(shù)半導體二極管的溫度特性半導體二極管的型號穩(wěn)壓二極管半導體二極管及其分析方法第三十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日5.3.1半導體二極管的結構類型

在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結構分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。它們的結構示意圖如下圖所示。(1)點接觸型二極管—

PN結面積小，結電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。點接觸型二極管的結構示意圖第三十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日二極管的結構平面型(3)平面型二極管—往往用于集成電路制造工藝中。PN結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。(2)面接觸型二極管—

PN結面積大，用于工頻大電流整流電路。面接觸型陰極陽極(

符號D第四十頁，共八十九頁，2022年，8月28日硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦?。正向特性反向特性特點：非線性硅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)。5.3.2半導體二極管的伏安特性曲線第四十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日二極管的伏安特性曲線根據(jù)理論推導，二極管的伏安特性曲線可用下式表示式中IS為反向飽和電流，V為二極管兩端的電壓降，VT=kT/q

稱為溫度的電壓當量，k為玻耳茲曼常數(shù)，q

為電子電荷量，T為熱力學溫度。對于室溫（相當T=300K），則有VT=26mV。第四十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日

硅二極管的死區(qū)電壓Vth=0.5V左右，

鍺二極管的死區(qū)電壓Vth=0.1V左右。

當0＜V＜Vth時，正向電流為零，Vth稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。當V＞0即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段：當V＞Vth時，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。(1)正向特性第四十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日當V＜0時，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個區(qū)域：

當VBR＜V＜0時，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時的反向電流也稱反向飽和電流IS

。

當V≥VBR時，反向電流急劇增加，VBR稱為反向擊穿電壓。(2)反向特性第四十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日反向特性

在反向區(qū)，硅二極管和鍺二極管的特性有所不同。

硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽和電流也很??；鍺二極管的反向擊穿特性比較軟，過渡比較圓滑，反向飽和電流較大。

從擊穿的機理上看，硅二極管若|VBR|≥7V時,主要是雪崩擊穿；若|VBR|≤4V時,則主要是齊納擊穿。當在4V～7V之間兩種擊穿都有，有可能獲得零溫度系數(shù)點。第四十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日5.3.3半導體二極管的參數(shù)

半導體二極管的參數(shù)包括最大整流電流IF、反向擊穿電壓VBR、最大反向工作電壓VRM、反向電流IR、最高工作頻率fmax和結電容Cj等。幾個主要的參數(shù)介紹如下：

(1)最大整流電流IF——二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大整流電流的平均值。(2)反向擊穿電壓VBR———和最大反向工作電壓VRM二極管反向電流急劇增加時對應的反向電壓值稱為反向擊穿電壓VBR。為安全計，在實際工作時，最大反向工作電壓VRM一般只按反向擊穿電壓VBR的一半計算。第四十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日半導體二極管的參數(shù)

(3)反向電流IR:在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安(A)級。

(4)正向壓降VF：在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。小電流硅二極管的正向壓降在中等電流水平下，約0.6～0.8V；鍺二極管約0.2～0.3V。(5)動態(tài)電阻rd：反映了二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。顯然，rd與工作電流的大小有關，即rd=VF/IF第四十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日5.3.4半導體二極管的溫度特性

