第二講二極管及其應用電路演示文稿

第二講二極管及其應用電路演示文稿當前第1頁\共有59頁\編于星期六\16點當前第2頁\共有59頁\編于星期六\16點問題：一個簡單的二極管電路一個二極管電路如圖所示，現(xiàn)在我們利用PSpice（或在實驗室）給輸入端加上正弦信號，看一看，輸出端會產(chǎn)生什么樣的波形？如果我們用一個電阻替換掉二極管，輸出端波形又是什么樣的？兩種情況下的輸出為什么會產(chǎn)生形狀上的差別，問題的關(guān)鍵是什么？

D1N4002第二講半導體二極管及常用二極管電路

+

-

vi

vo

-

+

R

D

當前第3頁\共有59頁\編于星期六\16點PN結(jié)的形成PN結(jié)的單向?qū)щ娦园雽w二極管

2.1二極管的物理機制

關(guān)鍵詞

二極管的單向?qū)щ娦缘诙v半導體二極管及常用二極管電路當前第4頁\共有59頁\編于星期六\16點第二講半導體二極管及常用二極管電路

2.1二極管的物理機制

【例1.2-1】已知在T=300K時本征硅受激產(chǎn)生的電子濃度為1.431010cm-3，而本征硅原子濃度為5.11022cm-3，如果在本征硅中摻入十億分之一的施主雜質(zhì)，即，雜質(zhì)濃度為，此時的雜質(zhì)半導體中空穴濃度、電子濃度分別是多少？解：此時的電子濃度：n＝Nd>>空穴濃度為：當前第5頁\共有59頁\編于星期六\16點第二講半導體二極管及常用二極管電路2.1二極管的物理機制

1.PN結(jié)的形成

當前第6頁\共有59頁\編于星期六\16點2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

外加正向電壓

阻擋層內(nèi)的總電場減弱，空間電荷總量減少；空間電荷區(qū)變窄；

勢壘區(qū)的電位差減小。

正向偏置情況下，給PN結(jié)一個小電壓，可得到較大的電流。第二講半導體二極管及常用二極管電路2.1二極管的物理機制

當前第7頁\共有59頁\編于星期六\16點外加反向電壓

阻擋層內(nèi)的總電場增強，空間電荷總量增加；空間電荷區(qū)變寬；

勢壘區(qū)的電位差增大。

反向偏置情況下，反向電流很小，可以認為PN結(jié)基本上不導電，表現(xiàn)為一個很大的電阻。

第二講半導體二極管及常用二極管電路2.1二極管的物理機制

2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

當前第8頁\共有59頁\編于星期六\16點第二講半導體二極管及常用二極管電路2.1二極管的物理機制

3.半導體二極管當前第9頁\共有59頁\編于星期六\16點關(guān)鍵詞

二極管正向門坎電壓二極管最高反向工作電壓VBR

2.2二極管的伏安特性

正向特性反向特性第二講半導體二極管及常用二極管電路當前第10頁\共有59頁\編于星期六\16點1.二極管的V-I特性當vD

0,且 時,當vD

0,且 時，第二講半導體二極管及常用二極管電路2.2二極管的伏安特性

當前第11頁\共有59頁\編于星期六\16點1.二極管的V-I特性例：已知PN結(jié)在T=300K時，,m=1,求

及時的結(jié)電流。解：當時，PN結(jié)上為正偏壓，有當時，PN結(jié)上為負偏壓，有第二講半導體二極管及常用二極管電路2.2二極管的伏安特性

當前第12頁\共有59頁\編于星期六\16點1.二極管的V-I特性第二講半導體二極管及常用二極管電路2.2二極管的伏安特性

當前第13頁\共有59頁\編于星期六\16點2.正向特性第二講半導體二極管及常用二極管電路2.2二極管的伏安特性

當前第14頁\共有59頁\編于星期六\16點3.反向特性對Si二極管而言，一般地

VBR6伏----齊納擊穿；

VBR7伏----雪崩擊穿；6伏

VBR7伏----兩種擊穿都有

第二講半導體二極管及常用二極管電路2.2二極管的伏安特性

當前第15頁\共有59頁\編于星期六\16點例：Si二極管I-V特性曲線如圖，把Si管接入電路，求二極管上的電壓降和通過二極管的電流。Q解：電路方程E=iDR+vD

