模电课件第二节半导体二极管

1、第二节第二节 半导体二极管半导体二极管第二节第二节 半导体二极管半导体二极管一、一、PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性第二节第二节 半导体二极管半导体二极管1 1、空间电荷区中没有载流子。、空间电荷区中没有载流子。2 2、空间电荷区中内电场阻碍、空间电荷区中内电场阻碍P P中的空穴、中的空穴、N区区 中的电子（中的电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散扩散运动运动）。）。3 3、P 区中的电子和区中的电子和 N区中的空穴（区中的空穴（都是少都是少子子），数量有限，因此由它们形成的电流），数量有限，因此由它们形成的电流很小。很小。注意注意: :第二节第二节 半导体二极管半导

2、体二极管第二节第二节 半导体二极管半导体二极管称为反向接法或反向偏置称为反向接法或反向偏置（简称反偏）（简称反偏）反向电流非常小，反向电流非常小，PN结处于截止结处于截止(cut-off)状态。状态。 加反向电压加反向电压IS 对温度十分敏感。对温度十分敏感。第二节第二节 半导体二极管半导体二极管 PN结加正向电压时，呈现低电阻，结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；具有较大的正向扩散电流； PN结加反向电压时，呈现高电阻，结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。具有很小的反向漂移电流。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单结具有单向导电性。向导电性。第二

3、节第二节 半导体二极管半导体二极管二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性阳极从阳极从P区引出，阴极从区引出，阴极从N区引出。区引出。1. 二极管的类型二极管的类型从材料分：从材料分：硅二极管和锗二极管。硅二极管和锗二极管。从管子的结构分：从管子的结构分：点接触型二极管，点接触型二极管，工作电流小，可在高频下工作，工作电流小，可在高频下工作，适用于检波和小功率的整流电路。适用于检波和小功率的整流电路。面接触型二极管，面接触型二极管，工作电流大，只能在较低频率下工作电流大，只能在较低频率下工作，可用于整流。工作，可用于整流。开关型二极管，开关型二极管，在数字电路中作为开关管。在数字电路中作为开关

4、管。二极管的符号第二节第二节 半导体二极管半导体二极管第二节第二节 半导体二极管半导体二极管当正向电压超过死区电压后，当正向电压超过死区电压后，二极管导通二极管导通,电流与电压关系近似指数关系。电流与电压关系近似指数关系。二极管正向特性曲线死区电压：死区电压：导通压降：导通压降：第二节第二节 半导体二极管半导体二极管反偏时，反向电流值很小，反偏时，反向电流值很小，反向电阻很大，反向电阻很大，反向电压超过反向电压超过UBR则被击穿。则被击穿。结论：结论：二极管具有单向导电性，正向导通，反向截止。二极管具有单向导电性，正向导通，反向截止。二极管方程：二极管方程：式中：式中： IS为反向饱和电流为反

5、向饱和电流 UT 是温度电压当量，是温度电压当量， 常温下常温下UT近似为近似为26mV。)1(TS UUeIITSUUeII 第二节第二节 半导体二极管半导体二极管三、二极管的主要参数三、二极管的主要参数 最大整流电流最大整流电流 IF指二极管长期运行时，指二极管长期运行时，允许通过管子的最大正向平均电流。允许通过管子的最大正向平均电流。IF的数值是由二极管允许的温升所限定。的数值是由二极管允许的温升所限定。 最高反向工作电压最高反向工作电压 UR工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值，工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值，否则二极管可能被击穿。否则二极管可能被击穿。为了留有余地，

6、通常将击穿电压为了留有余地，通常将击穿电压UBR的一半定为的一半定为UR 。第二节第二节 半导体二极管半导体二极管室温条件下，在二极管两端加上规定的反向电压时，室温条件下，在二极管两端加上规定的反向电压时，流过管子的反向电流。流过管子的反向电流。通常希望通常希望IR值愈小愈好。值愈小愈好。 IR受温度的影响很大。受温度的影响很大。 最高工作频率最高工作频率 fM值主要决定于结结电容的大小。值主要决定于结结电容的大小。结电容愈大，则二极管允许的最高工作频率愈低。结电容愈大，则二极管允许的最高工作频率愈低。 反向电流反向电流 IR第二节第二节 半导体二极管半导体二极管二极管除了具有单向导电性以外，

7、二极管除了具有单向导电性以外，还具有一定的电容效应。还具有一定的电容效应。 势垒电容势垒电容 Cb由由PN结的空间电荷区形成，又称结电容，结的空间电荷区形成，又称结电容，反向偏置时起主要作用。反向偏置时起主要作用。 扩散电容扩散电容 Cd由多数载流子在扩散过程中的积累引起，由多数载流子在扩散过程中的积累引起，正向偏置时起主要作用。正向偏置时起主要作用。第二节第二节 半导体二极管半导体二极管第二节第二节 半导体二极管半导体二极管 补充补充 二极管的等效电路二极管的等效电路 1. 理想模型理想模型3. 折线模型折线模型 2. 恒压降模型恒压降模型第二节第二节 半导体二极管半导体二极管 4. 小信号

8、模型小信号模型 二极管工作在正向特性的某一小范围内时，二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。其正向特性可以等效成一个微变电阻。DDdivr 即即)1(/SDD TVveIi根据根据得得Q点处的微变电导点处的微变电导QdvdigDDd QVvTTeVI/SD TVID dd1gr 则则常温下（常温下（T=300K）)mA()mV(26DDdIIVrT Q ?第二节第二节 半导体二极管半导体二极管叠加 ！第二节第二节 半导体二极管半导体二极管第二节第二节 半导体二极管半导体二极管四、稳压管四、稳压管稳压管是一种面接触型二极管，与二极管不同之处：稳压管是一种面接触型

9、二极管，与二极管不同之处：1.采用特殊工艺，击穿状态不致损坏；采用特殊工艺，击穿状态不致损坏；2.击穿是可逆的。击穿是可逆的。符号及特性曲线如下图所示：符号及特性曲线如下图所示：O稳压管的伏安特性和符号minZImaxZI第二节第二节 半导体二极管半导体二极管1. 稳定电压稳定电压UZ，稳压管工作在反向击穿区时的工作电压。，稳压管工作在反向击穿区时的工作电压。2. 稳定电流稳定电流Iz ，稳压管正常工作时的参考电流。，稳压管正常工作时的参考电流。3. 动态内阻动态内阻rz ，稳压管两端电压和电流的变化量之比。，稳压管两端电压和电流的变化量之比。 rz= U / I4. 电压的温度系数电压的温度

10、系数U，稳压管电流不变时，稳压管电流不变时， 环境温度对稳定电压的影响。环境温度对稳定电压的影响。5. 额定功耗额定功耗Pz ，电流流过稳压管时消耗的功率。，电流流过稳压管时消耗的功率。第二节第二节 半导体二极管半导体二极管使用稳压管组成稳压电路时的注意事项：使用稳压管组成稳压电路时的注意事项：稳压管电路1. 稳压管必须工作在稳压管必须工作在反向击穿区，反向击穿区，2. 稳压管应与负载稳压管应与负载RL并联，并联，3. 必须限制流过稳压必须限制流过稳压管的电流管的电流IZ ，第二节第二节 半导体二极管半导体二极管例例1.2.3 电路如图所示，已知电路如图所示，已知UImax= 15V， UImin= 10VIZmax= 50mA， IZmin= 5mA，RLmax= 1k，RLmin= 600UZ= 6V, 对应对应UZ= 0.3V。求求rZ ，选择限流电阻选择限流电阻R。第二节第二节 半导体二极管半导体二