第1章 半导体二极管PPT讲稿.ppt

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1、第1章 半导体二极管第1页，共76页，编辑于2022年，星期一【模电模电】：模拟电路、模拟电子技术。平常用的音响、电话、早期电视、收音机、平常用的音响、电话、早期电视、收音机、直流稳压电源直流稳压电源等都有模拟电子元件组成的电路单元。用连续变化的电信号反应实际的物理量变化。第2页，共76页，编辑于2022年，星期一【数电数电】：数字电路、数字电子技术。数码产品都有数字电路（或元件）组成数码产品都有数字电路（或元件）组成，但或多或少都还包含一些模拟电路,（纯粹的数字电路根本无实际意义，不能成为产品）。用数字【通断】、【开关】、【0和1】状态来表示物理量的变化，就是把物理量【量化】为【数字】来描述

2、。第3页，共76页，编辑于2022年，星期一有线对讲机电路有线对讲机电路 第4页，共76页，编辑于2022年，星期一红外线自动水龙头控制电路红外线自动水龙头控制电路 采用了反射式红外线传感器。这种传感器的发射与接收对管是一体化的，当有物体靠近时，一部分红外光被反射到接收管，从而产生控制信号。第5页，共76页，编辑于2022年，星期一门铃音乐芯片门铃音乐芯片 第6页，共76页，编辑于2022年，星期一救护车声双音报警器救护车声双音报警器 第7页，共76页，编辑于2022年，星期一半导体二极管半导体二极管第第 1 章章1.1半导体的基础知识半导体的基础知识1.2半导体二极管的特性和主要参数半导体二

3、极管的特性和主要参数1.3二极管电路的分析方法二极管电路的分析方法1.4特殊二极管特殊二极管1.5半导体二极管特性的测试与应用半导体二极管特性的测试与应用第第 1 章小结章小结第8页，共76页，编辑于2022年，星期一几种二极管几种二极管第9页，共76页，编辑于2022年，星期一半导体三极管外型及引脚排列半导体三极管外型及引脚排列EBCE B CEBCBEC第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管第10页，共76页，编辑于2022年，星期一单相半波整流电路单相半波整流电路2)2)工作原理工作原理工作原理工作原理 u u 正半周，正半周，正半周，正半周，V Va aVVb b，二极管二

4、极管二极管二极管D D导通；导通；导通；导通；3)3)工作波形工作波形工作波形工作波形 u 负半周，负半周，VaVV阴阴阴阴或或或或 U UD D为正为正为正为正(正向偏置正向偏置正向偏置正向偏置 )，二极管导通，二极管导通，二极管导通，二极管导通若若若若 V V阳阳阳阳 VVV阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB=6V6V否则，否则，否则，否则，U UABAB低于低于低于低于6V6V一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为

5、6.36.3或或或或6.7V6.7V例例1：取取取取 B B 点作参考点，断点作参考点，断点作参考点，断点作参考点，断开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。D6V12V3k BAUAB+第39页，共76页，编辑于2022年，星期一两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取取取 B B 点作参考点，断开二极管，点作参考点，断

6、开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。V V1 1阳阳阳阳 =6 V6 V，V V2 2阳阳阳阳=0 V=0 V，V V1 1阴阴阴阴 =V V2 2阴阴阴阴=12 V12 VU UD1D1=6V=6V，U UD2D2=12V=12V U UD2D2 U UD1D1 D D2 2 优先导通，优先导通，优先导通，优先导通，D D1 1截止。截止。截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，

7、二极管可看作短路，U UABAB =0 V=0 V例例2:D D1 1承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为6 V6 V流过流过流过流过 D D2 2 的电流为的电流为的电流为的电流为求：求：求：求：U UABAB 在这里，在这里，在这里，在这里，D D2 2 起钳起钳起钳起钳位作用，位作用，位作用，位作用，D D1 1起隔离起隔离起隔离起隔离作用。作用。作用。作用。BD16V12V3k AD2UAB+第40页，共76页，编辑于2022年，星期一u ui i 8V 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 u uo