從圖中查出，

ID=7(mA),VD=0.8(V)第二講半導體二極管及常用二極管電路2.2二極管的伏安特性

當前第16頁\共有59頁\編于星期六\16點溫度對正向特性的影響第二講半導體二極管及常用二極管電路2.2二極管的伏安特性

當前第17頁\共有59頁\編于星期六\16點

2.3

二極管的常用模型關(guān)鍵詞二極管的理想開關(guān)模型和恒壓源模型模型分析法的實質(zhì)常用的二極管模型二極管的分析方法

第二講半導體二極管及常用二極管電路當前第18頁\共有59頁\編于星期六\16點第二講半導體二極管及常用二極管電路2.3二極管的常用模型1.常用的二極管模型理想二極管開關(guān)模型正向?qū)?，VD=0(內(nèi)阻r=0)，相當于開關(guān)閉合反向截止，IS=0(內(nèi)阻r=)，相當于開關(guān)斷開。當前第19頁\共有59頁\編于星期六\16點1.常用的二極管模型恒壓源模型Si管：Von≈0.7(V)（實際：0.6～0.8）Ge管：Von≈0.2（V）

VVon，D通，通后壓降為Von

V<Von，D止，Is≈0，第二講半導體二極管及常用二極管電路2.3二極管的常用模型當前第20頁\共有59頁\編于星期六\16點1.常用的二極管模型交流小信號模型（微變等效）

第二講半導體二極管及常用二極管電路2.3二極管的常用模型當前第21頁\共有59頁\編于星期六\16點2.分析方法

解析法模型分析法(等效電路分析法)第二講半導體二極管及常用二極管電路2.3二極管的常用模型當前第22頁\共有59頁\編于星期六\16點2.分析方法

例，如圖，已知E和vi(微小變化電壓)，求iD、vD。解

：①設(shè)vi=0

，②E=0，③疊加交，直流量，第二講半導體二極管及常用二極管電路2.3二極管的常用模型當前第23頁\共有59頁\編于星期六\16點

2.4

常用二極管電路

關(guān)鍵詞二極管常用電路的理解和分析限幅和箝位電路多二極管電路整流電路

整流濾波電路

第二講半導體二極管及常用二極管電路當前第24頁\共有59頁\編于星期六\16點第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

1.限幅和箝位電路E為直流10V，vi峰值20V、頻率1kHz當前第25頁\共有59頁\編于星期六\16點第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

1.限幅和箝位電路串聯(lián)下限幅電路當前第26頁\共有59頁\編于星期六\16點1.限幅和箝位電路箝位電路

第一個T/4時間，當vi大于二極管的導通電壓Von時，二極管導通，電容C充電，

vi到達峰值,vC=Vim-Von

vi下降。理想情況下，電容不放電，當vi下降到與

vc值相等時，二極管變?yōu)榉雌?。輸出第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第27頁\共有59頁\編于星期六\16點1.限幅和箝位電路箝位電路第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第28頁\共有59頁\編于星期六\16點2.多二極管電路例1，電路如圖，判斷圖中二極管是導通還是截止，并確定輸出電壓Vo，設(shè)二極管Von=0.7V。將D1、D2斷開，

