半导体二极管及其基本电路

1、1 项目一 直流稳压电源设计与制作 2 3 小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成 功能：功能：把交流电压变成稳定的大小合适把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压的直流电压 u4 uo u3u2 u1 4 整流电路整流电路 将交流电压转变为脉动的直流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流 等。等。 利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性 RL u uo 1 2 3 4 a b + 5 第一讲 常用半导体器件1-二极管 6 2.热敏特性：当环境温度升高一些时，半导体的导电能力就显著 地增加；当

2、环境温度下降一些时，半导体的导电能力就显著地下 降。热敏电阻就是利用半导体的这种特性制成的。 课前导读：课前导读： 半导体具有独特的性能 1.杂敏特性：在纯净的半导体中适当地掺入一定种类的极微量的 杂质，半导体的导电性能就会成百万倍的增加-这是半导体最显 著、最突出的特性。 3.光敏特性：当有光线照射在某些半导体时，这些半导体就像导 体一样，导电能力很强；当没有光线照射时，这些半导体就像绝 缘体一样不导电。例如，用作自动化控制用的“光电二极管”、 “光电三极管”和光敏电阻等，就是利用半导体的光敏特性制成 的。 7 各种半导体器件均以PN结为基本结构单元。二极管可 组成整流、限幅、检波及低压稳压

3、电路，在实际电路 中应用很广。 课前导读：课前导读： 第一讲第一讲 二极管及其基本电路二极管及其基本电路 1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 1.2 PN结的形成及特性结的形成及特性 1.3 半导体二极管半导体二极管 1.4 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法 1.5 特殊二极管特殊二极管 9 1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 1.1.1 半导体材料半导体材料 1.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构 1.1.3 本征半导体本征半导体 1.1.4 杂质半导体杂质半导体 10 1.1.1 半导体材料半导体材料 根据物体导电能力根据物体导电能力( (电阻率电

4、阻率) )的不同，来划分的不同，来划分 导体、绝缘体和半导体。导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体有典型的半导体有: : 硅硅SiSi和和锗锗GeGe以及以及砷化镓砷化镓GaAsGaAs等。等。 11 1.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构 硅原子结构图硅原子结构图 硅原子的原子序数为硅原子的原子序数为14，核外有，核外有14个电子。第一层有个电子。第一层有2个个 电子，第二层有电子，第二层有8个电子，达到稳定态。最外层个电子，达到稳定态。最外层4个电子个电子 即为价电子，它对硅原子的导电性起着主导作用。即为价电子，它对硅原子的导电性起着主导作用。 12 1.1.2 半导体的共价键结

5、构半导体的共价键结构 硅晶体的空间排列硅晶体的空间排列 13 1.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构 硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构 本征半导体本征半导体化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单 晶体形态。晶体形态。 14 1.1.3 本征半导体本征半导体 空穴空穴共价键中的空位共价键中的空位。 电子空穴对电子空穴对由热激发而由热激发而 产生的自由电子和空穴对产生的自由电子和空穴对。 空穴的移动空穴的移动空穴的运动空穴的运动 是靠相邻共价键中的价电子是靠相邻共价键中的价电子 依次充填空穴来实现的。依次充填空

6、穴来实现的。 自由电子自由电子电子脱离了原来电子脱离了原来 的共价键束缚而形成的共价键束缚而形成 载流子载流子可以自由移动的可以自由移动的 带有电荷的物质微粒带有电荷的物质微粒 15 1.1.4 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， 可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质 主要是主要是三价三价或或五价五价元素。掺入杂质的本征半导体元素。掺入杂质的本征半导体 称为称为杂质半导体杂质半导体。 N型半导体型半导体掺入五价杂质元素（如磷）掺入五价杂质元素（如磷） 的半导体。的半导体。 P型半

7、导体型半导体掺入三价杂质元素（如硼）掺入三价杂质元素（如硼） 的半导体。的半导体。 16 1. P型半导体型半导体 因三价杂质原子因三价杂质原子 在与硅原子形成共价在与硅原子形成共价 键时，缺少一个价电键时，缺少一个价电 子而在共价键中留下子而在共价键中留下 一个空穴。一个空穴。 在在P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子，空穴是多数载流子，它主要由掺它主要由掺 杂形成杂形成；自由自由电子是少数载流子，电子是少数载流子， 由热激发形成。由热激发形成。 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子负离子。 三价杂质三价杂质 因而也称为因而也称为受主杂质受主杂质。 1

