第2章半导体二极管及其应用B.doc

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1 第章半导体二极管及其应用第章半导体二极管及其应用. 教学基本要求半导体基础知识半导体二极管主要知识点本征半导体, 掺杂半导体 PN 结的形成 PN 结的单向导电性 PN 结的电容效应二极管的结构及类型教学基本要求熟练掌握正确理解一般了解二极管的伏安特性及主要参数二极管的应用 ( 整流和限幅 ) 硅稳压管的伏安特性主要参数硅稳压管稳压电路. 重点和难点一重点光电二极管, 变容二极管. 理解 PN 结的形成和特点. 理解 PN 结的单向导电性半导体二极管的伏安特性二难点. 正确理解 PN 结的组成及其工作原理. 正确理解二极管 ( 包括稳压管 ) 的伏安特性和特点.3 知识要点什么是半导体 N 型和 P 型半导体. 半导体与 PN 结 PN 结的形成 PN 结的单向导电性 PN 结的伏安特性二极管的结构及分类二极管的伏安特性. 半导体二极管及其应用主要参数等效电路二极管的应用稳压二极管 3. 特殊二极管发光二极管光电二极管 5

2 第章半导体二极管及其应用.4 主要内容.4. 半导体及其特性半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间, 故称为半导体, 典型的半导体材料有硅 ( S) 锗 ( Ge) 硒 ( Se) 砷化镓 (Gas) 及许多金属氧化物和金属硫化物等半导体具有以下特性 : () 热敏特性 : 当半导体受热时, 电阻率会发生变化, 利用这个特性制成热敏电阻 () 光敏特性 : 当半导体受到光照时, 电阻率会发生改变, 利用这个特性制成光敏器件, 如光敏电阻光敏二极管光敏三极管等 (3) 杂敏特性 : 当在纯净的半导体中掺入微量的其它杂质元素 ( 如磷硼等 ) 时, 其导电能力会显著增加, 利用这个特性制成半导体器件, 如半导体二极管半导体三极管场效应管晶闸管等等.4. 本征半导体. 本征半导体具有晶体结构的纯净半导体称为本征半导体最常用的半导体材料为硅 (S) 和锗 (Se). 半导体的共价键结构在硅或锗的本征半导体中, 由于原子排列的整齐和紧密, 原来属于某个原子的价电子, 可以和相邻原子所共有, 形成共价键结构图 - 所示为硅和锗共价键的 ( 平面 ) 示意图共价键价电子空穴自由电子硅或锗的原子核图 - 共价键结构示意图图 - 自由电子和空穴的形成 3. 载流子在绝对零度和未获得外加能量时, 半导体不具备导电能力但由于共价键中的电子为原子核最外层电子, 在温度升高或者外界供给能量下最外层电子容易被热激发成为自由电子, 如图 - 所示共价键失去电子后留下的空位称为空穴, 电子和空穴成对出现, 称为载流子空穴参与导电是半导体导电的特点, 也是与导体导电最根本的区别.4.3 N 型半导体和 P 型半导体为了提高本征半导体导电能力, 应增加载流子的数目, 在本征半导体中掺入微量的其它元素 ( 称为掺杂 ), 形成杂质半导体.N 型半导体如果在硅或锗的本征半导体中掺入微量的 5 价元素 ( 如磷 ) 后, 其自由电子数目远远大于空穴数目, 故这种半导体称为 N 型电子半导体, 简称 N 型半导体 N 型半导体中自由电子为多数载流子 ( 多子 ), 空穴为少数载流子 ( 少子 ), 磷原子称为施主杂质而且多数载流子决定于掺杂浓度, 少数载流子取决于温度 6

