二极管及其应用

1、二极管及其应用二极管及其应用1主主 要要 内内 容容一、一、半导体及其特性半导体及其特性二、二、N N型半导体和型半导体和P P型半导体型半导体三、三、PN结及其单向导电性结及其单向导电性四、二极管的结构与图形符号四、二极管的结构与图形符号五、二极管的单向导电性五、二极管的单向导电性六、二极管的伏安特性六、二极管的伏安特性七、二极管的型号及识别七、二极管的型号及识别八、二极管的主要参数八、二极管的主要参数九、二极管的检测九、二极管的检测十、其他类型的二极管十、其他类型的二极管二极管及其应用二极管及其应用21.1.自然界中的物质，按照导电能力的不同，可分自然界中的物质，按照导电能力的不同，可分为

2、为 、 和和 。一、半导体及其特性一、半导体及其特性称为半导体。称为半导体。3.3.常用的半导体材料有常用的半导体材料有 、 等。等。4.4.半导体的导电能力对半导体的导电能力对 、 、 、 电场、磁场等反应敏感。电场、磁场等反应敏感。硅（Si） 锗（Ge）2.2.导电能力介于导体和绝缘体之间的物质导电能力介于导体和绝缘体之间的物质二极管及其应用二极管及其应用32 2、利用半导体对温度十分敏感的特性，制成了工业自动控、利用半导体对温度十分敏感的特性，制成了工业自动控制装置中常用的制装置中常用的 。1 1、当、当温度升高温度升高时，大多数半导体的时，大多数半导体的导电导电能力能力 ，当当温度下降

3、温度下降时，这些半导体的导电能力时，这些半导体的导电能力 。 3 3、当有光线照射在某些半导体上时，这些半导体就像导体、当有光线照射在某些半导体上时，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，这种特性称为绝缘体一样不导电，这种特性称为 。完全纯净的半导体完全纯净的半导体5 5、 称为本征半导体称为本征半导体。4 4、利用、利用“光敏光敏”特性特性可制成光敏电阻、光电二极管、光电可制成光敏电阻、光电二极管、光电三极管及光电池等光电器件。三极管及光电池等光电器件。6 6、在纯净的半导体中，掺入适量的杂

4、质，会使半导体的导、在纯净的半导体中，掺入适量的杂质，会使半导体的导电能力电能力 。二极管及其应用二极管及其应用41、半导体器件适合存放在高温和强烈的光、半导体器件适合存放在高温和强烈的光照环境中吗？为什么？照环境中吗？为什么？2、本征半导体的导电性能如何？、本征半导体的导电性能如何？思考：思考：二极管及其应用二极管及其应用5 在纯净的半导体硅或锗中掺入在纯净的半导体硅或锗中掺入适量的适量的 元素，可形成带元素，可形成带 电的电的自由电自由电子子参与导电，故被称为参与导电，故被称为 ，简称，简称N型半导体。型半导体。二、二、N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体 在纯净的半导体硅或锗中掺入适

5、在纯净的半导体硅或锗中掺入适量的量的 元素，可形成带元素，可形成带 电的电的空穴空穴参与参与导电，故被称为导电，故被称为 ，简称，简称P型半导型半导体。体。N型半导体：型半导体：P型半导体：型半导体：二极管及其应用二极管及其应用6三、三、PN结及其单向导结及其单向导电电性性将将P型半导体和型半导体和N型半导体结合在一起，在结合处会型半导体结合在一起，在结合处会形成一个特殊的薄层，这个薄层称为形成一个特殊的薄层，这个薄层称为PN结。结。 电流只能从电流只能从 流向流向 ，N端PN结：结：PN结的导电特性：结的导电特性：而不能从而不能从N端流向端流向P端。端。单向导电性，单向导电性，二极管及其应用

6、二极管及其应用7（一）二极管的结构与图形符号（一）二极管的结构与图形符号1 1、结构：、结构：普通二极管是由一个普通二极管是由一个PNPN结结加上两条电极引线加上两条电极引线做成管芯，从做成管芯，从P P区引出的电极作为区引出的电极作为正极正极，从，从N N区引出的电区引出的电极作为极作为负极负极，并且用塑料、玻璃或金属等材料作为管壳，并且用塑料、玻璃或金属等材料作为管壳封装起来，这样就构成了二极管。封装起来，这样就构成了二极管。2 2、极性标识方法：、极性标识方法：体积较小时，在其中的一端用一个色环表示体积较小时，在其中的一端用一个色环表示负极负极；无色；无色环一端就是正极。环一端就是正极。

