半导体二极管及整流电路ppt课件.ppt
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1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第八章第八章 半导体二极管及整流电路半导体二极管及整流电路第二节第二节 二极管整流电路二极管整流电路 第三节第三节 滤波电路滤波电路 第四节第四节 稳压管及稳压电路稳压管及稳压电路 第一节第一节 半导体的导电特性及半导体的导电特性及PNPN结结经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体,金,金属一般都是导体。属一般
2、都是导体。有的物质几乎不导电,称为有的物质几乎不导电,称为绝缘体绝缘体,如橡,如橡皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间,称为之间,称为半导体半导体,如锗、硅、砷化镓和一些,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。硫化物、氧化物等。第一节第一节 半导体的导电特性及半导体的导电特性及PNPN结结经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 半导体的导电机理不同于其它物质,所半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具有不同于其它物
3、质的特点。比如:以它具有不同于其它物质的特点。比如:当受外界热和光的作用时,它的导当受外界热和光的作用时,它的导电能力明显变化。电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质,往纯净的半导体中掺入某些杂质,会使它的导电能力明显改变。会使它的导电能力明显改变。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用在热力学温度零度在热力学温度零度和没有外界激发时和没有外界激发时,本征半导体不导电。本征半导体不导电。把纯净的没有结把纯净的没有结构缺陷的半导体单晶构缺陷的半导体单晶称为本征半导体。称为本征半导体。它是共价键结构。
4、它是共价键结构。本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构硅原子硅原子价电子价电子 一、半导体的导电特性一、半导体的导电特性+4+4+4+4+4+4+4+4+4经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子空空穴穴本征激发本征激发复合复合在常温下自由电子和空穴的形成在常温下自由电子和空穴的形成成对出现成对出现成对消失成对消失经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用+4+
5、4+4+4+4+4+4+4+4外电场方向外电场方向外电场方向外电场方向空穴导电的空穴导电的实质是共价实质是共价键中的束缚键中的束缚电子依次填电子依次填补空穴形成补空穴形成电流。故半电流。故半导体中有电导体中有电子和空穴两子和空穴两种载流子。种载流子。空穴移动方向空穴移动方向 电子移动方向电子移动方向 1.两种载流子两种载流子 价电子填补空穴价电子填补空穴经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用结论结论1.本征半导体中存在数量相等的两种载流本征半导体中存在数量相等的两种载流子,即子,即自由电子自由电子和和空
6、穴空穴。3.温度越高,载流子的浓度越高。因此本温度越高,载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强,征半导体的导电能力越强,温度是影响半导温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素,这是半导体体性能的一个重要的外部因素,这是半导体的一大特点。的一大特点。2.本征半导体的导电能力取决于载流子本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。的浓度。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用+4+4+4+4+4+4+4+42.2.两种半导体两种半导体(1)N 型半导体型半导体在硅或锗的晶体在硅或锗的晶体中中 掺入少量的
7、掺入少量的五价元五价元 素素,如磷如磷,则形成则形成N型半导型半导体。体。磷原子磷原子+4+5多余价电子多余价电子自由电子自由电子正离子正离子经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 N 型半导体结构示意图型半导体结构示意图少数载流子少数载流子多数载流子多数载流子正离子正离子在在N型半导中型半导中,电子是多数载流子电子是多数载流子,空穴是少数载流子。空穴是少数载流子。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用+4+4+
8、4+4+4+4+4空穴空穴(2)P型半导体型半导体在硅或锗的晶体中在硅或锗的晶体中 掺入少量的三价元掺入少量的三价元 素素,如硼如硼,则形成则形成P 型型半导体。半导体。+4+4硼原子硼原子填补空位填补空位+3负离子负离子经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 P 型半导体结构示意图型半导体结构示意图电子是少数载流子电子是少数载流子负离子负离子空穴是多数载流子空穴是多数载流子经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用
9、1.N型半导体中电子是多子型半导体中电子是多子,其中大部分是掺杂提供,其中大部分是掺杂提供的电子,本征半导体中受激产生的电子只占少数。的电子,本征半导体中受激产生的电子只占少数。N型半导体中空穴是少子,少子的迁移也能形成电型半导体中空穴是少子,少子的迁移也能形成电流,由于数量的关系,起导电作用的主要是多子流,由于数量的关系,起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。近似认为多子与杂质浓度相等。2.P型半导体中空穴是多子,电子是少子型半导体中空穴是多子,电子是少子。结论结论经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款
10、或接受服务的费用P 区区N 区区1.PN 结的形成结的形成 用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上,形成形成 P型半导体区域型半导体区域 和和 N型半导体区域型半导体区域,在这两个区域的交界处就形成了一个在这两个区域的交界处就形成了一个PN 结。结。N区的电子向区的电子向P区扩散并与空穴复合区扩散并与空穴复合P区的空穴向区的空穴向N区扩散并与电子复合区扩散并与电子复合空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向二、二、PN结及其单向导电性结及其单向导电性经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价
