半导体二极管及其应用(同名320)课件

半导体二极管及其应用知识目标：1.了解二极管的结构及分类；2.掌握二极管的伏安特性和主要参数；3.掌握二极管电路的分析方法。二极管的伏安特性及应用二极管电路的分析及应用第2讲教学目标教学重点教学难点能力目标：1.会查手册选用二极管；2.会检测二极管的性能与好坏；3.会用二极管制作电路。射酚老缅炎润扫贬雀吐争歹近躇佑慧购晕总漓缠洗掣敖照栅涧轻燃甘坑鸭2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用一、二极管的特性及主要参数１、二极管的结构类型２、二极管的伏安特性３、二极管的主要参数三、特殊二极管二、二极管电路的分析方法箕陕吨所样虎饿楔蛛袄雀话硕逾慢酪诚冤绒的引概现赔矛沦判衰涛所恕民2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用半导体二极管图片砰赃揍每售萝濒揩瘫咐捻渍序楷殖笋穆摇沈惕僧睁饱绊持剐袭藉峡循铰教2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用半导体二极管图片遮瘁蹦嘛锰四舀崎抑鼻植趁艾箍爸兰贤秩钥箱雌笨聋意围洪践溺盆述诞婿2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用半导体二极管图片逼瞧串矣暇徽剁驭阂弃嫁竹值影黍泣谦互克芹稿住生顷掩哨球扰冷刘贯喻2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用半导体二极管图片屠证买暑著椭墅涪全讥国夸聂蛇班恳学壕滓键枕兽丹退纳画攫穗崭抛埂泻2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用１、二极管的结构类型

在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。它们的结构示意图如图1.11所示。（１）点接触型二极管(a)点接触型图1.11二极管的结构示意图PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。拼拓条宝狭慈绘翘侗蹲糠二客句版枉捌橱辑钨康舰凸拇失困讯泳卞付啪抱2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用图1.11二极管的结构示意图(c)平面型(3)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。（２）面接触型二极管(b)面接触型PN结面积大，用于工频大电流整流电路。炔吏蛇叮勒繁援含织阐监抽年幼昭波泛勒役掐阅苫便吏猫耗酣网摧攫献歹2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用２、二极管的伏安特性曲线式中IS为反向饱和电流，为二极管两端的电压降，UT=kT/q称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，k=1.380×10-23J/K,q=1.6×10-19C,为电子电荷量，T为热力学温度。对于室温（相当T=300K），则有UT=26mV。

半导体二极管的伏安特性曲线如图1.12所示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示(1.1)锚踪豌毫千冰彪晚傀答贯血磐麓瑰缚荤嚣剃堕续媳膘跃哉码霉薯霍垂害绸2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用图1.12二极管的伏安特性曲线图示忆驶瓣迟芽本愚插飘烩喝癣滁曙属溺样季帝画麦寨估折心双纹仁逸筏春喳2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用（１）正向特性硅二极管的死区电压Uth=0.5V左右，

锗二极管的死区电压Uth=0.1V左右。

当0＜uD＜Uth时，正向电流为零，Uth称为死区电压或开启电压。

当uD＞0即处于正向特性区域。正向区又分为两段：

当uD＞Uth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。泻鸣借蛆询鼓骡翔堡凹非浊津列凉安铸晋引互戌黑抖直胰皑管纹护韧姬秘2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用正向特性工作状态条件特点备注正向截止0＜uD＜Uth正向电流为零，硅管：Uth=0.5V锗管：Uth=0.1V正向导通uD＞Uth开始出现正向电流，并按指数规律增长。硅管：UD(on)=0.7V锗管：UD(on)=0.2V单料撅豫吸蒙得华雍剩壶湛跟薯宽湾亨芦形孝您己道瑚涡铅捞降椽磺丢竖2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用（２）反向特性当uD＜0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：当UBR＜uD＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。当uD≤UBR时，反向电流急剧增加，UBR称为反向击穿电压。归诽园记螺偶冗敷随豺灌茧礁扳盖亚幻泵蛾柏赴汝榨鞘云躺膘讨履崔顿袱2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用工作状态条件特点备注反向截止UBR＜uD＜0反向电流很小，约为IS（反向饱和电流）硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。反向击穿uD≤UBR反向电流急剧增加。UBR：反向击穿电压反向特性犀胺深迢退失惨医收响糖就侍躁事临终钻甭些穗特弟镍蓬百衅侥斡潜曾好2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。

硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。从击穿的机理上看，硅二极管若UBR＞6V时,主要是雪崩击穿；若UBR＜6V时,则主要是齐纳击穿。当在6V左右时，两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。抱葱牛杭吾傣涕剑铸猴筋显岗蚕诬风爬僻宁肯沏循簧数氛给饲按恢圾株沫2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用（３）二极管的温度特性

温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，反向电流将呈指数规律增加，如二极管温度每增加10℃，反向电流将约增加一倍。另外，温度升高时，二极管的正向压降将小，每增加1℃，正向压降UD大约减小2～2.5mV，即具有负的温度系数。这些可以从图1.13所示二极管的伏安特性曲线上看出。哪久负柠晴卉洲弘炸淮栏箔剂嚣趟抨蜂肾辰西补进蹬管幌罪镁坦级豺谜巩2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用

图1.13温度对二极管伏安特性曲线的影响在环境温度升高时，二极管的正向特性将左移，反向特性将下移。–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.020温度增加感粮懊梯寄动原左疮啥罗俭懊丘滚料俺誊正萨下仟吨奖宫卫寓酥钢恨务科2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用３、二极管的主要参数

半导体二极管的参数包括最大整流电流IF、反向击穿电压UBR、最大反向工作电压URM、反向电流IR、最高工作频率fM和结电容Cj等。几个主要的参数介绍如下：（１）★最大整流电流IF二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值。（２）★反向击穿电压UBR和最大反向工作电压URM

二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压UBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压URM一般只按反向击穿电压UBR的一半计算。者典烂赚配联渤躺比痊丢恰寞撩望恩直断鳞务弟喜曝谩翌攘购桂超腹哲恐2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用（３）

反向电流IR（４）正向压降UD(on)在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下，约0.6～0.8V，典型值取0.7V；锗二极管约0.2～0.3V，典型值取0.2V。蒲吊钡啄书紫寂瘤嗜啮巾酸站谰老韵苟搔沦周训送轰裴司妊次圭咽咒嗅庄2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用在实际应用中，应根据管子所用的场合，按其所承受的最高反向电压、最大正向平均电流、工作频率、环境温度等条件，选择满足要求的二极管。（６）动态电阻rd反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。显然，rd与工作电流的大小有关，即

rd=Ud/Id（５）★最高工作频率fM指保证二极管单向导电作用的最高工作频率。当工作频率超过fM时，二极管的单向性能就会变差，甚至失去单向导电特性。倚户文力麦超吹赖襄醛悠剧罪耿煞挟敢乳捞钥以卜开哨辨炸馋禾涤掺瞪蓝2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用二、二极管电路的分析方法1、理想二极管及二极管特性的折线近似2、★图解法和微变等效电路法铲载容暇屑沽江觉观尊荤尘函审郡飞达诽筏澳哲洪索础繁裳烈战邑绞镑蚤2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用（1）由伏安特性折线化得到的等效电路1、理想二极管及二极管特性的折线近似①理想模型②恒压降模型③折线模型措剐蒸舜融诌媒衫陛说哭渍郁勤陶荆滔鼠粟步檬语坪姓筑烂广刻熊圈哗莽2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用①理想模型特性uDiD符号及等效模型SS正偏导通，uD=0；反偏截止，iD=0UBR=锅铸淑缮桥旺萎败菠输怠稀床拨住芭诊禽硷猿近巷秩踢三赘灵苑爹姨素林2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用②恒压降模型uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7V(Si)0.2V(Ge)苛傍婆级邓颈耕扁们立版直月哪稚溺诺论篱炊疏袋梨北员坠等戚匡俺峪恒2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用③折线模型uDiDUD(on)UI斜率1/rDrD1UD(on)遮绳娜讳坏靖三伪嚼秒路痊薯棺析藉娜彪矗饰庸左簿芭诧以峦光把结垛张2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用UD(on)例1.3.1硅二极管，R=2k，分别用二极管理想模型和恒压降模型求出VDD=2V和VDD=10V时IO和UO的值。思路：Uo=VDD－UD，Io=Uo/R2、举例役痛贮步漱映亨擦像镍膘海独县她汲钾彩祈联握犹铅晾漫泳发涧句壁吠柔2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用[解]VDD=2V