8、7 2. N型半导体型半导体 因五价杂质原子中因五价杂质原子中 只有四个价电子能与周只有四个价电子能与周 围四个半导体原子中的围四个半导体原子中的 价电子形成共价键，而价电子形成共价键，而 多余的一个价电子因无多余的一个价电子因无 共价键束缚而很容易形共价键束缚而很容易形 成自由电子。成自由电子。 在在N型半导体中型半导体中自由自由电子是多数载流子，电子是多数载流子，它主要由杂质原它主要由杂质原 子提供子提供；空穴是少数载流子空穴是少数载流子, 由热激发形成。由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子正离子， 因此五价杂质原子也称

9、为因此五价杂质原子也称为施主杂质施主杂质。 18 本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体 本节中的有关概念本节中的有关概念 N型半导体、型半导体、P型半导体型半导体 多数载流子、少数载流子多数载流子、少数载流子 施主杂质、受主杂质施主杂质、受主杂质 自由电子、空穴自由电子、空穴 19 1.2 PN结的形成及特性结的形成及特性 1.2.1 PN结的形成结的形成 1.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 1.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿 1.2.4 PN结的电容效应结的电容效应 20 P型半导体型半导体 N型半导体型半导体 + + + + + + + + + + + + + +

10、+ + + + + + + + + + 扩散运动扩散运动 内电场内电场E 漂移运动漂移运动 扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。荷区越宽。 空间电荷区，空间电荷区， 也称耗尽层。也称耗尽层。 PN结的形成过程结的形成过程内电场越强，就使漂移内电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使空运动越强，而漂移使空 间电荷区变薄，并阻碍间电荷区变薄，并阻碍 扩散运动。扩散运动。 21 漂移运动漂移运动 P型半导体型半导体 N型半导体型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩散运动扩散运

11、动 内电场内电场E 所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡， 相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚 度固定不变。度固定不变。 22 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂 质质, ,分别形成分别形成N型半导体和型半导体和P型半导体。此时将在型半导体。此时将在 N型半导体和型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物型半导体的结合面上形成如下物 理过程理过程: : 因浓度差因浓度差 空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内

12、电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。 对于对于P型半导体和型半导体和N型半导体结合面，离型半导体结合面，离 子薄层形成的子薄层形成的空间电荷区空间电荷区称为称为PN结结。 在空间电荷区，由于缺少多子，所以也在空间电荷区，由于缺少多子，所以也 称称耗尽层耗尽层。 多子的扩散运动多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区由杂质离子形成空间电荷区 23 1 1、空间电荷区中有动态运动的载流子，但通、空间电荷区中有动态运动的载流子，但通 过交界面空穴与自由电子数目相同。过交界面空穴与自由电子数目相同。 2 2、空间电荷区中内

13、电场一方面阻碍多数载流、空间电荷区中内电场一方面阻碍多数载流 子的扩散运动，另一方面有利于少数载流子的扩散运动，另一方面有利于少数载流 子的漂移运动。子的漂移运动。 课堂问答课堂问答: : 空间电荷区中有没有载流子？空间电荷区中有没有载流子？ 空间电荷区形成的内电场作用是什么？空间电荷区形成的内电场作用是什么？ 24 1.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 当外加电压使当外加电压使PN结中结中P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为加区的电位，称为加 正向电压正向电压，简称，简称正偏正偏；反之；反之称为加称为加反向电压反向电压，简称简称反偏反偏。 (1) PN结加正向电压时结加正向电压

14、时 PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 低电阻低电阻 大的正向扩散电流大的正向扩散电流 iD/mA 1.0 0.5 0.51.00.501.0 D/V PN结的伏安特性结的伏安特性 25 课堂思考课堂思考: : PNPN结正偏时，结正偏时，PNPN结如何变化？结如何变化？ 提示：根据提示：根据PNPN结附近的载流子的运动方向来判断结附近的载流子的运动方向来判断 PNPN结正偏导通时，形成电流是由什么载流子决定结正偏导通时，形成电流是由什么载流子决定 的？的？ 26 + + + + RE （1）、）、PN 结正向偏置结正向偏置 内电场内电场 外电场外电场 变变 薄薄 PN +

