半导体二极管课件

半導體二極體1.3.1半導體二極體的結構類型

在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極體。二極體按結構分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。它們的結構示意圖如圖01.11所示。(1)點接觸型二極體PN結面積小，結電容小，用於檢波和變頻等高頻電路。(a)點接觸型

圖01.11二極體的結構示意圖(3)平面型二極體

往往用於積體電路製造工藝中。PN結面積可大可小，用於高頻整流和開關電路中。(2)面接觸型二極體PN結面積大，用於工頻大電流整流電路。(b)面接觸型二極體符號

圖01.11二極體的結構示意圖(c)平面型1.3.2半導體二極體的伏安特性曲線

式中IS為反向飽和電流，V為二極體兩端的電壓降，VT=kT/q

稱為溫度的電壓當量，k為玻耳茲曼常數，q

為電子電荷量，T為熱力學溫度。對於室溫（相當T=300K），則有VT=26mV。

半導體二極體的伏安特性曲線如圖01.12所示。處於第一象限的是正向伏安特性曲線，處於第三象限的是反向伏安特性曲線。根據理論推導，二極體的伏安特性曲線可用下式表示:(1.1)圖01.12二極體的伏安特性曲線圖示(1)正向特性

矽二極體的死區電壓Vth=0.5V左右，

鍺二極體的死區電壓Vth=0.1V左右。

當0＜V＜Vth時，正向電流為零，Vth稱為死區電壓或開啟電壓。

當V＞0即處於正向特性區域。正向區又分為兩段：

當V＞Vth時，開始出現正向電流，並按指數規律增長。(2)反向特性當V＜0時，即處於反向特性區域。反向區也分兩個區域：

當VBR＜V＜0時，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時的反向電流也稱反向飽和電流IS

。

當V≥VBR時，反向電流急劇增加，VBR稱為反向擊穿電壓。

在反向區，矽二極體和鍺二極體的特性有所不同。

矽二極體的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽和電流也很小；鍺二極體的反向擊穿特性比較軟，過渡比較圓滑，反向飽和電流較大。

從擊穿的機理上看，矽二極體若|VBR|≥7V時,主要是雪崩擊穿；若|VBR|≤4V時,則主要是齊納擊穿。當在4V～7V之間兩種擊穿都有，有可能獲得零溫度係數點。1.3.3半導體二極體的參數

半導體二極體的參數包括最大整流電流IF、反向擊穿電壓VBR、最大反向工作電壓VRM、反向電流IR、最高工作頻率fmax和結電容Cj等。幾個主要的參數介紹如下：

(1)最大整流電流IF——二極體長期連續工作時，允許通過二極管的最大整流電流的平均值。(2)

反向擊穿電壓VBR——和最大反向工作電壓VRM

二極體反向電流急劇增加時對應的反向電壓值稱為反向擊穿電壓VBR。

為安全計，在實際工作時，最大反向工作電壓VRM一般只按反向擊穿電壓VBR的一半計算。

(3)反向電流IR

(4)正向壓降VF(5)動態電阻rd

在室溫下，在規定的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。矽二極體的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極體在微安(

A)級。

在規定的正向電流下，二極體的正向電壓降。小電流矽二極體的正向壓降在中等電流水準下，約0.6～0.8V；鍺二極體約0.2～0.3V。

反映了二極體正向特性曲線斜率的倒數。顯然，rd與工作電流的大小有關，即

rd=

VF/

IF1.3.4半導體二極體的溫度特性

溫度對二極體的性能有較大的影響，溫度升高時，反向電流將呈指數規律增加，如矽二極體溫度每增加8℃，反向電流將約增加一倍；鍺二極體溫度每增加12℃，反向電流大約增加一倍。

另外，溫度升高時，二極體的正向壓降將減小，每增加1℃，正向壓降VF(VD)大約減小2mV，即具有負的溫度係數。這些可以從圖01.13所示二極體的伏安特性曲線上看出。

圖01.13溫度對二極體伏安特性曲線的影響1.3.5半導體二極體的型號國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：半導體二極體圖片半導體二極體圖片半導體二極體圖片1.3.6穩壓二極體

穩壓二極體是應用在反向擊穿區的特殊矽二極體。穩壓二極體的伏安特性曲線與矽二極體的伏安特性曲線完全一樣，穩壓二極體伏安特性曲線的反向區、符號和典型應用電路如圖01.14所示。

圖01.14穩壓二極體的伏安特性

(a)符號(b)伏安特性(c)應用電路(b)(c)(a)

從穩壓二極體的伏安特性曲線上可以確定穩壓二極體的參數。

(1)穩定電壓VZ——(2)動態電阻rZ——

在規定的穩壓管反向工作電流IZ下，所對應的反向工作電壓。

其概念與一般二極體的動態電阻相同，只不過穩壓二極體的動態電阻是從它的反向特性上求取的。rZ愈小，反映穩壓管的擊穿特性愈陡。

rZ=

VZ/

IZ

(3)最大耗散功率

PZM

——

穩壓管的最大功率損耗取決於PN結的面積和散熱等條件。反向工作時PN結的功率損耗為

PZ=VZIZ，由

PZM和VZ可以決定IZmax。

(4)最大穩定工作電流

IZmax和最小穩定工作電流IZmin————

穩壓管的最大穩定工作電流取決於最大耗散功率，即PZmax=VZIZmax。而Izmin對應於VZmin。若IZ＜Izmin，則不能起穩壓作用。(5)穩定電壓溫度係數——

VZ

溫度的變化將使VZ改變，在穩壓管中當

VZ

＞7

V時，VZ具有正溫度係數，反向擊穿是雪崩擊穿。當

VZ

＜4

V時，VZ具有負溫度係數，反向擊穿是齊納擊穿。當4

V＜

VZ

＜7

V時，穩壓管可以獲得接近零的溫度係數。這樣的穩壓二極體可以作為標準穩壓管使用。

穩壓二極體在工作時應反接，並串入一只電阻。電阻的作用一是起限流作用，以保護穩壓管；其次是當輸入電壓或負載電流變化時，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調節穩壓管的工作電流，從而起到穩壓作用。光電二極體

利用半導體的光敏特性，其反向電流隨光照強度的增加而上升。IV照度增加符號1.3.7特殊二極體簡介2.發光二極體

有正向電流流過時，發出一定波長範圍的光，目前的發光管可以發出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極體類似，正向電壓較一般二極體高，電流為幾~幾十mA符號二極體電路分析舉例定性分析：判斷二極體的工作狀態導通截止否則，正向管壓降矽0.6~0.7V鍺0.2~0.3V分析方法：將二極體斷開，分析二極體兩端電位的高低或所加電壓UD的正負。若V陽

>V陰或UD為正，二極體導通（正向偏置）若V陽

<V陰或UD為負，二極體截止（反向偏置）

反向截止時二極體相當於斷開。若二極體是理想的，正嚮導通時正向管壓降為零，電路如圖，求：UABV陽=－6V，V陰=－12V，V陽

>V陰，二極體導通，若忽略管壓降，二極體可看作短路，UAB=－6V。

實際上，UAB低於－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：

取B點作為參考點，斷開二極體，分析二極體陽極和陰極的電位。D6V12V3k

BAUAB+–例2:電路如圖，求：UAB

若忽略二極體正向壓降，二極體VD2可看作短路，UAB=0V，VD1截止。VD１6V12V3k

BAVD2UAB+–

取B點作參考點，V1陽=－6V，V2陽=0V，V1陰=V2陰，由於V2陽電壓高，因此V