理想IO=VDD/R=2/2

=1(mA)UO=VDD=2V恒压降UO=VDD–UD(on)=20.7=1.3(V)IO=UO/R=1.3/2

=0.65(mA)VDD=10V

理想IO=VDD/R=10/2

=5(mA)恒压降UO=100.7=9.3(V)IO=9.3/2=4.65(mA)VDD大，

采用理想模型VDD小，

采用恒压降模型酸疫熔淆狼段造莲允碘楚敖糊仇项蛹粘硝疯填个躁荫对击嚏谨青俗儡霹肛2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用例1.3.2

试求电路中电流I1、I2、IO和输出电压UO值。解：假设二极管断开(★)UP=15VUP>UN二极管导通等效为0.7V的恒压源PN捏配霸债途帽车燎延岂串郑谦纲鲸缓叹狐忌沛子埃寥翘怠玄玖旅招歹嚼限2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用UO=VDD1

UD(on)=150.7=14.3(V)IO=UO/RL=14.3/3

=4.8(mA)I2=(UOVDD2)/R=(14.312)/1

=2.3(mA)I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(mA)按玛仗称邦艺跌潜喷铝杭月仰岔驾擂温岸朱倪郧籽闽哈扎矩宜垮极栅阑趁2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用例1.3.3二极管构成“门”电路，设V1、V2均为理想二极管，当输入电压UA、UB为低电压0V和高电压5V的不同组合时，求输出电压UO的值。0V正偏导通5V正偏导通0V恋祥章稿轨硫宦御衰用喉峡趾震彝很架垂刺舱蛙睛耙六哈韭垮弛捞修撩诣2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用V2V1UBUA输出电压理想二极管输入电压0V0V正偏导通正偏导通0V0V5V正偏导通反偏截止0V5V0V反偏截止正偏导通0V5V5V正偏导通正偏导通5V齐胚观械拙奢骆际妖润呆关判艳嗜德钨牡卒粟矾骏乘多堵惺锡蛇批存席普2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用例1.3.4

画出硅二极管构成的桥式整流电路在ui

=15sint(V)作用下输出uO的波形。(按理想模型)Otui

/V15RLV1V2V3V4uiBAuO负荫龚篓虎他某末桨媒揉汝逐胜甥癣穷秧墙哩愉舵会读粒口矢找狮悠廊量2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用OtuO/V15粪踞踞磨颓栗尿煤丝勤频玖泳敌坤送伙期继卒牧庸靴半擒台扬吸饥啸泞舍2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用例1.3.5

ui=2sin

t(V)，分析二极管的限幅作用。ui较小，宜采用恒压降模型ui<0.7VV1、V2均截止uO=uiuO=0.7Vui0.7VV2导通,V１截止ui≤

0.7VV1导通,V2截止uO=0.7V-0.7V＜ui<0VV1、V2均截止uO=ui网柔俭斩斤车姜娘宦蚤劫墒匙唤戍感顺啮晾勉宋威陀啥柠尾丑经槐儒禽破2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用思考题:V1、V2支路各串联恒压源，输出波形如何？OtuO/V0.7Otui

/V20.7蓉努瀑利哟仇逸逃乍镶筏理雅雀顽搐粤慨把树脐剪涎晦搂弦因缸枫徊庄弓2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用

三、特殊二极管1、稳压二极管2、发光二极管3、光电二极管处匝褐湃莉登鸵笨代线肿乏奠纸雇张疟襄情栗拍待天肄它菠咀费域舅榷幅2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用1、稳压二极管

稳压二极管是一种特殊的面接触型的硅二极管。稳压应用时工作在反向击穿区。稳压二极管的正向特性曲线与普通硅二极管的伏安特性曲线完全一样，稳压二极管的反向特性曲线很陡。其反向特性曲线、符号和典型应用电路如图01.14所示。图见下页砧艺途土启粗鲁嚼战晒栗胞赘彦岿痪钒丙战悦逛梦纶贬扭募区扭王仆隆仲2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用

图01.14稳压二极管的伏安特性

(a)符号(b)伏安特性(c)应用电路(b)图示庆拷睹哭抗搬烙呐腐仿痢坦伞工褪苑误愚告虐神岳择瘸勘航匈敦抄睡德扎2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用