15、_ + + + + 内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子 的扩散加强能够形成的扩散加强能够形成 较大的扩散电流。较大的扩散电流。 iD/mA 1.0 0.5 0.51.00.501.0 D/V PN结的伏安特性结的伏安特性 1.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 当外加电压使当外加电压使PN结中结中P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为区的电位，称为 加加正向电压正向电压，简称，简称正偏正偏；反之；反之称为加称为加反向电压反向电压，简称简称反偏反偏。 (2) PN结加反向电压时结加反向电压时 PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 高电阻高电阻 很小的反向漂移电流很小的

16、反向漂移电流 在一定的温度条件下，由本征激发决定的在一定的温度条件下，由本征激发决定的 少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是 恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关， 这个电流也称为这个电流也称为反向饱和电流反向饱和电流。 28 （2） PN 结反向偏置结反向偏置 + + + + 内电场内电场 外电场外电场 变厚变厚 N P + _ 内电场被被加强，多子内电场被被加强，多子 的扩散受抑制。少子漂的扩散受抑制。少子漂 移加强，但少子数量有移加强，但少子数量有 限，只能形成较小的反限，只能形成较小的反 向电流。向电

17、流。 RE + + + + 29 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具结加正向电压时，呈现低电阻，具 有较大的正向扩散电流；有较大的正向扩散电流； PN结加反向电压时，呈现高电阻，具结加反向电压时，呈现高电阻，具 有很小的反向漂移电流。有很小的反向漂移电流。 结论结论： 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。 30 1 PN结的单向导电性结的单向导电性 (3) PN结结V- I 特性表达式特性表达式 其中其中 )1( / SD D T Vv eIi IS 反向饱和电流反向饱和电流 VT 温度系数温度系数 且在常温下（且在常温下（T=300K） V026. 0

18、 q kT VTmV 26 iD O VBR D PNPN结的伏安特性结的伏安特性 31 Task 6 电压、电流等符号的规定电压、电流等符号的规定 （1）直流分量：直流分量：用大写字母和大写下标表示。如IB表示晶 体管基极直流电流。 （2）交流分量：交流分量：用小写字母和小写下标表示。如ib表示晶 体管基极交流电流。 （3）瞬时值：瞬时值：用小写字母和大写下标表示，它为交流分量 和直流分量之和。如iB表示晶体管基极瞬时电流值，iB =IB + ib。 （4）交流有效值：交流有效值：用大写字母和小写下标表示。如Ib表示 晶体管基极正弦交流电流有效值。 （5）交流峰值：交流峰值：用交流有效值符号

19、再增加小写m下标表示。 如Ibm表示晶体管基极正弦交流电流的峰值。 32 1.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿 当当PN结的反向电压结的反向电压 增加到一定数值时，反增加到一定数值时，反 向电流突然快速增加，向电流突然快速增加， 此现象称为此现象称为PN结的结的反向反向 击穿。击穿。 iD O VBR D 热击穿热击穿不可逆不可逆 雪崩击穿雪崩击穿 齐纳击穿齐纳击穿 电击穿电击穿可逆可逆 33 1.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿 雪崩击穿雪崩击穿 当当PN结反向电压增加时，空间电荷区中的结反向电压增加时，空间电荷区中的 电场随着增强。这样，通过空间电荷区的电场随着增强。这样，通过空间

20、电荷区的 电子和空穴，就会在电场作用下获得的能电子和空穴，就会在电场作用下获得的能 量增大，在晶体中运动的电子和空穴将不量增大，在晶体中运动的电子和空穴将不 断地与晶体原子又发生碰撞，当电子和空断地与晶体原子又发生碰撞，当电子和空 穴的能量足够大时，通过这样的碰撞可使穴的能量足够大时，通过这样的碰撞可使 共价键中的电子激发形成自由电子共价键中的电子激发形成自由电子空穴对空穴对 。新产生的电子和空穴也向相反的方向运。新产生的电子和空穴也向相反的方向运 动，重新获得能量，又可通过碰撞，再产动，重新获得能量，又可通过碰撞，再产 生电子生电子空穴对，这就是载流子的倍增效应空穴对，这就是载流子的倍增效应

