第一章半导体二极管及其电路

第一章半导体二极管及其电路分析

半导体器件是构成电路的基本元件，构成半导体器件的材料是经过加工的半导体材料，因此半导体材料的性质在很大程度上决定了半导体器件的性能。1半导体二极管及其特性

2二极管基本应用电路 及其分析方法

3特殊二极管教学内容第一章半导体二极管及其电路分析难点：半导体二极管特性重点：半导体二极管在电路中的分析方法1.1.1二极管的结构与类型构成：PN结+管壳+引线=二极管(Diode)1.1半导体二极管及其特性分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型半导体二极管的类型稳压二极管按用途分整流二极管开关二极管检波二极管点接触型PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频小电流电路。半导体二极管面接触型PN结面积大，用于工频大电流整流电路。半导体二极管平面型二极管

往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。半导体二极管二极管的符号：阳极阴极半导体二极管1.1.2二极管的伏安特性半导体二极管二极管的伏安特性曲线可用下式表示正向特性Uth死区电压反向特性ISOuD/ViD/mA-U(BR)反向击穿U一正向特性iD

=0Uth=

0.5V

0.1V(硅管)(锗管)UUthiD急剧上升0U

Uth

UD(on)=(0.60.8)V硅管0.7V(0.10.3)V锗管0.2VOuD/ViD/mA正向特性Uth反向特性IS-U(BR)反向击穿-U(BR)

U0iD=IS(硅)<0.1A

几十A

(锗)U<-U(BR)反向电流急剧增大(反向击穿)二反向特性OuD/ViD/mA正向特性Uth反向特性IS-U(BR)反向击穿硅管的伏安特性锗管的伏安特性604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD

/mAuD/ViD

/mAuD

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.020三反向击穿特性：电击穿热击穿反向击穿原因：齐纳击穿：(Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。

(击穿电压

<6V)雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。—PN结未损坏，断电即恢复。—PN结烧毁。(击穿电压

>6V)四温度对二极管特性的影响：604020–0.0200.4–25–50iD

/mAuD/V20C90C随着温度的升高，正向特性曲线左移，即正向压降减小；反向特性曲线下移，即反向电流增大。

一般在室温附近，温度每升高1℃，其正向压降减小2-2.5mV；温度每升高10℃，反向电流大约增大1倍左右。半导体二极管1.1.3二极管的参数1.

IF—

最大整流电流(二极管长期连续工作时允许通过的最大正向平均电流)2.

UBR—

管子反向击穿时的电压半导体二极管3.

URM—

最高反向工作电压，实际上只按照U(BR)的一半来计算4.

IR

—

反向电流(管子未被击穿前的反向电流，该值越小单向导电性越好)6.

fM—

最高工作频率(二极管工作的上限频率，超过该频率时，结电容起作用，不能很好的体现单相导电性)。5.UD(on)—导通电压：二极管在正向电压工作时，管两端会产生正向电压降，其压降值越小管越好。硅为0.7V，锗为0.2V。半导体二极管半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：半导体二极管一、理想二极管特性曲线uDiD符号及等效模型：S正偏导通，uD=0；反偏截止，iD=0S1.2二极管基本应用电路及其分析方法半导体二极管二极管基本电路如图所示，VDD=10V，应用理想模型求解电路的UD和ID。例1ID=（VDD-UD）／R=（10-0）V／10KΩ=1mAUD=0V解：半导体二极管二、二极管的恒压降模型uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7V(Si)0.2V(Ge)iDuDU(BR)IFURMO半导体二极管硅二极管基本电路如图所示，试求电流I1,I2,IO,和UO例半导体二极管二极管的单向导电性应用很广，可用于：限幅、整流、开关、检波、元件保护等例：一限幅电路如图所示，R=1KΩ，VREF=3V。当Ui=6sinωt(V)时，利用恒压降模型绘出相应的输出电压UO的波形。二极管的恒压降为0.7V。②Ui>3.7V时D导通，UO=0.7+3=3.7V①Ui<3.7V时D截止，UO=Ui;半导体二极管1、限幅电路：它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部分。半导体二极管例：分析如图所示的硅二极管电路(1)已知Ui=6sinωt(V)时，利用理想模型绘出相应的输出电压UO的波形。例:二极管开关电路如图所示，当UA和UB为0V或5V时，求UA和UB的值不同组合情况下，输出电压Uo的值。设二极管是理想的。Ui1Ui2(单位V)二极管工作状态UO(单位V)VAVB00055055半导体二极管2、开关电路：利用二极管的单向导电性以接通或断开电路，这在数字电路中广泛应用。开关电路：或门例:二极管开关电路如图所示，当UA和UB为0V或5V时，求UA和UB的值不同组合情况下，输出电压Uo的值。设二极管是理想的。Ui1Ui2(单位V)二极管工作状态UO(单位V)D1D200055055截止截止截止截止导通导通导通导通0555半导体二极管半导体二极管3、整流电路：将交流电压转换成单方向的脉动的直流电压RLuiuouiuott二极管的应用举例1：二极管半波整流三小信号模型