溫度對二極管的性能有較大的影響，溫度升高時，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加，如硅二極管溫度每增加8℃，反向電流將約增加一倍；鍺二極管溫度每增加12℃，反向電流大約增加一倍。另外，溫度升高時，二極管的正向壓降將減小，每增加1℃，正向壓降VF(VD)大約減小2mV，即具有負的溫度系數(shù)。這些可以從所示二極管的伏安特性曲線上看出。第四十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日2.二極管好壞的判定（1）若測得的反向電阻很大（幾百千歐以上），正向電阻很小（幾千歐以下），表明二極管性能良好。（2）若測得的反向電阻和正向電阻都很小，表明二極管短路，已損壞。（3）若測得的反向電阻和正向電阻都很大，表明二極管斷路，已損壞。第四十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日5.3.5半導體二極管的型號國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：二極管符號：D代表P型Ge第五十頁，共八十九頁，2022年，8月28日半導體二極管圖片第五十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日半導體二極管圖片第五十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日半導體二極管圖片第五十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日5.3.6二極管電路及其分析方法簡單的二極管電路如圖所示，由二極管、電阻和電壓源組成，其分析方法一般有兩種：圖解法、模型法（等效電路法）。第五十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日IOVBRIS1.圖解法圖示電路可分為A、B兩部分。A部分的電壓與電流關系：VD=V-IRB部分的電壓與電流關系就是二極管的伏安特性。在二極管的伏安特性上畫出VD=V-IR，如圖所示：(V,0)RV(0,)QIDVD最后得出二極管兩端的電壓VD和流過二極管的電流I，如圖所示。第五十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日2.模型分析法(1)二極管的大信號模型： 根據(jù)二極管伏安特性，可把它分成導通和截止兩種狀態(tài)。如圖所示，VD<0.7V截止VD>0.7V導通VD<0.2V截止VD>0.2V導通這就是二極管的大信號模型。硅管鍺管第五十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日大信號模型所以二極管導通時，其上的電壓和流過它的電流可表示為：一般硅二極管正向?qū)▔航禐?.6V~0.8V

鍺二極管正向?qū)▔航禐?.1V~0.3V以0.7或0.2計算將引入10%的誤差。但如果V足夠大，則VD實際引入的誤差并不大。硅管鍺管如果V>>0.7V(0.3V):第五十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日理想模型IDO0.7V理想二極管大信號模型0.7V第五十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日小信號模型(2)二極管的小信號模型： 從二極管伏安特性上看出，二極管導通后，其電壓變化量與電流變化量之比近似于常數(shù)：此時的二極管相當于一個動態(tài)電阻，其阻值是正向特性曲線在工作點上的斜率的倒數(shù)，如圖所示。第五十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日整流電路的作用:

將交流電壓轉變?yōu)槊}動的直流電壓。

常見的整流電路：

半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流；可控和不可控整流等。整流原理：

利用二極管的單向?qū)щ娦院途чl管的可控性5.3單相整流濾波電路交流直流整流逆變下一節(jié)上一頁下一頁返回上一節(jié)第六十頁，共八十九頁，2022年，8月28日一、不控整流電路（1）單相半波整流電路

–++–aTrDuou2bRLio+–u1uDOu2正半周，Va>Vb，二極管D導通；u2

負半周，Va<Vb，二極管D截止。utOuoO第六十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過二極管電流平均值ID(4)二極管的最高反向電壓URm整流二極管的選擇：平均電流ID與最高反向電壓URm

是選擇整流二極管的主要依據(jù)。IF

ID

，URURm

第六十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日▲電路及工作原理（2）單相橋式整流電路u1D4D2D1D3RLuou2+－+－+－aTbu2正半周:Va＞Vb，uo=u2D1和D3導通,第六十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日+－+－+－aTbu1D4D2D1D3RLuou2u2負半周:Va<Vb，uo=－u2D2和D4導通,下一節(jié)上一頁下一頁返回上一節(jié)第六十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日uD3,uD1uD4,uD2▲

D上的平均電流：▲

D上承受的最高反向電壓：D1D3D2D4uou2D4D2D1D3RL+-+－∫uodw

t2p02p1Uo==0.9U2UoIo=RLID=12Io▲輸出電壓、電流的平均值：OωtuDuoOωtu2Oωt第六十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日RLu1234ab+

–×RLu1234ab+

–aRLu1234b+

–（1）一只D短路：

半周短路，燒壞二極管、變壓器（2）一只D虛焊：半波整流（3）一只D接反：

半周短路，半周無輸出，燒壞二極管、變壓器▲常見故障分析：第六十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日▲整流橋塊正確使用：~~輸入交流電壓+輸出直流電壓~~~~▲二極管的選擇：平均電流ID與最高反向電壓URm