3 第章半导体二极管及其应用.P 型半导体如果在硅或锗的本征半导体中掺入微量的 3 价硼 () 元素, 则形成 P 型半导体在 P 型半导体中, 空穴的数量远远大于自由电子数, 空穴为多数载流子, 自由电子为少数载流子, 故 P 型半导体也称为空穴半导体, 硼原子也称为受主杂质无论是 N 型半导体还是 P 型半导体, 尽管有一种载流子占多数, 但整体上仍然是电中性的.4.4 PN 结及其单向导电性. PN 结的形成利用特殊的制造工艺, 在一块本征半导体 ( 硅或锗 ) 上, 一边掺杂成 N 型半导体, 一边形成 P 型半导体, 这样在两种半导体的交界面就会形成一个空间电荷区, 即 PN 结由于 PN 结的特殊性质, 使得它成为制成各种半导体器件的基础 PN 结形成的示意图如图 - 所示. 工作原理由于两边载流子浓度的差异,P 型半导体中的多子空穴向 N 型区扩散, 而 N 半导体中的多子自由电子向 P 型区扩散在多子扩散到交界面附近时, 自由电子和空穴相复合, 在交界面附近只留下不能移动的带正负电的离子, 形成一空间电荷区并形成内电场, 使 P 区的少子和 N 区的少子空穴漂移扩散运动和漂移运动达到动态平衡时,PN 结就形成了多子少子空间电荷区多子少子 P 型半导体 N 型半导体内电场空穴自由电子图 - PN 结的形成 P 型半导体 PN 结 N 型半导体 P 型半导体 PN 结 N 型半导体外电场方向内电场方向内电场方向外电场方向 3.PN 结的单向导电性 )PN 结外加正向电压如图 -3 所示电路图,P 区接电源的正极 N 区接电源的负极, 形成较大的扩散电流, 其方向是由 P 区流向 N 区, 该电流称为正向电流在一定范围内, 随着外加电压的增大正向电流也增大, 称之为 PN 结的正向导通, 此时 PN 结呈低电阻状态.PN 结外加反向电压图 -3 PN 结加正向电压图 -4 PN 结加反向电压 PN 结外加反向电压, 即 P 区接电源的负极 N 区接电源的正极, 如图 -4 所示此时即在外电场的作用下,P 区的自由电子向 N 区运动,N 区的空穴向 P 区运动, 形成反向电流, 其方向是由 N 区流向 P 区由于少数载流子是由于价电子获得能量挣脱共价键的束缚而产生的, 数量很少, 故 7

4 第章半导体二极管及其应用形成的电流也很小, 0, 此时 PN 反向截止, 呈现高阻状态总之, 当 PN 结加正向电压时导通, 呈低阻态, 有较大的正向电流流过 ; 当 PN 结加反向电压时截止, 呈高阻态, 只有很小的反向电流 ( 纳安级 ) 流过 PN 结的这种特性称为单向导电性.5 半导体二极管阴极阳极.5. 二极管的结构类型及符号将一个 PN 结封装起来, 引出两个电极, 就构成半导体二极管, 也称晶体二极管其电路中的表示符号如图 -5a 所示二极管的外形如图 -5b 所示二极管按材料可分为硅二极管锗二极管砷化镓等 ; 按工艺结构可分为点接触型面接触型和平面型二极管点接触型的二极管的 PN 结是由一根很细的金属丝和一块半导体通过瞬间大电流熔接在一起形成的, 其结面积很小, 故不能承受大电流和较高的反向电压, 一般用于高频检波和开关电路面接触型二极管的 PN 结采用合金法或扩散法形成, 其结面积比较大, 可以承受大电流但由于结面积大, 其结电容也比较大, 故工作频率低, 一般用在低频整流电路.5. 二极管的伏安特性及主要性能参数.5.. 二极管的伏安特性. 正向特性 : 二极管的正向特性对应图 -6 曲线的 () 段, 此时二极管加正向电压, 阳极电位高于阴极电位当正向电压较小时 ( 小于开启电压 ), 二极管并不导通硅材料的二极管开启电压约为 0.5V, 锗材料的二极管开启电压约为 0.V 当正向电压足够大, 超过开启电压后, 内电场的作用被大大削弱, 电流很快增加, 二极管正向导通, 此时硅二极管的正向导通压降在 0.6~0.8V, 典型值取 0.7V; 锗二极管的正向导通压降在 0.~0.3V, 典型值取 0.V 二极管正向导通时的电流和电压近似满足下式 : u/ T ( e ) (-) S 式中为二极管通过的电流,u 为二极管两端的电压 ; T 为温度电压当量, 且 T kt / q, 3 9 其中 k 为波耳兹曼常数, k.38 0 J/K,q 为电子电荷, q.60 0 C,T 为热力学温度, 即绝对温度 (300K), 室温下 6 T mv. 反向特性 ; S 为二极管的反向饱和电流二极管的反向特性对应图 -6 所示曲线的 () 段, 此时二极管加反向电压, 阳极电位低于阴极电位应注意到, 硅管的反向电流要比锗管小得多, 小功率硅管的反向饱和电流一般小于 0.μ, 锗管约为几个微安 3. 击穿特性 8 阴极阴极阳极阳极 (b) 图 -5 半导体二极管二极管的表示符号 (b) 二极管的外型 () 锗管硅管 (3) / m M () u / v 图 -6 二极管伏安特性

