关于半导体二极管

关于半导体二极管学习内容1.形形色色的二极管2.半导体3.半导体二极管的结构和类型4.二极管的伏安特性曲线5.二极管的主要参数6.二极管的检测方法7.二极管的等效电路及应用8.稳压二极管9.发光二极管第2页,共63页，2024年2月25日，星期天普通二极管整流管开关管形形色色的二极管第3页,共63页，2024年2月25日，星期天阻尼二极管高频二极管金属封装整流二极管形形色色的二极管第4页,共63页，2024年2月25日，星期天发光二极管形形色色的二极管第5页,共63页，2024年2月25日，星期天发光二极管形形色色的二极管第6页,共63页，2024年2月25日，星期天形形色色的二极管第7页,共63页，2024年2月25日，星期天快恢复二极管肖特基二极管形形色色的二极管第8页,共63页，2024年2月25日，星期天二极管的封装

用于电视机、收音机、电源装置等电子产品中的各种不同外形的二极管如下图所示。二极管通常用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳，外壳上一般印有标记以便区别正负电极。黑环为负极白环为负极螺栓端为负极金属封装二极管玻璃封装二极管塑料封装二极管第9页,共63页，2024年2月25日，星期天半导体几个概念1.绝缘体2.导体3.半导体4.举例说明（学生回答）干木头、导线等第10页,共63页，2024年2月25日，星期天半导体二极管的结构和类型

半导体二极管是由一个PN结及它所在的半导体再加上电极引线和管壳构成。结构类型按材料分类按结构分类按用途分类硅管，锗管点接触型普通二极管、整流二极管、开关二极管、发光二极管、稳压二极管、检波二极管、混频二极管、光敏二极管、便容二极管、光电二极管等面接触型硅平面型半导体二极管第11页,共63页，2024年2月25日，星期天常用二极管的符号、结构阳极阴极金属支架正极引线负极引线金锑合金P型硅铝合金小球N型硅片阳极引线阴极引线N型锗片金属触丝管壳二氧化硅保护层负极引线阳极引线N型硅P型硅符号面接触型点接触型硅平面型第12页,共63页，2024年2月25日，星期天面接触型二极管特点：结面积大、结电容大，允许通过较大的电流，适用于低频整流。硅平面型二极管特点：结面积大的可用于大功率整流；结面积小的，结电容大，适用于脉冲数字电路，作为开关管使用。点接触型二极管特点：结面积小，因此结电容小，允许通过的电流也小，适用于高频电路的检波或小电流的整流。特点第13页,共63页，2024年2月25日，星期天RWVRDRWVRD测正向特性测反向特性二、二极管的伏安特性正向电压：阳极高电位阴极低电位反向电压：阴极高电位阳极低电位PN正向电流反向电流第14页,共63页，2024年2月25日，星期天二极管理论伏安特性曲线OD段称为正向特性。OC段，正向电压较小(小于0.5V)，正向电流非常小，只有当正向电压超过某一数值时，才有明显的正向电流，这个电压称为死区电压，亦称开启电压。CD段，当正向电压大于死区电压后，正向电流近似以指数规律迅速增长，二极管呈现充分导通状态。1

正向特性ADCBiDuDOUBR第15页,共63页，2024年2月25日，星期天ADCBiDuDoUBROB段称为反向特性。这时二极管加反向电压，反向电流很小。当温度升高时，半导体中本征激发增加，是少数载流子增多，故反向电流增大，特性曲线向下降。3反向击穿特性BA段称为反向击穿特性当二极管外加反向电压大于一定数值时，反向电流突然剧增，称为二极管反向击穿。2反向特性二极管理论伏安特性曲线第16页,共63页，2024年2月25日，星期天小结：二极管的伏安特性硅管0.5V,锗管0.1V。反向击穿电压U(BR)导通压降

外加电压大于死区电压二极管才能导通。

外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。正向特性反向特性特点：非线性硅0.6~0.8V锗0.2~0.3VUI死区电压PN+–PN–+