8、o=8V=8V u ui i 8V UN二极管导通二极管导通等效为等效为 0.7 V 的恒压源的恒压源 UO=VDD1 UD(on)=15 0.7=14.3(V)IO=UO/RL=14.3/3 =4.8(mA)I2=(UO VDD2)/R=(14.3 12)/1 =2.3(mA)I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(mA)VDD1VDD2UORLR1 k 3 k IOI1I215 V12VPN第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第43页，共76页，编辑于2022年，星期一例例 1.3.3 二二极极管管构构成成“门门”电电路路，设设 V1、V2 均均为为理理想想二二极极管管，当当输输入入电

9、电压压 UA、UB 为为低低电电压压 0 V 和和高高电电压压 5 V 的不同组合时，求输出电压的不同组合时，求输出电压 UO 的值。的值。UAUBUOR3 k 12 VVDDV1V2BAY输入电压理想二极管输出电压UAUBV1V20 V0 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通0 V0 V5 V正偏正偏导通导通反偏反偏截止截止0 V5 V0 V反偏反偏截止截止正偏正偏导通导通0 V5 V5 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通5 V第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第44页，共76页，编辑于2022年，星期一整流电路整流电路整流电路的作用整流电路的作用整流电路的作用整流电路的作用:将交流电压转

10、变为脉动的直流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。常见的整流电路：常见的整流电路：常见的整流电路：常见的整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。整流原理：整流原理：整流原理：整流原理：利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性第45页，共76页，编辑于2022年，星期一单相整流电路单相整流电路一、半波整流一、

11、半波整流 tO 2 3 u2 tO 2 3 uO tO 2 3 iD=iO tO 2 3 uDRL220 V+uu2iD+uD第46页，共76页，编辑于2022年，星期一整流二极管的选择整流二极管的选择整流二极管的选择整流二极管的选择 平均电流平均电流平均电流平均电流 I I I ID D 与最高反向电压与最高反向电压与最高反向电压与最高反向电压 U UDRMDRM 是选择整流是选择整流是选择整流是选择整流二极管的主要依据。二极管的主要依据。二极管的主要依据。二极管的主要依据。选管时应满足：选管时应满足：I IOMOM I ID D ，U URWMRWM U UDRMDRM 第47页，共76页

12、，编辑于2022年，星期一例例 1.3.5 ui=2 sin t(V)，分析二极管的限幅作用。，分析二极管的限幅作用。ui 较小，宜采用恒压降模型较小，宜采用恒压降模型V1V2uiuORui 0.7 VV1、V2 均截止均截止uO=uiuO=0.7 Vui 0.7 VV2 导通导通 V截止截止ui 0.7 VV1 导通导通 V2 截止截止uO=0.7 V思考题思考题:V1、V2 支支路路各各串串联联恒恒压压源源，输输出波形如何？出波形如何？(可可切至切至 EWB)OtuO/V0.7Otui/V2 0.7第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第48页，共76页，编辑于2022年，星期一小小 结结

13、理想二极管理想二极管：正偏导通，电压降为零，相当于开关合上；正偏导通，电压降为零，相当于开关合上；反偏截止，电流为零，相当于开关断开。反偏截止，电流为零，相当于开关断开。恒压降模型恒压降模型：正偏电压正偏电压 UD(on)时导通，等效为恒压源时导通，等效为恒压源 UD(on)；否则截止，相当于二极管支路断开。否则截止，相当于二极管支路断开。第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第49页，共76页，编辑于2022年，星期一1.4特殊二特殊二极管极管1.4.1 稳压二极管稳压二极管1.4.2 光电二极管光电二极管第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第50页，共76页，编辑于2022年，星期一几种

14、二极管第51页，共76页，编辑于2022年，星期一1.4 1.4 稳压管及稳压管稳压电路稳压管及稳压管稳压电路1.4.11.4.1稳压管稳压管1.1.符号符号符号符号 UZIZIZM UZ IZ2.2.伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性 稳压管正常工作稳压管正常工作时加反向电压时加反向电压使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿稳压管反向击穿后，电流变化很大，后，电流变化很大，但其两端电压变化但其两端电压变化很小，利用此特性，很小，利用此特性，稳压管在电路中可稳压管在电路中可起稳压作用。起稳压作用。_+UIO第52页，共76页，编辑于2022年，星期一3.3.主要参数主要参数主要参数