5 第章半导体二极管及其应用当二极管反向电压过高超过反向击穿电压时, 二极管的反向电流急剧增加, 对应图 -6 图中的 (3) 段由于这一段电流大电压高, PN 结消耗的功率很大, 容易使 PN 结过热烧坏, 一般二极管的反向电压在几十伏以上.5.. 主要性能参数. 额定整流电流 : 二极管长期工作时, 允许通过的最大正向平均电流值. 最高反向工作电压 M : 保证二极管不被击穿而给出的最高反向电压 3. 反向饱和漏电流 S : 二极管两端加反向电压时流过二极管的电流 4. 直流电阻 : 的几何意义是静态工作点 Q 点到原点的直线斜率的倒数 u du 5. 交流电阻 r d : 几何意义是二极管伏安特性曲线上 Q 点处切线斜率的倒数 d 6. 最高工作频率 f max Q Q : 二极管正常工作时允许通过交流信号的最高频率 7. 反向恢复时间 t rr : 二极管由导通突然反向时, 反向电流由很大衰减到接近 S 时所需要的时间大功率开关管工作在高频开关状态时, 反向恢复时间 t rr 是二极管的一项重要指标.5..3 二极管的等效模型及其应用. 小信号模型当二极管外加正向偏置电压时, 可得到其直流工作点 Q, ) 如图 -7a 所示, 称为静态工 9 ( 作点在此基础上给二极管外加微小变化的信号 u u, 则二极管的电压和电流将在其伏安特性曲线上 Q 点附近变化, 且变化范围较小, 可近似认为是在特性曲线的线性范围之内变化, 于是用过 Q 点的切线代替微小变化的曲线, 如图 -7a 中 Q 点附近的小直角三角形所示, 并由此将工作在低频小信号时的二极管等效成一个动态电阻 r 的小信号电路模型. 大信号模型 u d, 同时用图 -7a 中的 d Q r 表示的模型, 称为二极管二极管在许多情况下都是工作在大信号条件下 ( 如整流二极管开关二极管等 ) 在大信号条件下, 根据不同的精度要求, 二极管可以用折线模型恒压模型和理想模型来表示 () 折线模型图 -7b 为二极管的折线模型该模型中考虑了二极管的开启电压 th, 当 u th 时二极管才导通, 且电流与 u 成线性关系, 直线的斜率为二极管截止, 电流为零 () 恒压降模型 g d rd, 其中 rd, 当 u < th 时图 -7c 为二极管的恒压降模型当二极管的正向导通压降与外加电压相比不能忽略时, 二极管正向导通可看成是恒压源 ( 硅管典型值为 0.7V, 锗管典型值为 0.V), 且不随电流变化而变化 ; 截止时反向电流为零, 做开路处理 (3) 理想模型图 -7d 为二极管的理想模型在二极管的工作电压幅度较大时, 认为可以忽略二极管的正向

