第1章 二极管及其整流电路.doc

1.1 目 标 1.了解半导体的导电特性。 2. .理解PN结的单向导电性。 2.了解二极管、稳压管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义。 3.了解二极管在电路中的几种应用，掌握二极管电路的基本分析方法。 4.学会用万用表判断二极管、稳压管的质量及管脚。 5.理解单相整流电路的工作原理。 6.了解几种滤波电路的工作原理和合理应用。 7.了解稳压管稳压电路的稳压原理和应用条件。 8.掌握直流稳压电路的组成原理、结构特点和分析计算方法。 1.2 内 容 1.2.1 知识结构框图 二极管及其整流电路的基本知识点见图1.1。 图 1.1 二极管及其整流电路的基本知识点 1.2.2 基本知识点 一、半导体基础知识 1. 半导体 半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。它的导电能力随温度、光照或掺杂不同而发生显著变化。 2. 本征半导体的导电性 在绝对零度(0K)时，本征半导体中没有载流子，它是良好的绝缘体。 在热激发条件下，本征半导体共价键结构中的少数价电子获得足够能量，挣脱了原子核的束缚，成为自由电子。 激发产生电子空穴对，复合消失电子空穴对。 本征半导体中具有两种载流子——自由电子和空穴，二者数量相等。在常温下，载流子数量很少。当温度升高时本征激发所产生的载流子浓度基本上按指数规律增大，温度是影响半导体性能的一个重要因素。 但是本征半导体的载流子数量较少，因此导电性能很差。 3. 杂质半导体的导电性 在本征半导体中掺入不同的杂质，可得到N型（多子是电子）或P型（多子是空穴）半导体。 微量掺杂就可以形成大量的多子，其导电性能大大增强，所以杂质半导体的导电率高。 4. PN结 PN结是载流子在浓度差作用下的扩散运动和内电场作用下的漂移运动所产生的，它具有单向导电性。半导体器件的核心环节是PN结，各种半导体器件均以PN结为基本结构单元构成。 二、二极管 1. 二极管的组成 二极管的基本结构就是一个PN结。它是PN结外加引线和封装管壳后形成的，故具PN结的伏安特性。二极管可组成整流、限幅、检波及钳位等电路，在实际电路中应用很广。 2. 半导体二极管的伏安特性 （1）正向伏安特性：如图1.2所示，当正向电压UUT，ID≈0（UT又称阈值电压）时，其大小列于表1.1。 表 1.1 死区电压UT 正向导通电压UD 硅管 0.5V 0.6V~0.8V 锗管 0.1V 0.2V~0.3V 当正向电压UUT，正向电流ID逐渐增加。在电流ID较大时，二极管两端的电压UD为常数，所以导通二极管具有稳压特性。UD又称正向导通电压，其数值见表1.1。 （2）反向伏安特性：图1.2所示，当反向电压|U|U(BR)(U(BR)为击穿电压)时，ID≈?IS，IS很小且随温度变化很大。 当反向电压|U|U(BR)，反向电流会突然增大，二极管“反向击穿”。击穿后，在反向电流很大的变化范围内，二极管两端电压几乎不变。 （3）伏安特性的非线性：二极管的伏安特性是非线性的，它不仅正、反向的导电性能有很大差别，而且在不同的电压下，管子的静态和动态电阻也是不同的。因此，二极管是非线性元件。 三、稳压管 1. 稳压管外特性 稳压管是一种特殊的面接触型硅二极管。稳压管的伏安特性和二极管的伏安特性相似，只是它的反向伏安特性曲线较陡，如图1.3所示。 2. 稳压管工作原理 稳压管是利用PN结反向击穿后所具有的稳压特性而工作的。 当稳压管工作在反向击穿状态时，其管压降UZ几乎不随电流IZ的变化而变化，因此在电路中起稳压作用。 3. 稳压管的应用 稳压管稳压电路通常由稳压管串联一个限流电阻R组成。由于稳压管工作在反向击穿状态，当负载RL两端电压略有变化时，稳压管中电流将剧烈变化，从而在限流电阻R上的电压降迅速发生变化，而维持负载电压几乎不变，实现了简单稳压。 四、单相整流电路 单相整流电路有如表1.2所示的三种。 表 1.2 三种单相整流电路 类型 单相半波整流 单相全波整流 单相桥式整流 电路图 工作原理 0≤≤：D承受正偏导通；忽略D的正向管压降： ≤≤：D承受反偏截止； 0≤≤：导通；截止； 0≤≤：导通；截止； 0≤≤：导通；截止； 0≤≤：导通；截止； 波形图 整流电压 整流电流 最高反向电压 整流管选择 选择D必须满足两个条件： ①＞ ②＞ 选择D必须满足两个条件： ①＞ ②＞ 选择D必须满足两个条件： ①＞ ②＞ 注：查手册得到。 五、常用的滤波电路 常用的滤波电路有如表1.3所示的五种。 表1.3 五种滤波电路 C L LC 型（LC） 型（RC） 电路图 结构特点 负载并联 负载串联 C与负载并联，再与L串联 C1与LC2滤波并联 C1与RC2滤波并联 滤波原理 利用C隔直通交作用，滤掉高次谐波电流。电流中高频成