21、 。当反向电压增大到某一数值后，载流子。当反向电压增大到某一数值后，载流子 的倍增情况就像在陡峻的积雪山坡上发生的倍增情况就像在陡峻的积雪山坡上发生 雪崩一样，载流子增加得多而快，这样，雪崩一样，载流子增加得多而快，这样， 反向电流剧增，反向电流剧增， PN结就发生雪崩击穿。结就发生雪崩击穿。 iD O VBR D 34 1.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿 齐纳击穿齐纳击穿 在加有较高的反向电压下，在加有较高的反向电压下，PN结空间结空间 电荷区中存一个强电场，它能够破坏电荷区中存一个强电场，它能够破坏 共价键，将束缚电子分离出来产生电共价键，将束缚电子分离出来产生电 子子空穴对，形成较

22、大的反向电流。发空穴对，形成较大的反向电流。发 生齐纳击穿需要的电场强度约为生齐纳击穿需要的电场强度约为 2105V/cm，这只有在杂质浓度特别，这只有在杂质浓度特别 大的大的PN结中才能达到。因为杂质浓度结中才能达到。因为杂质浓度 大，空间电荷区内电荷密度（即杂质大，空间电荷区内电荷密度（即杂质 离子）也大，因而，即使空间电荷区离子）也大，因而，即使空间电荷区 很窄，电场强度也可能很高。很窄，电场强度也可能很高。 iD O VBR D 35 1.2.4 PN结的电容效应结的电容效应 (1) (1) 扩散电容扩散电容CD 当当PN结处于正向偏置时，扩散结处于正向偏置时，扩散 运动使多数载流子穿

23、过运动使多数载流子穿过PN结，在对结，在对 方区域方区域PN结附近有高于正常情况时结附近有高于正常情况时 的电荷累积。存储电荷量的大小，的电荷累积。存储电荷量的大小， 取决于取决于PN结上所加正向电压值的大结上所加正向电压值的大 小。离结越远，由于受空间电荷吸小。离结越远，由于受空间电荷吸 引越弱，浓度将随之减小。引越弱，浓度将随之减小。 若外加正向电压有一增量若外加正向电压有一增量 V， 则相应的空穴（电子）扩散运动在则相应的空穴（电子）扩散运动在 结的附近产生一电荷增量结的附近产生一电荷增量 Q，二者，二者 之比之比 Q/ V为扩散电容为扩散电容CD。 扩散电容示意图扩散电容示意图 36

24、1.2.4 PN结的电容效应结的电容效应 (2) (2) 势垒电容势垒电容C CB B 势垒电容是由势垒电容是由耗尽区的空耗尽区的空 间电荷区间电荷区引起的。引起的。 当外加反向电压增大时，当外加反向电压增大时， 耗尽层变宽，空间电荷量耗尽层变宽，空间电荷量 增加，犹如电容的充电。增加，犹如电容的充电。 当外加反向电压降低时，当外加反向电压降低时， 耗尽层变窄，空间电荷量耗尽层变窄，空间电荷量 减小，犹如电容的放电。减小，犹如电容的放电。 37 PNPN结的高频等效电路结的高频等效电路 l 由于由于PN结结电容的存在，使其在高频运用时，必须考虑结结结电容的存在，使其在高频运用时，必须考虑结 电

25、容的影响。电容的影响。PN结高频等效电路如下图所示，图中结高频等效电路如下图所示，图中r表示表示 电阻，电阻，C为结电容，它包括势垒电容和扩散电容。为结电容，它包括势垒电容和扩散电容。 l C的大小除了与本身结构和工艺有关外，还与外加电压有的大小除了与本身结构和工艺有关外，还与外加电压有 关。当关。当PN结处于正向偏置时，结处于正向偏置时，r为正向电阻，数值很小，为正向电阻，数值很小， 而结电容较大（主要决定于扩散电容）。当而结电容较大（主要决定于扩散电容）。当PN结处于反向结处于反向 偏置时，偏置时，r为反向电阻，其数值较大，结电容较小（主要为反向电阻，其数值较大，结电容较小（主要 决定于势

