第一章晶體二極管及整流電路

半導體的問世是在1948年，其核心是具有單向?qū)щ娦缘腜N結(jié)。在實際應用中的二極管種類很多，用途也十分廣泛，掌握二極管的特性和應用常識是本章的重點。在功率變換中，二極管的主要用途是構(gòu)成整流器，將交流電變換為直流電。

半導體的主要特性

晶體二極管

整流電路

濾波電路

特種二極管及應用

本章小結(jié)1第一章晶體二極管及整流電路半導體的問世是在194

第一節(jié)半導體的主要特性一、什么是半導體導體

容易傳導電流的物質(zhì)，如電纜的線芯所使用的銅、鋁等金屬。絕緣體

能夠可靠地隔絕電流的物質(zhì)，如電纜的包皮所使用的橡膠、塑料等。半導體導電能力介于導體與絕緣體之間的物質(zhì)，硅（Si）、鍺（Ge）是最常見的用于制造各種半導體器件的材料。二、電子技術的核心是半導體摻雜性在純凈的半導體中摻入極其微量的雜質(zhì)元素，則它的導電能力將大大增強。應用摻雜技術可以制造出各種半導體元器件。熱敏性溫度升高，將使半導體的導電能力大大增強。光敏性對半導體施于光線照射，光照越強，導電能力越強。2第一節(jié)半導體的主要特性2半導體材料硅有四個價電子，通過共價鍵結(jié)合起來，如圖所示。

在常溫下，大多數(shù)的價電子均被束縛在原子周圍，不易自由移動，所以導電能力也較弱。

半導體受熱或用光進行照射時，部分價電子獲得足夠的能量，得以掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子和空穴，這就是半導體具有熱敏性和光敏性的原因。半導體晶體結(jié)構(gòu)示意圖

三、P型半導體和N型半導體1．P型半導體

P型半導體是在純凈半導體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價元素。這類摻雜后導體的特點是：空穴數(shù)量多，自由電子數(shù)量少，故又稱為空穴半導體。2．N型半導體

N型半導體是在純凈半導體硅或鍺中摻入微量磷、砷等5價元素，這類雜質(zhì)半導體特點是：自由電子數(shù)量多，空穴數(shù)量少，故又稱為電子半導體。3半導體材料硅有四個價電子，通過共價鍵結(jié)合起來，如圖所示。第二節(jié)晶體二極管一、二極管的結(jié)構(gòu)與電路符號用于電視機、收音機、電源裝置等電子產(chǎn)品中的各種不同外形的二極管如下圖所示。二極管通常用塑料、玻璃或金屬材料作為封裝外殼，外殼上一般印有標記以便區(qū)別正負電極。4第二節(jié)晶體二極管二極管的結(jié)構(gòu)如下圖所示，在P型與N型半導體的交界面會形成一個具有特殊電性能的薄層，稱為PN結(jié)。從P區(qū)引出的電極作為正極，從N區(qū)引出的電極作為負極。二極管基本結(jié)構(gòu)二極管圖形符號二、二極管的導電特性1.觀察二極管的導電特性

圖（a）圖（b）按圖（a）連接電路，此時小燈泡亮，表示二極管加正向電壓而導通。按圖（b）連接電路，此時小燈泡不亮，表示二極管加反向電壓而截止。通過觀察以上實驗證實，二極管具有單向?qū)щ娦浴?二極管的結(jié)構(gòu)如下圖所示，在P型與N型半導體的交界面會形成一個2.二極管主要特性曲線二極管的電流iD與加在二極管兩端的電壓vD的關系曲線，稱為二極管伏安特性曲線。（1）正向特性

死區(qū)當二極管外加正向電壓較小時，正向電流幾乎為零。

正向?qū)▍^(qū)當二極管正向電壓大于死區(qū)電壓Vth時，電流隨電壓增加，二極管處于導通狀態(tài)。

導通電壓硅二極管約為0.7V，鍺二極管約為0.3V。（2）反向特性

反向截止區(qū)

當二極管承受的反向電壓未達到擊穿電壓V（BR）時，二極管呈現(xiàn)很大電阻。

反向擊穿區(qū)

當二極管承受的反向電壓已達到擊穿電壓V（BR）時，反向電流急劇增加，該現(xiàn)象稱為二極管反向擊穿。二極管伏安特性曲線62.二極管主要特性曲線（1）正向特性

死區(qū)2AP1

二極管N型鍺材料普通管器件序號二極管型號的讀識

三、二極管器件手冊的使用1．二極管型號

國產(chǎn)二極管的型號由五部分組成。

第一部分是數(shù)字“2”，表示二極管。第二部分是用拼音字母表示管子的材料。

A——N型鍺材料，B——P型鍺材料，

C——N型硅材料，D——P型硅材料。

第三部分是用拼音字母表示管子的類型。第四部分用數(shù)字表示器件的序號。

第五部分用拼音字母表示規(guī)格號。72AP1二極管N型鍺材料普通2.二極管的主要參數(shù)最大整流電流IFM：是管子長期運行時允許通過的最大正向平均電流。最高反向工作電壓VRM

