半导体二极管与整流滤波电路优秀PPT.ppt
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1、半导体二极管与整流滤波电路第1页,本讲稿共39页8.1 半导体二极管半导体二极管第2页,本讲稿共39页P N外壳8.1.1 半导体二极管的结构、符号及类型半导体二极管的结构、符号及类型1.结构结构PN结+阳极引线阴极引线2.符号符号阴极阴极阳极阳极PN第3页,本讲稿共39页3.类型类型(1)按材料分,有硅二极管、锗二极管和砷)按材料分,有硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等。化镓二极管等。(2)按用途分,有整流、稳压、开关、)按用途分,有整流、稳压、开关、发光、光电、变容、阻尼二极管等。发光、光电、变容、阻尼二极管等。(3)按封装形式分,有塑封和金属封二极管等。)按封装形式分,有塑封和金属封二极
2、管等。(4)按功率分,有大功率、中功率及小功率等二极)按功率分,有大功率、中功率及小功率等二极管。管。(5)按结构分,根据按结构分,根据PN结面积大小,有点接触型、结面积大小,有点接触型、面接触型二极管面接触型二极管,如下图如下图:第4页,本讲稿共39页引线外壳触丝基片点接触型点接触型PN结面接触型面接触型小功率高频小功率高频大功率低频大功率低频第5页,本讲稿共39页半导体二极管的核心是半导体二极管的核心是PN结,它的特性就是结,它的特性就是PN结的特性结的特性单向导电性。常利用伏安特性曲线来形象地描述二极管的单向单向导电性。常利用伏安特性曲线来形象地描述二极管的单向导电性。所谓伏安特性,是指
3、二极管的两端电压和流过二极管导电性。所谓伏安特性,是指二极管的两端电压和流过二极管电流的关系,可用图电流的关系,可用图8.2所示的电路来测试。所示的电路来测试。8.1.2 半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性图图 8.2 二极管伏安特性测试电路二极管伏安特性测试电路 (a)正向特性测试电路;()正向特性测试电路;(b)反向特性测试电路)反向特性测试电路 第6页,本讲稿共39页伏安特性伏安特性UI导通压降导通压降:硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。UBR远远大于远远大于UF可以达到几十伏、上百伏可以达到几十伏、上百伏UF死区电压 硅管0.5V,锗管0.1V。PN+-正向偏置
4、正向偏置PN+-反向偏置反向偏置反向截止区反向击穿区UBRUBR反向击穿电压第7页,本讲稿共39页8.1.38.1.3半导体二极管的主要参数半导体二极管的主要参数1.最大整流电流最大整流电流 IFM二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向平均电二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向平均电流。流。3.最高反向工作电压最高反向工作电压URM手册上给出的最高反向工作电压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。4.反向电流反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大,说明管指二极管加反向峰值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,
5、因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影子的单向导电性差,因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响,温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小,锗管的反向电响,温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小,锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。流要比硅管大几十到几百倍。第8页,本讲稿共39页以上均是二极管的直流参数,它是正确使用和合理选用二极管的依据。以上均是二极管的直流参数,它是正确使用和合理选用二极管的依据。5.二极管的直流电阻二极管的直流电阻R 二极管的直流电阻二极管的直流电阻R是指加在二极管两端的直流电压与是指加在二极管两端的直流电压与流过二极管的直流电流的比值。二极管的正向电阻较小,流过
