第6章二极管及直流稳压电路

1、1第第6 6章章 二极管及直流稳压电路二极管及直流稳压电路6.2 6.2 半导体二极管半导体二极管6.3 6.3 稳压二极管稳压二极管6.4 6.4 整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路6.1 6.1 半导体的基本知识半导体的基本知识2第第6 6章章 二极管及直流稳压电路二极管及直流稳压电路本章要求：本章要求： 一、理解一、理解PNPN结的单向导电性；结的单向导电性；二、了解二极管、稳压管的基本构造、工作原理二、了解二极管、稳压管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；和特性曲线，理解主要参数的意义；三、会分析含有二极管的电路；三、会分析含有二极管的电路； 四、理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及四、理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算参数的计算; ; 五、了解稳压管稳压电路的工作原理。五、了解稳压管稳压电路的工作原理。36.1 半导体的基本知识半导体的导电特性：半导体的导电特性：( (可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻) )。掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变能力明显改

2、变( (可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化 ( (可做可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等管、光敏三极管等) )。热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强46.1.16.1.1 本征半导体本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导 体。体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子。Si SiSi Si价电子5Si SiSi Si价电子价电子在获得一定能量（价电子在获得一定能量（ 温度升高或受光照）后，即温度升高或受光照）后，即 可挣脱原子核的束缚，成为可挣脱原子核的束缚，成为 自由电子自由电子，同时共价键中留，同时共价键中留 下一个空位，称为下一个空位，称为空穴

3、空穴（带（带 正电）正电）。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。空穴温度愈高，晶体中产生温度愈高，晶体中产生 的自由电子便愈多。的自由电子便愈多。自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填 补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的 运动（相当于正电荷的移动）。运动（相当于正电荷的移动）。6本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部 分电流分电流 (1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流(2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流注意：注意：(1) (1) 本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少, ,其导电性能很差；其导电性能很差；(2) (2) 温度愈高温度愈高, ,载流子的数目愈多载流子的数目愈多, ,半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就 愈好。愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半

4、导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在空穴成对地产生的同时，又不断复合。在 一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体 中载流子便维持一定的数目。中载流子便维持一定的数目。76.1.2 N6.1.2 N型半导体和型半导体和 P P 型半导体型半导体掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大 量增加，自由电子导电成为量增加，自由电子导电成为 这种半导体的主要导电方式这种半导体的主要导电方式 ，称为电子半导体或，称为电子半导体或N N型半型半 导体。导体。掺入五价元素掺入五价元素Si SiSi Sip+多余 电子磷原子在常温下即可变 为自由电子失去一个 电子变为 正离子在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）, ,形成形成 杂质半导体。杂质半导体。在在N N 型半导体中型半导体中自由电子是多自由电子是多 数载流子，空穴是少数载流子。数载流子，空穴是少数载流子。86.1.2 N6.1.2 N型半导体和型

5、半导体和 P P 型半导体型半导体掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增 加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半 导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称 为空穴半导体或为空穴半导体或 P P型半导型半导 体。体。掺入三价元素掺入三价元素Si SiSi Si在在 P P 型半导体中型半导体中空穴是多数空穴是多数 载流子，自由电子是少数载流子载流子，自由电子是少数载流子 。B硼原子接受一个接受一个 电子变为电子变为 负离子负离子空穴无论无论N N型或型或P P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。91. 1. 在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a. a. 掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。2. 2. 在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与（a. a. 掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。3. 3. 当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 （a. a. 减少、减少、b. b. 不变、不变、c. c. 增多）。增多）。a ab bc c4. 4. 在外加电压的作用下，在外

6、加电压的作用下，P P 型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是 ，N N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。 （a. a. 电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流） b b a a106.1.3 PN6.1.3 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 1.1. PN PN结的形成结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P P 型半导体型半导体N N 型半导体型半导体内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动 越强，而漂移使空间电荷越强，而漂移使空间电荷 区变薄。区变薄。扩散的结果使空 间电荷区变宽。空间电荷区也称 PN 结 扩散和漂移这扩散和漂移这 一对相反的运动一对相反的运动 最终达到动态平最终达到动态平 衡，空间电荷区衡，空间电荷区 的厚度固定不变的厚度固定不变 。+形成空间电荷区112. PN2. PN结的单向导电性结的单向导电性(1) PN (1) PN 结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置） PN 结变窄P接正、N接负 外电场IF内电场被内电场被 削弱，多子削弱，多子 的扩散加强的扩散加强 ，形成较大，形成较大 的扩散电流的扩散电流

7、。PN PN 结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结变窄，正向电流较大，结变窄，正向电流较大， 正向电阻较小，正向电阻较小，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。内电场PN+12(2) PN (2) PN 结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场P P接负、接负、N N接正接正 内电场内电场P P N N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +13PN PN 结变宽结变宽(2) PN (2) PN 结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场内电场被加 强，少子的漂 移加强，由于 少子数量很少 ，形成很小的 反向电流。IRP P接负、接负、N N接正接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PN PN 结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，反向结变宽，反向电流较小，反向 电阻较大，电阻较大，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场P P N N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +1

8、46.26.2 半导体二极管半导体二极管6.2.1 6.2.1 基本结构基本结构(a) (a) 点接触型点接触型(b)(b)面接触型面接触型结面积小、结面积小、 结电容小、正结电容小、正 向电流小。用向电流小。用 于检波和变频于检波和变频 等高频电路。等高频电路。结面积大、结面积大、 正向电流大、正向电流大、 结电容大，用结电容大，用 于工频大电流于工频大电流 整流电路。整流电路。(c) (c) 平面型平面型用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小，结结面积可大可小， 用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。15阴极引线阳极引线 二氧化硅保护层P型硅 N型硅( c ) 平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳( a ) 点接触型铝合金小球N型硅阳极引线PN结 金锑合金底座阴极引线 ( b ) 面接触型 半导体二极管的结构和符号 6.26.2 半导体二极管半导体二极管二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阳极( d ) 符号D166.2.2 6.2.2 伏安特性伏安特性硅管硅管0.5V,0.5V,锗锗 管管0 0.1V.1V。反向击穿 电压

9、U(BR)导通压降导通压降外加电压大于死区外加电压大于死区 电压二极管才能导通电压二极管才能导通 。外加电压大于反向击穿外加电压大于反向击穿 电压二极管被击穿，失去电压二极管被击穿，失去 单向导电性。单向导电性。正向特性正向特性反向特性特点：非线性特点：非线性硅硅0 0.60.8V.60.8V 锗锗0 0.2.20.3V0.3V UI死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流 在一定电压在一定电压 范围内保持范围内保持 常数。常数。176.2.3 6.2.3 主要参数主要参数1. 1. 最大整流电流最大整流电流 I IOMOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均 电流。电流。 2. 2. 反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URWMRWM 是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般 是二极管反向击穿电压是二极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二。二极管击的一半或三分之二。二极管击 穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。 3. 3. 反向峰值电流反向峰值电流I IRMRM 指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电 流大，说明管子的单向导电性差，流大，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的影响，温受温度的影响，温 度越高反向电流越

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