對D1管，有VD1=Va-Vb1=15-0=15V；

接入二極管后，

D2管優(yōu)先導通，將電位限制在

Va=-10V+0.7V=-9.3V

，此時D1因承受反向壓降而截止。所以，Vo=-9.3V。

第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第29頁\共有59頁\編于星期六\16點2.多二極管電路例2，求如圖所示電路當Vi=0V、Vi=4V時輸出電壓和二極管上的電流。二極管的Von=0.7V。當Vi=0V時：當Vi=4V時：VO=3.3+0.7=4(V)iD1=iR2-iD2=0.63(mA)

iD1=0，VO=1.2+0.7=1.9(V)第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第30頁\共有59頁\編于星期六\16點2.多二極管電路例2電路的輸出與輸入特性曲線第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第31頁\共有59頁\編于星期六\16點2.多二極管電路例2電路中D1和D2的電流第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第32頁\共有59頁\編于星期六\16點2.多二極管電路二極管與邏輯電路V1(V)V2(V)Vo(V)邏輯輸出000.70500.70050.705551第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第33頁\共有59頁\編于星期六\16點2.多二極管電路二極管或邏輯電路V1(V)V2(V)Vo(V)邏輯輸出0000504.31054.31554.31第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第34頁\共有59頁\編于星期六\16點3.發(fā)光二極管電路

發(fā)光二極管（LED）由砷化鎵等化合物半導體材料制成，它能將電流轉(zhuǎn)化為光信號,也就是將電能轉(zhuǎn)化為光能。

如果二極管正偏，電子和空穴注入空間電荷區(qū)成為過剩少子。這些少子擴散到N區(qū)或P區(qū)，在那里與多子復合，復合時會發(fā)出光子。

七段LED顯示器第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

電子和空穴之間的能隙越大，產(chǎn)生的光子能量就越高，光子的能量與光的顏色對應，不同材料具有不同能隙，因而能發(fā)出不同顏色的光。一般工作電流10mA，正向壓降1.5~6V。當前第35頁\共有59頁\編于星期六\16點4.整流電路

整流電路是二極管的一個重要應用。是小功率（200W以下）直流穩(wěn)壓電源的組成部分。其主要功能是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將市電電網(wǎng)的單相正弦（AC）→單方向脈動（DC）（后經(jīng)濾波、穩(wěn)壓→直流電源）。即，整流是將交流電轉(zhuǎn)化成單一極性的直流的過程。

可用二極管的理想模型分析這類電路。工作原理

電路分析

第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第36頁\共有59頁\編于星期六\16點4.整流電路——工作原理單相半波整流

利用二極管的單向?qū)щ娦阅?，使?jīng)變壓器出來的電壓只有半個周期可以到達負載，造成負載電壓Vo是單方向的脈動直流電壓。

特點：電路結(jié)構(gòu)簡單，脈動大。

第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第37頁\共有59頁\編于星期六\16點4.整流電路——工作原理單相橋式全波整流

電橋的簡化符號：

特點：輸出電壓高；波紋電壓較小（脈動?。?；Tr在正負半周都有電流供給RL，效率較高。第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第38頁\共有59頁\編于星期六\16點4.整流電路——電路分析

分析整流電路的性能時，主要考察四項參數(shù)：①整流電路的輸出電壓平均值（直流電壓）Vo（AV）②整流電路的輸出電壓脈動系數(shù)S③整流二極管正向平均電流ID（AV）④整流管的反向峰值電壓VRM

第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第39頁\共有59頁\編于星期六\16點4.整流電路——電路分析

1）Vo（AV）：輸出電壓在一個周期內(nèi)的平均值。（即輸出電壓的直流分量）

半波整流：

全波整流：

第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第40頁\共有59頁\編于星期六\16點4.整流電路——電路分析

2）S：表征整流輸出波形脈動的量。定義：

Vo1M指的是輸出電壓的基波峰值

半波整流：

第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第41頁\共有59頁\編于星期六\16點4.整流電路——電路分析

2）S：表征整流輸出波形脈動的量。定義：

Vo1M指的是輸出電壓的基波峰值

全波整流

:第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第42頁\共有59頁\編于星期六\16點4.整流電路——電路分析

3）ID（AV）半波整流

:全波整流

:第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第43頁\共有59頁\編于星期六\16點4.整流電路——電路分析