6 第章半导体二极管及其应用导通压降和反向饱和电流, 即正偏时二极管导通电压为零, 相当于开关闭合 ; 反偏压时二极管截止电流为零, 相当于开关断开 / m / m /m /m u 0 > 0 u < 0 0 g d Q u u 代表符号 r d u / V 实际曲线 (c) 恒压降模型 th 代表符号 u / V u / V 0 T (b) (c) 图 -7 二极管的等效模型及其代表符号小信号模型 th 代表符号 (b) 折线模型 r d 实际曲线 u (d) 理想模型实际曲线 (d) u u / V u 代表符号.6 特殊半导体二极管.6. 稳压管及其应用稳压管是一种由特殊工艺制成的面接触型硅二极管, 其表示符号与伏安特性如图 -8 所示稳压管工作时是在反向击穿区, 并且在一定电流范围内 ( ), 稳压管不会损坏由于稳压管的击穿是齐纳击穿, 故稳压管也称为齐纳二极管由图 -8b 可以看出, 稳压管加一定的反向电压击穿后, 反向电流在很大范围内变化, 管子两端的电压基本保持不变, 这就是稳压管之所以稳压的原因稳压管的主要参数如下. 稳定电压 : 稳定电压是稳压管正常工作时的反向击穿电压. 稳定电流 : 稳定电流是指稳压管工作在稳定电压时的参考电流 3. 最大稳定电流 M : 稳压管在反向工作时稳压电流的最大稳定电流 4. 最大允许耗散功率 P M : 是指稳压管的 PN 结不至于由于结温过高而损坏的最大功率 5. 动态电阻 r : 在稳压工作区域内电压的变化量与电流变化量的比值 6. 电压温度系数 α u : 是反映稳压管稳定电压 T 受温度影响的参数在负载变化不大的场合, 稳压管常用来做稳压电源, 由于负载和稳压管并联, 又称为并联稳压电源稳压管在实际工作时要和电阻相配合使用, 其电路如图 -9 所示其中为限流电阻, 使得稳压管的稳定电流在一定范围内, 另外也起到电压的调节作用选择稳压管一般取反向特性 z / m (b) 图 -8 稳压管的符号及伏安特性符号 (b) 伏安特性正向特性 u / V L 图 -9 稳压管稳压电路 0

7 第章半导体二极管及其应用 M (.5 ~3) M (-7) (~3) 当负载电阻 L 和输入电压一定时, 电阻的选择是根据稳压管的电流不超过正常工作范围来选的稳压管的电流是在 mn < < M 之间, 由图 -9 可知 mn < < M (-8) L 可得电阻的取值范围为 M + L < < mn + L (-9).6.* 半导体光电器件. 发光二极管发光二极管也叫 LE, 它是由砷化镓 (Gas) 磷化镓 (GaP) 磷砷化镓(GasP) 等半导体制成的, 因此不仅具有一般 PN 结的单向导电性, 而且在一定条件下, 它还具有发光特性在正向电压下, 电子由 N 区注入 P 区, 空穴由 P 区注入 N 区进入对方区域的少数载流子 ( 少子 ) 一部分与多数载流子 ( 多子 ) 复合而发光故发光二极管工作时要加正向电压.6.3* 光电二极管光电二极管 ( 也叫光敏二极管 ) 是将光信号变成电信号的半导体器件, 与光敏电阻相比具有灵敏度高高频性能好, 可靠性好体积小使用方便等优点它的核心部分也是一个 PN 结, 和普通二极管相比, 在结构上不同的是, 为了便于接受入射光照, 在光电二极管的管壳上有一个能射入光线的窗口, 窗口上镶着玻璃透镜, 光线可通过透镜照射到管芯, 而且 PN 结面积尽量做的大一些, 电极面积尽量小些, PN 结的结深很浅, 一般小于微米, 这主要是为了提高光的转换效率.6.4* 变容二极管变容二极管是利用外加反向电压改变二极管结电容容量的特殊二极管, 与普通二极管相比, 其结电容变化范围较大由于改变反向电压的大小可以改变结电容容量的大小, 常用于自动频率控制扫描振荡调频和调谐等电路.6.5* 快速二极管 0 (b) (c) 图 -0 变容二极管快速二极管的工作原理与普通二极管是相同的, 但由于普通二极管工作在开关状态下的反向恢复时间较长, 约 4~5µs, 不能适应高频开关电路的要求快速二极管主要应用于高频整流电路高频开关电源高频阻容吸收电路逆变电路等, 其反向恢复时间可达 0ns 快速二极管主要包括肖特基二极管和快恢复二极管肖特基二极管是由金属与半导体接触形成的势垒层为基础制成的二极管, 其主要特点是正向导通压降小 ( 约 0.45V), 反向恢复时间短和开关损耗小但目前肖特基二极管存在的问题是耐压比较低, 反向漏电流比较大, 用于功率变换电路中的肖特基二极管的大体水平是耐压在 50V 以下, 平均电流在 00 以下, 反向恢复时间在 0~40ns V C C j C j0 u