：又稱額定工作電壓，它是保證二極管不至于反向擊穿而規(guī)定的最高反向電壓。反向飽和電流IR

：它指管子未進入擊穿區(qū)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶?。最高工作頻率fM

：是保證管子正常工作的最高頻率。

實際工作中一般從兩個方面使用二極管器件手冊：●已知二極管的型號查找其器件用途和主要參數(shù)，這常用于對已知型號的二極管進行分析，看是否滿足電路要求?！窀鶕?jù)使用的要求，選用二極管型號。例如當設備中的二極管壞了，如沒有同型號的管子更換，應查看手冊，選用三項主要參數(shù)IFM、VRM、fM滿足要求的其它型號二極管代用。用工程應82.二極管的主要參數(shù)用工程應83．二極管的選用

按材料分類，二極管主要有鍺二極管和硅二極管兩大類。前者內(nèi)部多為點接觸型結(jié)構(gòu)，允許的工作溫度較低，只能在100℃以下工作；后者內(nèi)部多為面接觸型或平面型結(jié)構(gòu)，允許的工作溫度較高，有的可達150~200℃。

普通二極管（如2AP等系列）的IFM較小，fM一般較高，主要用于信號檢測、取樣、小電流整流等。

整流二極管（2CZ、2DZ等系列）的IFM較大，fM很低，廣泛使用在各種電源設備中作整流元件。穩(wěn)壓二極管（2CW、2DW）用在各種穩(wěn)壓電源和晶閘管電路中。開關二極管（2AK、2CK等系列）一般IFM較小，fM較高，用于數(shù)字電路和控制電路中。

93．二極管的選用

按材料分類，二極管主要有4．二極管的簡易測量將萬用表撥到電阻擋的R×100或R×1k，，將萬用表的紅、黑表筆分別接在二極管兩端，若測得電阻比較小(幾千歐以下)，再將紅、黑表筆對調(diào)后連接在二極管兩端，而測得的電阻比較大(幾百千歐)，說明二極管具有單向?qū)щ娦?，質(zhì)量良好。測得電阻小的那一次黑表筆接的是二極管的正極。測量正向電阻測量反向電阻

如果測得二極管的正、反向電阻都很小，甚至為零，表示管子內(nèi)部已短路。如果測得二極管的正、反向電阻都很大，則表示管子內(nèi)部已斷路。104．二極管的簡易測量10第三節(jié)整流電路整流電路的功能是將交流電轉(zhuǎn)換成脈動直流電。一、半波整流電路單相半波整流電路由整流二極管、電源變壓器和負載RL構(gòu)成。

半波整流原理電路圖1．整流原理當v2為正半周時，二極管V承受正向電壓而導通，在負載RL上獲得上正下負電壓vL。

當v2為負半周時，二極管V承受反向電壓而截止，負載RL上的電壓vL=0。

半波整流電路波形11第三節(jié)整流電路半波整流電路波形112．負載上的直流電壓和電流負載上的直流電壓：

VL=0.9V2

負載上的直流電流：

●半波整流電路的變壓器選用：次級電壓V2=VL/0.45，額定功率P應大于負載功率?！癜氩ㄕ鞫O管的選用：最高反向工作電壓VRM不低于輸入交流電的峰值電壓V2，額定電流不低于負載上的直流電流IL?！癜氩ㄕ麟娐返膬?yōu)點是電路簡單，使用的元件少。但它的明顯缺點是輸出電壓脈動很大，效率低，所以只能應用在對直流電壓波動要求不高的場合，如蓄電池的充電等。用工程應122．負載上的直流電壓和電流用工程應12二、橋式整流電路

1．電路結(jié)構(gòu)單相橋式整流電路由電源變壓器T、整流二極管Vl～V4和負載RL組成。

橋式整流原理電路圖

2．整流原理

v2為正半周時，Vl和V3正偏導通，V2、V4受到反向電壓而截止。單向脈動電流的流向為：A端→V1→RL→V3→B端，RL上的脈動電壓極性為上正下負。

v2為負半周時，V2、V4正偏導通，V1、V3受到反向電壓而截止。單向脈動電流的電流流向為：B端→V2→RL→V4→A端，RL上的脈動電壓極性仍為上正下負。輸出電壓波形輸入電壓波形13二、橋式整流電路輸出電壓波形輸入電壓波形133．負載上的直流電壓和電流負載上的直流電壓：

VL=0.9V2

負載上的直流電流：●橋式整流電路變壓器的選用：次級電壓V2=VL/0.9，額定功率P應大于負載功率?！駱蚴秸鞫O管的選用：最高反向工作電壓VRM不低于輸入交流電的峰值電壓V2，最大整流電流IFM不低于負載上的直流電流IL?！駱蚴秸麟娐分械亩O管極性不允許接錯，否則會造成二極管或變壓器過電流而損壞?！褚@得負極性的直流脈動電源，只要將4個二極管的極性都對調(diào)即可。用工程應143．負載上的直流電壓和電流用工程應144．整流橋堆的應用將若干只整流二極管用絕緣瓷、環(huán)氧樹脂等外殼封裝成一體就制成整流堆，常見的有半橋和全橋整流堆。

