2半导体二极管.doc

一、复习引入 复习PN结的单身导电性。二、新授（一）二极管的结构在PN结的两端各引出一根电极引线，然后用外壳封装起来就构成了半导体二极管，简称二极管，如图1（a）所示，其图形符号如图1（b）所示。由P区引出的电极称正极（或阳极），由N区引出的电极称负极（或阴极），电路符号中的箭头方向表示正向电流的流通方向。（二）二极管的类型二极管的种类很多，按制造材料分类，主要有硅二极管和锗二极管；按用途分类，主要有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管等；按接触的面积大小分类，可分为点接触型和面接触型两类。其中点接触型二极管是一根很细的金属触丝（如三价元素铝）和一块N型半导体（如锗）的表面接触，然后在正方向通过很大的瞬时电流，使触丝和半导体牢固接在一起，三价金属与锗结合构成PN结，如图1（c）所示。由于点接触型二极管金属触丝很细，形成的PN结很小，所以它不能承受大的电流和高的反向电压。由于极间电容很小，所以这类管子适用于高频电路。面接触型或称面结型二极管的PN结是用合金法或扩散法做成的，其结构如图1（d）所示。由于这种二极管的PN结面积大，可承受较大的电流。但极间电容较大，这类器件适用于低频电路，主要用于整流电路。如图1（e）所示是硅工艺面型二极结构图，它是集成电路中常见的一种形式。 （a） (b) (c) (d) (e)图1 半导体二极管的结构和符号（三）二极管的主要参数1最大整流电流IFMIFM是指二极管长期运行时允许通过的最大正向直流电流。IFM与PN结的材料、面积及散热条件有关。大功率二极管使用时，一般要加散热片。在实际使用时，流过二极管最大平均电流不能超过IFM，否则二极管会因过热而损坏。 2最高反向工作电压URM（反向峰值电压）URM是指二极管在使用时允许外加的最大反向电压，其值通常取二极管反向击穿电压的一半左右。在实际使用时，二极管所承受的最大反向电压值不应超过URM，以免二极管发生反向击穿。 3反向电流IR与最大反向电流IRMIR是指在室温下，二极管未击穿时的反向电流值。IRM是指二极管在常温下承受最高反向工作电压URM时的反向漏电流，一般很小，但其受温度影响很大。当温度升高时，IRM显著增大。4最高工作频率fM二极管的工作频率若超过一定值，就可能失去单向导电性，这一频率称为最高工作频率。它主要由PN结的结电容的大小来决定。点接触型二极管结电容较小，fM可达几百兆赫兹。面接触型二极管结电容较大，fM只能达到几十兆赫兹。必须注意的是，手册上给出的参数是在一定测试条件下测得的数值。如果条件发生变化，相应参数也会发生变化。因此，在选择使用二极管时应注意留有余量。（四）二极管的应用二极管阳极、阴极一般在二极管管壳上都注有识别标记，有的印有二极管电路符号，对于玻璃或塑料封装外壳的二极管，有色点或色环一端为阴极。对于极性不明的二极管，可用万用表电阻档通过测量二极管的正、反向电阻来加以判断。二极管在电子技术中有着广泛应用，如：整流电路、限幅电路、钳位电路等。1 整流电路整流电路是利用二极管的单向导电作用，将交流电变成脉动直流电的电路。具体电路将在后续章节中介绍。2限幅电路限幅电路又称削波电路，是用来限制输入信号电压范围的电路。(1)单向限幅电路单向限幅电路如图2（a）所示。输入电压和输出电压波形如图2（b）所示。 (a)电路图 （b）波形图 图2 单向限幅电路当uiUs时，二极管导通，理想二极管导通时正向电压为零，uo=Us，输入电压正半周超出的部分降在电阻R上；当uiUs时，二极管截止，Us所在支路断开，电路中电流为零，uR=0，uo=ui。该电路使输入信号上半周电压幅度被限制在Us值，称为上限幅电路。Us为上限门电压用UIH表示。即UIH= Us。若将图2中Us、VD极性均反向连接，可组成下限幅电路，产生相应的下限门电压UIL，原理请读者自行分析。(2)双向限幅电路通常将具有上、下门限的限幅电路称为双向限幅电路，电路及其输入波形如图3所示。图中电源电压U1、U2用来控制它的上、下门限值。若考虑二极管的导通电压UF，则它的上、下门限值分别为： UIL=(U2+UF)，UIH=U1+UF当uiUIH时，二极管VD1导通，VD2截止，相应的输出电压uo=Uomax=UIH。而当UILuiUIH时，二极管VD1、VD2均截止，则uo=uio （a）电路图 （b）波形图图3双向限幅电路3钳位电路钳位电路是使输出电位钳制在某一数值上保持不变的电路。钳位电路在数字电子技术中的应用最广。如图4所示是数字电路中最基本的与门电路，也是钳位电路的一种形式。设二极管为理想二极管，当输入UA=UB=3V时，二极管VD1、VD2正偏导通，输出电位被钳制在UA和UB上，即UF=3V；当UA=0V，UB=3V，则D1导通，输出被钳制在UF=UA=0V，D2反偏截止。图4 钳位电路（与门）4检波电路检波电路是把信号从已调波中检出来的电路。检波电路在调幅收音机及电视机中都有应用，电路如图5所示。图5 检波电路调幅广播为了能使音频（低频）信号远距离传送，则将音频叠加在高频载波信号之上发射出去，如图5所示的ui的波形。接收端半导体收音机，经检波电路，首先由二极管VD去掉负半周，得到UA波形，然后利用电容C滤掉高频载波，检波音频信号uo，再经放大后送到喇叭就可还原为声音了。课后作业：1、电路如图所示，已知 ，试求ui与uo的波形。设二极管正向导通电压可忽略不计。2、电路如图所示，已知 ，二极管导通压降为0.7V。试画出ui与uo的波形，并标出幅值。 习题