8 第章半导体二极管及其应用肖特基二极管应用在高频低压电路中, 是比较理想的目前快速恢复二极管主要应用在逆变电源中作整流元件, 高频电路中的限幅嵌位等.7 半导体二极管的应用示例.7. 二极管的基本应用二极管的应用范围很广泛, 只要是由于二极管具有单向导电性, 所以利用二极管可以进行整流限幅保护检波钳位及开关电路等, 下面主要介绍二极管在几个方面的应用. 整流电路流电整流电路就是利用二极管单向导电性将方向双向交替变化的正弦波变换成单一方向脉动的直. 开关电路由于二极管正向导通电阻小, 理想情况下可以看成零, 相当开关接通 ; 而反向电阻很大, 理想情况下可以看成无穷大, 相当开关断开 3. 限幅电路把输出电压的最高电平限制在某一数值或某一范围内, 称为限幅电路 4. 低电压稳压电路稳压电路是电子电路中常见的组成部分, 它可以作为基准电源, 常用特殊二极管 - 稳压管 ( 齐纳二极管 ) 构成稳压电路 5. 检波电路利用二极管的单向导电性, 从经过调制的高频调幅振荡电流中, 取出调制信号的过程称为检波, 电路如图 - 所示二极管单向导通, 将负半周的波形去掉, 然后通过电容滤波将高频成分滤掉, 只剩下低频 ( 包络线 ) 信号通过负载输出 u C u u 图 - 二极管峰值检波原理电路.8 典型例题分析 [ 例 -] 电路如例 - 图所示, 设二极管是理想的, 试判断二极管是导通还是截止? 并求输出电压 V 9V V 9V V 9V 解 : 若要判断二 (b) (c) 例 - 图原理电路图 (b) 移去二极管后的电路 (c) 二极管导通时的等效电路是导通还是截止, 则可先假设二极管移开, 计算二极管的阳极和阴极之间的电位差若该电位差大极管

9 第章半导体二极管及其应用于零, 则表明二极管可能导通 ; 若该电位差小于或等于零, 则二极管截止对于例 - 图 a 所示电路, 移开二极管后的电路如图例 - 图 b 所示, 两个二极管的阳极和阴极之间的电位差分别为 0 ( 9) V 9V> 0 ( 9) 3V< 0 故二极管导通, 截止由于二极管为理想二极管, 所以做短路处理, 做开路处理, 其等效电路如例 - 图 c 所示则输出电压为 : 0V [ 例 -] 例 - 图所示电路中的二极管是硅管, 若二极管为理想二极管, 则流过二极管中的电流是多少? 如果二极管正向导通压降为 0.7V, 则流过二极管中的电流又是多少?3 若 0V, 且二极管正向导通压降为 0.7V, 则流过二极管中的电流又是多少? 解 : 由例 - 图 a 所示电路若二极管为理想二极管, 二极管承受正向电压而导通, 0V, 二极管中的电流为 m 如果二极管正向导通压降为 0.7V 先判断二极管是导通还是截止假设将二极管移开, 则两端的电压为 V 由于硅二极管的死区电压为 0.5V, 故二极管截止, 0 3 如例 - 图 b 所示电路, 若 0V, 且二极管正向导通压降为 0.7V, 则假设移开二极管后两端的电压为 V 由于二极管两端电压大于死区电压, 故导通, 二极管用恒压源代替, 其等效电路如图 -9 所示, 恒压源两端电压为 0.7V, 则二极管中的电流为 m [ 例 -3] 如图 -9 所示电路中, V, 稳压管稳定电压 6V, 稳定电流 z 0m, 电阻 00Ω, L 50Ω 求和稳压管实际工作电流 ; 若稳压管最大稳定电流 M 50m, 试问允许波动的范围是多少?3 若 V V,V 6V, 稳压管稳定电流 0m, 最大稳定电流 z 50m, 问负载电阻 L 允许变化的范围是多少? 解 : 由电路可知, 6V 0V 3 4.7kΩ 300Ω 原理电路图 0V 4.7kΩ 300Ω (b) 例 - 图 (b) 二极管导通时等效电路