15、主要参数(1)(1)(1)(1)稳定电压稳定电压稳定电压稳定电压U UZ Z 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。(2)(2)(2)(2)电压温度系数电压温度系数电压温度系数电压温度系数 环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化1 1 1 1 C C引起引起引起引起稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数百分数百分数。(3)(3)(3)(3)动态电阻动态电阻动态电阻动态电阻(4)(4)(4)(4)稳定电流稳定电流稳定电流稳定电流 I

16、 IZ Z、最大稳定电流、最大稳定电流、最大稳定电流、最大稳定电流 I IZMZM(5)(5)(5)(5)最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率 P PZM ZM=U UZ Z I IZMZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。第53页，共76页，编辑于2022年，星期一 稳压电路：稳压电路：稳压二极管在工作时应稳压二极管在工作时应反接反接，并串入一只电，并串入一只电阻。阻。电阻的作用一是起电阻的作用一是起限流限流作用，以保护稳压管；作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变

17、化时，通过该电阻其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工调节稳压管的工作电流作电流，从而起到稳压作用。，从而起到稳压作用。第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第54页，共76页，编辑于2022年，星期一例例 1.4.1 分析简单稳压电路的工作原理，分析简单稳压电路的工作原理，R 为限流电阻。为限流电阻。IR=IZ+ILUO=UI IR R当当 UI 波动时波动时(RL不变不变)反之亦然反之亦然当当 RL 变化时变化时(UI 不变不变)反之亦然反之亦然UIUORRLILIRIZ第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第

18、55页，共76页，编辑于2022年，星期一稳压管应用稳压管应用稳压管应用稳压管应用小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成直流稳压电源的原理方框图直流稳压电源的原理方框图功能：功能：把交流电压变成稳定的大小合适把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压的直流电压u4uou3u2u1交流电源交流电源交流电源交流电源负载负载负载负载变压变压变压变压整流整流整流整流滤波滤波滤波滤波稳压稳压稳压稳压第56页，共76页，编辑于2022年，星期一稳压管稳压电路稳压管稳压电路2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理UO=UZ IR=IO+IZUIUZRL

19、(IO)IR 设设UI一定，负载一定，负载RL变化变化UO 基本不变基本不变 IR(IRR)基本不变基本不变 UO(UZ)IZ 1.1.电路电路电路电路+UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流调压稳压电路第57页，共76页，编辑于2022年，星期一稳压管稳压电路（续）稳压管稳压电路（续）2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理UO=UZ IR=IO+IZUIUZUI UZ 设负载设负载设负载设负载R RL L一定，一定，一定，一定，U UI I 变化变化变化变化 UO 基本不变基本不变 IRR IZ IR 1.1.电路电路电路电路+UIRL+CIOUO+uIRRDZIz第58页，共76页，

20、编辑于2022年，星期一3.3.参数的选择参数的选择参数的选择参数的选择(1)UZ=UO(2)IZM=(1.5 3)ICM(3)UI=(2 3)UO(4)为保证稳压为保证稳压管安全工作管安全工作为保证稳压为保证稳压管正常工作管正常工作 适用于输出电压固定、适用于输出电压固定、适用于输出电压固定、适用于输出电压固定、输出电流不大、且负载变输出电流不大、且负载变输出电流不大、且负载变输出电流不大、且负载变动不大的场合。动不大的场合。动不大的场合。动不大的场合。第59页，共76页，编辑于2022年，星期一浪涌保护电路浪涌保护电路浪涌保护电路：稳压管在准确的电压下击穿，这就浪涌保护电路：稳压管在准确的