整流橋堆整流橋堆的實際接線圖

整流硅堆的主要參數(shù)是最高反向電壓和最大整流電流，在選用硅堆時，也主要是根據(jù)電路具體要求來選擇這二個參數(shù)。154．整流橋堆的應用15第四節(jié)濾波電路將脈動直流電中的交流成分濾除掉，這一過程稱為濾波。一、電容濾波器電容濾波器是在負載的兩端并聯(lián)一個電容構(gòu)成的。半波整流接濾波電容橋式整流接濾波電容16第四節(jié)濾波電路半波整流接濾波電容1．觀測電容濾波情況在未接濾波電容C時，負載RL上的電壓波形如圖中的虛線所示。當在負載RL的兩端并聯(lián)濾波電容C后，輸出波形就如圖中的實線所示。顯然，加上濾波器后的輸出電壓脈動程度明顯減小了。2．濾波原理（以半波整流電路為例）（1）在輸入電壓上升超過電容端電壓時，整流二極管V正向?qū)?，向濾波電容C迅速充電(同時向負載供電)，電容C兩端電壓vc與v2同步上升，并達到v2的峰值。（2）在輸入電壓下降到低于電容兩端電壓時，整流二極管V反向截止。電容放電維持了負載RL的電流。由于RL的阻值遠大于二極管的正向內(nèi)阻，所以放電很慢，電容C兩端電壓VC下降緩慢。半波整流電容濾波的輸出波形橋式整流電容濾波的輸出波形171．觀測電容濾波情況半波整流電容濾波的輸出波形3．電容濾波器的特點（1）在電容濾波電路中，C的容量或RL的阻值越大，濾波電容C放電越慢，輸出的直流電壓就越大，濾波效果也越好。反之，C的容量或RL的阻值越小，輸出電壓低且濾波效果差。（2）在采用大容量的濾波電容時，接通電源的瞬間充電電流特別大，因此電容濾波器不適用于負載電流較大的場合。●橋式整流電路變壓器的選用：次級電壓V2=VL/0.9，額定功率P應大于負載功率。●橋式整流二極管的選用：最高反向工作電壓VRM不低于輸入交流電的峰值電壓V2，最大整流電流IFM不低于負載上的直流電流IL?！駱蚴秸麟娐分械亩O管極性不允許接錯，否則會造成二極管或變壓器過電流而損壞。●要獲得負極性的直流脈動電源，只要將4個二極管的極性都對調(diào)即可。

用工程應183．電容濾波器的特點用工程應18二、電感濾波器1．電路構(gòu)成

電感濾波電路中電感L與負載RL串聯(lián)，它是利用通過電感的電流不能突變的特性來實現(xiàn)濾波。2．濾波原理從能量的觀點來看，電感是一個儲能元件，當電流增加時，電感線圈產(chǎn)生自感電動勢阻止電流的增加，同時將一部分電能轉(zhuǎn)化為磁場能量；當電流減小時，電感線圈便釋放能量，阻止電流減小。因此通過負載RL的電流脈動成分受到抑制而變得平滑。

電感濾波電路電感濾波輸出電壓波形19二、電感濾波器電感濾波電路3．電路特點一般情況下，電感值L愈大，濾波效果愈好。但電感的體積變大、成本上升，且輸出電壓會下降，所以濾波電感常取幾亨到幾十亨。三、復式濾波器復式濾波器是由電感、電容或電阻、電容組合起來的多節(jié)濾波器。1．L型濾波器在濾波電容C之前串接一個鐵芯電感L，這樣就組成了L型濾波器。脈動直流電壓經(jīng)過電感時，交流成分大部分都降落在電感線圈L上，再經(jīng)電容C濾波，把交流成分進一步濾除，就可在負載上得到更加平滑的直流電壓。

L型濾波器203．電路特點202．π型濾波器C-π型濾波器

在L型濾波器的輸入端再并聯(lián)一個電容，這就形成了LC-π型濾波器，如左下圖所示。RC-π型濾波器

在電流較小、濾波要求不高的情況下，常用電阻R代替π型濾波器的電感L，構(gòu)成RC-π型濾波器。

LC—π型濾波器RC—π型濾波器212．π型濾波器21第五節(jié)特種二極管及應用

一、穩(wěn)壓管

1．工作特性及應用

穩(wěn)壓管又稱齊納二極管，實物外形見下圖。通常用文字“V”代表，它是一種用特殊工藝制造的硅二極管，只要反向電流不超過極限電流，管子工作在擊穿區(qū)并不會損壞，屬可逆擊穿，這與普通二極管破壞性擊穿是截然不同的。穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)域時，利用其陡峭的反向擊穿特性在電路中起穩(wěn)定電壓作用。

穩(wěn)壓管的外形電路符號22第五節(jié)特種二極管及應用穩(wěn)壓管的外形電路符穩(wěn)壓管的伏安特性曲線如的正向特性與普通二極管相同。

反向特性曲線在擊穿區(qū)域比普通二極管更陡直，這表明穩(wěn)壓管擊穿后，通過管子的電流變化(ΔIz)很大，而管子兩端電壓變化(ΔVz)很小，或說管子兩端電壓基本保持一個固定值。

