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 2.2.1 二极管的结构与分类：按结构分类分为点接触型和面接触型二极管的结构与分类：按结构分类分为点接触型和面接触型点接触型：接触面小，允许通过的电流小，同时所呈现的电点接触型：接触面小，允许通过的电流小，同时所呈现的电容效应小，常用于高频检波、小电流整流、开关容效应小，常用于高频检波、小电流整流、开关电路等等电路等等面接触型：接触面大，允许通过的电流大，所呈现的电容效面接触型：接触面大，允许通过的电流大，所呈现的电容效应较大，主要用于低频大功率整流应较大，主要用于低频大功率整流 常见的二极管2.2.2 二极管的伏安特性 二极管伏安特性测试电路二极管伏安

2、特性测试电路二极管伏安特性曲线二极管伏安特性曲线2.2.2 二极管的伏安特性 1、正向特性：、正向特性：正向特性的起始部分，由于正向特性的起始部分，由于正向电压小，外电场不足以克服正向电压小，外电场不足以克服PN结的内电场，结的内电场，故此，正向电流很小（几乎为零），二极管呈故此，正向电流很小（几乎为零），二极管呈现一个大电阻；只有当正向电压超过某一个值现一个大电阻；只有当正向电压超过某一个值时才显著增加，这一电压称为导通电压或门坎时才显著增加，这一电压称为导通电压或门坎电压（死区电压），这个值与器件的材料相关，电压（死区电压），这个值与器件的材料相关，Si： 0.6-0.8V，Ge：0.1-

3、0.3V。 二极管伏安特性曲线二极管伏安特性曲线详细解释：详细解释：（1）当正向电压很低时，正向电流很小，二极管属于微导通状态，这一区）当正向电压很低时，正向电流很小，二极管属于微导通状态，这一区域称为死区，只有当外加电压超过这个数值时，电流才会有明显的增加，这域称为死区，只有当外加电压超过这个数值时，电流才会有明显的增加，这个电压称为死区电压（门坎电压、阈值电压）；实际运用中，这一个区域通个电压称为死区电压（门坎电压、阈值电压）；实际运用中，这一个区域通常认为二极管不导通。常认为二极管不导通。 （2）正向电压大于门坎电压后，正向电流明显增大，且随着正向电压的加）正向电压大于门坎电压后，正向电

4、流明显增大，且随着正向电压的加大，电流增长很快，二极管呈现出导通状态。大，电流增长很快，二极管呈现出导通状态。 （3）当正向电压继续增大，实际特性比理论曲线更接近于直线，此时，）当正向电压继续增大，实际特性比理论曲线更接近于直线，此时，P、N区的体电阻及导线电阻成为二极管电阻的主要部分，它不随工作电流改变。区的体电阻及导线电阻成为二极管电阻的主要部分，它不随工作电流改变。 2.2.2 二极管的伏安特性 2、反向特性、反向特性 ：P区和区和N区的少子在反向电压的作用区的少子在反向电压的作用下漂移过下漂移过PN结，其值很小小功率硅结，其值很小小功率硅管：低于管：低于0.1A， 锗管为几十锗管为几十

5、A。 二极管伏安特性曲线二极管伏安特性曲线详细解释：详细解释：（）加反向电压时，反向电流很小，由于二极管表面漏电流的影响，（）加反向电压时，反向电流很小，由于二极管表面漏电流的影响，实际电流较理论计算值大，并且随电压的增大而略有增大，其值与材实际电流较理论计算值大，并且随电压的增大而略有增大，其值与材料有关，硅管要小于锗管料有关，硅管要小于锗管 （2）反向电压高于一定数值，反向电流剧增，这个区域是反向击穿；）反向电压高于一定数值，反向电流剧增，这个区域是反向击穿；普通二极管是不允许工作在这个区域的。普通二极管是不允许工作在这个区域的。 3、反向击穿：、反向击穿：同同PN结的反向击穿特性，一般在

6、结的反向击穿特性，一般在几十伏以上，高反压管可达几千伏几十伏以上，高反压管可达几千伏 2.2.3二极管的温度特性 实验证明：实验证明：随温度的升高，正向随温度的升高，正向特性曲线左移，反向特性曲线左移，反向特性下移特性下移二极管的温度特性二极管的温度特性实验统计数据表明：实验统计数据表明：在室温附近，在室温附近， T 1 正向压降正向压降 2 - 2.5 mV ，而，而反向反向电流电流 1倍。倍。 2.2.4二极管的电容效应 1、势垒电容、势垒电容CB：势垒电容是反映空降电荷区的宽度随外加电：势垒电容是反映空降电荷区的宽度随外加电压的改变所产生的电容效应。压的改变所产生的电容效应。 二极管外加

7、电压，则在其二极管外加电压，则在其PN结的空间电荷区中会产生电荷变结的空间电荷区中会产生电荷变化量，它是反映小信号所呈现的电容，定义为：化量，它是反映小信号所呈现的电容，定义为： 2、扩散电容、扩散电容CD：扩散电容反映在外加电压作用下，载流子在：扩散电容反映在外加电压作用下，载流子在扩散过程中积累的情况。扩散过程中积累的情况。 VQCB3、对电容效应分析的基本结论、对电容效应分析的基本结论 A、在高频运用时，必须考虑、在高频运用时，必须考虑PN结电容的影响结电容的影响 B、当二极管正偏时，结电容主要取决于扩散电容；在反偏时，、当二极管正偏时，结电容主要取决于扩散电容；在反偏时， 主要考虑势垒