21、电压下击穿，这就浪涌保护电路：稳压管在准确的电压下击穿，这就浪涌保护电路：稳压管在准确的电压下击穿，这就使得它可作为限制或保护之元件来使用因为各种电使得它可作为限制或保护之元件来使用因为各种电使得它可作为限制或保护之元件来使用因为各种电使得它可作为限制或保护之元件来使用因为各种电压的稳压二极管都可以得到，故对于这种应用特别压的稳压二极管都可以得到，故对于这种应用特别压的稳压二极管都可以得到，故对于这种应用特别压的稳压二极管都可以得到，故对于这种应用特别适宜。适宜。适宜。适宜。图中的稳压二极管图中的稳压二极管图中的稳压二极管图中的稳压二极管D D D D是作为过压保护器件。只要电源电压是作为过压

22、保护器件。只要电源电压是作为过压保护器件。只要电源电压是作为过压保护器件。只要电源电压VSVSVSVS超过二极管的稳压值超过二极管的稳压值超过二极管的稳压值超过二极管的稳压值D D D D就导通。使继电器就导通。使继电器就导通。使继电器就导通。使继电器J J J J吸合负载吸合负载吸合负载吸合负载RLRLRLRL就与电源分开。就与电源分开。就与电源分开。就与电源分开。第60页，共76页，编辑于2022年，星期一1.4.2 发光二极管与光敏二极管发光二极管与光敏二极管一、发光二极管一、发光二极管 LED(Light Emitting Diode)1.符号和特性符号和特性工作条件：工作条件：正向偏

23、置正向偏置一般工作电流几十一般工作电流几十 mA，导通电压导通电压(1 2)V2.主要参数主要参数电学参数：电学参数：I FM，U(BR)，IR光学参数：光学参数：峰值波长峰值波长 P，亮度亮度 L，光通量光通量 发光类型：发光类型：可见光：可见光：红、黄、绿红、黄、绿显示类型：显示类型：普通普通 LED，不可见光：不可见光：红外光红外光，点阵，点阵 LED符号符号u/Vi /mAO2特性特性七段七段 LED第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第61页，共76页，编辑于2022年，星期一第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第62页，共76页，编辑于2022年，星期一二、光敏二极管二、光敏二

24、极管1符号和特性符号和特性符号符号特性特性uiO暗电流暗电流E=200 lxE=400 lx工作条件：工作条件：反向偏置反向偏置2.主要参数主要参数电学参数：电学参数：暗电流，光电流，最高工作范围暗电流，光电流，最高工作范围光学参数：光学参数：光谱范围，灵敏度，峰值波长光谱范围，灵敏度，峰值波长实物照片实物照片第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第63页，共76页，编辑于2022年，星期一补充：补充：选择二极管限流电阻选择二极管限流电阻步骤：步骤：1.设定工作电压设定工作电压(如如 0.7 V；2 V(LED)；UZ)2.确定工作确定工作电流电流(如如 1 mA；10 mA；5 mA)3.根

25、据欧姆定律求电阻根据欧姆定律求电阻 R=(UI UD)/ID(R 要选择标称值要选择标称值)RUIUDID第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第64页，共76页，编辑于2022年，星期一一、半导体体二极管使用基本知识一、半导体体二极管使用基本知识二、二、半导体二极管参数选录半导体二极管参数选录(参见教材参见教材)三、三、半导体二极管的识别与检测半导体二极管的识别与检测1.目测判别极性目测判别极性触丝触丝半导体片半导体片1.5半导体二极管特性的测试与应用第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第65页，共76页，编辑于2022年，星期一1.用万用表检测二极管用万用表检测二极管在在 R 1 k 挡

26、进行测量，挡进行测量，红表红表笔是笔是(表内电源表内电源)负极，负极，黑表黑表笔是笔是(表内电源表内电源)正极。正极。测量时手不要接触引脚。测量时手不要接触引脚。(1)用指针式万用表检测用指针式万用表检测一一般般硅硅管管正正向向电电阻阻为为几几千千欧，锗管正向电阻为几百欧。欧，锗管正向电阻为几百欧。正正反反向向电电阻阻相相差差不不大大为为劣劣质管。质管。正正反反向向电电阻阻都都是是无无穷穷大大或或零零则二极管内部断路或短路。则二极管内部断路或短路。1k 0 0 0第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第66页，共76页，编辑于2022年，星期一(2)用数字式万用表检测用数字式万用表检测红红表笔