穩(wěn)壓管在電路中主要功能是起穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管的伏安特性曲線正向特性擊穿特性23穩(wěn)壓管的伏安特性曲線如的正向特性與普通二極管相同。

2．穩(wěn)壓管主要參數(shù)穩(wěn)定電壓VZ指穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。穩(wěn)定電流IZ

指管子在正常工作時的參考電流值，其值在穩(wěn)壓區(qū)域的最大電流IZmax與最小電流IZmin之間。當流過管子的電流小于IZmin時管子不能起穩(wěn)壓作用。最大穩(wěn)定電流IZmax指穩(wěn)壓管最大工作電流，超過Izmax耗散功率PZM指管子不致因熱擊穿而損壞的最大耗散功率。它近似等于穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流的乘積，即PZM=VZ·IZmax。動態(tài)電阻rZ反映穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能，動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能越好。溫度系數(shù)k溫度系數(shù)反映由溫度變化引起的穩(wěn)定電壓變化。

242．穩(wěn)壓管主要參數(shù)24二、發(fā)光二極管

發(fā)光二極管是一種把電能變成光能的半導體器件。發(fā)光二極管由磷化鎵、砷化鎵等半導體材料制成，電路符號和實物照片見下圖。

當給發(fā)光二極管加上偏壓，有一定的電流流過時二極管就會發(fā)光，這是由于PN結(jié)的電子與空穴直接復合放出能量的結(jié)果。發(fā)光二極管的種類很多，按發(fā)光的顏色可分為：紅色、藍色、黃色、綠色，還有三色變色發(fā)光二極管和眼睛看不見的紅外光二極管；按外形可分為：圓形、方形等。

發(fā)光二極管電路符號發(fā)光二極管實物圖25二、發(fā)光二極管

發(fā)光二極管是一種把電能變成光能的半導

三、光電二極管

光電二極管又稱為光敏二極管。光電二極管也是由一個PN結(jié)構(gòu)成，但是它的PN結(jié)面積較大，通過管殼上的一個玻璃窗口來接收入射光。

當沒有光照射時反向電阻很大，反向電流很?。划斢泄庹丈鋾r，反向電阻減小，反向電流增大。

光電二極管電路符號光電二極管元件外形

發(fā)光二極管應用電路如下圖所示。

6V直流電壓指示220V交流電指示26三、光電二極管

光電二極管又

四、無引線片狀二極管無引線片狀二極管焊點處于元件的兩端，在目前的電子產(chǎn)品中得到廣泛應用，其特點是體積小、重量輕、高頻性能好、形狀簡單、尺寸標準化，便于自動化裝配。

1.肖特基二極管

常見的肖特基二極管封裝形式主要有兩種：一種是片狀二腳封裝，見圖（a）；另一類為片狀SOT-23封裝（MMBD），見圖（b）。

2.穩(wěn)壓二極管

片狀穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值在2～30V，額定功率為0.5W的穩(wěn)壓管其封裝多采用SOT-23形式，額定功率為1W多采用SOT-89（1W）封裝，見圖（c）。

圖（a）圖（b）圖（c）

27四、無引線片狀二極管273.開關二極管

該類管子運用于數(shù)字脈沖電路及電子開關電路，片狀開關管分為單開關二極管和復合開關二極管兩大類

4．復合二極管

“復合二極管”是指在一個封裝內(nèi)，包含有2個以上的二極管，以滿足不同的電路工作要求，同時可縮小元器件的數(shù)量和體積，復合二極管的組合形式有：共陰極式、共陽極式、串聯(lián)式和獨立式等類型，如下圖所示。

復合二極管的組合形式283.開關二極管28本章小結(jié)

1.半導體具有熱敏性、光敏性和摻雜性，因而成為制造電子元器件的關鍵材料。2.二極管是由一個PN結(jié)構(gòu)成，其最主要的特性是具有單向?qū)щ娦?，該特性可由伏安特性曲線準確描述。選用或更換二極管必須考慮最大整流電流、最高反向工作電壓兩個主要參數(shù)，高頻工作時還應考慮最高工作頻率。3.整流電路的作用是將交流電轉(zhuǎn)換為脈動直流電，濾波電路的作用是對整流輸出的脈動直流進行平滑。4.特殊二極管主要有穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光電二極管等。穩(wěn)壓管是利用它在反向擊穿狀態(tài)下的恒壓特性來構(gòu)成簡單的穩(wěn)壓電路。發(fā)光二極管起著將電信號轉(zhuǎn)換為光信號的作用，而光電二極管則是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。5.片狀二極管具有體積小，形狀規(guī)整，便于自動化裝配的特點，在目前的電子產(chǎn)品中廣泛應用因此，片狀二極管的封裝外形及引腳排列是必須了解的基本知識。