7、体积较大时，常在壳体上印有标明正极和负极的符号。体积较大时，常在壳体上印有标明正极和负极的符号。3 3、图形符号：、图形符号：四、二极管四、二极管二极管及其应用二极管及其应用8（二）二极管的单向导电性（二）二极管的单向导电性实验过程可以说明：实验过程可以说明：（1 1）加正向电压二极管导通）加正向电压二极管导通（2 2）加反向电压二极管截止）加反向电压二极管截止将二极管的正极接电路中的高电位，负极接低电位，称将二极管的正极接电路中的高电位，负极接低电位，称为为 此时二极管内部呈现此时二极管内部呈现较小的电较小的电阻阻，有较大的电流通过，二极管的这种状态称为，有较大的电流通过，二极管的这种状态称

8、为正向导正向导通状态。通状态。正向偏置（正偏）。正向偏置（正偏）。将二极管的正极接电路中的低电位，负极接高电位，称将二极管的正极接电路中的低电位，负极接高电位，称为为 此时二极管内部呈现此时二极管内部呈现很大的电很大的电阻阻，几乎没有电流通过，二极管的这种状态称为，几乎没有电流通过，二极管的这种状态称为反向截反向截止状态。止状态。反向偏置（反偏）。反向偏置（反偏）。二极管及其应用二极管及其应用9（三）二极管的伏安特性（三）二极管的伏安特性 1. 1.正向特性正向特性 2. 2.反向特性反向特性二极管及其应用二极管及其应用10二极管及其应用二极管及其应用11重复重复1616次，次，标号依次加标号

9、依次加1 1 元件旋转元件旋转角度角度22.522.5 元件圆元件圆形排列形排列 二极管及其应用二极管及其应用12二极管及其应用二极管及其应用13二极管及其应用二极管及其应用14二极管及其应用二极管及其应用15三、元件自动布局及手工调整三、元件自动布局及手工调整 1. 1.元件自动布局元件自动布局 在进行自动布局前，必须在禁布层（在进行自动布局前，必须在禁布层（Keep out Keep out LayerLayer）上规划）上规划PCBPCB的电气边界，然后才能载入网络表文的电气边界，然后才能载入网络表文件，预布局的元件必须设定为锁定状态。件，预布局的元件必须设定为锁定状态。 执行菜单执行菜

10、单“工具工具”“放置元件放置元件”“自动布局自动布局”，屏幕弹出屏幕弹出“自动布局自动布局”对话框，如图对话框，如图6-126-12、6-136-13所示。所示。在元件较少的在元件较少的电路中使用电路中使用 在元件较多的在元件较多的电路中使用电路中使用 需设置参数需设置参数 二极管及其应用二极管及其应用16 自动布局的效果都不是很理想，存在较多不合理的自动布局的效果都不是很理想，存在较多不合理的地方，因此在自动布局后还要进行手工布局调整。地方，因此在自动布局后还要进行手工布局调整。 本电路采用分组布局，选中本电路采用分组布局，选中【快速元件布局快速元件布局】复选复选框，布局效果如图框，布局效果

11、如图6-146-14所示，各元件之间存在网络飞线，所示，各元件之间存在网络飞线，体现节点间连接关系，但它不是实际连线，布线时要用体现节点间连接关系，但它不是实际连线，布线时要用印制导线来代替。印制导线来代替。 2.2.手工布局调整手工布局调整 手工布局调整主要是通过移动元件、旋转元件等方手工布局调整主要是通过移动元件、旋转元件等方法合理地调整元件的位置，减少网络飞线的交叉。法合理地调整元件的位置，减少网络飞线的交叉。 对于处于锁定状态的元件必须先在对于处于锁定状态的元件必须先在“元件属性元件属性”中中去除锁定状态才能移动。去除锁定状态才能移动。 布局调整结束后，执行菜单布局调整结束后，执行菜单