反向电流在一定电压范围内保持常数。

半导体二极管第17页,共63页，2024年2月25日，星期天iDouD20406080100(mA)(v)-40-80-0.1-0.20.40.82AP15的伏安特性曲线2CP1020的伏安特性曲线~iDouD-200-10020406080100-10-30-2075℃20℃(mA)(v)(μA)12

材料开启电压（V）导通电压（V）反向饱和电流（μA）硅（Si）≈0.50.6~1<0.1锗（Ge）≈0.10.2~0.5

几十二极管的伏安特性对温度很敏感，温度升高时，正向特性曲线向左移，反向特性曲线向下移。第18页,共63页，2024年2月25日，星期天三、二极管的主要参数参数对器件性能的定量描述器件使用的极限条件两大类半导体二极管的主要参数最大整流电流IF最大反向工作电压UR反向电流IR最大工作频率fM二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。管子使用时允许加的最大反向电压。二极管未发生击穿时的反向电流值。二极管单向导电作用开始明显退化时的交流信号的频率。第19页,共63页，2024年2月25日，星期天四、二极管的使用常识1、二极管的型号2AP1

二极管N型锗材料普通管器件序号二极管型号的读识第20页,共63页，2024年2月25日，星期天2．二极管的选用

按材料分类，二极管主要有锗二极管和硅二极管两大类。前者内部多为点接触型结构，允许的工作温度较低，只能在100℃以下工作；后者内部多为面接触型或平面型结构，允许的工作温度较高，有的可达150~200℃。

普通二极管（如2AP等系列）的IFM较小，fM一般较高，主要用于信号检测、取样、小电流整流等

整流二极管（2CZ、2DZ等系列）的IFM较大，fM很低，广泛使用在各种电源设备中作整流元件

开关二极管（2AK、2CK等系列）一般IFM较小，fM较高，用于数字电路和控制电路中。

半导体二极管四、二极管的使用常识第21页,共63页，2024年2月25日，星期天五、二极管的检测方法MF47型万用表检测方法欧姆档R×10、R×100、R×1K说明：红为负，黑为正数字万用表检测使用方法检测二极管位置说明：红为正，黑为负第22页,共63页，2024年2月25日，星期天五、二极管的检测用万用表判断二极管极性示意图如图所示1、先将万用表电阻挡旋钮置于R×100或R×1k挡。2、用万用表红、黑表笔任意测量二极管两引脚间的电阻值。3、交换万用表表笔再测量一次。如果二极管是好的话，两次测量结果必定一大一小。4、以阻值较小的一次测量为准，黑表笔所接的二极管一端为正极，红表笔所接的二极管一端为负极。第23页,共63页，2024年2月25日，星期天用万用表检测普通二极管的好坏

测试图如图所示1、万用表置于R×1k挡。测量正向电阻时，万用表的黑表笔接二极管的正极，红表笔接二极管的负极。2、万用表置于R×1k挡。测量反向电阻时，万用表的红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极。3、根据二极管正、反向电阻阻值变化判断二极管的质量好坏。五、二极管的检测第24页,共63页，2024年2月25日，星期天总结：万用表检测普通二极管的好坏

将万用表拨到电阻挡的R×100或R×1k，，将万用表的红、黑表笔分别接在二极管两端，若测得电阻比较小(几kΩ以下)，再将红、黑表笔对调后连接在二极管两端，而测得的电阻比较大(几百kΩ)，说明二极管具有单向导电性，质量良好。测得电阻小的那一次黑表笔接的是二极管的正极。

如果测得二极管的正、反向电阻都很小，甚至为零，表示管子内部已短路。

如果测得二极管的正、反向电阻都很大，则表示内部已断路。第25页,共63页，2024年2月25日，星期天

六、特殊二极管

整流二极管、检波二极管、开关二极管具有相似的伏安特性曲线，均属于普通二极管。为了适应各种不同功能的要求，许多特殊二极管应运而生，如稳压管、发光管、光电管等。

6.1稳压管

1．工作特性及应用

稳压管又称齐纳二极管，实物外形见下图。通常用文字“V”代表，它是一种用特殊工艺制造的硅二极管，只要反向电流不超过极限电流，管子工作在击穿区并不会损坏，属可逆击穿，这与普通二极管破坏性击穿是截然不同的。稳压管工作在反向击穿区域时，利用其陡峭的反向击穿特性在电路中起稳定电压作用。