27、是表笔是(表内电源表内电源)正极，正极，黑黑表笔是表笔是(表内电源表内电源)负极。负极。2k20k200k2M20M200 在在 挡挡进进行行测测量量，当当 PN 结结完完好好且且正正偏偏时时，显显示示值值为为PN 结结两两端端的的正正向向压压降降(V)。反反偏偏时，显示时，显示 。第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第67页，共76页，编辑于2022年，星期一本章作业本章作业第第 1 章章半导体二极管半导体二极管P25 P25 题题1.1 1.1，题题1.2,1.2,题题1.141.14加油，努力！加油，努力！第68页，共76页，编辑于2022年，星期一1 1、电路如图所示，二极管、电路如

28、图所示，二极管D1D1、D2D2为理想元件，判断为理想元件，判断D1D1、D2D2的的 工工作状态为（作状态为（）。）。(a)D1(a)D1导通，导通，D2D2截止截止 (b)D1(b)D1导通，导通，D2D2导通导通 (c)D1(c)D1截止，截止，D2D2导通导通 (d)D1(d)D1截止，截止，D2D2截止截止练习题练习题第69页，共76页，编辑于2022年，星期一2 2、电路如图所示，设二极管、电路如图所示，设二极管D1 D2的正向压降忽略不计，则输的正向压降忽略不计，则输出电压出电压 uO=（）。）。(a)0V (b)6V (c)12V(a)0V (b)6V (c)12V第70页，共

29、76页，编辑于2022年，星期一3 3、二极管、二极管D D和灯泡和灯泡HLHL相串联，电路如图所示。设电源电压相串联，电路如图所示。设电源电压u=Usin t，且二极管的正向压降及反向漏电流可忽略且二极管的正向压降及反向漏电流可忽略,则灯泡则灯泡两端的电压平均值两端的电压平均值UAB为（为（）。）。(a)0.5U (b)0.707U (c)0.45U (d)U第71页，共76页，编辑于2022年，星期一4 4、电路如图所示，稳压管的稳定电压、电路如图所示，稳压管的稳定电压UZ=10V，稳压管的最大稳定，稳压管的最大稳定电流电流IZMAX=20 mA，输入直流电压输入直流电压UI=20V，限流

30、电阻，限流电阻 R 最小应选最小应选_ _ 。第72页，共76页，编辑于2022年，星期一5 5、整流电路如图所示，输出电流平均值、整流电路如图所示，输出电流平均值 ，则，则流过二极管的电流平均值流过二极管的电流平均值 是（是（）。）。(a)=50 mA(a)=50 mA(b)=25 mA (c)=12.5 mA(b)=25 mA (c)=12.5 mA第73页，共76页，编辑于2022年，星期一6 6、整流电路如图、整流电路如图1 1所示，输出电压的波形是图中所示，输出电压的波形是图中()()。第74页，共76页，编辑于2022年，星期一7 7、稳压管电路如图，稳压管、稳压管电路如图，稳压管

31、Dz1的稳定电压的稳定电压 的稳定的稳定电压为电压为 ，则电压，则电压U0等于（等于（）。）。（a）12V （b）20v （c）6v第75页，共76页，编辑于2022年，星期一1.2.1 半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型构成：构成：PN 结结+引线引线+管壳管壳=二极管二极管(Diode)符号：符号：A(anode)C(cathode)分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型点接触型点接触型正极正极引线引线触丝触丝N 型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线负极引线负极引线 面接触型面接触型N型锗型锗PN 结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金平面型平面型正极正极引线引线负极负极引线引线集成电路中平面型集成电路中平面型PNP 型支持衬底型支持衬底第第 1 章章半导体二极管半导体二极管第76页，共76页，编辑于2022年，星期一