6、二极管的直流电流的比值。二极管的正向电阻较小,约为几欧姆到几千欧姆;二极管的反向电阻很大,一般约为几欧姆到几千欧姆;二极管的反向电阻很大,一般可达几百千欧姆以上。可达几百千欧姆以上。6.最高工作频率最高工作频率fM 最高工作频率最高工作频率fM是指二极管正常工作时的上限频率值,是指二极管正常工作时的上限频率值,它的大小与它的大小与PN结的结电容有关,超过此值,二极管的结的结电容有关,超过此值,二极管的单向导电性能变差。单向导电性能变差。第9页,本讲稿共39页8.1.4 二极管的简易测试二极管的简易测试 用万用表测试的方法用万用表测试的方法:将万用表置于将万用表置于R100或或R1k()档()档
7、(R1档档电流太大,用电流太大,用R10k()档电压太高,都易损)档电压太高,都易损坏管子)。如下图坏管子)。如下图8.4所示。所示。第10页,本讲稿共39页 将万用表的红、黑表笔(棒)分别接被测二极管的两端,将万用表的红、黑表笔(棒)分别接被测二极管的两端,若测得阻值小,再将万用表的红、黑表笔(棒)对调测试,若测得阻值小,再将万用表的红、黑表笔(棒)对调测试,若测得阻值大,则表明若测得阻值大,则表明二极管是好的;在测得阻值小的那一次中,与黑表笔(棒)相连的二极管是好的;在测得阻值小的那一次中,与黑表笔(棒)相连的的管脚为二极管的正极,的管脚为二极管的正极,与红表笔(棒)相连的的管脚为二极管的
8、负极与红表笔(棒)相连的的管脚为二极管的负极图图 8.4 (a)电阻小)电阻小(b)电阻大)电阻大第11页,本讲稿共39页8.1.5 二极管的使用注意事项二极管的使用注意事项 (1)二极管应按照用途、参数及使用环境选择。)二极管应按照用途、参数及使用环境选择。(2)使用二极管时,正、负极不可接反。通过二极管的电流,承)使用二极管时,正、负极不可接反。通过二极管的电流,承 受的反向电压及环境温度等都不应超过手册中所规定的极限值。受的反向电压及环境温度等都不应超过手册中所规定的极限值。(3)更换二极管时,应用同类型或高一级的代替。)更换二极管时,应用同类型或高一级的代替。(4)二极管的引线弯曲处距
9、离外壳端面应不小于)二极管的引线弯曲处距离外壳端面应不小于2mm,以免造成,以免造成 引线折断或外壳破裂。引线折断或外壳破裂。(5)焊接二极管时,应用)焊接二极管时,应用35W以下的电烙铁,焊接要迅速,并用镊以下的电烙铁,焊接要迅速,并用镊 子夹住引线根部,以助散热,防止烧坏管子。子夹住引线根部,以助散热,防止烧坏管子。(6)安装时,应避免靠近发热元件,对功率较大的三极管,应注意)安装时,应避免靠近发热元件,对功率较大的三极管,应注意 良好散热。良好散热。(7)二极管在容性负载电路中工作时,二极管整流电流应大于负载)二极管在容性负载电路中工作时,二极管整流电流应大于负载 电流的电流的20 第1
10、2页,本讲稿共39页8.2.18.2.1稳压二极管稳压二极管8.2特殊二极管特殊二极管1.符号及稳压特性符号及稳压特性(a)符号符号(b)伏安特性伏安特性 利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。压时工作在反向电击穿状态。第13页,本讲稿共39页(4)稳定电流稳定电流IZ、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。(5)最大允许功耗)最大允许功耗2.2.稳压二极管的参数稳压二极管的参数:(1)稳定电压稳定电压 UZ(2)电压温度系数电压温度系数 U(%/)稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影
11、响的的系数。(3)动态电阻)动态电阻第14页,本讲稿共39页8.2.28.2.2发光二极管发光二极管1.单色发光二极管单色发光二极管有红、绿、黄、橙、蓝等,几乎所有设备的的电源的指示有红、绿、黄、橙、蓝等,几乎所有设备的的电源的指示灯、手机背景灯、七段数码显示器件都使用的是单色发光二灯、手机背景灯、七段数码显示器件都使用的是单色发光二极管。如图极管。如图8.6所示。单色发光二极管的两根引线中,长引脚所示。单色发光二极管的两根引线中,长引脚是正极,短引脚是负极。是正极,短引脚是负极。图图 8.6 单色发光二极管的外形及符号单色发光二极管的外形及符号(a)实物图;()实物图;(b)电路符号)电路符