稳压管的外形及电路符号第26页,共63页，2024年2月25日，星期天

稳压管的伏安特性曲线如的正向特性与普通二极管相同。

反向特性曲线在击穿区域比普通二极管更陡直，这表明稳压管击穿后，通过管子的电流变化(ΔIz)很大，而管子两端电压变化(ΔVz)很小，或说管子两端电压基本保持一个固定值。

稳压管在电路中主要功能是起稳压作用。

稳压管的伏安特性曲线正向特性击穿特性第27页,共63页，2024年2月25日，星期天

2．稳压管主要参数

稳定电压VZ

指稳压管的反向击穿电压。

稳定电流IZ

指管子在正常工作时的参考电流值，其值在稳压区域的最大电流IZmax与最小电流IZmin之间。当流过管子的电流小于IZmin时管子不能起稳压作用。

最大稳定电流IZmax

指稳压管最大工作电流，超过IZmax时，管子将过热损坏。

耗散功率PZM

指管子不致因热击穿而损坏的最大耗散功率。它近似等于稳定电压与最大稳定电流的乘积，即PZM=VZ·IZmax。

动态电阻rZ

反映稳压管的稳压性能，动态电阻越小，稳压性能越好。

温度系数k

温度系数反映由温度变化引起的稳定电压变化。

第28页,共63页，2024年2月25日，星期天3．稳压二极管的检测

（1）检测方法与普通二极管相同，但稳压二极管的正向电阻比普通二极管的正向电阻要大一些（2）若需要对稳压二极管稳定电压做精确测量，则可用晶体管特性图示仪测量。第29页,共63页，2024年2月25日，星期天

6.2发光二极管

发光二极管是一种把电能变成光能的半导体器件。发光二极管由磷化镓、砷化镓等半导体材料制成，电路符号和实物照片见下图。

当给发光二极管加上偏压，有一定的电流流过时二极管就会发光，这是由于PN结的电子与空穴直接复合放出能量的结果。发光二极管的种类很多，按发光的颜色可分为：红色、蓝色、黄色、绿色，还有三色变色发光二极管和眼睛看不见的红外光二极管；按外形可分为：圆形、方形等。它们被广泛运用于电路的状态显示、信息显示、装饰工程、照明等领域。

通常，发光二极管通过10mA电流时，就可以发出强度令人满意的光线，高强度的发光二极管只需5mA左右电流就能正常发光。发光二极管电路符号发光二极管实物图第30页,共63页，2024年2月25日，星期天

1）极性判别

方法1：由管子的引脚长短识别，电极长的引脚为正极，短的引脚为负极。

方法2：用指针式万用表R×10k电阻挡测量，测得电阻小的（约几十千欧），其黑表笔接的引脚是正极，红表笔接的引脚是负极，同时可仔细观察到发光二极管发出的微弱光线。

2）质量的简易判别方法1：将指针式万用表置于R×10k电阻挡，测量其正向电阻应在几十千欧之内，反向电阻应大于几百千欧（通常为无穷大）为正常。方法2：将发光二极管长引脚（正极）插入万用表的NPN型“c极”插孔，短引脚（负极）插入“e极”插孔，则发光二极管正常发光。3）正、反电压降测量将数字万用表置于二极管挡，红表笔接二极管正极，黑表笔接负极，显示屏显示电压在1.8V左右，调换表笔再测试，显示为1V，则表示被测管合格。发光二极管的检测

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●发光二极管的管脚引线以较长者为正极，较短者为负极。如管帽上有凸起标志，那么靠近凸起标志的管脚就为正极。

●发光二极管好坏的判别可用万用表的R×10k挡测其正、反向阻值，当正向电阻小于50kΩ，反向电阻大于200kΩ时均为正常。如正、反向电阻均为无穷大，表明此管已坏。

