第1章 常用半导体器件(2)1.2二极管.ppt

1、内容回顾,1、半导体的独有特性：光敏、热敏、杂敏特性。,2、本征半导体的导电特性 1）半导体中含有两种载流子为电子和空穴; 2）本征半导体电子和空穴成对出现,浓度相等; 3） 半导体的导电性和温度有关。,注意：多数载流子的数量多少取决于半导体中掺入杂质的浓度，掺入杂质的浓度的浓度越高多数载流子的数量越多； 少数载流子的浓度多少取决于半导体所在环境的温度，半导体所在环境的温度高载流子的数量多。,3、杂质半导体,1）N型半导体：自由电子为多数载流子; 空穴为少数载流子。 2）P型半导体：空穴为多数载流子; 自由电子为少数载流子。,4、PN结的导电特性单向导电性。,2） PN结加反向电压截止。,1）

2、 PN结加正向电压导通；,1.2 半导体二极管,一、半导体二极管的结构、符号和分类,2、二极管的符号：文字（字母）符号-D,1.2 半导体二极管,1、基本结构：将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了半导体二极管。 由P区引出的电极为阳极（A） ， 由N区引出的电极为阴极（K）。,D,3、分类,2 ）按结构分:,1）按材料分：硅二极管、锗二极管。,点接触型二极管： 适用于小信号的整流和在高频检波等电路中工作。 面接触型二极管： 适用于在低频电路中工作，通常用作整流管。 平面型二极管： 在电路中用作脉冲数字电路中的开关管或大功率整流。,*二、伏安特性二极管两端的电压与通过二极管电流的关系曲

3、线，函数表示为：i = f(u)。,导通压降: 硅管0.60.7V,锗管0.20.3V。,反向击穿电压UBR,1、伏安特性曲线,反向截止,二极管加正向电压,二极管加反向电压,导通压降: 硅管0.60.7V, 锗管0.20.3V。,反向击穿电压UBR,2、二极管的工作情况: 用特性曲线说明：,正向导通,正向截止,反向截止,二极管的工作区,二极管非工作区,环境温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，反向特性曲线下移。在室温附近,温度每升高1C,正向压降减小22.5mV;温度每升高10C，反向电流约增大1倍。二极管的特性对温度很敏感。,温度对二极管伏安特性的影响,三、 二极管的主要参数,1.最大整流

4、电流IF,2.最高反向工作电压UR,二极管长期运行时允许通过的最大平均电流。,二极管工作时允许加的最大反向电压，通常为击穿电压的一半。,二极管的参数是对其特性和极限应用的定量描述， 是设计电路时选择器件的主要依据。,由于二极管的特性是非线性的，为了分析问题的简单、方便，可在特定情况下对其进行线性化处理，即用线性化的等效模型来代替二极管。,四、二极管的等效电路,1、当二极管两端电压远小于与之串联的元器件电压，流过二极管的电流远小于与之并联分支电流时，可将二极管理想化。 认为：二极管正向导通,导通电压为0，反向截止，截止电流为0。相当于开关。,2、当二极管两端电压超过导通电压时，认为二极管导通，导

5、通电压为Uon； 当二极管两端电压导通电压或者为负电压时，认为：二极管截止,截止电流为0。相当于具有导通电压为Uon的开关。,Q,iD,uD,3、当二极管正向电压大于开启电压Uon时，通过二极管的电流与其两端电压成线形关系；加反向电压二极管截止,截止电流为0。,1、如图所示,已知电路以及电路的输入信号波形，要求画出电路的输出信号波形（设UD=0）（D整流）,t,t,u,o,0,u,i,0,五、二极管的应用,2、画出二极管电路的输出波形（设UD=0.7V） （二极管限幅）,0.7V,0.7V,-3V,如果要求电路双向限幅电路如何组成？,六、 稳压二极管及应用,1. 稳压管的结构特点、伏安特性、工

6、作情况。,结构特点：基本结构仍然为一个PN结； 但与普通二极管相比，几何尺寸大、掺杂浓度高、散热条件好，工作时反向击穿为非破坏性反向击穿（即反向电压去掉以后，稳压管能恢复单向导电性）。,稳压管的符号,伏安特性:,即UBR几乎为定值（作为UZ）；或当UZ有微小变化时， IZ有很大变化。利用此特性稳压管工作在反向击穿区时起稳压作用。,在正向特性区和反向截止区稳压管特性曲线与普通二极管的特性曲线基本一样。,在反向击穿区，稳压管特性曲线更加陡直。,18,工作情况：,稳压管正常工作时在电路中加反向电压，起稳压作用，稳定电压为UZ。,由于稳压管的结构特征，稳压管的制作工艺、制作成本等比普通二极管要高，所以