10 第章半导体二极管及其应用 6 60 m m 50 L 则稳压管的实际工作电流为 m 若稳压管最大稳定电流 M 50m, 而稳定电流 0m, 则由电路可知 ( ) 当 0m 时 ( ) + (0 + 40) mn + V 当 M 50m 时 ( ) + ( ) max M + 故允许波动的范围是 (~5)V 3 若 V V,V 6V, 稳压管稳定电流 0m, 最大稳定电流 50m, 由电路可知 L 5V 当 0m 时当 M 50m 时 Lmn Lmax 6 0Ω Ω M 故 L 允许变化的范围是 (0~600)Ω, 取其中合适的标称值电阻.9 习题及其解答 ( 供参考 ) - PN 结的伏安特性有何特点? 答 :PN 结的特性为单向导电性,PN 结加正向偏压时呈导通状态, 且正向导通时, 硅管 PN 结上有 0.7V 的恒压降 ;PN 加反向偏压时, 呈截止状态 - 二极管是非线性元件, 它的直流电阻和交流电阻有何区别? 用万用表欧姆档测量的二极管电阻属于哪一种? 为什么用万用表欧姆档的不同量程测出的二极管阻值也不同? 答 : 二者定义不同直流电阻是指二极管两端所加的直流电压与直流电流之比, 即, 而且正向时, 较小, 反向时, 较大 ; 交流电阻是指在工作点 Q 附近的小范围内, 电压变化量与电流变化量之 u 比, 即 rd 4

11 第章半导体二极管及其应用万用表欧姆档测量的二极管电阻属于直流电阻 ; 3 由于在万用表欧姆档的不同量程作用下, 流过二极管的直流电流大小不一样, 而二极管是非线性元件, 所以, 不同量程测出的二极管直流电阻也不同 -3 硅二极管和锗二极管的伏安特性有何异同? 答 : 相同之处 : 都是正向导通反向截止 ; 不同之处 : 硅二极管正向导通恒压降为 0.7V, 锗二极管为 0.V; 硅二极管正向死区电压为 0.5V, 锗二极管为 0.V; 硅二极管反向漏电流比锗二极管小得多 ; -4 什么是二极管的死区电压? 为什么会出现死区电压? 硅管和锗管的死区电压大约是多少? 答 : 由二极管的伏安特性曲线可知, 二极管正向电压较小时, 有一段的导通电流几乎为零, 该范围称作死区, 这时候, 二极管所加正向电压称作死区电压 ; 死区电压, 是因为这时的外加电场强度还不足以克服 PN 结内电场的作用, 还不足以使载流子运动, 从而形成不了电流 3 硅二极管死区电压为 0.5V, 锗二极管为 0.V; -5 为什么稳压管的动态电阻越小稳压效果越好? 答 : 稳压管的动态电阻 r z 越小, 电流波动引起的电压波动幅度就越小, 稳压效果就越好 -6 试判断题 -6 图中二极管是导通还是截止, 并求 ( 设二极管为理想器件 ) 解 : a) 二极管的导通与截止判断, 可采用反证法来进行, 即 : 先假设二极管处于反偏截止状态, 则图所示的环路中无电流, 若取点为参考零电位, 那么点电位为 V, 二极管的正向端 (P 区 ) 电位为 6 V, 所以二极管正偏, 这与假设矛盾, 所以假设不成立, 二极管应处于正偏导通的状态, 且 V ; 6 b) 二极管处于反偏截止状态, 且 V ; c) 根据优先导通原则, 即当多个二极管共阴或共阳连接时, 阳极和阴极之间电位差大的二极管优先导通有导通截止, 0 V ; d) 均截止, V d) 均截止, V ; -7 题 -7 图所示电路中的二极管为硅管, 试判断其导通还是截止? 若将硅管换为锗管情况如何? 若导通, 试求流过二极管中的电流是多少? 解 : 把硅二极管先移开,, 串联分压, 结果在上得到 6V V 3k 3k 5V V (c) 5V 3k V (b) 3k 6V V (d) 4.7k 6V 50 题 -7 图 5

