半导体二极管整流.pptx

电工电子技术作者：作者：符庆符庆海南科技职业学院2024/4/1 周一1第第1 1章章 直流电路直流电路 第第2 2章章 交流电路交流电路 第第3 3章章 磁路和变压器磁路和变压器 第第4 4章章 直流电机直流电机 第第5 5章章 交流异步电动机和控制电机交流异步电动机和控制电机 第第6 6章章 常用电动机控制电路常用电动机控制电路 第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件 第第8 8章章 基本放大电路基本放大电路 第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 第第1010章章 直流稳压电源直流稳压电源 第第1111章章 数字电子技术基础数字电子技术基础 第第1212章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 第第1313章章 时序逻辑电路时序逻辑电路 第第1414章章 电工电子技术的计算机辅助分析与设计电工电子技术的计算机辅助分析与设计 共共6060学时学时1111级模具级模具(1)(1)班班电工电子技术作者：作者：符庆符庆海南科技职业学院2024/4/1 周一2第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件 7.1 PN7.1 PN结和半导体二极管结和半导体二极管143143 7.1.1 PN 7.1.1 PN结结144144 7.1.2 7.1.2 半导体二极管半导体二极管144144 7.1.3 7.1.3 特殊二极管特殊二极管 7.1.4 7.1.4 二极管整流滤波电路二极管整流滤波电路 7.1.5 7.1.5 稳压二极管简单稳压电路稳压二极管简单稳压电路作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一3第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一47.17.1 半导体基础知识1.1.自然界的物质，按导电能力分，自然界的物质，按导电能力分，导体：导体：半导体半导体：绝缘体：绝缘体：金、银、铜、铁、铝金、银、铜、铁、铝橡胶、陶瓷橡胶、陶瓷硅、锗、硒硅、锗、硒分为分为第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一5自然界的一切物质是由分子和原子组成的。自然界的一切物质是由分子和原子组成的。7.17.1 半导体基础知识原子原子核（）电子（）原子原子核（）电子（）物质按导电能力强弱可分为物质按导电能力强弱可分为导体导体、绝缘体绝缘体和和半导体半导体 。作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一67.17.1 半导体基础知识2.2.半导体的性质半导体的性质 掺杂性（杂敏性）掺杂性（杂敏性）指半导体对掺入杂质很敏感。指半导体对掺入杂质很敏感。热敏性热敏性指半导体对温度变化很敏感，指半导体对温度变化很敏感，如：热敏电阻。如：热敏电阻。光敏性光敏性指半导体受光照射时，电阻率显著减小，指半导体受光照射时，电阻率显著减小，如：光敏二极管、光电三极管、光敏电阻。如：光敏二极管、光电三极管、光敏电阻。半导体材料的独特性能，半导体材料的独特性能，是由半导体是由半导体内部的导电机理内部的导电机理决定的。决定的。作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一77.17.1 半导体基础知识3.3.本征半导体本征半导体纯净的且具有纯净的且具有晶体结构晶体结构的半导体，称为本征半导体。的半导体，称为本征半导体。最常用的半导体为硅最常用的半导体为硅（Si）和锗和锗（Ge），它们的共同它们的共同特征是四价元素，即每个原子特征是四价元素，即每个原子最外层最外层为为4 4个电子。个电子。4硅硅和和锗锗的原子结构简化模型的原子结构简化模型 半导体中的原子是按照一定的规律半导体中的原子是按照一定的规律整齐地排列着，呈晶体结构。整齐地排列着，呈晶体结构。作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一8半导体的原子结构半导体的原子结构电子电子原子核原子核原子核原子核电子电子退 出第 一帮 助回 退 前 进开 始最 后 返 回作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一9+4+4+4+4+4+4+4+4+4晶格结构晶格结构共价键共价键晶体中，每个原子都和周围的4个原子通过共价键的形式，紧密联系在一起。下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一107.1 半导体基础知识 在一定的温度或光照的激发下，有些价电子获得在一定的温度或光照的激发下，有些价电子获得足够的能量可以挣脱共价键的束缚，成为足够的能量可以挣脱共价键的束缚，成为自由电子自由电子，同时原来的共价键中就留下了一个空位，称为同时原来的共价键中就留下了一个空位，称为空穴。空穴。由于热激发而在晶体中出现由于热激发而在晶体中出现电子电子空穴空穴对对的现象，称为的现象，称为本征激发本征激发。半导体区别于半导体区别于导体的一个导体的一个重要特点重要特点。下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一11+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征激发本征激发由于热激发而在晶体中出现由于热激发而在晶体中出现电子电子空穴空穴对的现象对的现象下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一127.17.1 半导体基础知识4.4.掺杂半导体掺杂半导体P P型型半导体半导体N N型型半导体半导体掺入少量的掺入少量的三价三价元素元素(如如硼硼)多子多子空穴空穴掺入少量的掺入少量的五价五价元素元素(如如磷磷)多子多子自由电子自由电子下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一137.17.1 半导体基础知识P型半导体型半导体在本征半导体中掺入少量的三价三价元素（如硼），就形成了P型型半导体。