29本章小主教材簡介書名：電子技術基礎第2版（附學習卡）出版單位：高等教育出版社作者：陳振源出版日期：2006-07-01書號：7-04-019714-6適用層次：中職定價：25.20本書參照教育部頒布的中等職業(yè)學校電子技術基礎教學大綱，以及有關的職業(yè)資格標準或行業(yè)職業(yè)技能鑒定標準，在保留2001年出版的中等職業(yè)教育國家規(guī)劃教材《電子技術基礎》編寫風格的基礎上，根據(jù)近幾年中職生源的變化情況，貫徹落實“以服務為宗旨，以就業(yè)為導向，以能力為本位”的職業(yè)教育辦學指導思想，修訂而成。本書包括模擬電子技術和數(shù)字電子技術兩部分，模擬部分包括：二極管及整流電路、晶體管及基本放大電路、場效晶體管放大電路、負反饋、低頻功率放大器、集成運算放大器、正弦波振蕩器、直流穩(wěn)壓電源、晶閘管及應用電路；數(shù)字部分包括：數(shù)字電路基礎、組合邏輯電路、集成觸發(fā)器、時序邏輯電路、脈沖波形的產(chǎn)生與變換、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換。此外，本書還介紹了一些新器件、新知識，如微型片狀器件、電路仿真軟件EWB等。本書配套有學習指導與同步訓練，以及教學光盤。利用書后所附學習卡，登錄高等教育出版社“”4A網(wǎng)絡教學平臺，可獲得網(wǎng)上教學資源。書在內(nèi)容上深淺適度，在結(jié)構(gòu)體系上和教學方法上有所創(chuàng)新，既提出了明確的知識目標，又有明確的技能目標，各章配有知識能力測驗和實踐技能訓練，職業(yè)教育特色鮮明。本書可作為中等職業(yè)學校電子技術應用、電子電器及電工類專業(yè)電子技術基礎課程教材，也可作為崗位培訓教材。30

配套學習用書和多媒體教學光盤

書名：電子技術基礎學習指導與同步訓練（配光盤）作者：陳振源出版單位：高等教育出版社書號：7040149109出版日期：2004-08-01定價：29.50本書是配合中等職業(yè)教育國家規(guī)劃教材《電子技術基礎》而編寫的一本配套學習用書。全書從“學習目標”、“知識要點提示”、“典型例題分析”、“同步訓練”四部分提供輔導，是學生學習和教師備課的重要參考資料。本書配有多媒體課件光盤，適用于教師的課堂教學和學生的課后自學。本書可作為中等職業(yè)學校電子技術應用、電子電器、通信技術、計算機及應用專業(yè)學生的學習輔導用書，也可供相關行業(yè)崗位培訓或自學電子技術使用。意見和建議可聯(lián)系電子信箱：chen-zhenyuan@31配套學習用書和多媒體教學光盤3第一章晶體二極管及整流電路

半導體的問世是在1948年，其核心是具有單向?qū)щ娦缘腜N結(jié)。在實際應用中的二極管種類很多，用途也十分廣泛，掌握二極管的特性和應用常識是本章的重點。在功率變換中，二極管的主要用途是構(gòu)成整流器，將交流電變換為直流電。

半導體的主要特性

晶體二極管

整流電路

濾波電路

特種二極管及應用

本章小結(jié)32第一章晶體二極管及整流電路半導體的問世是在194

第一節(jié)半導體的主要特性一、什么是半導體導體

容易傳導電流的物質(zhì)，如電纜的線芯所使用的銅、鋁等金屬。絕緣體

能夠可靠地隔絕電流的物質(zhì)，如電纜的包皮所使用的橡膠、塑料等。半導體導電能力介于導體與絕緣體之間的物質(zhì)，硅（Si）、鍺（Ge）是最常見的用于制造各種半導體器件的材料。二、電子技術的核心是半導體摻雜性在純凈的半導體中摻入極其微量的雜質(zhì)元素，則它的導電能力將大大增強。應用摻雜技術可以制造出各種半導體元器件。熱敏性溫度升高，將使半導體的導電能力大大增強。光敏性對半導體施于光線照射，光照越強，導電能力越強。33第一節(jié)半導體的主要特性2半導體材料硅有四個價電子，通過共價鍵結(jié)合起來，如圖所示。

在常溫下，大多數(shù)的價電子均被束縛在原子周圍，不易自由移動，所以導電能力也較弱。

半導體受熱或用光進行照射時，部分價電子獲得足夠的能量，得以掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子和空穴，這就是半導體具有熱敏性和光敏性的原因。半導體晶體結(jié)構(gòu)示意圖

三、P型半導體和N型半導體1．P型半導體

P型半導體是在純凈半導體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價元素。這類摻雜后導體的特點是：空穴數(shù)量多，自由電子數(shù)量少，故又稱為空穴半導體。2．N型半導體

N型半導體是在純凈半導體硅或鍺中摻入微量磷、砷等5價元素，這類雜質(zhì)半導體特點是：自由電子數(shù)量多，空穴數(shù)量少，故又稱為電子半導體。34半導體材料硅有四個價電子，通過共價鍵結(jié)合起來，如圖所示。第二節(jié)晶體二極管一、二極管的結(jié)構(gòu)與電路符號用于電視機、收音機、電源裝置等電子產(chǎn)品中的各種不同外形的二極管如下圖所示。二極管通常用塑料、玻璃或金屬材料作為封裝外殼，外殼上一般印有標記以便區(qū)別正負電極。35第二節(jié)晶體二極管二極管的結(jié)構(gòu)如下圖所示，在P型與N型半導體的交界面會形成一個具有特殊電性能的薄層，稱為PN結(jié)。從P區(qū)引出的電極作為正極，從N區(qū)引出的電極作為負極。二極管基本結(jié)構(gòu)二極管圖形符號二、二極管的導電特性1.觀察二極管的導電特性

