半导体二极管及其电路ppt课件

1、第第2 2章章 半导体二极管及其电路半导体二极管及其电路本章内容本章内容2.12.1半导体二极管半导体二极管2.22.2稳压二极管稳压二极管2.32.3其他类型二极管其他类型二极管2.12.1半导体二极管半导体二极管1 .1 .半导体二极管的构造半导体二极管的构造2.2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性3 .3 .二极管的参数二极管的参数4.4.二极管的等效模型二极管的等效模型5.5.二极管运用电路二极管运用电路本节要掌握以下五个内容本节要掌握以下五个内容 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按构造分有点接触型、面接触型和平面型三大类。极

2、管按构造分有点接触型、面接触型和平面型三大类。(1) 点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结面积小，结电容小，用于结电容小，用于检波和变频等高检波和变频等高频电路。频电路。(a)(a)点接触型点接触型 二极管的构造表示图二极管的构造表示图(3) 平面型二极管平面型二极管 往往用于集成往往用于集成电路制造艺中。电路制造艺中。PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电于高频整流和开关电路中。路中。(2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积结面积大，用于工频大大，用于工频大电流整流电路。电流整流电路。(b)(b)面接触型面接触型(c)(c)平面型平面型阴极阴极引线引线

3、阳极阳极引线引线PNP 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半导体二极管图片2.1.2 半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性 硅管硅管00. 8反向特性反向特性正向特性正向特性击击穿穿特特性性mA/DiV/Du00. 8反向特性反向特性锗管锗管正向特性正向特性mA/DiV/DuuDiD)(DDufi (1) 近似呈现为指数曲线，即近似呈现为指数曲线，即TUuIiDeSD (2) 有死区有死区iD0的区域的区域)1正向特性正向特性死区电压约为死区电压约为硅管硅管0.5 V0.5 V锗管锗管0.1 V0.1 VOiD正

4、向特性正向特性击穿电压击穿电压死区死区电压电压U ( BR)反向特性反向特性uD(3) 导通后即导通后即uD大于死区电压后大于死区电压后TTUuUiUIdudiTDSDD1eD 管压降管压降uD 约为约为硅管硅管0.60 .8 V锗管锗管0.20.3 V通常近似取通常近似取uD 硅管硅管0.7 V锗管锗管0.2 VOiD正向特性正向特性击穿电压击穿电压死区死区电压电压U ( BR)反向特性反向特性uD即即 uD略有升高，略有升高， iD急剧增大。急剧增大。2反向特性反向特性 IS=硅管小于硅管小于0.10.1微安微安锗管几十到几百微安锗管几十到几百微安OiD正向特性正向特性击穿电压击穿电压死区

5、死区电压电压U ( BR)反向特性反向特性uD(BR)DUu (1) 当当SDIi 时，时，。(2) 当当(BR)DUu 时，时，反向电流急剧增大，反向电流急剧增大，击穿的类型击穿的类型根据击穿可逆性分为根据击穿可逆性分为电击穿电击穿热击穿热击穿二极管发生反向击穿。二极管发生反向击穿。OiD正向特性正向特性击穿电压击穿电压死区死区电压电压U ( BR)反向特性反向特性uD降低反向电压，二极管仍能正常任务。降低反向电压，二极管仍能正常任务。PN结被烧坏，呵斥二极管永久性的损坏。结被烧坏，呵斥二极管永久性的损坏。二极管发生反向击穿后，假设二极管发生反向击穿后，假设a. 功耗功耗PD( = |UDI

6、D| )不大不大b. PN结的温度小于允许的最高结温结的温度小于允许的最高结温硅管硅管150200oC150200oC锗管锗管75100oC75100oC热击穿热击穿电击穿电击穿) 1(TVVseII温度每升高温度每升高1度，正度，正向压降减小向压降减小22.5mV温度每升高温度每升高10度，反度，反相饱和电流添加相饱和电流添加1倍倍sTsTIIVIIVVlg.ln32温度对伏安特性的影响温度对伏安特性的影响温度对半导体二极管特性的影响温度对半导体二极管特性的影响1. 当温度上升时，死区电压、正向管压降降低。当温度上升时，死区电压、正向管压降降低。uD/ uD/ T = T = 22.522.

7、5mV/ mV/ C C2. 温度升高，反向饱和电流增大。温度升高，反向饱和电流增大。)(2)(0S10S0TITITT 即即 温度每升高温度每升高1 1C C，管压降降低，管压降降低22.522.5mVmV。即即 平均温度每升高平均温度每升高1010C C，反向饱和电流增大一倍。，反向饱和电流增大一倍。不讲不讲2.1.4 半导体二极管的主要电参数半导体二极管的主要电参数1. 额定整流电流额定整流电流IF2. 反向击穿电压反向击穿电压U(BR)管子长期运转所允许经管子长期运转所允许经过的电流平均值。过的电流平均值。 二极管能接受的最高反二极管能接受的最高反向电压。向电压。OiD正向特性正向特性