应用提示

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6.3光电二极管

光电二极管又称为光敏二极管。光电二极管也是由一个PN结构成，但是它的PN结面积较大，通过管壳上的一个玻璃窗口来接收入射光。

当没有光照射时反向电阻很大，反向电流很小；当有光照射时，反向电阻减小，反向电流增大。

光电二极管电路符号光电二极管元件外形

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光电二极管是在反向电压作用下工作的，它的正极接较低的电平，负极接较高的电平。工作电路如图所示。没有光照时，反向电流极其微弱，称为暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为亮电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，该电流流经负载，产生输出电压UO，由此可以把光信号转换成电信号，故将其称为光电传感器件。光电二极管工作电路

6.3光电二极管光电二极管的工作原理及特性

第34页,共63页，2024年2月25日，星期天光电二极管的简易检测

（1）极性判别首先应在无光照的条件下用指针式万用表R×100或R×1k挡检测光电二极管的正负极性，检测方法同普通二极管的检测。

（2）性能检测使光电二极管处于反向工作状态，即万用表黑表笔接光电二极管的负极，红表笔接其正极，在没有光照射时，其阻值应在数十kΩ至数百kΩ，该电阻值称为暗电阻。再将光电二极管移到光线明亮处，其阻值应会大大降低，万用表指示值通常只有数kΩ，该电阻值称为亮电阻。检测示意图如图所示检测示意图

6.3光电二极管第35页,共63页，2024年2月25日，星期天变容二极管的图形符号

变容二极管像稳压二极管一样，工作于反向偏置状态。实物及图形符号如图所示

。6.4变容二极管第36页,共63页，2024年2月25日，星期天任务1、用指针式万用表测二极管正反向电阻记录方法：型号、正反向电阻2、用数字万用表测二极管正反向压降记录方法：型号、正反向压降3、用数字万用表测电容大小记录方法：电容识读的参数、数字万用表测量的数据第37页,共63页，2024年2月25日，星期天1、用指针式万用表测二极管正反向电阻

记录方法：型号、正反向电阻1N4007正向电阻9K反向电阻20M以上正向压降0.565V反向压降11N4728正向电阻13反向电阻20M以上正向压降0.678V反向压降1.589V1N4733正向电阻14K反向电阻20M以上正向压降0.678V反向压降11N4735正向电阻9K反向电阻20M以上正向压降0.710V反向压降11N4738正向电阻13K反向电阻20M以上正向压降0.690V反向压降1第38页,共63页，2024年2月25日，星期天1N47401N47411N47421N41481N58181N5819第39页,共63页，2024年2月25日，星期天G+-+-ER00∞G+-+-ER00∞二极管处于截止状态二极管处于导通状态二极管二极管-