圖（a）圖（b）按圖（a）連接電路，此時小燈泡亮，表示二極管加正向電壓而導通。按圖（b）連接電路，此時小燈泡不亮，表示二極管加反向電壓而截止。通過觀察以上實驗證實，二極管具有單向?qū)щ娦浴?6二極管的結(jié)構(gòu)如下圖所示，在P型與N型半導體的交界面會形成一個2.二極管主要特性曲線二極管的電流iD與加在二極管兩端的電壓vD的關系曲線，稱為二極管伏安特性曲線。（1）正向特性

死區(qū)當二極管外加正向電壓較小時，正向電流幾乎為零。

正向?qū)▍^(qū)當二極管正向電壓大于死區(qū)電壓Vth時，電流隨電壓增加，二極管處于導通狀態(tài)。

導通電壓硅二極管約為0.7V，鍺二極管約為0.3V。（2）反向特性

反向截止區(qū)

當二極管承受的反向電壓未達到擊穿電壓V（BR）時，二極管呈現(xiàn)很大電阻。

反向擊穿區(qū)

當二極管承受的反向電壓已達到擊穿電壓V（BR）時，反向電流急劇增加，該現(xiàn)象稱為二極管反向擊穿。二極管伏安特性曲線372.二極管主要特性曲線（1）正向特性

死區(qū)2AP1

二極管N型鍺材料普通管器件序號二極管型號的讀識

三、二極管器件手冊的使用1．二極管型號

國產(chǎn)二極管的型號由五部分組成。

第一部分是數(shù)字“2”，表示二極管。第二部分是用拼音字母表示管子的材料。

A——N型鍺材料，B——P型鍺材料，

C——N型硅材料，D——P型硅材料。

第三部分是用拼音字母表示管子的類型。第四部分用數(shù)字表示器件的序號。

第五部分用拼音字母表示規(guī)格號。382AP1二極管N型鍺材料普通2.二極管的主要參數(shù)最大整流電流IFM：是管子長期運行時允許通過的最大正向平均電流。最高反向工作電壓VRM

：又稱額定工作電壓，它是保證二極管不至于反向擊穿而規(guī)定的最高反向電壓。反向飽和電流IR

：它指管子未進入擊穿區(qū)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶?。最高工作頻率fM

：是保證管子正常工作的最高頻率。

實際工作中一般從兩個方面使用二極管器件手冊：●已知二極管的型號查找其器件用途和主要參數(shù)，這常用于對已知型號的二極管進行分析，看是否滿足電路要求。●根據(jù)使用的要求，選用二極管型號。例如當設備中的二極管壞了，如沒有同型號的管子更換，應查看手冊，選用三項主要參數(shù)IFM、VRM、fM滿足要求的其它型號二極管代用。用工程應392.二極管的主要參數(shù)用工程應83．二極管的選用

按材料分類，二極管主要有鍺二極管和硅二極管兩大類。前者內(nèi)部多為點接觸型結(jié)構(gòu)，允許的工作溫度較低，只能在100℃以下工作；后者內(nèi)部多為面接觸型或平面型結(jié)構(gòu)，允許的工作溫度較高，有的可達150~200℃。

普通二極管（如2AP等系列）的IFM較小，fM一般較高，主要用于信號檢測、取樣、小電流整流等。

整流二極管（2CZ、2DZ等系列）的IFM較大，fM很低，廣泛使用在各種電源設備中作整流元件。穩(wěn)壓二極管（2CW、2DW）用在各種穩(wěn)壓電源和晶閘管電路中。開關二極管（2AK、2CK等系列）一般IFM較小，fM較高，用于數(shù)字電路和控制電路中。

403．二極管的選用

按材料分類，二極管主要有4．二極管的簡易測量將萬用表撥到電阻擋的R×100或R×1k，，將萬用表的紅、黑表筆分別接在二極管兩端，若測得電阻比較小(幾千歐以下)，再將紅、黑表筆對調(diào)后連接在二極管兩端，而測得的電阻比較大(幾百千歐)，說明二極管具有單向?qū)щ娦?，質(zhì)量良好。測得電阻小的那一次黑表筆接的是二極管的正極。測量正向電阻測量反向電阻

如果測得二極管的正、反向電阻都很小，甚至為零，表示管子內(nèi)部已短路。如果測得二極管的正、反向電阻都很大，則表示管子內(nèi)部已斷路。414．二極管的簡易測量10第三節(jié)整流電路整流電路的功能是將交流電轉(zhuǎn)換成脈動直流電。一、半波整流電路單相半波整流電路由整流二極管、電源變壓器和負載RL構(gòu)成。