8、击穿电压击穿电压死区死区电压电压U ( BR)反向特性反向特性uD4. 反向电流反向电流IR3. 最高允许反向任务电压最高允许反向任务电压UR为了确保管子平安任务，所为了确保管子平安任务，所允许的最高反向电压。允许的最高反向电压。室温下加上规定的反向电室温下加上规定的反向电压时测得的电流。压时测得的电流。OiD正向特性正向特性击穿电压击穿电压死区死区电压电压U ( BR)反向特性反向特性uDUR=1/22/3U(BR)反向电流大，阐明管子的单导游电性差，因此反向电流反向电流大，阐明管子的单导游电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温

9、度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。大几十到几百倍。4.4.最高任务频率最高任务频率fMfM 最高任务频率是二极管任务的上限截止频率，超越此值时，由于结电容的作用，二极管不能很好的表达单导游电性。 以上均是二极管的直流参数，二极管的运用是以上均是二极管的直流参数，二极管的运用是主要利用它的单导游电性，主要运用于整流、限幅、主要利用它的单导游电性，主要运用于整流、限幅、维护等等。维护等等。000DDDDv v v vov压降为二极管开路时的外加二极管的压降 O/V 斜斜率率 D/VonDonDonDDVvV

10、v Vv vov压降为二极管开路时的外加二极管的压降 O/VVon 斜斜率率 I/VVonV 70on.硅V硅二极管典型值硅二极管典型值V 20on.锗V锗锗 二极管典型值二极管典型值导通压降：3 3折线模型折线模型: : 折线模型以为二极管的管压降不是恒定的，而是随着经过二极管电流的添加而添加，所以在模型中用一个电池和一个电阻rD来作进一步的近似。其中电池的电压为二极管的门坎电压Vth或者说导通电压VD(on)。rD的值，可以这样来确定，如当二极管的导通电流为1mA时，管压降为07V那么：rD=07 V-05 V/1mA=200 4. 4. 小信号模型小信号模型 二极管任务在正向特性的某一小

11、范围内时，二极管任务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 那那么么DIVT 常温下常温下T=300K)mA()mV(26DDdIIVrT 四种模型比较：四种模型比较：1 1、理想模型误差大、理想模型误差大2 2、折线模型误差最小、折线模型误差最小4 4、小信号模型只适用于二极管处于正导游通、小信号模型只适用于二极管处于正导游通且信号变化幅度较小的情况且信号变化幅度较小的情况3 3、恒压

12、降模型运用最普遍、恒压降模型运用最普遍RLuiuouiuott1 1、二极管半波整流：、二极管半波整流：2、 限幅电路限幅电路任务原理任务原理a. 当当ui较小使二极管较小使二极管D1 、D2截止时截止时iiiiuRRRu 电路正常放大电路正常放大FiUu b. 当当ui使二极管使二极管D1 或或D2导通时导通时RD2ARi+iu D1+iu例题例题1 1不讲不讲uitO输入电压波形输入电压波形RD2ARi+iu D1+iu输入端电压波形输入端电压波形uitOiu 2UFRD2ARi+iu D1+iuVi VRVi VR时，二极管导通，时，二极管导通，vo=vivo=vi。Vi VRVi VR

13、时，二极管截止，时，二极管截止， vo=VRvo=VR。 例2：理想二极管电路中 vi= Vm sint V，求输出波形v0。解：利用二极管的利用二极管的单导游电性可单导游电性可作为电子开关作为电子开关vI1 vI2二极管任务形状D1 D2v00V 0V导通 导通导通 截止截止 导通截止 截止0V 5V5V 0V5V 5V0V0V0V5V例例1111：求：求vI1vI1和和vI2vI2不同值组合时不同值组合时的的v0v0值二极管值二极管为理想模型。为理想模型。解：解：4、在检波电路中的运用无线通讯、在检波电路中的运用无线通讯用音频信号去控制用音频信号去控制高频信号的幅值高频信号的幅值音频信号音

14、频信号高频信号高频信号载波信号载波信号调制的过程调制的过程Otuu1tOu2Ot音频放大器音频放大器话筒话筒高频振荡器高频振荡器调调 制制 器器发发 射射 器器u2u1u不讲不讲2.2 稳压二极管稳压二极管2.2.1稳压二极管的伏安特性稳压二极管的伏安特性特点特点a. 正向特性与普通管类似正向特性与普通管类似稳压管通常任务于反稳压管通常任务于反向电击穿形状向电击穿形状伏安特性伏安特性+ +iZuZuZQBAOUZiZIZ UZ IZ符号符号b. 反向击穿特性很陡反向击穿特性很陡(1) (1) 稳定电压稳定电压VZVZ(2) (2) 动态电阻动态电阻rZrZ 在规定的稳压管反向任务在规定的稳压管