12 第章半导体二极管及其应用 V, 不足以使硅二极管导通, 因此硅二极管截止上述上得到 0.3 V 可使锗二极管导通, 且钳位在 0.3V; 流过锗二极管中的电流 0.0 m 4.7 k 0.5 k -8 电路如题 -8 图中二极管是理想的, u sn ωt : 画出该电路的传输特性 ; 画出输出电压波形 m 解 : 理想二极管的传输特性为 : u 5 当 u 5V 时, 右边的二极管导通, u u ; 当 u 5V 时, 左边的二极管导通, u-(- 5) u u; 当 - 5 V < u < + 5 V 时, 两个二极管都截止, u u 故其电压传输特性如题 -8 图所示分析讨论 : (ⅰ) u < 5V时, u u ; 题 -8 图 u / V /V u (ⅱ) u > 5 V时, u 5 V u 5 V + u +.5 V m sn ω t +.5V π 当 ω t 时, u m +.5 V 达到正向最值 ; (ⅲ) u < 5 V时, u m sn ωt.5 V 3π 当 ωt 时, u m.5 V 达到负向最值 ; 画出输出电压波形如下 : 题 -8 图 u 0.5 m +.5V + 5V 5V V m π π ωt -9 在题 -9 图中, 求出在下列几种情况下输出端的电位 ( 设二极管为理想器件 ) () 0 ;() 3 V 0 ;(3) 3V 解 : 由优先导通的原则, 有 : () 都导通, 则 0 V ; 6

13 第章半导体二极管及其应用 () 截止都导通, 则 0 V ; (3) 都导通, 则 3 V ; -0 在题 -0 图中, 已知 k Ω 9.kΩ 二极管为理想器件, 求下列几种情况下输出端电位及各支路电流 ( ) 0 V 0 ;( ) 5V ;(3) 6 V 5.8V 解 : () 导通截止 V , m, k 9 m ; 9.k () 都导通, 则 V // + // , 0.5 m, 9. k 0.6 m ; (3) 都导通, 由 KCL 有 +, 即可得 5.6 V ; m, k m k m + - 试估算题 - 图各电路中流过二极管的电流和点电位 ( 设二极管正向管压降为 0.7V) 题 -9 图 +V 3.9 k, 题 -0 图 + 0 V + 0V +0V k Ω k Ω 3k Ω 0.5k Ω 3k Ω k Ω k Ω ( b ) + 6 V ( c ) 3 图题 - 7

14 第章半导体二极管及其应用解 : m 3k k 0.7 V (b) m 3 k k 6.7 V (c) 设二极管上的电流为, 上的电流为则有 : V + + ) 0V ( 解上述方程组, 可得 0.65 m, 则 m k V - 在题 - 图所示的各限幅电路中, 已知 u 6sn ωt 为理想器件 ) 解 :( a ) 当 u - 4 V 时, 二极管截止, u u ; 当 u < 4 V 时, 二极管导通, u 4 V m 伏, 试画出输出电压 u 波形 ( 设二极管 u π π ωt u 4V u u 4V u (b) 当 u -4 V 时, 二极管截止, u 4 V ; 当 u < 4 V 时, 二极管导通, u u u (b) π π ωt u V (c) u 4V u 题 - 图 V (d) u 4V (c) 当 u 4 V 时, 二极管导通, u 4 V ; 当 u V 时, 二极管导通, u V 当 V < u < 4 V 时, 两个二极管都截止, u u u π π ωt (d) 当 u 4 V 时, 二极管导通, u 4 V ; 当 u - V 时, 二极管导通, u -V 当 - V < u < 4 V 时, 两个二极管都截止, u u u π π ωt 8