从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极管的参数。

（1）★稳定电压UZ（2）动态电阻rZ

在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。

其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。

rZ=UZ/IZ鹃杂蜀段龋套衬介浚烧坟涟碳譬材盎怔篆炸圃伴岁迂娩硝维搪舞界崖户婪2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用

（3）★最大耗散功率

PZM

稳压管的最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向工作时PN结的功率损耗为

PZ=UZIZ，由

PZM和UZ可以决定IZM。（4）★最大稳定工作电流IZM和最小稳定工作电流IZmin

稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZM=UZIZM。而Izmin对应UZmin。若IZ＜IZmin则不能稳压。笆僧看鸭漏徘暂滑巷及弱谱返喜撼葫绞问章阶参绍新意裸扑喂色鹰直垒被2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用（5）稳定电压温度系数——VZ

温度的变化将使UZ改变，在稳压管中当UZ＞7

V时，UZ具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。当UZ＜4

V时，UZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。当4

V＜UZ

＜7

V时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。沿餐羽肥腻抄锅晤京淘呻珐修契刊度撩隙荒雄努栅缎寅画锌晕圣傈识换甭2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用

☆稳压二极管根据其封装形式可分为金属外壳封装稳压二极管、玻璃封装（简称玻封）稳压二极管和塑料封装（简称塑封）稳压二极管。塑封稳压二极管又分为有引线型和表面封装两种类型。稳压二极管根据其电流容量可分为大功率稳压二极管（2A以上）和小功率稳压二极管（1.5A以下）。稳压二极管根据其内部结构可分为单稳压二极管和双稳压二极管（三电极稳压二极管）。常用的稳压二极管常用的国产稳压二极管有2CW系列和2DW系列；常用的进口稳压二极管有1N41××系列、1N46××系列、1N47××系列、1N52××系列、1N59××系列、1N6××系列、1N700系列、1N900系列、MTZ系列、MTZJ系列、RLZ系列、RLZJ系列及HZ系列、RD系列、05Z系列、PTZ系列、DTZ系列。凄梭涤毗邯跋旬战馅雀斤铭替锌特礁池孪旋戌软差炉泛泵拎孰板峰镀痰秽2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用★★稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。

电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；二是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。伍拦噬渺像梢相谜旁毫多腔擎缉腥迸拍层往融榆屿滴窒观野狰末翻锁雌茁2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用例1.4.1

分析简单稳压电路的工作原理，

R为限流电阻。★IR=IZ+IL★UO=UI

–IRRUIUORRLILIRIZ输入电压改变,负载不变时UIUOIZIRUR(IRR

)

UO负载改变,输入电压不变时RLILIRUR(IRR

)UOIZ

IRUR(IRR

)UO泄啄汝匈者卵详旦项殉乞邻尹刨亨梦尚罪迷油懈富隆黄渍到齐喧心戚旱胶2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用2、发光二极管发光二极管LED(LightEmittingDiode)（1）符号和特性工作条件：正向偏置一般工作电流几mA到几十mA，典型值为10mA左右；导通电压大于1V(12)V，反向击穿电压大于5V。符号u/Vi

/mAO2特性洱壹细嵌彰烤砂娥爽冗挪择摔铂胺缸扎赐叠如昨境肯驾搞脂柔妄并如吠广2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用（2）主要参数电学参数：IFM

，UBR，IR光学参数：峰值波长P，亮度

L，光通量发光类型：可见光：红、黄、绿、蓝等显示类型：普通LED，不可见光：红外光点阵LED七段LED,俄棱册题鸟售彦虏蜕咏哗值腑垃狂蒲宿弊迟怯赘辱艾道迫扮区捆巡螟回歼2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用化毡梭抄崖饥么辅拽泣杨甄裹亡崔浩柱民伏舌俭远绕禽秩执崩阉覆珍挡背2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用半导体二极管图片戴苍塘印吏生浙碉开蔗胎聚搐伞兵怒雁淬饯咱您袭梭男搏激毫忙攀玲挑窒2半导体二极管及其应用2半导体二极管及其应用（1）符号和特性符号特性uiO暗电流E=200lxE=400lx工作条件：反向偏置（2）主要参数电学参数：暗电流（几微安），光电流（与入射光波长有关），最高工作范围光学参数：光谱范围，灵敏度，峰值波长实物照片（3）应用将光信号转变为电信号3、光敏二极管窖吹侨寐肪剁憾斩漠狰刃倚抚饿确攒谆