多子多子空穴空穴 少子少子自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+4+4+4+4+4+4+4+4作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一14N型半导体型半导体在本征半导体中掺入少量的五价五价元素（如磷），就形成了N型型半导体。多子多子自由电子自由电子 少子少子空穴空穴7.17.1 半导体基础知识+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一157.17.1 半导体基础知识无论是N型半导体还是P型半导体，其中多子和少子的移动都能形成电流。但是，由于多子的数量远远大于少子的数量，因此起主要导电作用的是多数载流子起主要导电作用的是多数载流子。一般可近似认为多数载流子的数量与掺入杂质的浓度是相等的。掺入杂质后，虽然形成了N型或P型半导体，但整个半导体晶体仍然呈电中性。作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一167.17.1 半导体基础知识5.PN5.PN结及其单向导电性结及其单向导电性在一块纯净的半导体中，通过特殊工艺，使它的一边成为P型半导体，另一边成为N型半导体，则两种半导体的交界面上就形成了一个具有特殊性能的薄层PN结结。半导体器件的核心 P 区N 区 P 区N 区 内电场PN结作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一17对少子的对少子的 起增强作用，起增强作用，当这两种运动达到动态平衡时，就形成了当这两种运动达到动态平衡时，就形成了 。的建立，对多数载流子的的建立，对多数载流子的 起削弱作用，起削弱作用，内电场的方向由内电场的方向由 区指向区指向 区。区。扩散的结果使它们的交界处建立起一个扩散的结果使它们的交界处建立起一个 ，P P型半导体中的多数载流子由型半导体中的多数载流子由 向向 区进行扩散，区进行扩散，由由 向向 区进行扩散。区进行扩散。PNPN结形成的过程中，结形成的过程中，PNNP空间电荷区空间电荷区NP内电场内电场扩散扩散漂移漂移PN结结N N型半导体中的多数载流子型半导体中的多数载流子PNPN 结的形成过程：结的形成过程：（即：内电场）（即：内电场）作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一187.17.1 半导体基础知识-+内电场外电场空间电荷 区变窄外电场 空间电荷区加宽加正向电压时加反向电压时PN-+内电场NPPN结“正向导通，反向截至正向导通，反向截至”的特性，说明说明PN结结具有具有“单向导电性单向导电性”作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一197.1.27.1.2 二极管及其特性1.1.二极管二极管Diode整流二极管整流二极管普通二极管普通二极管开关二极管开关二极管LED下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一207.1.27.1.2 二极管及其特性 在在PNPN结上引出两个电极并加上管壳就形成了结上引出两个电极并加上管壳就形成了半导体二极管。半导体二极管。二极管的二极管的正极正极称为阳极，与称为阳极，与P P区区相连；相连；负极负极称为阴极，与称为阴极，与N N区区相连。相连。1.1.二极管二极管+-D DDiode下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一21 只要给二极管加上只要给二极管加上正向电压就能导通吗正向电压就能导通吗？二极管的单向导电性I下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一222 2.二极管的二极管的伏安特性伏安特性二极管两端的二极管两端的电压电压及流过它的及流过它的电流电流的关系。的关系。正向特性正向特性反向特性反向特性死区死区正正向向导导通通反向反向截止截止反反向向击击穿穿(Pag(Pag163163)只要给二极管加上只要给二极管加上正向电压就能导通吗正向电压就能导通吗？0UBRU(V)I(mA)UonA伏安特性曲线伏安特性曲线反向击反向击穿电压穿电压下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一237.1.27.1.2 二极管及其特性二极管的单向导电性二极管的单向导电性1.1.二极管二极管Diode作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一243.3.判别二极管管脚和好坏对于对于档，档，指针表指针表的表笔与的表笔与数字多用表数字多用表相反。相反。注意：注意：下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一254 4.主要参数（2 2）最大工作电流）最大工作电流二极管允许长期工作通过二极管允许长期工作通过（3 3）最大反向工作电压）最大反向工作电压保证二极管长期运行时保证二极管长期运行时（4 4）反向击穿电压）反向击穿电压反向电流明显增大，反向电流明显增大，IF的最大正向平均电流。的最大正向平均电流。URM所承受的最大反向电压。所承受的最大反向电压。UBRIDR 限流电阻限流电阻超过某规定值时的反向电压。超过某规定值时的反向电压。0UBRU(V)I(mA)IFImaxURM+VCCSi：0.7V（1 1）阀值电压阀值电压Ge：0.3V7.1.27.1.2 二极管及其特性UonUon下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一265.5.二极管的限幅作用7.1.27.1.2 二极管及其特性下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一277.1.37.1.3 特殊二极管及其作用1.1.