二極管的結(jié)構(gòu)與功能

二極管的結(jié)構(gòu)與功能第一頁，共四十六頁，2022年，8月28日1.1半導體器件的基礎知識物質(zhì)按導電性能可劃分為：導體—一般為低價元素，如銅、鐵、鋁等金屬元素。導電率為105量綱級。導電能力強。

絕緣體—一般為高價元素，如：橡膠、云母、塑料等。導電率為10-22~10-14量綱級。導電能力弱。半導體—一般為四價元素，如：硅（Si）鍺（Ge）等。導電性能介于導體和絕緣體之間。且導電能力隨條件變化。1.1.1半導體材料第二頁，共四十六頁，2022年，8月28日半導體物質(zhì)特性：摻入雜質(zhì)則導電率顯著增加摻雜特性半導體器件溫度增加使導電率大為增加溫度特性熱敏器件光照不僅大為增加導電率還可產(chǎn)生電動勢光照特性光敏器件、光電器件第三頁，共四十六頁，2022年，8月28日完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導體晶體被稱為本征半導體。本征半導體在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。（見左下圖）1.1.2本征半導體本征半導體：常用的本征半導體：硅（Si），鍺（Ge）本征半導體的晶體結(jié)構(gòu)Si+14284Ge+3228184+4常見本征半導體的原子結(jié)構(gòu)簡化模型第四頁，共四十六頁，2022年，8月28日+4+4+4+4+4+4+4+4+41.在T=0K，且無外部激發(fā)能量時：本征半導體的導電特性:常見本征半導體晶體結(jié)構(gòu)平面示意圖本征半導體內(nèi)部沒有能夠自由移動的帶電粒子，即載流子，此時本征半導體呈絕緣特性。第五頁，共四十六頁，2022年，8月28日+4+4+4+4+4+4+4+4+42.在有外部激發(fā)能量（如溫度升高，光照）時：掙脫原子核束縛的電子稱為自由電子，在本征激發(fā)下形成帶負電荷的載流子。留下的空位稱為空穴，成為帶正電荷的載流子。本征半導體的載流子在外加電場的作用下可定向移動形成漂移電流。共價鍵內(nèi)的電子稱為束縛電子第六頁，共四十六頁，2022年，8月28日第七頁，共四十六頁，2022年，8月28日第八頁，共四十六頁，2022年，8月28日雜質(zhì)半導體N（電子）型半導體(摻入的五價元素如P、Se等)1.1.3雜質(zhì)半導體P（空穴）型半導體(摻入的三價元素如B、Al、In等)摻入雜質(zhì)越多，導電性能越強第九頁，共四十六頁，2022年，8月28日第十頁，共四十六頁，2022年，8月28日第十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日(1)在PN結(jié)外加上正向電壓時：PN結(jié)正偏（P(+),N(-)）時，具有較大的正向擴散電流，呈現(xiàn)低電阻，PN結(jié)導通。2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦砸陨纤懻摰腜N結(jié)處于平衡狀態(tài)，稱為平衡PN結(jié)。如在PN結(jié)兩端外加不同方向電壓，就會破壞原平衡，呈現(xiàn)出單向?qū)щ娦?。第十二頁，共四十六頁?022年，8月28日(2)在PN結(jié)外加上反向電壓時：PN結(jié)反偏（P(-),N(+)）時，僅有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，PN結(jié)截止。第十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日結(jié)論：PN結(jié)加正向電壓，即正偏時，有較大的正向擴散電流，此時PN結(jié)電阻小，處于導通狀態(tài)，此時的正向電流隨著PN結(jié)兩端的電壓增大而增大；PN結(jié)加反向電壓，即反偏時，只有很小的，不隨PN結(jié)兩端電壓變化的反向飽和電流，此時PN結(jié)電阻大，處于截止狀態(tài)。即PN結(jié)具有單向?qū)щ娦阅?。第十四頁，共四十六頁?022年，8月28日晶體二極管結(jié)構(gòu)及電路符號：PN結(jié)正偏（P接+、N接-），D導通。PN正極負極晶體二極管的主要特性：單方向?qū)щ娞匦訮N結(jié)反偏（N接+、P接-），D截止。即主要用途：用于整流、開關(guān)、檢波電路中。二極管第十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日將PN結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管。小功率二極管大功率二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管第十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日1.極性判別觸絲半導體片第十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日2.二極管的檢測

紅表筆是(表內(nèi)電源)正極，黑表筆是(表內(nèi)電源)負極。數(shù)字式萬用表檢測在

擋進行測量，當PN結(jié)完好且正偏時，顯示值為PN結(jié)兩端的正向壓降(V)。反偏時，顯示。第十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日鉗位電路四：二極管在電路中的應用鉗位電路的作用是將周期性變化的波形的頂部或底部保持在某一確定的直流電平上。利用二極管正向?qū)▔航迪鄬Ψ€(wěn)定，且數(shù)值較小(有時可近似為零)的特點，來限制電路中某點的電位。第十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日檢波電路檢波二極管的作用是把調(diào)制信號中的音頻信號或是圖像信號取出來。工作頻率高，多采用點接觸型結(jié)構(gòu)，玻璃封裝。第二十頁，共四十六頁，2022年，8月28日限幅電路V2<vi<V1時，D1、D2截止,vo=vit0vit0vOViV1時，D1導通、D2截止,vo=V1

Vi

V2時，D2導通、D1截止,vo=V2

由此

，電路實現(xiàn)雙向限幅功能。vOvi+-D1+-+-RD2V1-V2+-其中：V1為上門限電壓，V2為下門限電壓。V1-V2-V2V1第二十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日二極管溫度補償電路

