第8章 半导体二极管与整流滤波电路

导通:u 导通 D=Uon+ID×rD 截止: 截止 iD=0
2、交流小信
Q
UD
ID
id
+
id
+ -
uD =UD +ud
uD
-
rd
ud
交流小信号模型
当在二极管的工作点上叠加有低频交流小信号电压ud时， 只要工作点选择合适， 足够小，可将Q点附近的伏安特性 只要工作点选择合适，且ud足够小，可将 点附近的伏安特性 线性化)， 曲线看成直线(线性化 曲线看成直线 线性化 ，则交流电压与电流之间的关系可用一 来近似。 个线性电阻rd来近似。 rd ——工作点处的交流电阻。 rd = UT / ID 工作点处的交流电阻。 ★注意：小信号模型只能反映交流电压和电流之间的关系， 注意：小信号模型只能反映交流电压和电流之间的关系， 不能反映总的电压与电流的关系。 不能反映总的电压与电流的关系。
3、二极管的伏安特性曲线与材料和温度的关系： 二极管的伏安特性曲线与材料和温度的关系： iD 锗 硅 iD 80 20
0
uD
0
uD
材 料 硅 锗
导通 反向饱 开启 电压 压降 和电流 0.5V 0.6~0.8V <1A 0.1V 0.2~0.3V 几十 几十A
温度升高， 增大(1倍 ° 温度升高， IS增大 倍/10°C) 下降， 温度升高， 温度升高，Uon下降， 正向曲线左移2~2.5mV/ °C。 正向曲线左移 。
IZ
电击穿有两种： 电击穿有两种： 雪崩击穿 齐纳击穿
击穿 低掺杂的 高掺杂的 结 结 原因 PN结， PN结，价 价电子被 电子被场 碰撞电离 致激发 如果反向击穿时，电流过大， 如果反向击穿时，电流过大，使 >6V <4V 击穿 管子消耗的平均功率超过二极管 电压 容许值，会使管子过热而烧毁， 容许值，会使管子过热而烧毁， >0 <0 温度 为不可逆击穿。 称为热击穿，为不可逆击穿。 电击穿可利用，热击穿需避免。 *电击穿可利用，热击穿需避免。 系数

若二极管是理想的，正向导通时管压降为零，二极管相当于导线； 反向截止时二极管相当于开路。 考虑管降，正向管压降
硅0.6~0.7V 锗0.2~0.3V
例:
D2 D1
求：UAB
两个二极管的阴极接在一起 A 取 B 点作参考点，断开二极管， + 分析二极管阳极和阴极的电位。 U
AB
6V
3k 12V
–
B
自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一 定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载 流子便维持一定的数目。
注意： (1) 常温下本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差； (2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈 好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。 （3）相同条件下，本征半导体较一般半导体导电性弱很多。
Si
Si
Si 空穴
Si
价电子
在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填 补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动 （相当于正电荷的移动）称为复合运动。
本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流 (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流
DB导通
DA导通 均导通
当输入均为同3V时，输出才为3V 当输入有一为0V时，输出为0V 实现了“与”门逻辑
总结：
2、多个二极管连接： 若 共阴极，阳级最高一个先导通
若 共阳级，阴级最低一个先导通
先导通的一个二极管起嵌位作用。
例3限幅作用：R + ui – D + uo –
8V
已知：ui 18sin t V 二极管是理想的，试画 出 uo 波形。

ui R ui t VD1 UREF=5V VD2 uo uo UREF+0.7V 0 −（UREF+0.7V） t
0
图2-12 双向限幅电路
开关作用 电子开关电路。在自动化控制电路和数字电路中有广泛地应 用。电子开关比机械开关的开关速度快得多，可达一秒钟上万 次，且无触点的颤动引起的火花，安全可靠。 图2-13所示的两个电路。
我们将在下一节详细讨论。
2. 检波 通常，无线电波中含有复杂的多种频率成分， 调幅收音机必须从中挑选出需要的音频信号， 为此要设置检波电路。半导体二极管检波电 路如图2-11所示。其中VD是检波二极管，C1 是高频滤波电容，R是检波电路负载电阻， C2是与下一级电路的耦合电容。

ui 调频 信号 VD C1
N型半导体和 P 型半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）, 形成杂质半导体。 在常温下即可 变为自由电子 掺入五价元素 掺杂后自由电子数目 Si Si 多 余 大量增加，自由电子导电 电 成为这种半导体的主要导 S p+ Si 子 电方式，称为电子半导体 i 动画 或N型半导体。 失去一个 电子变为 正离子 磷原子 在N 型半导体中自由电子 是多数载流子，空穴是少数 载流子。
二极管电路定性分析
导通 截止 若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零， 反向截止时二极管相当于断开。
定性分析：判断二极管的工作状态
否则，正向管压降
硅0.6~0.7V 锗0.2~0.3V
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压UD的正负。 若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
N型半导体和 P 型半导体

任务引入
➢ 整流电路将交流电压变换成单方向脉动的直流电； ➢ 滤波电路再将单方向脉动的直流电中所含的大局部交流成
分滤掉，得到一个较平滑的直流电； ➢ 稳压电路利用自动调整的原理，来消除由于电网电压波动、
负载改变对其产生的影响，从而使输出电压稳定。
➢ 你知道常用的整流电路有哪些吗？滤波电路的工作原理是 什么呢？
一、二极管
〔2〕反向特性
一、二极管
2〕温度特性
二极管的伏安特性对温度非常敏 感。如下图，温度升高，正向特性曲 线向左移动，反向特性曲线向下移动。 在室温附近，温度每升高1℃，正向 压降会减小2～2.5 mV；温度每升高 10℃，反向电流会增大约1倍。
一、二极管
3．二极管的主要参数
二极管的参数是表征二极管的性能及其适用范围的重要指标，是
与单相半波整流电路相比，单相桥式整流电路电源和变压 器利用率高，输出电压高，电压脉动小。
因此，这种整流电路在工程中应用较为广泛。
一、整流电路
【例6-2】
一、整流电路
【例6-2解】
一、整流电路
【例6-2解】
一、整流电路
【例6-2解】
二、滤波电路
利用整流电路虽然可以把交流电转变为单一方向的直流电
一、半导体概述
3. PN结的单向导电性
单向导电性是PN结的根本特性，只有在外加电压时才能显示出来。
当PN结无外加电压时，扩散运动和漂移运动处于动态平衡，流过PN 结的电流为0。当PN结有外加电压时，根据所加电压极性的不同，PN 结的导电性能会截然相反。通常将加在PN结上的电压称为偏置电压。
偏置电压可分为正向偏置电压和反向偏置电压两种。
二极管的认知与应用
工程导读
二极管、三极管等半导体器件具有体积小、能耗低、寿命长、工作可 靠、易集成等特点，是构成电子电路的根本部件。其中二极管的应用非 常广泛，利用二极管和电阻、电容、电感等元器件进行合理的组合，构 成不同功能的电路，可以实现对交流电整流，对调制信号检波、限幅和 钳位，以及对电源电压进行稳压等多种功能。本工程将主要介绍二极管 的特性、整流滤波电路的结构及原理、稳压电路及三端集成稳压器。