半导体二极管修改ppt课件

1、半导体二极管 主 讲：蔡小莲电 话章根本要求o了解半导体的根本知识o原理、掌握二极管的特点、伏安特性、运用电路及其分析方法。1、 半导体及其特性半导体及其特性 普通金属电阻率为10-910-6cm，绝缘体的电阻率为10101020cm，半导体的电阻率为 10-3109cm。由于半导体的导电才干介于导体和绝缘体之间，故称为半导体。 半导体具有以下特性：1热敏特性2光敏特性3杂敏特性一、一、 半导体根底与半导体根底与PN结结2、二极管的构造、类型及符号、二极管的构造、类型及符号 将一个将一个PN结封装起来，引出两个电极，就构成半导体二极管，也结封装起来，引出两个电极，就

2、构成半导体二极管，也称晶体二极管。其电路中的表示符号如图称晶体二极管。其电路中的表示符号如图2-11a所示。二极管的外所示。二极管的外形如图形如图2-1b所示。所示。(a) 二极管的表示符号 (b) 二极管的外型阳极阴极图2-11 半导体二极管(a)(b)阴极阴极阳极阳极 二极管的伏安特性就是二极管流过的电流i和两端电压u之间的关系，如图2-13。 1正向特性 当正向电压足够大，超越开启电压后，内电场的作用被大大减弱，电流很快添加，二极管正导游通，如图2-13(1)段。此时硅二极管的正导游通压降在0.60.8V，典型值取0.7V；锗二极管的正导游通压降在0.10.3V，典型值取0.2V。 v/

3、uO图2-13 二极管伏安特性(1)(2)硅管锗管RMU0.20.630201020406080mA/ i(3)二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性o二极管的反向特性对应图2-13曲线的2段，此时二极管加反向电压，阳极电位低于阴极电位。 o在二极管两端加反向电压时，其外加电场和内电场的方向一致，当反向电压小于反向击穿电压时，由图中可以看出，反向电流根本恒定，而且电流几乎为零，这是由少数载流子漂移运动所构成的反向饱和电流。硅管的反向电流要比锗管小得多，小功率硅管的反向饱和电流普通小于0.1A，锗管约为几个微安。 v/uO图2-13 二极管伏安特性(1)(2)硅管锗管RMU0.20.63020

4、1020406080mA/ i(3)2反向特性反向特性3击穿特性 当二极管反向电压过高超越反向击穿电压时，二极管的反向电流急剧添加，对应图2-13图中的3段。由于这一段电流大、电压高，所以PN结耗费的功率很大，容易使PN结过热烧坏，普通二极管的反向电压在几十伏以上。 v/uO图2-13 二极管伏安特性(1)(2)硅管锗管RMU0.20.630201020406080mA/ i(3)v/uO0.720mA/ iC20C60C20C60图2-14 温度对二极管伏安特性的影响DI温度对二极管伏安特性的影响如图2-14所示。温度升高时，正向特性左移，UBE下降；反向特性下移，反向饱和电流增大。解：假设

5、要判别二极管是导通还是截止，那么可先假设二极管解：假设要判别二极管是导通还是截止，那么可先假设二极管移开，计算二极管的阳极和阴极之间的电位差。假设该电位差移开，计算二极管的阳极和阴极之间的电位差。假设该电位差大于零，那么阐明二极管能够导通；假设该电位差小于或等于大于零，那么阐明二极管能够导通；假设该电位差小于或等于零，那么二极管截止。零，那么二极管截止。D1D29V12VA0例2-1图R9V12VA0(b) 移去二极管后的电路UD1UD2R(a) 原理电路图9V12VA0(c)二极管D1导通时的等效电路D1D2R对于例2-1图a所示电路，移开二极管后的电路如图例2-1图b所示，两个二极管的阳极

6、和阴极之间的电位差分别为 D1D29V12VA0例2-1图R9V12VA0(b) 移去二极管后的电路UD1UD2R(a) 原理电路图9V12VA0(c)二极管D1导通时的等效电路D1D2R0V 9V 9)(0D1U0V3)9(12D2UD1D29V12VA0例2-1图R9V12VA0(b) 移去二极管后的电路UD1UD2R(a) 原理电路图9V12VA0(c)二极管D1导通时的等效电路D1D2R故二极管D1导通，D2截止。由于二极管为理想二极管，所以D1做短路处置，D2做开路处置，其等效电路如例2-1图c所示。那么输出电压为：V0AOU例例2-2 2-2 例例2-22-2图所示电路中的二极管是