如果二极管工作在V-I特性的某一小范围内工作时，则可以把V-I特性看成一条直线，其斜率的倒数就是动态电阻rd半导体二极管1.3特殊二极管◆1.3.1稳压管

稳压管又称齐纳二极管，它是一种特殊工艺制造的半导体二极管。它的符号如图所示。

当反向电压加到某一定值时UZ

，产生反向击穿，反向电流急剧增加，只要控制反向电流不超过一定值，管子就不会损坏。1、稳压管的伏安特性工作在反向击穿特性区_2、稳压管的主要参数①稳定电压UZ

指规定电流下稳压管的反向击穿电压。稳压管的稳定电压低的为3V，高的可达300V，它的正向电压约为0.6V。②稳定电流IZ（Izmin-Izmax

）

指稳压管工作在稳压状态时的参考电流。电流低于Izmin时稳压效果变坏，甚至根本不稳压。_

③额定功耗PZM

指稳压管的稳定电压与最大稳定电流的乘积。

④温度系数α

指温度每变化1℃时稳压值的变化量。VZ小于4V的管子具有负温度系数，VZ大于7V的管子具有正温度系数。4V至7V的管子温度系数非常小。

⑤动态电阻rz

指稳压管两端的电压变化与电流变化之比。曲线越陡，动态电阻愈小，稳压管的稳压性能愈好。接法：反接电阻R的作用：限流RL代表：负载

工作区：反向击穿3、稳压管的基本电路三、稳压管应用

例1：电路如图，求流过稳压管的电流IZ，R是否合适？最小（大）不能小（大）于多少？解：故，R是合适的。例2：电路如图，IZmax=50mA，R=0.15KΩ,UI=24V,IZ=5mA,UZ=12V，问当RL=0.2KΩ时，电路能否稳定，为什么？当RL

=0.8KΩ时，电路能否稳定，为什么？解：例3、电路如图，UI=12V，UZ=6V，R=0.15KΩ，IZ=5mA，IZMAX=30mA,问保证电路正常工作时RL

的取值范围解：其它类型二极管发光二极管光电二极管肖特基二极管◆发光二极管

发光二极管是通过电流时发光的一种器件，这是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。发出的光的波长由所使用的基本材料而定。它的符号如图所示。发光二极管基本电路工作区：正向偏置接法：正接作用：把电信号转换成光信号主要应用：作为显示器件◆光电二极管

光电二极管的结构与普通二极管类似，但在它的PN结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器件的PN结在反向偏置状态下运行，它的反向电流随光照度的增加而上升。它的符号如图所示。光电二极管基本电路接法：反接工作区：反向偏置作用：把光信号转换成电信号光电二极管的伏安特性肖特基二极管又称肖特基势垒二极管，是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管,简称肖特基二极管

特点：正向导通压降低，仅0.4V左右。它也有一些缺点：耐压比较低，漏电流较大。其多用作高频、低压、大电流整流二极管例4：已知u=10sin(t)V,UZ=6V,IZ=10mA，

Izmax=30mA,画出uo的波形，并求限流电阻R的最小值。例5：已知u=1