+将多用电表调至R×1K档，将红、黑表笔分别于晶体二极管的两个引脚相接，当指针偏转幅度较大时，黑表笔所接一端是正极第40页,共63页，2024年2月25日，星期天G+-+-ER00∞G+-+-ER00∞二极管二极管发光不发光当把二极管的两个脚分别接在红黑表笔之间电阻很大，两脚反至接在红黑表笔之间电阻很小。就是好的二极管-+如何知道二极管是一个好的二极管第41页,共63页，2024年2月25日，星期天七、二极管的等效电路及应用为简化分析计算，在一定的条件下可以近似用某些线性电路来等效实际的二极管。（一）理想二极管等效电路当外加正向电压时，二极管导通，正向压降uD=0,相当于开关闭合；iDuD0D特性曲线的近似等效电路当外加反向电压时，二极管截止，反向电流IR=0，相当于开关断开。第42页,共63页，2024年2月25日，星期天(二）考虑正向压降的等效电路DKUD在二极管充分导通且工作电流不是很大时，可以近似认为UD为常数，用一个直流电压源UD来等效正向导通的二极管。当外加正向电压大于UD时，二极管导通，开关闭合，二极管两端压降为UD；当外加电压小于UD时，二极管截止，开关断开。特性曲线的近似等效电路iDuDUD0第43页,共63页，2024年2月25日，星期天（三）二极管电路的分析方法分析方法图解法计算分析法第44页,共63页，2024年2月25日，星期天二极管具有单向导电性，利用它可以进行单相桥式全波整流电路四个二极管D1~D4结成电桥形式D1D2D3D4RLABu0+-+-u整流电路交流电到直流电的转换。第45页,共63页，2024年2月25日，星期天当交流电源u>0时，二极管D1、D3导通，相当于开关闭合；D2、D4截止；相当于开关断开。D1D4D2D3+-AB+-u0RLu整流电路u>0时第46页,共63页，2024年2月25日，星期天当u<0时，二极管D2、D4导通，D1、D3截止。D1D2D4D3ABu0RL+--+u整流电路u<0时第47页,共63页，2024年2月25日，星期天uo(io）0π2π3πωt0π2π3πωtuuoio整流电路D4D1D2D3u+-uo+-RLio0π2π3πωtiDiD1,iD3iD2,iD4桥式全波整流电路及波形第48页,共63页，2024年2月25日，星期天uo(io）0П2П3Пωtuoio桥式全波整流输出电压uO的平均值UO为:U为交流电源u的有效值负载电阻RL中流过的电流iO的平均值IO为:整流电路第49页,共63页，2024年2月25日，星期天流过每个二极管的平均电流ID为IO的一半。即每个二极管在截止时，它的两端承受的最大反向电压就是交流电源电压u的峰值。记为：整流电路设计选择二极管时必须满足下列条件u+-uo+-RLio第50页,共63页，2024年2月25日，星期天限幅电路及波形限幅电路限幅电路常用于有选择地传输信号波形的一部分。当u>UR+UD时，二极管D导通,uO=UR+UD。当u<UR+UD时，二极管D截止,uO=u。在u的最大值及UR都远远大于UD的条件下采用理想二极管等效电路来分析。!uuu+-+-RRURURDK0.7vUDuOuO++--uOUR+UDωt0第51页,共63页，2024年2月25日，星期天五、稳压二极管工程中常用的符号新规定的符号稳压管是利用PN结的反向击穿特性来实现稳定电压作用的。第52页,共63页，2024年2月25日，星期天稳压管当稳压管反向击穿后，有较大的电流增量∆IZ。相应的管子两端的反向击穿电压（即稳压管的稳定电压UZ）只有很小的变化量∆UZ

。稳压管的特性曲线0IU∆UZUZIZIZM∆IZ第53页,共63页，2024年2月25日，星期天稳压管的主要参数1.稳定电压UZ。2.动态电阻rZ。3.稳定电流IZ。4.额定功耗PZM及最大稳定电流IZM5.电压温度系数参数第54页,共63页，2024年2月25日，星期天1.稳定电压UZUZ是当稳压管中的电流为规定的测试电流时，稳压管两端的电压。参数稳定电流是稳压管工作时的参考电流值，通常把手册上给定的稳压电流值看成稳压管正常工作时的电流下限。2.稳定电流IZ稳压管的特性曲线0IU∆UZUZIZIZM∆IZ第55页,共63页，2024年2月25日，星期天rZ=∆UZ/∆IZrZ越小，则反向击穿特性曲线越陡，稳压作用越好。3.动态电阻rZ

4.额定功耗PZM及最大稳定电流IZMPZM是由管子允许温升限定的最大功率损耗IZM=PZM/UZ0IU∆UZUZIZIZM∆IZI(mA)04481216812rZ(Ω)2CW1稳压管r-曲线ZI稳压管的特性曲线rZ是稳压管在稳定工作范围内，管子两端电压的变化量与相应的电流变化量之比，即：第56页,共63页，2024年2月25日，星期天5.电压温度系数132工作时一个管子处于正向导通状态，具有负温度系数；另一个管子处于反向击穿状态，具有正温度系数，二者互相补偿。具有温度补偿的稳压管电压温度系数越小，温度稳定性越好。温度变化1℃时，稳定电压变化的百分数第57页,共63页，2024年2月25日，星期天稳压管的主要参数1.稳定电压UZ2.动态电阻rZ3.稳定电流IZ4.