半导体二极管及其应用电路.ppt

半 导 体 二 极 管,半导体二极管的结构和类型,二极管的伏安特性曲线,二极管的主要参数,二极管的等效电路及应用,稳压二极管,第二节,第三章,第二节 半导体二极管,一 、半导体二极管的结构和类型,半导体二极管是由一个PN结及它所在的 半导体再加上电极引线和管壳构成。,按材料分类,按结构分类,按用途分类,硅管，锗管,点接触型,普通二极管，整流二极管，开关二极管，稳压二极管等,面接触型,硅平面型,第二节,常用二极管的符号、结构,符号,面接触型,点接触型,硅平面型,第二节,二极管外形示意图,第二节,点接触型二极管特点：结面积小，因此结电容小，允许通 过的电流也小，适用于高频电路的检波或小电流的整流。,特点,第二节,测正向特性,测反向特性,二、 二极管的伏安特性,伏安特性方程：,第二节,二极管理论伏安特性曲线,OD段称为正向特性。,OC段，正向电压较小，正向电流非常小，只有当正向电压超过某一数值时，才有明显的正向电流，这个电压称为死区电压，亦称开启电压。,CD段，当正向电压大于死区电压后，正向电流近似以指数规律迅速增长，二极管呈现充分导通状态。,1 正向特性,第二节,OB段称为反向特性。这时二极管加反向电压，反向电流很小。,当温度升高时，半导体中本征激发增加，是少数载流子增多，故反向电流增大，特性曲线向下降。,3 反向击穿特性,BA段称为反向击穿特性,当二极管外加反向电压大于一定数值时，反向电流突然剧增，称为二极管反向击穿。,2 反向特性,二极管理论伏安特性曲线,第二节,2AP15的伏安特性曲线,第二节,二极管的伏安特性对温度很敏感，温度升高时， 正向特性曲线向左移，反向特性曲线向下移。,二、重点掌握伏安特性,硅管0.5V,锗管0.1V。,反向击穿 电压U(BR),导通压降,外加电压死区电压二极管才能导通。,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,正向特性,反向特性,特点：非线性,硅0.60.8V锗0.10.3V,死区电压,反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。,三、二极管的主要参数,参数,对器件性能的定量描述,器件使用的极限条件,两大类,半导体 二极管 的主要 参数,最大整流电流IF,最大反向工作电压UR,反向电流IR,最大工作频率fM,第二节,二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。,管子使用时允许加的最大反向电压。,二极管未发生击穿时的反向电流值。,二极管单向导电作用开始明显退化时的交流信号的频率。,四、二极管的等效电路及应用,为简化分析计算，在一定的条件下可以近似用某些线性电路来等效实际的二极管。,（一）理想二极管等效电路,当外加正向电压时，二极 管导通，正向压降uD=0, 相当于开关闭合；,特性曲线的近似,等效电路,第二节,当外加反向电压时，二极管截止，反向电流IR=0，相当于开关断开。,(二）考虑正向压降的等效电路,D,K,UD,在二极管充分导通且工作电流不是很大时，可以近似认为UD为常数，用一个直流电压源UD来等效正向导通的二极管。,当外加正向电压大于UD时，二极管导通， 开关闭合，二极管两端压降为UD；当外加 电压小于UD时，二极管截止，开关断开。,特性曲线的近似,等效电路,第二节,（三）二极管电路的分析方法,分析方法,图解法,计算分析法,第二节,二极管具有单向导电性，利用它可以进行,单相桥式全波整流电路,四个二极管D1D4结成电桥形式,D1,D2,D3,D4,RL,A,B,u0,+,-,+ -,u,整流电路,交流电到直流电的转换。,第二节,当交流电源u0时，二极管D1、D3导通，相当于开关闭合；D2、D4截止；相当于开关断开。,D1,D4,D2,D3,+ -,A,B,+,-,u0,RL,u,整流电路,第二节,u0时,当u0时，二极管D2、D4导通，D1、D3截止。