半波整流原理電路圖1．整流原理當v2為正半周時，二極管V承受正向電壓而導通，在負載RL上獲得上正下負電壓vL。

當v2為負半周時，二極管V承受反向電壓而截止，負載RL上的電壓vL=0。

半波整流電路波形42第三節(jié)整流電路半波整流電路波形112．負載上的直流電壓和電流負載上的直流電壓：

VL=0.9V2

負載上的直流電流：

●半波整流電路的變壓器選用：次級電壓V2=VL/0.45，額定功率P應大于負載功率。●半波整流二極管的選用：最高反向工作電壓VRM不低于輸入交流電的峰值電壓V2，額定電流不低于負載上的直流電流IL?！癜氩ㄕ麟娐返膬?yōu)點是電路簡單，使用的元件少。但它的明顯缺點是輸出電壓脈動很大，效率低，所以只能應用在對直流電壓波動要求不高的場合，如蓄電池的充電等。用工程應432．負載上的直流電壓和電流用工程應12二、橋式整流電路

1．電路結(jié)構(gòu)單相橋式整流電路由電源變壓器T、整流二極管Vl～V4和負載RL組成。

橋式整流原理電路圖

2．整流原理

v2為正半周時，Vl和V3正偏導通，V2、V4受到反向電壓而截止。單向脈動電流的流向為：A端→V1→RL→V3→B端，RL上的脈動電壓極性為上正下負。

v2為負半周時，V2、V4正偏導通，V1、V3受到反向電壓而截止。單向脈動電流的電流流向為：B端→V2→RL→V4→A端，RL上的脈動電壓極性仍為上正下負。輸出電壓波形輸入電壓波形44二、橋式整流電路輸出電壓波形輸入電壓波形133．負載上的直流電壓和電流負載上的直流電壓：

VL=0.9V2

負載上的直流電流：●橋式整流電路變壓器的選用：次級電壓V2=VL/0.9，額定功率P應大于負載功率?！駱蚴秸鞫O管的選用：最高反向工作電壓VRM不低于輸入交流電的峰值電壓V2，最大整流電流IFM不低于負載上的直流電流IL?！駱蚴秸麟娐分械亩O管極性不允許接錯，否則會造成二極管或變壓器過電流而損壞?！褚@得負極性的直流脈動電源，只要將4個二極管的極性都對調(diào)即可。用工程應453．負載上的直流電壓和電流用工程應144．整流橋堆的應用將若干只整流二極管用絕緣瓷、環(huán)氧樹脂等外殼封裝成一體就制成整流堆，常見的有半橋和全橋整流堆。

整流橋堆整流橋堆的實際接線圖

整流硅堆的主要參數(shù)是最高反向電壓和最大整流電流，在選用硅堆時，也主要是根據(jù)電路具體要求來選擇這二個參數(shù)。464．整流橋堆的應用15第四節(jié)濾波電路將脈動直流電中的交流成分濾除掉，這一過程稱為濾波。一、電容濾波器電容濾波器是在負載的兩端并聯(lián)一個電容構(gòu)成的。半波整流接濾波電容橋式整流接濾波電容47第四節(jié)濾波電路半波整流接濾波電容1．觀測電容濾波情況在未接濾波電容C時，負載RL上的電壓波形如圖中的虛線所示。當在負載RL的兩端并聯(lián)濾波電容C后，輸出波形就如圖中的實線所示。顯然，加上濾波器后的輸出電壓脈動程度明顯減小了。2．濾波原理（以半波整流電路為例）（1）在輸入電壓上升超過電容端電壓時，整流二極管V正向?qū)?，向濾波電容C迅速充電(同時向負載供電)，電容C兩端電壓vc與v2同步上升，并達到v2的峰值。（2）在輸入電壓下降到低于電容兩端電壓時，整流二極管V反向截止。電容放電維持了負載RL的電流。由于RL的阻值遠大于二極管的正向內(nèi)阻，所以放電很慢，電容C兩端電壓VC下降緩慢。半波整流電容濾波的輸出波形橋式整流電容濾波的輸出波形481．觀測電容濾波情況半波整流電容濾波的輸出波形3．電容濾波器的特點（1）在電容濾波電路中，C的容量或RL的阻值越大，濾波電容C放電越慢，輸出的直流電壓就越大，濾波效果也越好。反之，C的容量或RL的阻值越小，輸出電壓低且濾波效果差。（2）在采用大容量的濾波電容時，接通電源的瞬間充電電流特別大，因此電容濾波器不適用于負載電流較大的場合?！駱蚴秸麟娐纷儔浩鞯倪x用：次級電壓V2=VL/0.9，額定功率P應大于負載功率?！駱蚴秸鞫O管的選用：最高反向工作電壓VRM不低于輸入交流電的峰值電壓V2，最大整流電流IFM不低于負載上的直流電流IL?！駱蚴秸麟娐分械亩O管極性不允許接錯，否則會造成二極管或變壓器過電流而損壞?！褚@得負極性的直流脈動電源，只要將4個二極管的極性都對調(diào)即可。

用工程應493．電容濾波器的特點用工程應18二、電感濾波器1．電路構(gòu)成

電感濾波電路中電感L與負載RL串聯(lián)，它是利用通過電感的電流不能突變的特性來實現(xiàn)濾波。2．濾波原理從能量的觀點來看，電感是一個儲能元件，當電流增加時，電感線圈產(chǎn)生自感電動勢阻止電流的增加，同時將一部分電能轉(zhuǎn)化為磁場能量；當電流減小時，電感線圈便釋放能量，阻止電流減小。因此通過負載RL的電流脈動成分受到抑制而變得平滑。

