电工电子技术教学讲义

。
内电场方向
N区
在一定条件下，多子扩散和少子漂移达
到动态平衡。
P区 少子漂移
空间电荷区
N区
多子扩散
内电场方向
4. PN结的单向导电性
外加正向P区电压 扩散运空间动电增荷区强变，窄 形成较大的正N区向电流。
I
内电场
P区的空穴进入空间电荷 外电场
区和一部分负离子中和 E
N区电子进入空间电荷 区和一部分正 离子中和
4) 反向电流IR
反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向 电压作用下，流过二极管的反向电流。
5.1.3 常见二极管及其应用
1. 检波二极管 利用单向导电性将高频或中频无线电信号中 的低频信号或音频信号检出来。 其工作频率较高，处理 信号幅度较弱，被广泛 应用于半导体收音机、 电视机及通信设备等的 小信号电路中。
应用于各种电子电路、
家电、仪表等设备中，
作电源指示或电平指示。
6. 光电二极管 又称光敏二极管，它利用光生伏特效应把光信号
转化为电信号。即当二极管受到光照时，即使没 有外加偏压，PN结也会产生光生电动势，外接 电路中有光电流通过。 光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光 照时，反向电流极其微弱，叫做暗电流； 有光照时，反向电流迅速增大到 几十微安，称为光电流。 它广泛应用于光电探测器和光通
1. 设计目的 通过设计日光灯的半波整流电路，掌握单 相半波整流电路的组成和工作原理。
2. 设计内容 选择合适的二极管，设计一个单相半波整 流电路，改善日光灯照明中存在的问题。
思考：什么是二极管？它是如何工作的？
5.1.2 二极管工作原理与特性参数
1.本征半导体
完全纯净
的具有晶体
结构的半导 体称为本征 价电子
既有普通二极管的单向导电性，又可工作 于反向击穿状态。 稳压管正常工作
时加反向电压
稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其 两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在 电路中可起稳压作用。
根据其封装形式可分为金属 封装、玻璃封装和塑料封装；
按其电流容量可分为大功率 (2A以上)和小功率稳压二极 管(1.5A 以下)；
按内部结构可分为单稳压二 极管和双稳压二极管。
4. 开关二极管
开关二极管是利用单向导电性制成的电 子开关，如图所示。它具有良好的高频 开关特性，广泛应用于电视机、
家用计算机、通信设备
及仪器仪表及各类高频
电路中。
5. 发光二极管
发光二极管(LED)是一种由磷化镓(GaP)等半导 体材料制成的、能直接将电能转变成光能的发 光显示器件。当其内部有一定电流通过时，它 就会发光，因此被广泛
5.1.1半波整流电路设计
目前，人们多用日光灯照明，但是由于 日光灯长时间点燃，再加上电源电压不稳 定，经常造成日光灯烧毁损坏。另外，日 光灯受电压、气候、环境温度的影响特别 大，尤其在气温低、电压低时，电流小， 灯丝预热不行，易造成启动困难，灯光忽 明忽暗。试设计一个半波整流电路，改善 上述问题。
信等领域。
7. 肖特基二极管
一种低功耗、超高速半导体器件。 显著特点：反向恢复时间极短(可以小到几纳
秒)，正向导通压降仅0.4V左右，是高频和快 速开关的理想器件，其工作频率可达100GHz， 多用于高频、低压、大电流整流二极管、续流 二极管、 保护二极管，也可用在微波通 信等电路中作整流二极管、 小信号检波二极管使用。
第5章 常用电子器件及其应用
5.1 半导体二极管 5.2 半导体三极管 5.3 场效应管 5.4 晶闸管 5.5 拓展实训
5.1 半导体二极管
5.1.1 半波整流电路设计 5.1.2 二极管工作原理与特性参数 5.1.3 常见二极管及其应用 5.1.4 二极管整流电路 5.1.5 二极管稳压电路 5.1.6 带有半波整流器的照明电路设计过程
2. 整流二极管 利用单向导电性将交流电变成直流电。它有金 属封装、塑料封装、玻璃封装等多种形式，广 泛应用于电动机自控电路、变压器及各种低频 整流电路中。
目前，国产低频整流二极管 有2CP系列、2DP系列和 2ZP系列；高频整流二极 管有2CZ系列、2CP系列、 2CG系列和2DG系列等。
3. 稳压二极管
硅原子
半导体 。它
具有共价键 结构。
锗和硅的原子结构
单晶硅中的共价键结构
在半导 体中，同 时存在着 电子导电 和空穴导 电。空穴 和自由电 子都称为 载流子。 它们成对 出现，成 对消失。
复合
电子 空 电穴子 电子 电子 电子
空穴
本征 激发
自由电子
空穴 电子 电子 电子 电子
在常温下自由电子和空穴的形成
2) 正向电压V降F
指二极管导通后，其两端产生的电压降，如锗管 约为0.3V，硅管约为0.7V。在一定的正向电流下， 二极管的正向电压降越小越好。
3) 最高反向工作电压VR
指二极管在工作中所能承受的最大反向电压值， 略低于二极管的反向击穿电压。例如， IN4001二极管的最高反向工作电压为50V， IN4007的为1000V。
2. N型半导体和P型半导体
N型半导体
少子
在硅或锗中掺
入少量的五价元
正离子
素，如磷或砷、 多余价电子 电子
锑，则形成N型
PP+
多子
半导体。 原理图
电子
正磷离原子子 自由电子
在N型半导体中，电子是多子，空穴是少子
P型半导体
在硅或锗中 掺入三源自文库元素 如硼或铝镓， 则形成P型半 体。
负离子
少子
BB-
多子
硼 负原 离子
填补空位
电子 电子 电子 电子 电子
空穴
空穴
在P型半导体中，空穴是多子，电子是少子。
3. PN结的形成
用专门的制
P区
P区的空穴向N区扩散并与电子复合
空间电荷区
造工艺在同一
块半导体单晶
上，形成P型半
导体区域和N型
半导体区域，
在这两个区域
的交界处就形
成一个PN结
N区的电子向P区扩散并与空穴复合
外加反向电压
少子越过PN结形成很
小的反向电流
空间电荷区变宽 N区
P区
IR
内电场
E
外电场
外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走
二极管的主要参数
1) 额定正向工作I电F 流
指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电 流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度 上升，温度超过容许限度(硅管为140℃左右，锗 管为90℃左右)时，就会使管芯过热而损坏。例如， 常用的IN4001-4007型锗二极管的额定正向工作 电流为1A。