12、“查看查看”“显示三维显示三维PCBPCB板板”，显示元件布局的，显示元件布局的3D3D视图，观察元件布局是否合视图，观察元件布局是否合理。理。 手工布局调整后的流水灯电路如图手工布局调整后的流水灯电路如图6-156-15所示所示 。 二极管及其应用二极管及其应用17 自动布局的效果都不是很理想，存在较多不合理的自动布局的效果都不是很理想，存在较多不合理的地方，因此在自动布局后还要进行手工布局调整。地方，因此在自动布局后还要进行手工布局调整。 本电路采用分组布局，选中本电路采用分组布局，选中【快速元件布局快速元件布局】复选复选框，布局效果如图框，布局效果如图6-146-14所示，各元件之间存在

13、网络飞线，所示，各元件之间存在网络飞线，体现节点间连接关系，但它不是实际连线，布线时要用体现节点间连接关系，但它不是实际连线，布线时要用印制导线来代替。印制导线来代替。 2.2.手工布局调整手工布局调整 手工布局调整主要是通过移动元件、旋转元件等方手工布局调整主要是通过移动元件、旋转元件等方法合理地调整元件的位置，减少网络飞线的交叉。法合理地调整元件的位置，减少网络飞线的交叉。 对于处于锁定状态的元件必须先在对于处于锁定状态的元件必须先在“元件属性元件属性”中中去除锁定状态才能移动。去除锁定状态才能移动。 布局调整结束后，执行菜单布局调整结束后，执行菜单“查看查看”“显示三维显示三维PCBPC

14、B板板”，显示元件布局的，显示元件布局的3D3D视图，观察元件布局是否合视图，观察元件布局是否合理。理。 手工布局调整后的流水灯电路如图手工布局调整后的流水灯电路如图6-156-15所示所示 。 自动布局效自动布局效果不好果不好二极管及其应用二极管及其应用18四、四、PCBPCB预布线预布线二极管及其应用二极管及其应用19顶层顶层露铜露铜底层底层覆铜覆铜二极管及其应用二极管及其应用20 4. 4.锁定预布线锁定预布线 有些电路在自动布线前已经针对某些网络进行了有些电路在自动布线前已经针对某些网络进行了预布线，如果要在自动布线时保留这些预布线，可以预布线，如果要在自动布线时保留这些预布线，可以在

15、自动布线器选项中设置锁定所有预布线。在自动布线器选项中设置锁定所有预布线。 执行菜单执行菜单“自动布线自动布线”“设定设定”，屏幕弹出，屏幕弹出“SitusSitus布线策略布线策略”对话框，选中对话框下方的对话框，选中对话框下方的【锁锁定全部预布线定全部预布线】复选框，锁定全部预布线，单击复选框，锁定全部预布线，单击“OKOK”按钮退出设置状态。按钮退出设置状态。二极管及其应用二极管及其应用21五、自动布线规则设置五、自动布线规则设置设计规则设计规则列表栏列表栏设计详细设计详细内容栏内容栏二极管及其应用二极管及其应用22 1. 1.电气设计规则（电气设计规则（ElectricalElectr

16、ical） 电气设计规则是电气设计规则是PCBPCB布线过程中所遵循的电气方面的布线过程中所遵循的电气方面的规则，主要用于规则，主要用于DRCDRC电气校验。共包含了电气校验。共包含了4 4个子规则。个子规则。 ClearanceClearance（安全间距规则设置）（安全间距规则设置） 安全间距规则用于设置安全间距规则用于设置PCBPCB上不同网络的导线、焊盘、上不同网络的导线、焊盘、过孔及覆铜等导电图形之间的最小间距。通常情况下安过孔及覆铜等导电图形之间的最小间距。通常情况下安全间距越大越好，但是太大的安全间距会造成电路布局全间距越大越好，但是太大的安全间距会造成电路布局不够紧凑，增加不够

17、紧凑，增加PCBPCB的尺寸，提高制板成本。的尺寸，提高制板成本。 安全间距通常设置为安全间距通常设置为10mil10mil20mil20mil（0.254mm0.254mm0.508mm0.508mm）。）。 用鼠标左键单击图用鼠标左键单击图6-196-19中的中的【ClearanceClearance】规则，系规则，系统默认一个名称为统默认一个名称为“ClearanceClearance”的子规则，单击该规则的子规则，单击该规则名称，显示该规则的属性设置信息，可以进行设置。名称，显示该规则的属性设置信息，可以进行设置。设置最小设置最小间距间距设置适用设置适用范围范围二极管及其应用二极管及其