15、反向任务电流电流IZIZ下，所对应的反向任务电下，所对应的反向任务电压。压。rZ =rZ =VZ /VZ /IZIZ(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZMPZM(4)(4)最大稳定任务电流最大稳定任务电流 IZmax IZmax 和最小稳定任务电流和最小稳定任务电流 IZminIZmin稳压条件：稳压条件：IZmin IZ IZmaxIZmin IZ 6V管子出现雪崩击穿，管子出现雪崩击穿，U 为正；为正；UZ 4V 出现齐纳击穿，出现齐纳击穿，U 为负为负;4V UZ 6V，U能够为正，也能够为负。能够为正，也能够为负。U 5温度系数温度系数 定义：定义： 硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压

16、电路不讲不讲不讲不讲负载电阻负载电阻 。要求当输入电压由正常值发生要求当输入电压由正常值发生20%20%动摇时，负载电压根本不变。动摇时，负载电压根本不变。稳压二极管的运用举例稳压二极管的运用举例5mA 20mA, V,10minmaxzzzWIIU稳压管的技术参数稳压管的技术参数: : k2LR解：令输入电压到达上限时，流过稳压管的电解：令输入电压到达上限时，流过稳压管的电流为流为Izmax Izmax 。求：电阻求：电阻R R和输入电压和输入电压 ui ui 的正常值。的正常值。mA25maxLZWzRUIi102521RUiRu.zWi方程方程1 1令输入电压降到下限令输入电压降到下限时

17、，流过稳压管的电时，流过稳压管的电流为流为Izmin 。mA10minLZWzRUIi101080RUiRu.zWi方程方程2uoiZDZRiLiuiRL联立方程联立方程1、2，可解得：，可解得：k50V7518.R,.ui一、一、 发光二极管发光二极管有正向电流流过有正向电流流过时，发出一定波长时，发出一定波长范围的光，目前的范围的光，目前的发光管可以发出从发光管可以发出从红外到可见波段的红外到可见波段的光，它的电特性与光，它的电特性与普通二极管类似。普通二极管类似。二、二、 光电二极管光电二极管反向电流随光照强度的添加而上升。反向电流随光照强度的添加而上升。IU照度添加照度添加三、变容二极

18、管三、变容二极管(varicap)(varicap) 利用二极管的结电容以及该电容大小与外利用二极管的结电容以及该电容大小与外接电压有关的特点制成接电压有关的特点制成. .四、肖特基二极管四、肖特基二极管(SBD)(SBD) 金属与金属与N N型半导体接触构成势垒，不存在少数载型半导体接触构成势垒，不存在少数载流子在流子在PNPN结附近积累和散失过程，电容效应非常适宜结附近积累和散失过程，电容效应非常适宜高频。高频。电阻量程电阻量程 1 1 10 10 100 100 1k1k测得电阻值测得电阻值 31 210 1.1 k 31 210 1.1 k 11.5 k11.5 k例例1 用万用表丈量

19、二极管的正向直流电阻用万用表丈量二极管的正向直流电阻RF，选用，选用的量程不同，测得的电阻值相差很大。现用的量程不同，测得的电阻值相差很大。现用MF30 型型万用表丈量某二极管的正向电阻，结果如下表，试分万用表丈量某二极管的正向电阻，结果如下表，试分析所得阻值不同的缘由。析所得阻值不同的缘由。例题例题例例2:设二极管设二极管D1、D2为理想二极管，判别它们在图为理想二极管，判别它们在图1中是导通中是导通还是截止？并求还是截止？并求 Uo 解：假设解：假设D1、D2断开断开D1的阳极为的阳极为0V，阴极为，阴极为-9V;D2的阳极为的阳极为-12V，阴极为，阴极为-9V;D1导通，导通，D2截止

20、，输出电压截止，输出电压=0例例3：在图：在图a和和b所示的电路中，假设所示的电路中，假设D是理想的，其输入信号为是理想的，其输入信号为Ui=10sint(v)。分别画出它们的输出波形和传输特性。分别画出它们的输出波形和传输特性Uo=f(ui)。解：假设解：假设D断开，图断开，图a，D的阳极的阳极5V，当，当Ui5V时，时，D截止，截止，Uo=5V。 图图b，D的阴极的阴极5V，Ui5V时，时，D导通，导通， Uo=5V；Ui0.7V,D1vi0.7V,D1导通，导通，vo=0.7Vvo=0.7V；VDvi-0.7V,D2vi-0.7V,D2导通导通,vo=-0.7V,vo=-0.7V；-0.7Vvi0.7V, D1-0.7Vvi0.7V, D1、D2D2均截止均截止,vo=vi,vo=vi。Rvi(t)vo(t)D1 D2例例5：双向限幅电路：如以下图，设：双向限幅电路：如以下图，设vi(t)=3sint , Vth=0.5V，R=1K, rD=200,利用折线模型，画出输出波形。利用折线模型，画出输出波形。解：假折线模型电路为：解：假折线模型电路为：0.923-30.5-0.5 假设假设D1D1、D2D2断开，断开，D1D1阴极阴极0.5V0.5V，D2D2阳极阳极-0.5V-0.5V，-0.92Vth vi-0.5V,D2 vi-0.5V,D2导通导通,vo= =