15 第章半导体二极管及其应用 - 已知两只稳压管的稳定电压分别为 6V 和 9.5V, 正向压降均为 0.5V 若它们稳定电流都相等, 试画出利用这两只稳压管和电阻得到 3V 7V 0V 和 6V 的电路解 : 如下面图示 n 7V n 0V 6V 9.5V -4 在题 -4 图中, 已知 0V 0.8 k Ω KΩ, 稳压管的稳压值为 0 V 最大稳定电流 8 M m 试求稳压管中流过的电流是否超过 8 M m? 如果超过, 应采取什么措施? 解 :.5 m, 0 m 0.8 k k m < 如果超过, 应适当增大限流电阻, 或降低输入电压 ; M u u -5 稳压电路如题 -5 图所示, 若输入正弦交流电压 u 幅度足够大, 试画出输出电压 u 的波形解 : 设稳压管正向导通压降均为 0.5V, 当 u +0.5V 时, 稳压管工作, u +0.5V ; 当 u V 时, 稳压管工作, u V 当 V < u < +0.5 V 时, 两个稳压管都不能正常稳压, u u 画出输出电压 u 的波形如下 : 题 -4 图题 -5 图 u V 0. 5V π π ωt 9

16 第章半导体二极管及其应用 -6 硅稳压管稳压电路如题 -6 图所示其中硅稳压管的稳定电压 8 V 0Ω,. kω L, 动态电阻 r 可以忽略, 0 V 试求: 及的值 ; 当降低为 5V 时的及的值解 : 8V, m, L L. k m 0.k, m 当降为 5V 时, 不变, 仍为 8 V 不变, 仍有, 而变为 3. 8m, 0.k 变为 m 8 L L -7 单色发光二极管的两个引脚不一样长时, 长脚是发光二极管的阳极还是短脚是阳极? 答 : 单色发光二极管长脚端是发光二极管的阳极 -8 在题 -8 图所示电路中若 5sn ωt V, 问发光二极管是否会 u 发光? 为什么? 答 : 会发光, 因为 u 正半周时, 发光二极管处于正偏导通状态, 有导通电流, 发光二极管就会发光 -9 光电二极管在使用时是正向连接还是反向连接? 答 : 光敏二极管工作在反向电压之下 3. 64m -0 若某二极管的管壳上有二极管符号, 如题 -0 图所示, 已知二极管是好的, 将万用表置于测电阻的档位上在测二极管正向电阻时, 万用表的表笔应如何连接? 在测量二极管反向电阻时, 万用表的表笔应如何连接?3 两次测量哪一次偏转的角度大? 其测量的阻值是大还是小? 答 : 测二极管正向电阻时, 万用表的黑表笔应接在二极管的阳极端, 红表笔应接在二极管的阴极端 ; 测二极管反向电阻时, 万用表的红表笔应接在二极管的阳极端, 黑表笔应接在二极管的阴极端 ; 题图 -6 3 测二极管正向电阻时, 万用表指针偏转的角度大, 其测得的阻值较小测二极管反向电阻时, 万用表指针偏转的角度小, 其测得的阻值较大 u 题 -0 0Ω 题 -8 图 V 0

电子技术基础 ( 第版 ) 3. 图解单相桥式整流电路 ( 图 4-1-3) 电路名称电路原理图波形图整流电路的工作原理 1. 单相半波整流电路 u 1 u u sin t a t 1 u 0 A B VD I A VD R B

电子技术基础 ( 第版 ) 3. 图解单相桥式整流电路 ( 图 4-1-3) 电路名称电路原理图波形图整流电路的工作原理 1. 单相半波整流电路 u 1 u u sin t a t 1 u 0 A B VD I A VD R B 直流稳压电源第 4 章 4.1 整流电路及其应用学习目标 1. 熟悉单相整流电路的组成, 了解整流电路的工作原理. 掌握单相整流电路的输出电压和电流的计算方法, 并能通过示波器观察整流电路输出电压的波形 3. 能从实际电路中识读整流电路, 通过估算, 能合理选用整流元器件 4.1.1 认识整流电路 1. 图解单相半波整流电路 ( 图 4-1-1) 电路名称电路原理图波形图 4-1-1. 图解单相全波整流电路

第2章 半导体二极管及其应用B.doc

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