7、一般不作普通二极管用。,2. 稳压管的主要参数,稳定电压UZ 即反向击穿电压,UZ是指稳压管被反向击穿后在电流为规定值时， 管子两端的电压值。,稳定电流IZ,额定功耗PZM,IZ是稳压二极管正常工作时的参考电流。工作电流小于此值时，稳压二极管将失去稳压作用。,PZM 等于稳定电压UZ与最大稳定电流IZM （或 IZmax ） 的乘积。,*3. 稳压管的稳压条件,稳压管正向工作和反向截止时与普通二极管的特性完全相同。,必须工作在反向击穿状态，稳定电压为UZ；,流过稳压管的电流在IZ和IZM之间 。,注意！,4. 稳压管的应用典型应用电路并联型稳压电路,RL为负载电阻， R 限流电阻。 当UI变化

8、时，由于稳压管和R的共同作用，使输出UO不变。,【例】两只稳压管的稳压值分别为5V和10V，正向导通电压为0.7V,将他们串联或者并联，外电路提供足够大的电压，可能得到几种电压值？,15V,5.7V,10.7V,1.4V,解：两只稳压管串联：,5V,0.7V,两只稳压管并联：,七、 特殊二极管,1. 发光二极管：是一种将电能转换为光能的半导体器件。它由一个PN结构成,当发光二极管正偏时，注入到N区和P区的载流子被复合时，会发出可见光和不可见光。注意：发光二极管的开启电压比普通二极管的大。,2. 光电二极管：是一种将光能转换为电能的半导体器件，其结构与普通二极管相似，只是管壳上留有一个能入射光线

9、的窗口。光电二极管利用半导体的光敏特性，将接收到的光的变化转换成电流的变化，实现光、电转换。,【例1】电路如图所示，二极管的导通电压UD约为0.7V。试分别计算开关断开和闭合时输出电压的数值。,当开关断开时，二极管因加正向电压而处于( )状态，故输出电压为：,导通,分 析,例题,【例1】电路如图所示，二极管的导通电压UD约为0.7V。试分别计算开关断开和闭合时输出电压的数值。,当开关闭合时，二极管外加反向电压，因而（ ），故输出电压为：,分 析,截止,UO4( )， UO5( )， UO6( ),【例2】写出图所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压UD 0.7V。,2V,1.3V,2V,UO

10、1( ),UO2( ),UO3( ),1.3V,1.3V,0,半导体二极管：,1、二极管的符号：,内容回顾,2、伏安特性,导通压降: 二极管导通,反向击穿电压UBR,正向导通,正向截止,反向截止,二极管的工作区,二极管非工作区,3、二极管的主要参数,1.最大整流电流IF,2.最高反向工作电压UR,4、二极管的等效电路,5、稳压二极管及应用,1）稳压管符号,2） 稳压管的伏安特性曲线,3） 稳压管的主要参数:,稳定电压UZ,稳压电流IZ,额定功耗PZM,4） 稳压管的稳压条件:,（1） 必须工作在反向击穿状态；,（2） 流过稳压管的电流在IZ和IZM之间 。,P69 作业：习题1-2 1-3 1

11、-5题。,【例3】已知稳压管的UZ=6V, 最小电流IZmin=5mA, 最大电流IZmax=25mA。 （1）分别计算UI为10V、15V、35V时输出UO的值。 （2）若UI为35V时负载开路，则会出现什么现象？,解题思路,假设稳压管不工作（开路），求出其两端电压，是否满足稳压条件； 假设稳压管工作（稳压），看其是否满足稳压条件。,解：假设稳压管不工作,Uo,UI为10V时 UO = UI RL/(RL+R)=3.33V, UO UZ,稳压管不工作，UO=3.33V,【例3】已知稳压管的UZ=6V, 最小电流IZmin=5mA, 最大电流IZmax=25mA。 （1）计算UI为10V时输出UO的值。,解：假设稳压管不工作,UI为20V时 UO = UI RL/(RL+R)=6.7V,UO UZ, UO=6V,【例3】已知UZ=6V, IZmin=5mA, IZmax=25mA。 （1）计算UI20V时输出UO的值。,假设稳压管工作,IR=(UI-UZ)/R=18mA,IL=UZ/RL=12mA, IZmin IDZ IZmax,IDZ = IR- IL =6mA,解：UI为35V时,同理可求