,D1,D2,D4,D3,A,B,u0,RL,+,-,- +,u,整流电路,第二节,u0时,uo,io,整流电路,D4,D1,D2,D3,u,+ -,uo,iD1 ,iD3,iD2 ,iD4,桥式全波整流电路及波形,第二节,uo,io,桥式全波整流输出电压uO的平均值UO为:,U为交流电源u的有效值,负载电阻RL中流过的电流iO的平均值IO为:,整流电路,第二节,流过每个二极管的平均电流ID为IO的一半。即,每个二极管在截止时，它的两端承受的最大反向电压就是交流电源电压u的峰值。记为：,整流电路,设计选择二极管时必须满足下列条件,u,+ -,uo,第二节,限 幅 电 路 及 波 形,限幅电路,限幅电路常用于有选择地传输信号波形的一部分。,当uUR+UD时，二极管D导通, uO=UR+UD。,当uUR+UD时，二极管D截止, uO=u。,在u的最大值及UR都远远大 于UD的条件下采用理想二 极管等效电路来分析。,!,u,u,u,+ -,+ -,R,R,UR,UR,D,K,0.7v,UD,uO,uO,+,+,-,-,uO,UR+UD,t,0,第二节,五、稳压二极管,工程中常用的符号,新规定的符号,稳压管是利用PN结的反向击穿特性来实现稳定电压作用的。,第二节,稳压管,当稳压管反向击穿后，有较大的电流增量IZ。 相应的管子两端的反向击穿电压（即稳压管的稳定电压UZ）只有很小的变化量UZ 。,稳压管的特性曲线,0,I,U,UZ,UZ,IZ,IZM,IZ,第二节,稳压管的主要参数,1.稳定电压UZ。,2.动态电阻rZ。,3.稳定电流IZ。,4.额定功耗PZM及最大稳定电流IZM,5.电压温度系数,参数,第二节,1. 稳定电压UZ,UZ是当稳压管中的电流为规定的测试电流时，稳压管两端的电压。,参数,稳定电流是稳压管工作时的参考电流值，通常把手册上给定的稳压电流值看成稳压管正常工作时的电流下限。,2. 稳定电流IZ,稳压管的特性曲线,第二节,rZ=UZ/IZ,rZ越小，则反向击穿特性曲线越陡，稳压作用越好。,3.动态电阻rZ,4. 额定功耗PZM及最大稳定电流IZM,PZM是由管子允许温升限定的最大功率损耗,IZM=PZM/UZ,稳压管的特性曲线,第二节,rZ是稳压管在稳定工作范围内，管子两端电压的变化量与相应的电流变化量之比，即：,5.电压温度系数,工作时一个管子处于正向导通状态，具有负温度系数；另一个管子处于反向击穿状态，具有正温度系数，二者互相补偿。,具有温度补偿的稳压管,电压温度系数越小，温度稳定性越好。,第二节,稳压管的主要参数,1.稳定电压UZ,2.动态电阻rZ,3.稳定电流IZ,4.额定功耗PZM及最大稳定电流IZM,5.电压温度系数,参数,第二节,稳压管的应用,稳压管稳压时的等效电路,等效电路,微变等效电路,外加反向电压小于UZ时，稳压管截止、开关断开；,外加反向电压大于UZ时，稳压管反向击穿稳压，开关闭合，两端电压为UZ。,第二节,稳压管的应用,稳压管 稳压条件,当UUZ时，稳压管DZ击穿稳压。,必须适当选择RZ的阻值，使流过稳压管的电流在管子的参数稳定电流IZ和最大稳定电流IZM之间,第二节,例4-1,在如图所示的稳压管稳压电路中，已知稳压管的稳定电压UZ=6V，最小稳定电流IZmin=5mA，最大稳定电流IZmax=25mA；负载电阻RL=600。求解限流电阻R的取值范围。,DZ,+,-,UI=10V,IR,R,RL,IL,IDZ,UO,+,-,解：,IR=IDZ+IL,UR=UI-UZ=10-6=4V,所以限流电阻R的取值范围为114227.,第二节,所以IR=(1535)mA,其中IDZ=(525)mA IL=UZ/RL=6/600=10mA,1. 伏安特性方程：,本节知识要点,一、二极管的伏安特性,2. 伏安特性曲线,二极管加正向电压时，产生扩散电流，电流和电压成指数关系；加反向电压时，产生漂移电流，其数值很小；体现出单向导电性。 当反向电压加到足够大时，会产生反向击穿。利用击穿特性，可制成稳压管。,二极管的伏安特性对温度很敏感，温度升高时，正向特性曲线向左移，反向特性曲线向下移。,第二节,第二节,二、二极管的主要参数,1、最大整流电流IF；,2、最大反向工作电压UR；,3、