7、硅管，假设二极管为图所示电路中的二极管是硅管，假设二极管为理想二极管，那么流过二极管中的电流是多少？假设二极管理想二极管，那么流过二极管中的电流是多少？假设二极管正导游通压降为正导游通压降为0.7V0.7V，那么流过二极管中的电流又是多少？，那么流过二极管中的电流又是多少？假设假设U U20V20V，且二极管正导游通压降为，且二极管正导游通压降为0.7V0.7V，那么流过二极管，那么流过二极管中的电流又是多少？中的电流又是多少？U10VR1k7 . 4R2003D 例2-2图DUDIU20VR1k7 . 4R2003D(b)二极管导通时等效电路DUDI(a)原理电路图U10VR1k7 . 4R

8、2003D 例2-2图DUDIU20VR1k7 . 4R2003D(b)二极管导通时等效电路DUDI(a)原理电路图解：由例2-2图a所示电路mA13. 2107 . 41031DRUI(2) 假设二极管正导游通压降为0.7V先判别二极管是导通还是截止。假设将二极管移开，那么R2两端的电压为 U10VR1k7 . 4R2003D 例2-2图DUDIU20VR1k7 . 4R2003D(b)二极管导通时等效电路DUDI(a)原理电路图由于硅二极管的死区电压为 0.5V，故二极管截止，ID0 VURRRU48. 083 . 07 . 43 . 0212DV2 . 1203 . 07 . 43 .

9、0212DURRRU(3) 如例 2-2 图 b 所示电路，若 U20V，且二极管正向导通压降为 0.7V， 则假设移开二极管后 R2两端的电压为 U10VR1k7 . 4R2003D 例2-2图DUDIU20VR1k7 . 4R2003D(b)二极管导通时等效电路DUDI(a)原理电路图由于二极管两端电压大于死区电压，故 D 导通，二极管用恒压源代替，其等效电 路如图 2-16c 所示，恒压源两端电压为 UD0.7V，则二极管中的电流为 mA16. 23 . 07 . 07 . 47 . 0202D1DDRURUUI二极管的运用范围很广泛，主要是由于二极管具有单导游电性，所以利用二极管可以进

10、展整流、限幅、维护、检波、钳位及开关电路等。 o在负载变化不大的场所，稳压管常用来做稳压电源，由于负载和稳压管并联，又称为并联稳压电源。稳压管在实践任务时要和电阻相配合运用，其电路如图2-18所示。 RDZRLIUoUZU图2-18 稳压管稳压电路RIZIoI选择稳压管一般取 UZUo IZM(1.5 3) Iom (2-7) UI = (23) Uo 三、稳压管稳压电路RDZRLIUoUZU图2-18 稳压管稳压电路RIZIoILZZminZILZZMZIRUIUURRUIUUZMLZZIminIRURUUIZ可得电阻R的取值范围为 当负载电阻 RL和输入电压 UI一定时，电阻 R 的选择是

11、根据稳压管的电流 不超过正常工作范围来选的。稳压管的电流是在 IZmin IZ IZM之间， RDZRLIUoUZU图2-18 稳压管稳压电路RIZIoI例例 2-3 如图 2-18 所示电路中，UI12V ，稳压管稳定电压 UZ6V，稳定电流 zI10mA，电阻 R100，RL150 。(1)求oU、IR和稳压管实际工作电流 IZ；(2)若稳压管最大稳定电流ZMI=50mA，试问 UI允许波动的范围是多少？ (3)若 UI =12V，UZ=6V,稳压管稳定电流 IZ10mA，最大稳定电流zI=50mA， 问负载电阻 RL允许变化的范围是多少？ 解：(1) 由电路可知，V6ZoUU mA 06