電感濾波電路電感濾波輸出電壓波形50二、電感濾波器電感濾波電路3．電路特點一般情況下，電感值L愈大，濾波效果愈好。但電感的體積變大、成本上升，且輸出電壓會下降，所以濾波電感常取幾亨到幾十亨。三、復式濾波器復式濾波器是由電感、電容或電阻、電容組合起來的多節(jié)濾波器。1．L型濾波器在濾波電容C之前串接一個鐵芯電感L，這樣就組成了L型濾波器。脈動直流電壓經(jīng)過電感時，交流成分大部分都降落在電感線圈L上，再經(jīng)電容C濾波，把交流成分進一步濾除，就可在負載上得到更加平滑的直流電壓。

L型濾波器513．電路特點202．π型濾波器C-π型濾波器

在L型濾波器的輸入端再并聯(lián)一個電容，這就形成了LC-π型濾波器，如左下圖所示。RC-π型濾波器

在電流較小、濾波要求不高的情況下，常用電阻R代替π型濾波器的電感L，構(gòu)成RC-π型濾波器。

LC—π型濾波器RC—π型濾波器522．π型濾波器21第五節(jié)特種二極管及應用

一、穩(wěn)壓管

1．工作特性及應用

穩(wěn)壓管又稱齊納二極管，實物外形見下圖。通常用文字“V”代表，它是一種用特殊工藝制造的硅二極管，只要反向電流不超過極限電流，管子工作在擊穿區(qū)并不會損壞，屬可逆擊穿，這與普通二極管破壞性擊穿是截然不同的。穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)域時，利用其陡峭的反向擊穿特性在電路中起穩(wěn)定電壓作用。

穩(wěn)壓管的外形電路符號53第五節(jié)特種二極管及應用穩(wěn)壓管的外形電路符穩(wěn)壓管的伏安特性曲線如的正向特性與普通二極管相同。

反向特性曲線在擊穿區(qū)域比普通二極管更陡直，這表明穩(wěn)壓管擊穿后，通過管子的電流變化(ΔIz)很大，而管子兩端電壓變化(ΔVz)很小，或說管子兩端電壓基本保持一個固定值。

穩(wěn)壓管在電路中主要功能是起穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管的伏安特性曲線正向特性擊穿特性54穩(wěn)壓管的伏安特性曲線如的正向特性與普通二極管相同。

2．穩(wěn)壓管主要參數(shù)穩(wěn)定電壓VZ指穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。穩(wěn)定電流IZ

指管子在正常工作時的參考電流值，其值在穩(wěn)壓區(qū)域的最大電流IZmax與最小電流IZmin之間。當流過管子的電流小于IZmin時管子不能起穩(wěn)壓作用。最大穩(wěn)定電流IZmax指穩(wěn)壓管最大工作電流，超過Izmax耗散功率PZM指管子不致因熱擊穿而損壞的最大耗散功率。它近似等于穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流的乘積，即PZM=VZ·IZmax。動態(tài)電阻rZ反映穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能，動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能越好。溫度系數(shù)k溫度系數(shù)反映由溫度變化引起的穩(wěn)定電壓變化。

552．穩(wěn)壓管主要參數(shù)24二、發(fā)光二極管

發(fā)光二極管是一種把電能變成光能的半導體器件。發(fā)光二極管由磷化鎵、砷化鎵等半導體材料制成，電路符號和實物照片見下圖。

當給發(fā)光二極管加上偏壓，有一定的電流流過時二極管就會發(fā)光，這是由于PN結(jié)的電子與空穴直接復合放出能量的結(jié)果。發(fā)光二極管的種類很多，按發(fā)光的顏色可分為：紅色、藍色、黃色、綠色，還有三色變色發(fā)光二極管和眼睛看不見的紅外光二極管；按外形可分為：圓形、方形等。

發(fā)光二極管電路符號發(fā)光二極管實物圖56二、發(fā)光二極管

發(fā)光二極管是一種把電能變成光能的半導

三、光電二極管

光電二極管又稱為光敏二極管。光電二極管也是由一個PN結(jié)構(gòu)成，但是它的PN結(jié)面積較大，通過管殼上的一個玻璃窗口來接收入射光。

當沒有光照射時反向電阻很大，反向電流很小；當有光照射時，反向電阻減小，反向電流增大。

光電二極管電路符號光電二極管元件外形

發(fā)光二極管應用電路如下圖所示。

6V直流電壓指示220V交流電指示57三、光電二極管

光電二極管又

四、無引線片狀二極管無引線片狀二極管焊點處于元件的兩端，在目前的電子產(chǎn)品中得到廣泛應用，其特點是體積小、重量輕、高頻性能好、形狀簡單、尺寸標準化，便于自動化裝配。

1.肖特基二極管

常見的肖特基二極管封裝形式主要有兩種：一種是片狀二腳封裝，見圖（a）；另一類為片狀SOT-23封裝（MMBD），見圖（b）