利用二極管的管壓降溫度特性可以正確解釋VD1在電路中的作用。假設溫度升高，根據(jù)三極管特性可知，VT1的基極電流會增大一些。當溫度升高時，二極管VD1的管壓降會下降一些，VD1管壓降的下降導致VT1基極電壓下降一些，結(jié)果使VT1基極電流下降。由上述分析可知，加入二極管VD1后，原來溫度升高使VT1基極電流增大的，現(xiàn)在通過VD1電路可以使VT1基極電流減小一些，這樣起到穩(wěn)定三極管VT1基極電流的作用，所以VD1可以起溫度補償?shù)淖饔谩?/p>

第二十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日穩(wěn)壓電路齊納二極管又稱穩(wěn)壓管，是用特殊工藝制造的面結(jié)型硅半導體二極管。第二十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日(1)工作原理穩(wěn)壓管在反向擊穿時，電流在較大范圍變動而電壓變化不大，故有穩(wěn)壓特性。穩(wěn)壓管的正向V－I特性和普通二極管相似。穩(wěn)壓管用于穩(wěn)壓時，需外加反向電壓；作為普通二極管用時，外加正向電壓。第二十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日(3)應用直流電壓源限流電阻并聯(lián)式穩(wěn)壓電路第二十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日

二極管的結(jié)電容的大小除了與本身結(jié)構(gòu)尺寸和工藝有關(guān)外，還與外加電壓有關(guān)。結(jié)電容隨反向電壓的增加而減小，這種效應顯著的二極管稱為變?nèi)荻O管。其特性如圖所示。（a)符號(b)特性曲線不同類型的管子，其電容大小也不同，一般在5—300pF。

可通過控制直流電壓，來改變電容的大小，改變諧振回路的諧振頻率。2.變?nèi)荻O管用作調(diào)諧回路、振蕩電路、鎖相環(huán)路，常用于電視機高頻頭的頻道轉(zhuǎn)換和調(diào)諧電路第二十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日3、發(fā)光二極管應用：目前在各種家用電器中的電源指示、電平指示多數(shù)都采用發(fā)光二極管。把電信號轉(zhuǎn)換為光信號的二極管，以電磁波輻射形式向外發(fā)光。由于電磁波的波長不同，其可見度也不同，能發(fā)出紅、綠、橙等單色或多色光。第二十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日4、光敏二極管光敏二極管是將光信號變成電信號的半導體器件。反向電流隨光照強度的增加而上升。IU照度增加光敏二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），稱為暗電流。當有光照時，攜帶能量的光子進入PN結(jié)后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子---空穴對，稱為光生載流子。主要用于自動控制。如光電耦合、紅外線遙控裝置、紅外防盜、路燈的自動控制等，激光頭中的三光束循跡誤差中也有應用。第二十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日整流電路第二十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日信號處于正半周：二極管導通，vL＝vs信號處于負半周：二極管截止，vL＝0單相半波整流電路第三十頁，共四十六頁，2022年，8月28日+－+－橋式全波整流電路第三十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日電路組成++++41231u2u220V+-RLouV21VV3V4+–由一個變壓器，四只二極管，一個負載組成，其中四只二極管組成電橋電路。第三十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日單相橋式整流電路的工作原理單相橋式整流電路+-u2正半周時電流通路TRLuou1D4D2D1D3u2AB+-第三十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日單相橋式整流電路-+u0u1TRLu2負半周時電流通路TRLu1D4D2D1D3u2AB-++_單相橋式整流電路的工作原理第三十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日u2>0時D1,D3導通D2,D4截止電流通路:A

D1RLD3Bu2<0時D2,D4導通D1,D3截止電流通路:BD2RLD4A輸出是脈動的直流電壓！單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形u2D4D2D1D3RLuoAB+_第三十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日整個周期的輸出波形如下圖所示：uo′′u2iO′uO′iO′′、uOiO第三十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日三、主要參數(shù)：輸出電壓平均值：Uo=0.9u2輸出電流平均值:Io=Uo/RL=0.9u2

/RL

流過二極管的平均電流：Iv=IL/2++++41232+43VuuVVO21LVR-u2uO第三十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日二、三相橋式整流電路2.工作原理在每一瞬間，根據(jù)優(yōu)先導通原則。共陰極組中陽極電位最高的二極管導通；共陽極組中陰極電位最低的二極管導通。1.電路V1RLuLV6V3V5V4V2iL

WVUu++––N三相變壓器原繞組接成三角形，副繞組接成星形共陽極組共陰極組L1L2L3T第三十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日在t1~

t2

期間共陰極組中U點電位最高，V1導通；共陽極組中V點電位最低，V4導通。負載兩端的電壓為線電壓uUV。V1RLuLV6V3V5V4V2iL

WVUu++––

N負載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓u2ou2Uu2Vu2W2uLot1t2t3t4t5t6t7t8t9第三十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日在t2~

t3

期間共陰極組中U點電位最高，V1導通；共陽極組中W點電位最低，V6導通。負載兩端的電壓為線電壓uUW。V1RLuLV6V3V5V4V2iLWVUu++––

N負載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓uou2Uu2Vu2W2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo第四十頁，共四十六頁，2022年，8月28日在t3~

t4

期間共陰極組中V點電位最高，V3導通；共陽極組中W點電位最低，V6導通。負載兩端的電壓為線電壓uVW。V1RLuLV6V3V5V4V2iL

WVUu++––

N負載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓u2ou2Uu2Vu2W2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uLo第四十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日在t4~

t5

期間共陰極組中V點電位最高，V3導通；共陽極組中U點電位最低，V2導通。負載兩端的電壓為線電壓uVU。V1RLuLV6V3V5V4V2iL

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N負載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓u2ou2Uu2Vu2W2t1t2t3t4t5t