4）VRM：二極管承受的最大反向峰值電壓VRM。

半波整流：處于負半周時，二極管截止，承受的最大反向電壓為全波整流：v2

0時，D1、D3通，D2、D4止，

v2

0時，D2、D4通，D1、D3止，第二講半導體二極管及常用二極管電路2.5常用二極管電路

當前第44頁\共有59頁\編于星期六\16點5.整流濾波電路——電容整流濾波電路

單相橋式整流濾波電路

第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第45頁\共有59頁\編于星期六\16點5.整流濾波電路——電容整流濾波電路

討論：①加了電容濾波后，輸出電壓直流成分提高了（輸出電壓的平均值增加）②加了電容濾波后，輸出電壓的脈動成分減小。③電容放電的d=RLC↑→放電過程↑→則輸出電壓↑，同時脈動成分↓，濾波效果↑。當RLC→∞，VO(AV)=∴應選擇C大，RL大。第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第46頁\共有59頁\編于星期六\16點5.整流濾波電路——電容整流濾波電路

討論：④電容濾波電路中二極管的導電時間縮短了。

導電角<180°，且τd↑,導電角↓。因此，整流管在短暫的導電時間內(nèi)流過一個很大的沖擊電流，對管子的壽命不利。所以必須選擇較大容量的整流二極管。第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

當前第47頁\共有59頁\編于星期六\16點5.整流濾波電路——電感整流濾波電路

第二講半導體二極管及常用二極管電路2.4常用二極管電路

適用于負載電流大的場合當前第48頁\共有59頁\編于星期六\16點

2.5穩(wěn)壓管及穩(wěn)壓電路關(guān)鍵詞

穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓機制

穩(wěn)壓管是利用PN結(jié)的反向擊穿特性所具有的穩(wěn)壓性能而做成的，是一種用特殊工藝制造的面結(jié)型Si半導體二極管。第二講半導體二極管及常用二極管電路穩(wěn)壓管的伏安特性及模型穩(wěn)壓管的參數(shù)穩(wěn)壓電路當前第49頁\共有59頁\編于星期六\16點第二講半導體二極管及常用二極管電路2.5穩(wěn)壓管及穩(wěn)壓電路1.穩(wěn)壓管的伏安特性及模型反向擊穿電壓為VBR=-VzDz的反向擊穿特性越陡，穩(wěn)壓特性越好。當前第50頁\共有59頁\編于星期六\16點2.穩(wěn)壓管的主要參數(shù)①Vz：Dz中I為額定電流時，穩(wěn)壓管兩端的電壓值。

②Iz：Dz正常工作時的參考電流值。（～Izmin）

③rz：rz隨工作電流不同而變。

④Pz：額定功耗。Pz=IzmaxVz第二講半導體二極管及常用二極管電路2.5穩(wěn)壓管及穩(wěn)壓電路當前第51頁\共有59頁\編于星期六\16點3.穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓原理

限流電阻R的選擇

主要指標

第二講半導體二極管及常用二極管電路2.5穩(wěn)壓管及穩(wěn)壓電路當前第52頁\共有59頁\編于星期六\16點3.穩(wěn)壓電路當RL不變：（輸入電壓變大）VI↑→IR↑→VO↑→Iz↑↑→IO↓

當VI不變:（負載變?。㏑L↓→VO↓→IZ↓↓→IO↑

VO穩(wěn)壓原理電路穩(wěn)壓的實質(zhì)是，齊納二極管利用調(diào)節(jié)自身的電流大?。ǘ穗妷夯静蛔儯﹣頋M足輸出電流的改變，并和限流電阻R配合將電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化以適應電網(wǎng)電壓的波動。VO第二講半導體二極管及常用二極管電路2.5穩(wěn)壓管及穩(wěn)壓電路當前第53頁\共有59頁\編于星期六\16點3.穩(wěn)壓電路限流電阻R的選擇設(shè)Dz的工作點在IZmin≤IZ≤IZmax電網(wǎng)電壓最高時整流輸出VImax，最低為VImin

負載電流Io的最小值為IOmin，最大為IOmax

當VImax和IOmin，IZ的值最大：

當VImin和IOmax，IZ的值最?。?/p>

第二講半導體二極管及常用二極管電路2.5穩(wěn)壓管及穩(wěn)壓電路當前第54