稳压二极管（稳压二极管（稳压管稳压管）稳压管工作在稳压管工作在反向击穿区反向击穿区，0UZDZU(V)I(mA)IZIZminIZmax反向击穿电压较低，击穿特性陡，反向击穿电压较低，击穿特性陡，这样电流在较大范围内变化时，这样电流在较大范围内变化时，电压基本不变。击穿具有非破坏性。电压基本不变。击穿具有非破坏性。IZminIZmaxI下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一280.70.7U(V)2020主要参数主要参数：稳压值稳压值UZ 稳定电流稳定电流 IZ通常为通常为10mA左右左右 动态电阻动态电阻十几十几几十几十，越小越好，越小越好 最大耗散功率最大耗散功率 PZmUZ符号：符号：(uA)I(mA)OIZmixIZIZmaxPN结的结的反向反向击穿特性击穿特性rZUZIZPZm=UZIZmaxUZIZ7.1.37.1.3 特殊二极管及其作用1.1.稳压二极管（稳压二极管（稳压管稳压管）下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一29反向击穿反向击穿0UBRU(V)I(mA)IFImaxURMUonPN结反向偏置时，在一定的电压范围内，结反向偏置时，在一定的电压范围内，流过流过PN结的电流很小，基本上可视为零值。结的电流很小，基本上可视为零值。但当电压超过某一数值时，反向电流会但当电压超过某一数值时，反向电流会急剧增加，这种现象称为急剧增加，这种现象称为PNPN结结反向击穿反向击穿。（1）雪崩击穿）雪崩击穿（2）齐纳击穿）齐纳击穿（3）热击穿）热击穿下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一307.1.37.1.3 特殊二极管及其作用2.2.发光二极管发光二极管LEDLEDL Lightight E Emittingmitting D Diodeiode符号：符号：下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一31LEDLEDL Lightight E Emittingmitting D Diodeiode符号：下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一32LED的应用 电源或信号指示电源或信号指示 显示屏显示屏 景观亮化景观亮化 照明照明白光LED的主要技术参数V VD D =2=23.53.5 V VI ID D =15=153030 mAmAP PD D =0.03=0.030.060.06 W W光通量光通量 =100=100 l m/Wm/W下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一33自变色自变色发光发光二极管二极管最大电压最大电压3.5V3.5V接接3V3V电源电源下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一34自闪自闪发光发光二极管二极管最大电压最大电压3.5V3.5V下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一35发射管发射管符号：符号：PN结在结在反偏反偏时对光的敏感特性时对光的敏感特性透光体透光体透光体透光体玻璃封装玻璃封装玻璃封装玻璃封装PNPN结结结结接收管接收管符号：符号：(光敏管光敏管)3.3.光电、光敏二极管光电、光敏二极管4.4.变容二极管变容二极管下页下页7.1.37.1.3 特殊二极管及其作用作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一36小结小结：（1 1）半导体有哪些特性？）半导体有哪些特性？有什么特性？有什么特性？（2 2）PN 结是怎样形成的？结是怎样形成的？掺杂性掺杂性 热敏性热敏性 光敏性光敏性PN结具有结具有“单向单向导电性导电性”在一块纯净的半导体中，通过特殊工艺，使它的一边成在一块纯净的半导体中，通过特殊工艺，使它的一边成为为P P型型半导体，另一边成为半导体，另一边成为N N型型半导体，则两种半导体的交界半导体，则两种半导体的交界面上就形成了一个具有特殊性能的薄层面上就形成了一个具有特殊性能的薄层PNPN结。结。下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一37二极管的二极管的单向单向导电性导电性7.1.47.1.4 二极管二极管整流整流电路电路下页下页第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件整流整流将将交流交流电变为脉动电变为脉动直流直流电电作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一38一、一、半波半波整流电路整流电路整流整流将交流电变为脉动直流电将交流电变为脉动直流电输出电压：输出电压：UO=0.45U2整流管在截止期间所加的整流管在截止期间所加的UDRM=U2M最大反向电压为最大反向电压为u2的峰值：的峰值：下页下页第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件7.1.47.1.4 二极管二极管整流整流电路电路作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一39退 出第 一帮 助回 退 前 进开 始最 后 返 回半波整流的优点：半波整流的优点：电路结构简单，需要二极管少。电路结构简单，需要二极管少。输出脉动大，整流效率低，输出脉动大，整流效率低，半波整流的缺点：半波整流的缺点：交流电有一半时间没有利用上。交流电有一半时间没有利用上。