第2章二极管及其应用PPT讲稿.ppt
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1、第2章二极管及其应用第1页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 2 21 1 半导体二极管半导体二极管概述:概述:vPN结结是在杂质半导体的基础上形成的一种具是在杂质半导体的基础上形成的一种具有特殊性质的物理结构,它是常用的二极管、有特殊性质的物理结构,它是常用的二极管、三极管结构的物理基础,二极管的单向导电三极管结构的物理基础,二极管的单向导电性就是由它决定的。性就是由它决定的。v常用的二极管的类型很多,主要应用有:整常用的二极管的类型很多,主要应用有:整流电路,钳位电路,限幅电路和
2、元件保护电流电路,钳位电路,限幅电路和元件保护电路等路等。第2页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 2.1.1 PN结形成v半导体的掺杂特性半导体的掺杂特性 :v杂质半导体有杂质半导体有P P型和型和N N型两种型两种 vP P型和型和N N型半导体通过一定的方法结合起来,型半导体通过一定的方法结合起来,会在两者的界面处形成具有特殊性质的物理会在两者的界面处形成具有特殊性质的物理结构结构PNPN结结 vPNPN结有着很特殊的性质结有着很特殊的性质单向导电性单向导电性。第3页,共36页
3、,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 2.1.2 2.1.2 二极管的基本结构和符号二极管的基本结构和符号v在在PNPN结二端加上引线并进行封装,就成为晶结二端加上引线并进行封装,就成为晶体二极管,简称二极管。体二极管,简称二极管。v二极管的文字符号在国际标准中用二极管的文字符号在国际标准中用VDVD表示,表示,在中国用在中国用D D来表示。常见的二极管外形和符号来表示。常见的二极管外形和符号如图如图2.22.2所示。所示。第4页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主
4、编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 2 21 13 PN3 PN结的导电特性结的导电特性v1.1.外加正向电压使外加正向电压使PNPN结导通结导通v2.2.外加加反向电压使外加加反向电压使PNPN结截止结截止第5页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 2 21 14 4 二极管的伏安特性二极管的伏安特性v伏安特性伏安特性就是指在二极管两端加电压时,通就是指在二极管两端加电压时,通过二极管的电流与所加电压的关系过二极管的电流与所加电压的关系.
5、v关系用曲线表示,则称为关系用曲线表示,则称为伏安特性曲线伏安特性曲线 可以使用实验的手段,描绘出二极管的伏安可以使用实验的手段,描绘出二极管的伏安特性曲线特性曲线 第6页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 v1 1正向特性正向特性 当二极管外加正向很小时,正向电流很微弱。当二极管外加正向很小时,正向电流很微弱。只有当正向电压超过某值后,正向电流明显只有当正向电压超过某值后,正向电流明显增大,这一电压称为导通电压或门限电压,增大,这一电压称为导通电压或门限电压,用用U UTHTH表示
6、。在室温下,硅管的表示。在室温下,硅管的U UTHTH=0=05 50 06V6V。锗管的。锗管的U UTHTH0 01 10 02V2V。二极管导通后,。二极管导通后,随电压增大,电流将迅速增大随电压增大,电流将迅速增大 第7页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 v2 2反向特性反向特性 二二极极管管两两端端加加上上反反向向电电压压时时,只只有有极极微微弱弱反反向向电电流流通通过过。在在温温度度一一定定情情况况下下,反反向向电电压压值值变变化化时时,反反向向电电流流基基本本不不变变
7、,所所以以,常常称称之之为为反反向向饱饱和和电电流流,记记作作I IS S。小小功功率率硅硅管管的的IsIs一般小于一般小于0 01A1A,而锗管约几个微安。,而锗管约几个微安。第8页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 v3 3反向击穿特性反向击穿特性 当反向电压达到某值时,如图当反向电压达到某值时,如图2.42.4中达到约中达到约50V50V时,二极管进入反向击穿状态。此时,时,二极管进入反向击穿状态。此时,u uD D只要有一点点变化,电流值就会迅速变大。只要有一点点变化,电流值
8、就会迅速变大。这种状态称为反击击穿状态。这种状态称为反击击穿状态。第9页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线第10页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 2 21 13 3 二极管的主要参数二极管的主要参数v1.1.最大整流电流最大整流电流I IF F二极管长期连续工作时,所允许通过电流的最大值二极管长期连续工作时,所允许通过电流的最大
9、值v2.2.最高反向工作电压最高反向工作电压U URMRM 二极管工作时,所能允许的最大的反向工作电压二极管工作时,所能允许的最大的反向工作电压 v3.3.最高工作频率最高工作频率f fM Mf fM M是二极管工作的上限截止频率。超过此值时,由于结是二极管工作的上限截止频率。超过此值时,由于结电容的作用,二极管将不能很好地体现单向导电性电容的作用,二极管将不能很好地体现单向导电性。第11页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 2.1.4 二极管应用举例二极管应用举例v1.1.整流整流