11、款或接受服务的费用多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移内电场方向内电场方向空间电荷区空间电荷区P 区区N 区区在一定的条件下,多子扩散与少子漂移达到动态平衡,在一定的条件下,多子扩散与少子漂移达到动态平衡,空间电荷区的宽度基本上稳定下来。空间电荷区的宽度基本上稳定下来。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用内电场方向内电场方向E外电场方向外电场方向RI2.PN 2.PN 结的单向导电性结的单向导电性P 区区N 区区外电场驱使外电场驱使P区的空穴进入空间区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间电荷电荷区抵消一部
12、分负空间电荷N区电子进入空间电荷区区电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷抵消一部分正空间电荷空间电荷区变窄空间电荷区变窄 扩散运动增强,形扩散运动增强,形成较大的正向电流成较大的正向电流(1 1)外加正向电压外加正向电压经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用P 区区N 区区内电场方向内电场方向ER空间电荷区变宽空间电荷区变宽 外电场方向外电场方向IR(2 2)外加反向电压外加反向电压外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走少数载流子越过少数载流子越过PN
13、结结形成很小的反向电流形成很小的反向电流 多数载流子的扩散运动难于进行多数载流子的扩散运动难于进行经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1、空间电荷区中没有载流子又称耗尽层。、空间电荷区中没有载流子又称耗尽层。2、空间电荷区中内电场阻碍、空间电荷区中内电场阻碍扩散运动扩散运动的进的进行。(扩散运动为多子形成的运动)行。(扩散运动为多子形成的运动)3、少子少子数量有限,因此由它们形成的电流很小。数量有限,因此由它们形成的电流很小。4、PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。正向偏置正向偏置:P区加正、区加
14、正、N区加负电压区加负电压 多子运动增强,多子运动增强,PN结导通结导通 反向偏置:反向偏置:P区加负、区加负、N区加正电压区加正电压 少子运动增强,少子运动增强,PN结截止结截止结论结论经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 正极引线正极引线触丝触丝N型锗型锗支架支架外壳外壳负极引线负极引线点接触型二极管点接触型二极管1.1.二极管的结构和符号二极管的结构和符号二极管的符号二极管的符号正极正极负极负极三、三、半导体二极管半导体二极管 正极引线正极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型区型区负极引线负极引
15、线 面接触型二极管面接触型二极管N型硅型硅PN结结PN结结经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二极管的型号例如:2 C K 18 序号 (K-开关、W-稳压、Z-功能 整流、P-检波)(A、B-锗)材料(C、D-硅)二极管经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.2.伏安特性伏安特性UI死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.2V。导通压降导通压降:硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击
16、穿电反向击穿电压压U(BR)小结:小结:(1)二极管正向电压很)二极管正向电压很 小时,有死区。小时,有死区。(2)二极管正向导通时)二极管正向导通时 管压降基本固定。管压降基本固定。导通电阻很小。导通电阻很小。(3)二极管反向截止时,)二极管反向截止时,反向电流很小,并反向电流很小,并 几乎不变,称反向几乎不变,称反向 饱和电流。饱和电流。(4)反向电压加大到一)反向电压加大到一 定程度二极管反向定程度二极管反向 击穿。击穿。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3.3.主要参数主要参数(1)最大整流
17、电流)最大整流电流 IOM二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向平均电流。向平均电流。(2)反向击穿电压)反向击穿电压UBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增,二极管的单向导电性被破坏,甚至过热而剧增,二极管的单向导电性被破坏,甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压烧坏。手册上给出的最高反向工作电压URM一般是一般是UBR的一半。的一半。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(3 3)最大反向电流)最大反
18、向电流 I IRMRM指二极管加最大反向工作电压时的反向电流。指二极管加最大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,因此反反向电流大,说明管子的单向导电性差,因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响,温度向电流越小越好。反向电流受温度的影响,温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小,锗管越高反向电流越大。硅管的反向电流较小,锗管的反向电流要大几十到几百倍。的反向电流要大几十到几百倍。以上均是二极管的直流参数,二极管的应用是以上均是二极管的直流参数,二极管的应用是主要利用它的单向导电性包括整流、限幅、保护等主要利用它的单向导电性包括整流、限幅、保护等经营者提供商品或者服务
19、有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用例例1.1.试求下列电路中的电流。(二极管为硅管)试求下列电路中的电流。(二极管为硅管)二极管为非线性元件在分析计算时和以往线性元二极管为非线性元件在分析计算时和以往线性元件不同下面我们以例子说明。件不同下面我们以例子说明。4.4.分析、应用举例分析、应用举例 二极管的二极管的应用范围很广应用范围很广,它可用与整流、检波、限幅、它可用与整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件。元件保护以及在数字电路中作为开关元件。其中:其中:US=5V,R=1K解:所示电路中二极管处于导通
20、状态,解:所示电路中二极管处于导通状态,因此:因此:+-USRI二极管为电流控制型元件,二极管为电流控制型元件,R是限流电阻。是限流电阻。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 例例2:下图中,已知:下图中,已知VA=3V,VB=0V,VDA、VDB为锗为锗管,求输出端管,求输出端Y的电位并说明的电位并说明二极管的二极管的作用。作用。解:解:VDA优先导通,则优先导通,则VY=30.3=2.7VVDA导通后导通后,VDB因反偏而截因反偏而截止止,起隔离作用起隔离作用,VDA起钳位作起钳位作用用,将将Y端
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