18、应用23 Short-CircuitShort-Circuit（短路约束规则设置）（短路约束规则设置） 短路约束规则用于设置短路约束规则用于设置PCBPCB上的导线等对象是否允上的导线等对象是否允许短路。单击图许短路。单击图6-196-19中的中的【Short-CircuitShort-Circuit】规则，系规则，系统默认一个名称为统默认一个名称为“Short CircuitShort Circuit”的子规则，单击该的子规则，单击该规则名称，显示该规则的属性设置信息，如图规则名称，显示该规则的属性设置信息，如图6-216-21所示。所示。 系统默认的短路约束规则是不允许短路。但在一些系统默

19、认的短路约束规则是不允许短路。但在一些特殊的电路中，如带有模拟地和数字地的模数混合电路，特殊的电路中，如带有模拟地和数字地的模数混合电路，在设计时，这两个地是属于不同网络的，但在电路设计在设计时，这两个地是属于不同网络的，但在电路设计完成之前，设计者必须将这两个地在某一点连接起来，完成之前，设计者必须将这两个地在某一点连接起来，这就需要允许短路存在。为此可以针对两个地线网络单这就需要允许短路存在。为此可以针对两个地线网络单独设置一个允许短路的规则，在两个独设置一个允许短路的规则，在两个【匹配对象的位置匹配对象的位置】区中分别选中数字地和模拟地，然后选中区中分别选中数字地和模拟地，然后选中【允许

20、短回路允许短回路】复选框即可。复选框即可。不选中表示不选中表示不允许短路不允许短路二极管及其应用二极管及其应用24 2. 2.布线设计规则（布线设计规则（RoutingRouting） 在在PCBPCB规则和约束编辑器的规则列表栏单击规则和约束编辑器的规则列表栏单击【RoutingRouting】项，系统展开所有的布线设计规则列表，共包含了项，系统展开所有的布线设计规则列表，共包含了7 7个子个子规则，主要的子规则说明如下。规则，主要的子规则说明如下。 WidthWidth（导线宽度限制规则）（导线宽度限制规则） 导线宽度限制规则用于设置自动布线时印制导线的宽导线宽度限制规则用于设置自动布线时

21、印制导线的宽度范围，可以定义最小宽度（度范围，可以定义最小宽度（Min WidthMin Width）、最大宽度）、最大宽度（Max WidthMax Width）和优选尺寸（）和优选尺寸（Preferred WidthPreferred Width），单击每），单击每个宽度栏并键入数值即可对其进行设置，如图个宽度栏并键入数值即可对其进行设置，如图6-226-22所示。所示。 在实际使用中，通常会针对不同的网络设置不同的线在实际使用中，通常会针对不同的网络设置不同的线宽限制规则，特别是地线网络的线宽，此时可以建立新的宽限制规则，特别是地线网络的线宽，此时可以建立新的线宽限制规则。线宽限制规则。

22、 二极管及其应用二极管及其应用25设置适用设置适用范围范围设置线宽设置线宽大小限制大小限制二极管及其应用二极管及其应用26二极管及其应用二极管及其应用27 1.Clearance Constraint1.Clearance Constraint（间距限制规则）（间距限制规则） 图图7-277-27中选中中选中Clearance ConstraintClearance Constraint，进入间距限，进入间距限制规则设置。该规则用来限制具有导电特性的图件之间制规则设置。该规则用来限制具有导电特性的图件之间的最小间距，在对话框的右下角有三个按钮。的最小间距，在对话框的右下角有三个按钮。 AddA

23、dd按钮。用于新建间距限制规则，单击后出现图按钮。用于新建间距限制规则，单击后出现图7-287-28所示的对话框。左边一栏用于设置规则适用的范围，所示的对话框。左边一栏用于设置规则适用的范围，右边一栏是设置设计规则的参数，右边一栏是设置设计规则的参数，ConnectiveConnective下拉列表下拉列表框设置适用网络。框设置适用网络。 设置完毕，单击设置完毕，单击OKOK按钮，完成间距设计规则的设定，按钮，完成间距设计规则的设定，设定好的内容将出现在设计规则对话框下方的具体内容设定好的内容将出现在设计规则对话框下方的具体内容一栏中。一栏中。 DeleteDelete按钮。用于删除选取的规则