下页下页一、一、半波半波整流电路整流电路第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件7.1.47.1.4 二极管二极管整流整流电路电路作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一40二、桥式二、桥式全波全波整流电路整流电路整流整流将交流电变为脉动直流电将交流电变为脉动直流电输出电压：输出电压：UO=0.9U2每个整流管在截止期间所加的每个整流管在截止期间所加的UDRM=U2M最大反向电压为最大反向电压为u2的峰值：的峰值：下页下页第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件7.1.47.1.4 二极管二极管整流整流电路电路作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一41二、桥式二、桥式全波全波整流电路整流电路UO=0.9U2下页下页7.1.47.1.4 二极管二极管整流整流电路电路第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一42桥堆实物桥堆实物下页下页二、桥式二、桥式全波全波整流电路整流电路第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件7.1.47.1.4 二极管二极管整流整流电路电路作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一43一、半波整流一、半波整流滤波滤波电路电路整流整流将交流电变为脉动直流电将交流电变为脉动直流电输出电压：输出电压：UO=U2整流管在截止期间所加的整流管在截止期间所加的UDRM=U2M最大反向电压为最大反向电压为u2的峰值：的峰值：C下页下页7.1.47.1.4 整流、整流、滤波滤波电路电路第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一44 半波整流半波整流电容滤波电容滤波C波波 形形UO=U2下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一45二、桥式全波整流二、桥式全波整流滤波滤波电路电路整流整流将交流电变为脉动直流电将交流电变为脉动直流电输出电压：输出电压：UO=1.2U2每个整流管在截止期间所加的每个整流管在截止期间所加的UDRM=U2M最大反向电压为最大反向电压为u2的峰值：的峰值：C下页下页第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件7.1.47.1.4 整流、整流、滤波滤波电路电路作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一46两种整流方式的比较两种整流方式的比较CUO=U2CUO=1.2U2第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件7.1.47.1.4 整流、整流、滤波滤波电路电路下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一47两种整流方式的比较两种整流方式的比较CC第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件7.1.47.1.4 整流、整流、滤波滤波电路电路下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一48 单相桥式整流电感滤波电路单相桥式整流电感滤波电路三、三、电感电感滤波滤波电路电路下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一49电感滤波原理电感滤波原理 电感器具有电感器具有“通直流，阻交流通直流，阻交流”的特性，而经过整流得到的的特性，而经过整流得到的脉动直流电具有直流和交流成分。脉动直流电具有直流和交流成分。这样交流成分不能通过电感器这样交流成分不能通过电感器L L，而直流成分可通过电感器，而直流成分可通过电感器L流动，从而在负载流动，从而在负载RL上得到平滑的直流电压。上得到平滑的直流电压。电感滤波适用于负载电流较大且经常变化的场合。电感滤波适用于负载电流较大且经常变化的场合。下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一50复式滤波电路复式滤波电路四、四、复式复式滤波滤波电路电路下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一51倍压整流倍压整流多倍压整流多倍压整流双电源双电源五、五、其它整流其它整流滤波滤波电路电路下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一52一、最简单的一、最简单的稳压管稳压管稳压电路稳压电路稳压管的伏安特性稳压管的伏安特性0UZU(V)I(mA)IZIZminIZmaxu2（但（但VDZ 基本不变）基本不变）uO=Ui-IRR工作过程：工作过程：下页下页7.1.57.1.5 稳压管稳压管稳压电路稳压电路UiIRuOIDZuO作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一53LED灯的电流与限流电容灯的电流与限流电容1 的容量有关的容量有关,由此可知，在由此可知，在220V/50Hz交流电网下，交流电网下，UXCI=2 f CU时时,I7070;1 FC1=0.22 FC1=时时,I1515.C1 1的耐压要的耐压要 U2（选用选用400V400V）。其关系式为：其关系式为：二、二、无变压器无变压器稳压电路稳压电路14.7FC1=时时,I325325；=69080C下页下页作者：作者：符庆符庆2024/4/1 周一54二、二、无变压器无变压器稳压电路稳压电路2下页下页7.1.57.1.5 稳压管稳压管稳压电路稳压电路电工电子技术作者：作者：符庆符庆海南科技职业学院2024/4/1 周一55第第7 7章章 常用半导体器件常用半导体器件 7.1 PN7.1 PN结和半导体二极管结和半导体二极管143143 7.1.1 PN 7.1.1 PN结结144144 7.1.2 7.1.2 半导体二极管半导体二极管144144 7.1.3 7.1.3 特殊二极管特殊二极管 7.1.4 7.1.4 二极管整流滤波电路二极管整流滤波电路 7.1.5 7.1.5 稳压二极管简单稳压电路稳压二极管简单稳压电路小结小结：7.2 7.2 双极型晶体管和场效应晶体管双极型晶体管和场效应晶体管1471477.3 7.3 晶闸管和单结晶体管晶闸管和单结晶体管156156结束结束