26、垒电容）。决定于势垒电容）。 1.2.4 PN结的电容效应结的电容效应 38 结电容的影响：结电容的影响： 由于势垒电容和扩散电容一般都很小（结面积小的 由于势垒电容和扩散电容一般都很小（结面积小的 为为1pF左右，结面积大的为几十至几百左右，结面积大的为几十至几百pF），对于低频），对于低频 信号呈现出很大的容抗，其作用可忽略不计。信号呈现出很大的容抗，其作用可忽略不计。 但是当加在但是当加在PN结上的交流电频率较高时，交流电就结上的交流电频率较高时，交流电就 可以通过可以通过PN结的电容形成通路，结的电容形成通路，PN结就部分或完全失结就部分或完全失 去单向导电的特性去单向导电的特性 。

27、1.2.4 PN结的电容效应结的电容效应 39 1）杂质半导体有型和型之分。 2）PN结最重要的特性是_，它是一切半导体器件的基础。 3）PN结的空间电荷区变厚，是由于PN结加了_电压，PN结的空间 电荷区变窄，是由于PN结加的是_电压。 4）PN结的伏安特性方程是。 5）在本征半导体中加入元素可形成N型半导体，加入元素可形成P型半 导体。 6）整流的目的是。 7）在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决，而少数载流子的浓度 则与有很大关系。 8）当PN结外加正向电压时，扩散电流于漂移电流，耗尽层变。 当PN结外加反向电压时，扩散电流于漂移电流，耗尽层变。 练习题：练习题： 40 内容回顾：内

28、容回顾： 1 PN结的形成结的形成 2 PN结的单向导电性结的单向导电性 3 PN结的反向击穿结的反向击穿 4 PN结的电容效应结的电容效应 41 1.3 半导体二极管半导体二极管 1.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 1.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 1.3.3 二极管的参数二极管的参数 1.3.4 二极管的温度特性二极管的温度特性 42 几种常见的二极管外形如图所示。 1.3 半导体二极管半导体二极管 43 1.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极结上加上引线和封装，就成为一个二极 管。二极管按结构分有管。二极管按

29、结构分有点接触型、面接触型和平点接触型、面接触型和平 面型面型三大类。三大类。 (1) 点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电结面积小，结电 容小，用于检波和变频等容小，用于检波和变频等 高频电路。高频电路。 (a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图 44 (3) 平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造工往往用于集成电路制造工 艺中。艺中。PN 结面积可大可小。结面积可大可小。 (2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用于结面积大，用于 工频大电流整流电路。工频大电流整流电路。 (b)(b)面接触型面接触型 (c)(c)平面型平面型 阴极

30、阴极 引线引线 阳极阳极 引线引线 P N P 型支持衬底型支持衬底 (4) 二极管的代表符号二极管的代表符号 (d) 代表符号代表符号 k 阴极阴极阳极阳极 a 45 在二极管的两端加上电压，测量流过管在二极管的两端加上电压，测量流过管 子的电流，则子的电流，则I = f ( (U ) )之间的关系曲线为之间的关系曲线为 伏安特性。伏安特性。 60 40 20 0.002 0.004 00.5 1.0 2550 I / mA U / V 正向特性正向特性 硅管的伏安特性硅管的伏安特性 死区电压死区电压 击穿电压击穿电压 U(BR) 反向特性反向特性 锗管的伏安特性锗管的伏安特性 50 I /

31、 mA U / V 0.20.4 25 5 10 15 0.01 0.02 0 1.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 + iD vD - R Is 46 U I O UB ID UBR PN结结U-I特性曲线特性曲线 伏安特性方程伏安特性方程 1.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 式中：式中： I IS S 为为反向饱和电流反向饱和电流，U UD D 为二极 为二极 管两端的电压降；管两端的电压降； U UT T =kT/q =kT/q 称为称为温度的电压当量温度的电压当量， k k为玻耳兹曼常数，为玻耳兹曼常数，q q 为电子电荷为电子电荷 量，量，T T 为热力学温度。对于

32、室温为热力学温度。对于室温 （相当（相当T=300 KT=300 K），则有），则有U UT T=26 mV=26 mV。 二极管的伏安特性方程二极管的伏安特性方程 ) 1( T D U u SD eIi 47 U I O UB ) 1( T D U u SD eIi ID UBR PN结结U-I特性曲线特性曲线 伏安特性方程伏安特性方程 加正向电压时，加正向电压时，u uD D只要大只要大 于于U UT T几倍以上，几倍以上， TD UU SD eII / 加反向电压时，加反向电压时，|u|uD D| |只要大只要大 于于U UT T几倍以上，则几倍以上，则 IDIS 1.3.2 二极管的伏