24、。按钮。用于删除选取的规则。 PropertiesProperties按钮。用于修改设计规则参数，修改按钮。用于修改设计规则参数，修改后的内容会出现在具体内容栏中。后的内容会出现在具体内容栏中。二极管及其应用二极管及其应用28适用范围适用范围GND线宽大小线宽大小0.75mm二极管及其应用二极管及其应用29二极管及其应用二极管及其应用30二极管及其应用二极管及其应用31双面布线双面布线若单面布线若单面布线,则则只选中只选中Bottom Layer二极管及其应用二极管及其应用32二极管及其应用二极管及其应用33二极管及其应用二极管及其应用34 本例中布线设计规则设置主要内容如下。本例中布线设计规

25、则设置主要内容如下。 安全间距规则设置：安全间距规则设置：0.254mm0.254mm，适用于全部对象；，适用于全部对象； 短路约束规则：不允许短路；短路约束规则：不允许短路； 导线宽度限制规则：导线宽度限制规则：GNDGND的线宽为的线宽为0.75mm0.75mm，VCCVCC的的线宽为线宽为0.65mm0.65mm，其它信号线的线宽为，其它信号线的线宽为0.5mm0.5mm，优先级依，优先级依次降低；次降低； 布线层规则：双面布线；布线层规则：双面布线； 布线转角规则：布线转角规则：4545拐弯；拐弯； 其它规则选择默认。其它规则选择默认。二极管及其应用二极管及其应用35 在在PCBPCB

26、设计界面中，执行菜单设计界面中，执行菜单“自动布线自动布线”“全部全部对象对象”，屏幕弹出，屏幕弹出“SitusSitus布线策略布线策略”对话框，如图对话框，如图6-336-33所示。所示。 六、自动布线及手工调整六、自动布线及手工调整二极管及其应用二极管及其应用36二极管及其应用二极管及其应用37二极管及其应用二极管及其应用38 布线时应根据实际要求设置布线层的走线方式，布线时应根据实际要求设置布线层的走线方式，如采用单面布线，设置如采用单面布线，设置Bottom LayerBottom Layer为为AnyAny（底层任意（底层任意方向布线）、其它层方向布线）、其它层Not UsedNo

27、t Used（不使用）；采用双面（不使用）；采用双面布线时，设置布线时，设置Top LayerTop Layer为为VerticalVertical（垂直布线），（垂直布线），Bottom LayerBottom Layer层为层为HorizontalHorizontal（水平布线），其它层（水平布线），其它层Not UsedNot Used（不使用）。（不使用）。 一般在两层以上的一般在两层以上的PCBPCB布线中，布线层的走线方式布线中，布线层的走线方式可以选择可以选择AutomaticAutomatic，系统会自动设置相邻层采用正交，系统会自动设置相邻层采用正交方式走线。方式走线。二极管

28、及其应用二极管及其应用39二极管及其应用二极管及其应用40二极管及其应用二极管及其应用41 5. 5.手工布线调整手工布线调整 调整布线常常需要拆除以前的布线，调整布线常常需要拆除以前的布线，PCBPCB编辑器中编辑器中提供有自动拆线功能和撤消功能，当设计者对自动布提供有自动拆线功能和撤消功能，当设计者对自动布线的结果不满意时，可以使用该工具拆除电路板图上线的结果不满意时，可以使用该工具拆除电路板图上的铜膜线而只剩下网络飞线。的铜膜线而只剩下网络飞线。 撤消操作撤消操作 自动拆线自动拆线 自动拆线的菜单命令在自动拆线的菜单命令在“工具工具”“取消布线取消布线”的子菜单中的子菜单中, ,可以针对全部对象、网络、连接、元件、可以针对全部对象、网络、连接、元件、RoomRoom空间拆除与元件连接的铜膜线。空间拆除与元件连接的铜膜线。 手工布线调整后的流水灯手工布线调整后的流水灯PCBPCB如图如图6-416-41所示。所示。二极管及其应用二极管及其应用42二极管及其应用二极管及