二极管及其应用基本要求1理解PN结的单向导电性；2.doc

第四章 二极管及其应用 一、基本要求： 1.理解PN结的单向导电性； 2.了解半导体二级管、稳压管的基本结构、工作原理、特性曲线，理解主要参数的意义； 3.了解单相整流电路，如半波、桥式整流电路的整流原理； 4．理解整流电压、电流的波形及其整流电压、电流的平均值与交流电压有效值之间的大小关系，并能选用整流元件； 5.了解滤波电路(主要是电容滤波)及稳压管稳压电路的基本原理； 6.了解二级管的其它应用，如门电路、限幅电路等。 二、阅读指导 1.半导体的导电性能 （1）半导体 半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质，如四价元素硅、锗、硒和大多数金属氧化物、硫化物等。在外界温度升高、光照或掺入适量杂质时，其导电能力大大增强。 （2）本征半导体 纯净四价元素以共价健形式构成晶结构，称为晶体。本征半导体就是完全纯净的具有 晶体结构的半导体。 环境温度升高或光照时产生本征激发， 形成自由电子空穴对。电子带负电，空穴带正电，在外电场作用下移动导电，称为载流子。其数量取决于环境温度的变化。 （3）杂质半导体——P型半导体和N型半导体 ① P型：在纯净半导体材料中掺入适量三价元素，形成空穴型(P型)半导体。导 电能力大大高于本征半导体。在此类型中，空穴是多数截流子，自由电子是少数截流子。 ②N型：在纯净半导体材料中掺入适量五价元素，形成电子型(N型)半导体。自由电子是“多子”，空穴为“少子”。 杂质半导体的导电能力大大增强，其多数载流子是主要导电媒介，它取决于杂质含量；少数载流子是靠本征激发产生，其多少取决于环境温度。 2.PN结 用一定的工艺方法将两种杂质半导体结合在一起，如图4—1所示， 图4-1 在交界面上，由于载流子浓度差异而产生扩散现象，扩散的截流子在交界两侧形成带电的正、负离子，在交界处形成空间电荷区，称为PN结。 空间电荷区的特性： (1) 正、负离子形成的内电场E内阻止多数截流子继续扩散； (2) 内电场对少数截流子有吸引作用，形成少子的逆向运动称为漂移。 (3) 当扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，空间电荷区厚度一定，形成PN结。 3. PN结的单向导电性 (1) 正向电压：P区接电源正极，N区接电源负极。外电场削弱了内电场，扩散运动加强，扩散运动大于漂移运动，形成正向电流Ia。空间电荷区变薄，正向电阻很小，电流Ia受负载电阻RL控制，称为正向导通。 (2) 反向电压：N区接正极，P区接负极。外电场加强了内电场，漂移运动增强，漂移运动大于扩散运动，形成反向电流IR。空间电荷区加厚，反向电阻很大，因IR很小（IR ≈0少数载流子)，称为反向截止。 所以，PN结即二极管具有单向导电性。 4. 整流电路 要学会分析整流电路的工作原理，能分别找出在交流电压的正半周和负半周时电流的通路，分析哪个二极管导通，哪个截止，要求会画整流电压、电流的波形图，会求整流电压、电流的平均值，以及对不同的整流电路，其整流元件所能承受的最高反向电压UDRM。常见的几种整流电路见表4-1。 表4-1 常见的几种整流电路 类型 电路 整流电压的波形 整流电压平均值 每管电流平均值 每管承受最高反压 单相 半波 0.45U2 单相 全波 0.9 U2 2 单相 桥式 0.9 U2 5. 滤波器电路 （1）有电容滤波器时，在同样的交流电压U作用下，整流电压的平均值U0比无电容滤波时要大。在负载端开路的情况下，。有负载电阻RL时，的大小可估算确定： 半波整流电容滤波 U0 ≈U 全波整流电容滤波 U0 ≈1.2U 桥式整流电容滤波 U0 ≈1.2U （2）有电容滤波器时，整流二极管在截止时所承受的最高反向电压UDRM 如表4—2。 表4—2 截止二极管上的最高反向电压UDRM 电路 无电容滤波 有电容滤波 单项半波整流 2 单项全波整流 2 2 单项桥式整流 (3) 有电容滤波器时，输出电压平均值决定于时间常数R LC。R LC越大，负载电压平均值U0越大。一般要求R LC≥(3～5)。 (4)由于电容滤波电路的输出电压平均值U0