是選擇整流二極管的主要依據(jù)。IF

ID

，URURm

第六十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日例：單相橋式整流電路，已知:負載電阻

RL=50，負載電壓Uo=100V，試選擇二極管。

可選用四只2CZ11C，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。解：整流二極管的選擇：IF

ID

，URUDRM下一節(jié)上一頁下一頁返回上一節(jié)第六十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日5.3.7二極管基本應用1.利用伏安特性的非線性構成（限幅電路）例1：如圖所示：

D1D2vivovovi第六十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日二極管基本應用|vi|<0.7V時，D1、D2截止，所以vo=vi|vi|>0.7V時，D1、D2中有一個導通，所以vo=0.7V例2：如圖所示：voviD2D1vovi第七十頁，共八十九頁，2022年，8月28日二極管基本應用2.利用單向?qū)щ娦詷嫵烧骱烷_關電路 不管輸入信號處于正或負半周，負載上得到的都是正向電壓。全波整流電路：vivoD3D4D2D1vivo第七十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日二極管基本應用Va、Vb有一個是低電平（0V）：VO為低電平Va、Vb為高電平（5V）：VO為高電平所以F=A?B開關電路：Va(A)Vb(B)VO(F)D1D25V第七十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日例

試求電路中電流I1、I2、IO和輸出電壓UO的值。解：假設二極管斷開UP=15VUP>UN二極管導通等效為0.7V的恒壓源UO=VDD1

UD(on)=150.7=14.3(V)IO=UO/RL=14.3/3

=4.8(mA)I2=(UOVDD2)/R=(14.312)/1

=2.3(mA)I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(mA)VDD1VDD2UORLR1kW3kWIOI1I215V12VPN第七十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日5.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是應用在反向擊穿區(qū)的特殊硅二極管。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與硅二極管的伏安特性曲線完全一樣，穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線的反向區(qū)、符號和典型應用電路如圖所示。符號應用電路伏安特性第七十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日2.4.1穩(wěn)壓二極管參數(shù)從穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線上可以確定穩(wěn)壓二極管的參數(shù)。

(1)穩(wěn)定電壓VZ——在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應的反向工作電壓。

(2)動態(tài)電阻rZ——其概念與一般二極管的動態(tài)電阻相同，只不過穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。

rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。

rZ=VZ/IZ(3)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)——VZ。溫度的變化將使VZ改變，在穩(wěn)壓管中當VZ

＞7V時，VZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。當VZ＜4V時，VZ具有負溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。當4V＜VZ

＜7V時，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標準穩(wěn)壓管使用。第七十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日穩(wěn)壓二極管參數(shù)

(4)最大耗散功率

PZM

——穩(wěn)壓管的最大功率損耗取決于PN結的面積和散熱等條件。反向工作時PN結的功率損耗為

PZ=VZIZ，由

PZM和VZ可以決定IZmax。

(5)最大穩(wěn)定工作電流

IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin——穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即PZmax=VZIZmax。而Izmin對應VZmin。若IZ＜IZmin則不能穩(wěn)壓。第七十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日2.4.2穩(wěn)壓管應用 穩(wěn)壓管正常工作的兩個條件：a.

必須工作在反向擊穿狀態(tài)（利用其正向特性除外）；b.流過管子的電流必須介于穩(wěn)定電流和最大電流之間。典型應用如圖所示：當輸入電壓vi和負載電阻RL在一定范圍內(nèi)變化時，流過穩(wěn)壓管的電流發(fā)生變化，而穩(wěn)壓管兩端的電壓Vz變化很小，即輸出電壓vo基本穩(wěn)定。問題：不加R可以嗎？穩(wěn)壓條件是什么？

電阻R的作用一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管；其次是當輸入電壓或負載電流變化時，通過該電阻上電壓降的變化，以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。第七十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日穩(wěn)壓管應