电工与电子学课件--第十四章 二极管和晶体管

电力二极管和晶闸管讲义课件

一、引言

本讲义课件旨在介绍电力二极管和晶闸管的根本概念、工作原理以及应用领域。电力二极管和晶闸管是电子器件中非常重要的组成局部，对于电力系统的平安运行和电能的调控起着至关重要的作用。通过学习本讲义，您将能够了解到电力二极管和晶闸管的特性以及在实际应用中的具体用途。

二、电力二极管

2.1 根本概念

电力二极管，也称为肖特基二极管，是一种具有单向导电特性的半导体器件。它由P型半导体和N型半导体组成，其中P型半导体为阳极〔A〕端，N型半导体为阴极〔K〕端。当正向电压作用于二极管时，电流能够从阳极端流向阴极端；而当反向电压作用于二极管时，电流几乎不会通过二极管。

2.2 工作原理

电力二极管的导电特性是由肖特基效应产生的。肖特基效应是指当P型半导体和N型半导体相接触时，由于能带结构的不连续性，形成一个肖特势垒。在正向电压作用下，势垒降低，电子能够克服势垒，从P型半导体向N型半导体注入，形成电流；而在反向电压作用下，势垒增加，阻碍电流的流动。

2.3 应用领域

电力二极管在电力系统中有着广泛的应用。其主要作用是实现电能的整流，即将交流电转换成直流电。电力二极管可以作为整流器使用，将交流电源转换为电流仅在一个方向上流动的直流电源。此外，电力二极管还可以用于电压倍增电路、脉冲调制电路等方面。 三、晶闸管

3.1 根本概念

晶闸管是一种具有控制特性的高功率半导体器件。它由四层半导体构成，包括三个PN结。晶闸管有三个主要引脚，包括阳极〔A〕、阴极〔K〕和控制极〔G〕。晶闸管的主要特点是具有单向导通性和双向控制性，其导通与截止状态可通过控制极上的信号进行控制。

3.2 工作原理

晶闸管的导通与截止是由PN结的正向偏置与反向偏置来控制的。当控制极施加正向脉冲信号时，PN结之间的势垒会降低，使得晶闸管导通；而当控制极施加反向脉冲信号或不施加信号时，PN结之间的势垒会增加，使得晶闸管截止。 3.3 应用领域

河南科技大学教案首页

课程名称:电子技术 任课教师:

第十四章二极管和晶体管 计划学时:5学时

教学目的和要求:

一、理解PN结的单向导电性，晶体管的电流分配和电流放大作用；

二、了解二极管、稳压管和晶体管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；

三、会分析含有二极管的电路。

四、了解一些特殊二极管。

重点:

二极管及晶体管的工作原理。

难点:

晶体管的输出特性及非线性失真的产生。

思考题:

14.3.2、14.3.5、14.4.1、14.4.2、14.5.1、14.5.3、14.5.4 第十四章二极管和晶体管

二极管和晶体管是最重要的半导体器件，它们的基本结构、工作原理、特性和参数是学习电子技术和分析电子电路的基础，而PN结又是构成各种半导体器件的基础。

§14.1半导体的导电特性

1、什么是半导体？

导电特性介于导体和绝缘体之间的物质称半导体。如硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物，瓷器、木材等也是。

2、半导体的导电特性：半导体的导电能力在不同条件下有很大差别。

热敏性：当环境温度升高时，导电能力会显著增强(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。

掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等)。

一、本征半导体

1、完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。

晶体中原子的排列方式如图所示：

硅单晶中的硅原子通过共价健结构与周围的四个硅原子结合在一起，共价键中的两个电子，称为价电子。

2、本征半导体的导电机理: 价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。这一现象称为本征激发。温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。

二极管的用途和种类

二极管是一种只可以让电流在一个方向上流通的电子器件，被广泛应用于各种电子设备和电路中。它是由N型半导体和P型半导体组成的晶体管，具有单向导电特性，可以在电子学中光偶合、整流、变频、检波、限幅、稳压、电压调节、放大等方面进行应用。下面我们将详细介绍二极管的种类和应用。

1.普通二极管

普通二极管是最基本的二极管器件，它的主要特点是正向电压小，反向电压大。常用于整流、限流、稳压等电路中。

2.肖特基二极管

肖特基二极管也被称为热电子二极管，由于它的构造与普通二极管不同，特点是正向导通电压低，截止电压高，反向漏电流小。常用于高频电路和微波电路。

3.恢复二极管

5.隧道二极管

隧道二极管又被称为双基势垒二极管，它的主要特点是负电阻特性，可以在信号放大、振荡、开关电源等方面进行应用。

6.光电二极管

光电二极管也被称为光敏二极管，它的主要特点是将光能转化为电能。它经过改良可以用于太阳能电池、红外线探测器和光电传感器等方面。

肖特基光伏二极管又被称为太阳电池，它是一种将光能转化为电能的半导体器件，在太阳能领域得到了广泛的应用。

8.集成二极管

集成二极管是一种被集成在芯片上的电子器件，可用于微处理器、存储器、数字信号处理器等领域。

1.整流

普通二极管经常被应用于整流电路中，可以将交流电转变为直流电。

2.稳压 肖特基二极管、肖特基势垒二极管、恢复二极管、稳压管等可以被用于稳压电路中，协助电路实现稳定的电压输出。

3.放大

隧道二极管由于具备负电阻特性，因此可以被应用于放大电路中。

4.开关

二极管在电路中还可以被用于开关电路中，可以进行快速的打开和关闭操作。

总结：

二极管是一种经典的电子器件和半导体材料科学中的基础研究领域，其种类繁多，应用广泛，再加上它具有单向导电特性，因此在电子学中得到了广泛的应用。这使得二极管成为电子学中不可或缺的元件之一。

6.1选择正确答案填入空内。

（1）在本征半导体中加入 A 元素可形成N型半导体，加入 C 元素可形成P型半导体。

A. 五价 B. 四价 C. 三价

（2）PN结加正向电压时，空间电荷区将 A 。

A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽

（3）设二极管的端电压为vD，则二极管的电流方程是 c 。

A. DvIeS B. TDVvIeS C. )1e(S－TDVvI

（4）当温度升高时，二极管的反向饱和电流将 a 。

A. 增大 B. 不变 C. 减小

（5）稳压管的稳压区是其工作在 c 。

A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿

（6）稳压二极管稳压时，其工作在(c )，发光二极管发光时，其工作在( a )。

A．正向导通区 B．反向截止区 C．反向击穿区

6.2将正确答案填入空内。

（1）图P6.2（a）所示电路中二极管为理想器件，则D1工作在 状态，D2工作在 状态，VA为 V。

解：截止，导通，2.7V。

（2）在图P6.2(b)所示电路中稳压管2CW5的参数为：稳定电压Vz12V，最大稳定电流IZmax20mA。图中电压表中流过的电流忽略不计。当开关S闭合时，电压表V和电流表A1、A2的读数分别为 、 、 ；当开关S断开时，其读数分别为 、 、 。

解：12V，12mA，6mA，12V，12mA，0mA。

6.3 电路如图P6.3所示，已知vi＝56sinωt(v)，试画出vi与vO的波形。设二极管正向导通电压可忽略不计。