半导体开关器件及其应用

器件篇第18章半导体开关器件及其应用§1半导体二极管§2二极管的基本应用§3齐纳二极管§4直流电源§9二极管逻辑§12晶闸管§1半导体二极管(diode)一、PN结的电路特征PN结导通PN结截止1单向导电性2电容效应薄—“放电”厚—“充电”plAC非线性电容电荷层厚度—介质常数—结面积—plA二、基本结构及符号三、伏安特性具有两个电极的器件“断”“通”阳极A阴极KanodecathodeDU/VI/mA0UF_+_+_+_+UBU/VI/mA0整流、稳压、限位等§2二极管的基本应用一、整流电路全波、半波整流单相、三相整流UL~+_ui-+_1电路分析根据输入电压ui的正负确定二极管的导通状态，并绘出波形半波整流_+ui_+RuD_+uoiotui0uot0D导通D导通D桥式整流（全波整流）D1D3D2D4abRLio+_uo+_uitui0tuo0D1D4导通D1D4导通D2D3导通D2D3导通2有关计算Uo=AUiIo=Uo/RL直流负载上电压与电流的强度io2UU单相半波整流i0io22)(dsin21UttUU单相全波整流二极管的正向平均电流ID反向最大电压UDRMtUtUusinsin2miiUo=0.9UiUo=0.45Ui单相半波整流oDII单相桥式整流oD21IIiDRM2UUiDRM2UU二、限幅电路USuiωt0ωt0uo_+US_+uiRD_+uoUSD+_US-US§3齐纳二极管一、特性仍是一个PN结的二极管稳压二极管Zener_+符号:0U/VI/mA_+UF△UZ△IZ0U/VI/mAUF_+_+UZDZUZ设计其在反向击穿下工作(齐纳二极管)IminImax二、简单稳压电路CCUZiRuUu-CCL1定性分析LZCCCCiiiiRuDZ起到自动调节作用Rd起到电压补偿作用Rd起到限流(IZ)作用LuLZuUuR-+DZUZ-+RdRLUCC-+uLiLiCCiZ（UL保持基本不变）2电阻Rd的选择CCLdLLURRRU若Rd过大，稳压管不能反向击穿Rd不能过大。考虑要考虑iZ的最小值iCC取最小值、iL取最大值LmaxCCminminZiii-考虑minCCminZZCCLmaxdmaxLminUUUiiRR-RdmaxLCCZiii-3DZ的最大消耗功率PZmax=UZiZmax=UZ(iCCmax-iLmin)dZCCmaxCCmaxRUUi--+DZUZ-+RdRLUCC-+uLiLiCCiZ§4直流电源一、滤波电路电容滤波电路1半波电路简单，但滤波效果受负载的影响很大uc+-C+-uouot0LR效果DRL+-u2电感滤波电路uot02全波t0uomaxominomaxouuu-为什么使用变压器？完成供-需协调?t0uouot0LR效果+_ucCRL+_uoD1bD2D3D4a+_u电容滤波电路二、串联型稳压电路uo-+DZUZ+RLui-+ioiCCiZ--+DZUZUiuoRLio+_+_+R1RF-+DZUZUiuoRLio+_+_+R1RF1稳压管稳压-+DZUZ-+RdRLui-+uoiLiCCiZ2串联型稳压电路-+DZUZUiuoRLio+_+_+R2R1-+DZUZUiuoRL+_+_+R2R1UiuoRL+__++R2R1-+UZ+_(1)采样环节1R1Ro1212URRRRU-(2)基准电压UZoU-UBUBCIoU(3)比较放大(4)调整输出IBICBIZ121Bo1URRRUU§9二极管逻辑一、二极管的与门电路&ABFF0.7V0.7V0.7V5VAB0V5V0V0V0V5V5V5VAB01000111F0001“与门”二、二极管的或门电路≥1ABFFAB0V5V0V0V0V5V5V5VAB01000111F01110V4.3V4.3V4.3V“或门”三、三极管的非门电路截止饱和三极管10F=截止饱和NPNuo=高电平uo=低电平“非门”AF四、与非门电路FAB0V5V0V0V0V5V5V5VAB01000111F11105V5V5V0V&ABF“与非门”§12晶闸管一、结构PPNNAKG阳极阴极AKGPPNNNPAKG12IB2IC2IE1IGIC11A-K外加反向电压，G端加任意电压不通2A-K外加正向电压，G-K无(负)电压不通3A-K外加正向电压，G-K加正向电压通IB2=IGIC2=2IB2IE1IC1=12IB2IB2=IG+12IB2管子很快饱和导通GKA=IB1(1)可控硅具有单向导电性(2)导通必须具备结论a.uAK0b.uGK0管压降：1V左右uittuo0二、单相桥式可控整流电路•控制角•导通角2cos19.0iU+=1t2ttuG0T1D2正向电压T2D1正向电压T1D2导通T2D1导通)(dsin21ottUULooRUIoU+_uiT1T2D1D2abRLio+_uo触发电路_+uG