10、:整流就是把交流电变为脉动直流电。:整流就是把交流电变为脉动直流电。利用二极管的单向导电性,可以实现整流。利用二极管的单向导电性,可以实现整流。v2.2.限幅限幅:利用二极管导通后压降很小且基本:利用二极管导通后压降很小且基本不变的特性,可以构成限幅电路,使输出电不变的特性,可以构成限幅电路,使输出电压幅度限制在某一电压值内。压幅度限制在某一电压值内。v3.3.保护保护:电子电路中,常利用二极管来保护:电子电路中,常利用二极管来保护其他元器件免受过高电压的损害其他元器件免受过高电压的损害 。第12页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张
11、 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 图图2.7 二极管保护电路二极管保护电路图图2.6 二极管限幅电路及波形二极管限幅电路及波形第13页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 2 21 15 5 特殊二极管特殊二极管具有特殊用途的二极管具有特殊用途的二极管 1.稳压二极管稳压二极管:利用的是二极管在击穿时陡峭的反向击穿:利用的是二极管在击穿时陡峭的反向击穿特性,实现电压稳定的。特性,实现电压稳定的。2.发光二极管(发光二极管(LEDLED)与发光数字管)与发光数字管:发光
12、二极管是用特殊的半导体材料(如砷化镓等)制成的。发光二极管是用特殊的半导体材料(如砷化镓等)制成的。材料不同所发出的光的颜色就不同。材料不同所发出的光的颜色就不同。发光二极管特点发光二极管特点是:正向工作电压为(是:正向工作电压为(1.53.0)V,比普通,比普通二极管的正向工作电压要高,工作电流小(二极管的正向工作电压要高,工作电流小(1030)mA、耗电省、寿命长等,常用于信号显示、快速光源。、耗电省、寿命长等,常用于信号显示、快速光源。第14页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社
13、 3光电二极管光电二极管:光电二极管是一种能将接收的:光电二极管是一种能将接收的光信号转换成电信号输出的半导体二极管,光信号转换成电信号输出的半导体二极管,又称光敏二极管,其基本特性是在光的照射又称光敏二极管,其基本特性是在光的照射下能产生光电流。下能产生光电流。4光电耦合器光电耦合器:是一种以光为媒介,用来传输:是一种以光为媒介,用来传输电信号的光电器件。它通常由发光器电信号的光电器件。它通常由发光器(可见光可见光LED或红外线或红外线LED)和受光器和受光器(光电半导体管光电半导体管)封装在同一管壳内组成。封装在同一管壳内组成。5变容二极管变容二极管:利用反向偏压来改变二极管电:利用反向偏
14、压来改变二极管电容量的一种特殊器件,已被广泛用于彩色电容量的一种特殊器件,已被广泛用于彩色电视机的电子调谐器、直接调频等电路中,通视机的电子调谐器、直接调频等电路中,通过控制直流电压改变其电容量过控制直流电压改变其电容量 第15页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 2 22 2 简单直流稳压电源简单直流稳压电源v直流稳压电源直流稳压电源是把交流电整流变换成稳定的是把交流电整流变换成稳定的直流电的电子电路。通常包括整流、滤波和直流电的电子电路。通常包括整流、滤波和稳压三部分电路。稳压三
15、部分电路。第16页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 2.2.1 2.2.1 单相半波整流电路单相半波整流电路v单相半波整流电路:1电路组成及工作原理电路组成及工作原理第17页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 2 2负载上直流电压与电流值的估算负载上直流电压与电流值的估算v设变压器副绕组的交流电压为设变压器副绕组的交流电压为U2,则,则v负负载载两两端端的的电电压压为为半
16、半波波脉脉动动直直流流电电压压uL,其其平均值为:平均值为:v负负载载中中流流过过的的电电流流是是半半波波脉脉动动直直流流,其其平平均均值为:值为:第18页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 3 3二极管的选择二极管的选择v选择半波整流二极管时:选择半波整流二极管时:二极管的参数二极管的参数最大整流电流最大整流电流应满足应满足:IFIL0.45U2/RL 反向工作电压反向工作电压应满足应满足 URM 。第19页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺
17、星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 2.2.2 2.2.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路v1电路组成及工作原理电路组成及工作原理组成:可可以以用用四四只只分分立立的的二二极极管管,也也可可以以使使用用一一个个内内部部有有四个二极管的桥堆四个二极管的桥堆。第20页,共36页,编辑于2022年,星期一主编:徐丽香主编:徐丽香 副主编:黎旺星副主编:黎旺星 张张 正正 兰小海兰小海 电子工业出版社电子工业出版社 工作原理:vU2的正半周,的正半周,D1、D2被正向偏置导通,被正向偏置导通,D2、D4因被反因被反向偏置而截止。电流的流向为向偏置而截止。电流的流
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