12、号 第15页,本讲稿共39页 发光二极管的正向工作电压为发光二极管的正向工作电压为2 2.5 V,工作电流为,工作电流为5 20 mA 因此,发光二极管在使用时,必须在电路中加接限流保护电阻因此,发光二极管在使用时,必须在电路中加接限流保护电阻R,如图,如图8.7所示。所示。图 8.7 单色发光二极管的应用电路检测发光二极管时,一般用万用表检测发光二极管时,一般用万用表R10 k()档,方法和普通二极管的一样。档,方法和普通二极管的一样。第16页,本讲稿共39页2.红外发光二极管红外发光二极管 红外发光二极管是一种能把电能直接转换成红外光能的发光器件,也称红外发光二极管是一种能把电能直接转换成
13、红外光能的发光器件,也称为红外发射二极管。管内也是由为红外发射二极管。管内也是由PN结构成的,管外一般用透明树脂封装。结构成的,管外一般用透明树脂封装。红外发光二极管常用于红外遥控发射器中。红外发光二极管有两个引脚,红外发光二极管常用于红外遥控发射器中。红外发光二极管有两个引脚,如图如图8.8所示。两个引脚中,通常长引脚为正极,短引脚为负极。所示。两个引脚中,通常长引脚为正极,短引脚为负极。图 8.8 红外发光二极管的外形图红外发光二极管工作在正偏状态。红外发光二极管工作在正偏状态。检测时,一般用万用表检测时,一般用万用表R1 k()档,方法和)档,方法和普通二极管的一样。正向电阻一般在普通二
14、极管的一样。正向电阻一般在30 k左右,左右,反向电阻为无穷大。说明性能变差或损坏反向电阻为无穷大。说明性能变差或损坏。第17页,本讲稿共39页 1.光电二极管是一种常见的光敏元件。与普通二极管相似,只是光电二极管的管壳上光电二极管是一种常见的光敏元件。与普通二极管相似,只是光电二极管的管壳上开有一个透明的窗口,外部光线能透过此窗口照射到光电二极管的开有一个透明的窗口,外部光线能透过此窗口照射到光电二极管的PN结上,以改变其结上,以改变其工作状态。工作状态。2.光电二极管工作在反偏状态,它的反向电流随着光照强度的增加而上光电二极管工作在反偏状态,它的反向电流随着光照强度的增加而上升,用于实现光
15、电转换功能。广泛应用于遥控接收器、激广头中。当制升,用于实现光电转换功能。广泛应用于遥控接收器、激广头中。当制造成大面积的光电二极管时,能将光能直接转换成电能,可当作一种能造成大面积的光电二极管时,能将光能直接转换成电能,可当作一种能源器件,即光电池。源器件,即光电池。3.检测方法是:将万用表置于检测方法是:将万用表置于R1 k()档,用手捂住或用一黑纸片遮住光电)档,用手捂住或用一黑纸片遮住光电二极管的窗口,用黑表笔接光电二极管的正极,红表笔接光电二极管的负二极管的窗口,用黑表笔接光电二极管的正极,红表笔接光电二极管的负极,测得的正向电阻为极,测得的正向电阻为10 20k左右;交换表笔,指针
16、不动,测得的反向左右;交换表笔,指针不动,测得的反向电阻为无穷大。当受到光线照射时,反向电阻有显著变化(明显变小),电阻为无穷大。当受到光线照射时,反向电阻有显著变化(明显变小),正向电阻不变,说明正常。若在上述检测中,正、反向电阻都很小或都很正向电阻不变,说明正常。若在上述检测中,正、反向电阻都很小或都很大,则说明光电二极管已经击穿或内部开路。大,则说明光电二极管已经击穿或内部开路。8.2.3 光电二极管光电二极管第18页,本讲稿共39页4.变容二极管变容二极管变容二极管是利用变容二极管是利用PN结的结电容可变原理制成的半导体器件。它工结的结电容可变原理制成的半导体器件。它工作在反向偏置状态
17、,当外加反向偏置电压大小变化时,其结电容随作在反向偏置状态,当外加反向偏置电压大小变化时,其结电容随着外加反向偏置电压变化而变化,在电路中它可当作可变电容器使着外加反向偏置电压变化而变化,在电路中它可当作可变电容器使用。由于它无机械磨损,而且体积小,因而广泛应用于彩色电视机用。由于它无机械磨损,而且体积小,因而广泛应用于彩色电视机的调谐器中。不同型号的管子,其电容最大值不同,一般在的调谐器中。不同型号的管子,其电容最大值不同,一般在3 300pF,最大电容值与最小电容值之比为,最大电容值与最小电容值之比为5比比1。变容二极管的电路符。变容二极管的电路符号和压控特性曲线如图号和压控特性曲线如图8
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