12、100612ZIRRUUImA 041506LooRUI RDZRLIUoUZU图2-18 稳压管稳压电路RIZIoI RDZRLIUoUZU图2-18 稳压管稳压电路RIZIoI则稳压管的实际工作电流为 mA 024060oRZIII (2)若稳压管最大稳定电流 IZM=50mA，而稳定电流 IZ10mA，则由电路可知 ZoZZRI)(URIIURIU 当 IZ10mA 时 V11610010)4010()(3ZoZIminURIIU 当 IZM50mA 时 V15610010)4050()(3ZoZMImaxURIIU 故 UI允许波动的范围是（1115）V。 (3)若 UI =12V，U

13、Z =6V,稳压管稳定电流 IZ10mA， 最大稳定电流ZI=50mA，由电路可知 ZRoooLIIUIUR 当 IZ10mA 时 12010606ZRoLminIIUR 当 IZM50mA 时 60050606ZMRoLmaxIIUR 故 RL允许变化的范围是（120600），取其中合适的标称值电阻。 RDZRLIUoUZU图2-18 稳压管稳压电路RIZIoI1 、发光二极管 发光二极管也叫LED，它是由砷化镓GaAs、磷化镓GaP、磷砷化镓GaAsP等半导体制成的，因此不仅具有普通PN结的单导游电性，而且在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区

14、。进入对方区域的少数载流子少子一部分与多数载流子多子复合而发光。故发光二极管任务时要加正向电压。 四、四、 半导体光电器件半导体光电器件a外形图2-19 发光二极管的外形和符号DRUc运用电路b电路符号 2、光电二极管VD也叫光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件，与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、运用方便等优点。它的中心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在构造上不同的是，为了便于接受入射光照，在光电二极管的管壳上有一个能射入光线的窗口，窗口上镶着玻璃透镜，光线可经过透镜照射到管芯，而且PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些， PN结的结深很浅，普通小于1

15、微米，这主要是为了提高光的转换效率。其外形和符号分别如图2-20a,b所示。 图2-20 光电二极管的外形、符号及应用电路UVDUoVD(a)(b)(c)3、变容二极管VCDVariable Capacitance Diode是利用外加反向电压改动二极管结电容容量的特殊二极管，与普通二极管相比，其结电容变化范围较大。 (a)VR(b)RC图2-21 变容二极管0DujCj0C(c)1整流电路 整流电路就是利用二极管单向导电性将方向双向交替变化的正弦波变换成单一方向脉动的直流电，如图 2-22 所示为半波整流电路及其输入输出波形。设二极管为理想二极管。在输入电压 u 正半周，二极管 D 导通，则

16、输出电压uu o； 在输入电压 u 负半周， 二极管 D 截止， 则输出电压0ou。 uDRL图2-22 二极管整流电路(a)0u0ou(b)outt(a) 电路(b) 波形五、半导体二极管的运用实例五、半导体二极管的运用实例由于二极管正向导通电阻小，理想情况下可以看成零，相当开关接通；而反向电阻很大，理想情况下可以看成无穷大，相当开关断开。故在数字电路中，利用二极管的开关特性，构成各种逻辑电路。如图 2-23为二极管与门电路， 若二极管为理想的， 则若 A、 B 两端加 3V 电压 （高电平）时，两个二极管 DA、DB同时导通，则输出电压为Fu3V，为高电平；当 A 点加 3V 电压、B 点

17、加 0V 电压时，DB所加的正电压要比 DA大，故 DB优先导通，使得输出电压为Fu0V，为低电平；当 A点加 0V 电压、B 点加 3V 电压时，结论同上，Fu0V，为低电平；当A 和 B 点同时加 0V 电压时，DA、DB同时导通，Fu0V，为低电平。也就是说 A、B 两端只要有一个是低电平，输出为低电平；只有 A、B两端同时为高电平，输出才为高电平。 DADBAB+5VF图2-23 二极管与门电路R2开关电路例2-4电路如例2-4图所示。设输入 V，设二极管是理想的，试画出输出电压 的波形。例2-4图 双向限幅电路-5V5Vtt5Vouiu(b)-5V00把输出电压的最高电平限制在某一数值或某一范围内，称为限幅电路。 R+-+-D1D25V5Viu