33、安特性二极管的伏安特性 二极管的伏安特性方程二极管的伏安特性方程 二极管的二极管的核心是一个核心是一个PNPN结结, ,所以它的所以它的伏安特性方程与上式基伏安特性方程与上式基 本相同。本相同。 48 1.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 49 1.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 1） 最大整流电流最大整流电流 IFM 二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。 2）最高反向工作电压）最高反向工作电压 URM 工作时允许加在二极管两端的反向电压值工作时允许加在二极管两端的反向电压值。通常将。通常将 击穿电压击穿电压 UBR 的

34、一半定义为的一半定义为 URM 。 3）反向饱和电流）反向饱和电流 IR 通常希望通常希望 IR 值愈小愈好。值愈小愈好。 4）最高工作频率）最高工作频率 fM fM 值主要值主要 决定于决定于 PN 结结电容的大小。结结电容的大小。结电容愈大，结电容愈大， 二极管允许的最高工作频率愈低。二极管允许的最高工作频率愈低。 50 1.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 5） 最大功耗最大功耗 PM 保证二极管安全工作所允许的最大功率损坏。通常大保证二极管安全工作所允许的最大功率损坏。通常大 功率二极管要加散热片。功率二极管要加散热片。 6）直流电阻）直流电阻RD 二极管伏安特性曲线上二极管伏

35、安特性曲线上工作点工作点所对应的所对应的直流电压直流电压与与 直流电流直流电流之比之比 。 用万用表欧姆档测量出的二极管电阻就是直流电阻。用万用表欧姆档测量出的二极管电阻就是直流电阻。 （一般二极管的正向直流电阻为几十至几百欧姆，反向直流（一般二极管的正向直流电阻为几十至几百欧姆，反向直流 电阻为几千至几百千欧姆。电阻为几千至几百千欧姆。该参数在工程计算中用途不大，该参数在工程计算中用途不大， 但可用来说明二极管单向导电性的好坏但可用来说明二极管单向导电性的好坏。）。） 7）交流电阻）交流电阻rd 51 7）交流电阻）交流电阻（动态电阻）（动态电阻） 二极管在其工作二极管在其工作 点点Q(I

36、DQ, UDQ)下的电压微变量下的电压微变量 与电流微变量之比。与电流微变量之比。 rD的几何意义为：的几何意义为：Q(IDQ, UDQ) 点处点处切线斜率的倒数切线斜率的倒数。 DQDQ UI D D D di du r , )mA( )mV(26 DQDQ T II U i u 0 Q i u 交流电阻交流电阻rD 1.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 52 7）交流电阻）交流电阻（动态电阻）（动态电阻） 二极管在其工作状态二极管在其工作状态(I DQ, UDQ)下的电压微变量下的电压微变量 与电流微变量之比。与电流微变量之比。 i u 0 Q i u 交流电阻交流电阻rD 1.3

37、.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 因此因此 交流电阻交流电阻rD推导推导 53 rD= rj + rs )mA( )mV(26 DQDQ T j II U r - PN结电阻结电阻 rs - 体电阻体电阻+引线接触电阻引线接触电阻 更确切地讲，二极管交流电阻更确切地讲，二极管交流电阻 1.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 54 例例1.3.1 已知已知D为为Si二极管，流过二极管，流过D的静态电流的静态电流 IDQ=10mA，交流电压，交流电压 U=10mV，求流过，求流过D的交的交 流电流流电流 I=? 10V D R 0.93K U ID 解：二极管交流电阻为解：二极管交流电

38、阻为 6.2 )mA(10 )mV(26 DQ T D I U r mA101 . 1 )(9306 . 2 )mV(10 2 D rR U I 所以交流电流为所以交流电流为 1.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 55 二极管是对温度非常敏感的器件。二极管是对温度非常敏感的器件。 随着温度变化，请分析死区电压、正向导通压降、随着温度变化，请分析死区电压、正向导通压降、 饱和电流、反向击穿电压如何变化？饱和电流、反向击穿电压如何变化？ 实验表明，随温度升高，二极管的正向压降会减实验表明，随温度升高，二极管的正向压降会减 小，正向伏安特性左移，即二极管的正向压降具有负小，正向伏安特性左移，

