二极管的结构与功能.ppt

课题一半导体器件1.1半导体器件的基础知识1.2半导体二极管1.3半导体三极管1.4场效应管,1.1半导体器件的基础知识,物质按导电性能可划分为：,导体一般为低价元素，如铜、铁、铝等金属元素。导电率为105量纲级。导电能力强。,绝缘体一般为高价元素，如：橡胶、云母、塑料等。导电率为10-2210-14量纲级。导电能力弱。,半导体一般为四价元素，如：硅（Si）锗（Ge）等。导电性能介于导体和绝缘体之间。且导电能力随条件变化。,1.1.1半导体材料,半导体物质特性：,掺入杂质则导电率显著增加,掺杂特性,半导体器件,温度增加使导电率大为增加,温度特性,热敏器件,光照不仅大为增加导电率还可产生电动势,光照特性,光敏器件、光电器件,完全纯净、结构完整的半导体晶体被称为本征半导体。本征半导体在物理结构上呈单晶体形态。（见左下图）,1.1.2本征半导体,本征半导体：,常用的本征半导体：硅（Si），锗（Ge）,1.在T=0K，且无外部激发能量时：,本征半导体的导电特性:,常见本征半导体晶体结构平面示意图,本征半导体内部没有能够自由移动的带电粒子，即载流子，此时本征半导体呈绝缘特性。,+4,2.在有外部激发能量（如温度升高，光照）时：,挣脱原子核束缚的电子称为自由电子，在本征激发下形成带负电荷的载流子。,留下的空位称为空穴，成为带正电荷的载流子。,本征半导体的载流子在外加电场的作用下可定向移动形成漂移电流。,共价键内的电子称为束缚电子,杂质半导体,N（电子）型半导体(掺入的五价元素如P、Se等),1.1.3杂质半导体,P（空穴）型半导体(掺入的三价元素如B、Al、In等),掺入杂质越多，导电性能越强,(1)在PN结外加上正向电压时：,PN结正偏（P(+),N(-)）时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，PN结导通。,2.PN结的单向导电性,以上所讨论的PN结处于平衡状态，称为平衡PN结。如在PN结两端外加不同方向电压，就会破坏原平衡，呈现出单向导电性。,(2)在PN结外加上反向电压时：,PN结反偏（P(-),N(+)）时，仅有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，PN结截止。,结论：PN结加正向电压，即正偏时，有较大的正向扩散电流，此时PN结电阻小，处于导通状态，此时的正向电流随着PN结两端的电压增大而增大；PN结加反向电压，即反偏时，只有很小的，不随PN结两端电压变化的反向饱和电流，此时PN结电阻大，处于截止状态。即PN结具有单向导电性能。,晶体二极管结构及电路符号：,PN结正偏（P接+、N接-），D导通。,晶体二极管的主要特性：单方向导电特性,PN结反偏（N接+、P接-），D截止。,即,主要用途：用于整流、开关、检波电路中。,二极管,将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。,小功率二极管,大功率二极管,稳压二极管,发光二极管,1.极性判别,2.二极管的检测,红表笔是(表内电源)正极，黑表笔是(表内电源)负极。,数字式万用表检测,钳位电路,四：二极管在电路中的应用,钳位电路的作用是将周期性变化的波形的顶部或底部保持在某一确定的直流电平上。,利用二极管正向导通压降相对稳定，且数值较小(有时可近似为零)的特点，来限制电路中某点的电位。,检波电路,检波二极管的作用是把调制信号中的音频信号或是图像信号取出来。工作频率高，多采用点接触型结构，玻璃封装。,限幅电路,V2vi0时,D1,D3导通D2,D4截止电流通路:AD1RLD3B,u20时,D2,D4导通D1,D3截止电流通路:BD2RLD4A,输出是脉动的直流电压！,单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,u2,D4,D2,D1,D3,RL,uo,A,B,整个周期的输出波形如下图所示：,三、主要参数：,输出电压平均值：Uo=0.9u2,输出电流平均值:Io=Uo/RL=0.9u2/RL,流过二极管的平均电流：Iv=IL/2,+,+,+,+,4,1,2,3,2,+,4,3,V,u,u,V,V,O,2,1,L,V,R,-,二、三相桥式整流电路,2.工作原理,在每一瞬间，根据优先导通原则。共阴极组中阳极电位最高的二极管导通；共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。,1.电路,三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形,L1,L2,L3,T,在t1t2期间共阴极组中U点电位最高，V1导通；共阳极组中V点电位最低，V4导通。,负载两端的电压为线电压uUV。,负载电压,2.工作原理,变压器副边电压,在t2t3期间共阴极组中U点电位最高，V1导通；共阳极组中W点电位最低，V6导通。,负载两端的电压为线电压uUW。,负载电压,2.工作原理,变压器副边电压,在t3t4期间共阴极组中V点电位最高，V3导通；共阳极组中W点电位最低，V6导通。,负载两端的电压为线电压uVW。,负载电压,2.工作原理,变压器副边电压,在t4t5期间共阴极组中V点电位最高，V3导通；共阳极组中U点电位最低，V2导通。,负载两端的电压为线电压uVU。,负载电压,2.工作原理,变压器副边电压,2.工作原理,结论：在一个周期中，每个二极管只有三分之一的时间导通（导通角为120）。,变压器副边电压,负载电压,负载两端的电压为线电压。,T,3.参数计算,(1)整流电压平均值UL:,(2)整流电流平均值IL:,(3)流过每管电流平均值IF:,(4)每管承受的最高反向电压URM:,UL2.34U2,4.例题,例4-4一直流电源,采用三相桥式整流,负载电压和电流分别为60V和450A,整流二极管的实际工作电流和最高反向工作电压各为多少?,解:根据公式可得整流二极管的工作电流为:,整流二极管承受的最高反向工作电压为:,谢谢！,