8、电容。主要考虑势垒电容。 2.2.5二极管的主要参数 1、最大整流电流、最大整流电流IF：指二极管长期运行时，允许通过的最大平：指二极管长期运行时，允许通过的最大平 均电流，这个参数由均电流，这个参数由PN结结面积和散热条结结面积和散热条 件所决定的。件所决定的。3、反向电流、反向电流IR：二极管未击穿时的反向电流值。（越小越好）：二极管未击穿时的反向电流值。（越小越好） 4、最高工作频率、最高工作频率fm：由于：由于PN结的电容效应使单向导电性能退结的电容效应使单向导电性能退 化，这个参数就是指二极管的单向导电化，这个参数就是指二极管的单向导电 性能明显退化时所对应的交流信号频率。性能明显退

9、化时所对应的交流信号频率。 5、正向压降：二极管通过最大整流电流时，两端的正向电压、正向压降：二极管通过最大整流电流时，两端的正向电压 一般情况下：一般情况下： Si： 0.60.8 Ge：0.10.3 2、最大反压、最大反压VBR：二极管能够承受的最大反向击穿电压。：二极管能够承受的最大反向击穿电压。 2.2.5二极管的等效电路 对二极管采用三种方式进行等效对二极管采用三种方式进行等效 （1）理想二极管等效）理想二极管等效 （2）折线等效电路）折线等效电路用折线等效电阻、死区用折线等效电阻、死区电压、理想二极管等效电压、理想二极管等效 二极管折线等效电路二极管折线等效电路IVrd折线等效电阻

10、：2.2.5二极管的等效电路 3）微变等效电路）微变等效电路(用于小信号下的二极管等效用于小信号下的二极管等效) 二极管二极管微变微变等效电路等效电路只考虑二极管两端的电压在工作电只考虑二极管两端的电压在工作电压值附近作微小变化时所引起的电压值附近作微小变化时所引起的电流变化，可以用该点处曲线的切线流变化，可以用该点处曲线的切线来近似，此时，二极管的等效电路来近似，此时，二极管的等效电路时一个微变等效电阻时一个微变等效电阻rd，其定义为：，其定义为： 动态电阻ivrd由伏安特性：由伏安特性： IVrVIrdVdIgeIITdTddVVST）知（112.2.6稳压二极管 工作原理：利用二极管的反

11、向击穿特性，并采用限流措施，实现稳压效果。工作原理：利用二极管的反向击穿特性，并采用限流措施，实现稳压效果。 稳压管的参数：稳压管的参数：（1）稳定电压）稳定电压Vz：稳压管反向击穿后的稳定工作电压值。：稳压管反向击穿后的稳定工作电压值。 （2）稳定电流）稳定电流Iz：稳压管工作时的参考电流值。：稳压管工作时的参考电流值。 实际工作中：实际工作中： 工作电流工作电流 小于小于 稳定电流稳定电流 稳压效果差稳压效果差 工作电流工作电流 大于大于 稳定电流稳定电流 稳压效果好稳压效果好（3）动态电阻：稳压管两端电压和通过的电流的变化量之比，其值愈小愈好。）动态电阻：稳压管两端电压和通过的电流的变化

12、量之比，其值愈小愈好。（4）额定功耗：由稳压管温升限定下的最大功耗。）额定功耗：由稳压管温升限定下的最大功耗。稳压值额定功耗最大稳定电流 （5）电压温度系数：指温度变化）电压温度系数：指温度变化1时，稳定电压变化的百分比，该值愈小愈好。时，稳定电压变化的百分比，该值愈小愈好。 使用中以使用中以6V为界，高于此值的稳压管具有正温度系数，为界，高于此值的稳压管具有正温度系数， 低于此值的具有负温度系数，而在低于此值的具有负温度系数，而在6V的稳压管，其温度系数最小的稳压管，其温度系数最小 2.2.7应用举例 EX1：下列各图中，稳压管D1、D2的稳压值分别是7V和13V，试确定各电路的输出电压VE

13、X2：稳压管电路如图，已知稳压管：稳压管电路如图，已知稳压管2CW17的稳定电压值的稳定电压值为为10V，稳定电流为，稳定电流为5mA，动态电阻为，动态电阻为20，额定功耗为，额定功耗为250mW，试回答下列问题：，试回答下列问题：（1）E=6V、E=8V时，时，Vo、I、VR分别是多少？分别是多少？（2）E=15V、E=20V时，时，Vo、I、VR分别又是多少？分别又是多少？（3）分析上述结果，在什么情况下能够稳定输出？在什么）分析上述结果，在什么情况下能够稳定输出？在什么情况下又有比较好的效果？情况下又有比较好的效果？ （4）为使电路正常工作，）为使电路正常工作，Emax是多少？是多少？

14、解答：解答： （1）由于E=6V和E=8V，则E小于VZ，故 Vo=0、I=0、VR=0 （2）由于E=15V、E=20V，则E大于VZ， 当E=15V时，有 当E=20V时，同理有 I=10mA，V=10， VR=10V VRVVVmAKI510511015，（3）分析上述情况，当E大于10V时， 电路开始稳压，而E大于15V时， 才有比较好的效果 解答：解答： （4）求出Emax: 则可得到如下概图 mAVmWIR2510250maxVRVVRIEVmVVmAaxIVrd4 .354 . 01025max4 . 0400max20Im20故而则EX3EX3二极管特性如图，当输入电压在二极管特性如图，当输入电压在5 515V15V之间之间变化时，变化时，VoVo为多少？为多少？ EX3EX3二极管特性如图，当输入电压在二极管特性如图，当输入电压在5 515V15V之间之间变化时，变化时，VoVo为多少？为多少？ 解解 ：由图知，门槛电压为：由图知，门槛电压为0.6V 则有：则有：（1）当）当Vi小于小于0.6V时，二极管截止，时，二极管截