39、即二极管的正向压降具有负 的温度系数（约为的温度系数（约为-2mV/）；）； 温度升高，反向饱和电流会急剧增大，反向伏安温度升高，反向饱和电流会急剧增大，反向伏安 特性下移，温度每升高特性下移，温度每升高10，反向电流大约，反向电流大约增加一倍增加一倍。 图所示为温度对二极管伏安特性的影响。图所示为温度对二极管伏安特性的影响。 1.3.4 二极管的温度特性二极管的温度特性 56 1.3.4 二极管的温度特性二极管的温度特性 57 小结：小结： 1.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 1.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 1.3.3 二极管的参数二极管的参数 1.3.4 二极管

40、的温度特性二极管的温度特性 58 1.4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法 1.4.1二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法 1.4.2 二极管电路分析二极管电路分析 59 1.4.1 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法 （1 1）理想模型）理想模型 （a a）V V- -I I特性特性 （b b）代表符号）代表符号 （c c）正向偏置时的电路模型）正向偏置时的电路模型 （d d）反向偏置时的电路模型）反向偏置时的电路模型 二极管二极管V V- -I I 特性的建模特性的建模 60 1.4.1 二极管电路的简化模型分析方法二极管电

41、路的简化模型分析方法 （a a）V V- -I I特性特性 （b b）代表符号）代表符号 （c c）正向偏置时的电路模型）正向偏置时的电路模型 （d d）反向偏置时的电路模型）反向偏置时的电路模型 理想二极管在电路中相当于一个理想开关：理想二极管在电路中相当于一个理想开关： 外加电压少大于零，就导通，管压降为外加电压少大于零，就导通，管压降为0V0V开关闭合开关闭合； 当反偏时，二极管截止，其电阻为无穷大当反偏时，二极管截止，其电阻为无穷大开关断开开关断开。 二极管二极管V V- -I I 特性的建模特性的建模 61 正向压降正向压降不再认为是不再认为是 0 0，而是接近实际工作电而是接近实际

42、工作电 压的某一定值压的某一定值U UF F，且不随且不随 电流变化。电流变化。 1.4.1 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法 二极管二极管V V- -I I 特性的建模特性的建模 （a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 62 1.4.1 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法 二极管二极管V V- -I I 特性的建模特性的建模 （a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 63 例例1.4.1硅二极管电路如图所示，试分别用二极管的理想模硅二极管电路如图所示，试分别用二极管的理想模 型、恒压降模型计算回路中的电流型、恒压降模型计算回路中的电

43、流ID和输出电压和输出电压U0。设二极管。设二极管 为硅管。为硅管。 + _ mA K V R UU R U I EE R D2 2 )1612( 21 VUU E 12 1 0 2.用恒压降模型：由于二极管D导通，UON=0.7V，所以 mA K V R UUU R U I DE R D E 65.1 2 )7.01612( 21 VVKmAURIU ED 7 .1216265. 1 2 0 1.用理想模型 判断二极管D导通，管压降为0V 1.4.1 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法 64 例例1.4.1二极管电路如图所示，试分别用二极管的理想模型、二极管电路如图所示

44、，试分别用二极管的理想模型、 恒压降模型计算回路中的电流恒压降模型计算回路中的电流ID和输出电压和输出电压U0。设二极管为硅。设二极管为硅 管。管。 + _ mA K V RR UUU I D DE D E 63.1 202 )7.01612( 21 VVKmAURIU ED 74.1216263. 1 2 0 3.采用折线模型 若UD=0.7V，RD=20欧姆 1.4.1 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法 65 1.4.2 二极管电路分析二极管电路分析 66 2CP1（硅），（硅）， IF = 1mA， VBR = 40V。求。求VD、ID。 例例1.4.2 1.4.2 二极管电路状态判断二极管电路状态判断 67 正偏正偏 D正向导通！正向导通！ 解答解答 2CP1（硅），（硅）， IF = 1mA， VBR = 40V。判断二极管工作状态，并求。判断二极管工作状态，并求VD、ID。 例例1.4.2 ? R VV I DI D(a)正常工作（正常工作（b）损坏）损坏 68 解答解答 2CP1（硅），（硅）， IF = 1mA， VBR = 40V。判断二极管工作状态，并求。判断二极管工作状态，并求VD、ID。 例例1.4.2 69 写出图中所示各电路的输出电压值UO，设二极管导通电压 VU D 7.0 课堂练