半导体器件基础第2讲.ppt

1、回 顾 上讲主要介绍了以下基本内容： PN结形成：扩散、复合、空间电荷区（耗尽层、势垒区、阻挡层、内建电场）、动态平衡 PN结的单向导电性：正偏导通、反偏截止 PN结的特性曲线： 正向特性：导通电压 反向特性：反向饱和电流、温度影响大 击穿特性：电击穿（雪崩击穿、齐纳击穿）、热击穿 PN结的电容效应：势垒电容、扩散电容,1.2.4 半导体二极管及其参数,二极管(Diode) = PN结 + 管壳 + 引线,结构：,分类：,1. 半导体二极管的结构及分类,按材料分：硅二极管、锗二极管,按结构分：点接触型、面接触型和平面型,(1) 点接触型二极管,PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路

2、。,(2) 面接触型二极管,PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。,(3) 平面型二极管,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。,半导体二极管的符号：,由P区引出的电极称为阳极（正极）,由N区引出的电极称为阴极（负极）,+,-,U,二、半导体二极管的伏安特性,反向饱和电流,电子电量,玻尔兹曼常数,当 T = 300K：,UT = 26 mv,温度的 电压当量,PN结两端的电压降,流过PN结的电流,当 u0 uUT时,当 u|U T |时,(1) 正向特性,(2) 反向特性,伏安特性曲线：,硅：0.5 V,硅：0.60.8V 典型值为0.7V,锗,硅,/m

3、A,/A,锗：0.10.3V,锗：0.1 V,2.半导体二极管的伏安特性,PN结的伏安特性曲线,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。,3. 半导体二极管的主要参数,（1）直流电阻R D ：指二极管两端所加直流电压与流过它的直流电流之比。,RD不是恒定值，在正向工作区域，RD随UD增大而减小，在反向工作区域，RD随UD增大而增大。,（2）交流电阻r d ：指二极管在其工作点Q（UDQ,IDQ)处的电压微变量与电流微变量之比。,r d 几何意义：指二极管伏安特性曲线上Q

4、点处切线斜率的倒数。,据伏安特性方程，可得,(3) 最大整流电流IFM,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。,(4) 反向击穿电压UBR,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。,最大反向工作电压URM,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。,(5) 反向电流IS,在室温下，在规定的反向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。,(6) 最高工作频率fM,由PN结的结电容大小决定，二极管的工作频率超过fM时，单向导电性变差。,1.2.5 二极

5、管的电路模型,1.理想模型,理想模型是指在正向偏置时，其管压降为零，相当于开关的闭合。当反向偏置时，其电流为零，阻抗为无穷，相当于开关的断开。具有这种理想特性的二极管也叫做理想二极管。,在实际电路中当电源电压远远大于二极管的管压降时，利用此模型分析是可行的。,2.定压降模型,定压降模型是指二极管在正向导通时，其管压降为恒定值；截止时反向电流为零。硅管的管压降0.7V，锗管的管压降为0.3V。,3.分段线性模型,二极管正向电压大于UD(ON)后其电流I与U 成线性关系，直线斜率为1/RD。二极管截止时反向电流为零。,二极管的应用举例,例1 钳位电路 电路如图所示，若UA、UB两点电位分别为0V、

6、3V不同组合时，计算输出电压UO值，并分析二极管的工作状态。设二极管为硅二极管，导通压降为0.7V。,(1) UA=0 V UB=0 V,VD1、VD2均正向导通,UO0.7 V,(2) UA=3 V UB=3 V,VD1、VD2均正向导通,UO3.7 V,(3) UA=0V UB=3V,VD1正向导通 VD2截止,UO0.7 V,二极管VD1两端电位差大而优先导通,(4) UA=3V UB=0V,VD2正向导通 VD1截止,UO0.7 V,二极管VD2优先导通,如何判断二极管是否导通： 判断二极管工作状态时，可 先将二极管断开，然后比较 两极电位。如果处于正偏， 则二极管导通；否则截止。 电

7、位差大的优先导通。,例2：写出图示各电路的输出电压值，设二极管导通电压UD=0.7V。,UO1=1.3V,UO2=0V,UO3= -1.3V,例3 ui = 2 sin t (V)，画出输出电压uo的波形 。,ui 较小，宜采用恒压降模型,0.7 v ui 0.7 v,u1、u2 均截止,uO = ui,uO = 0.7 v,ui 0.7 v,u2 导通 u1截止,ui 0.7 v,u1 导通 u2 截止,uO = 0.7 v,思考题:,v1、v2 支路各串联恒压源，输出波形如何？,ui =5sin t (V)，画出输出电压uo的波形 。 二极管是理想的。,练习,估算图示电路中流过二极管的电流

8、ID和U， 二极管是理想的。,练习,1.3 特殊二极管,稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管,反偏电压UZ 反向击穿,电路符号：,U,I,IZmin,稳压误差,曲线越陡，电压越稳定。,UZ,1.3.1 稳压二极管,稳压原理：,根据电路图可知,UIUOUZIZIRURUO,IR,使用稳压管注意事项：在工作时反接， 并串入一只电阻。电阻的作用一是起限 流作用，保护稳压管；其次是当输入电 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。,限流电阻R的选择,(2) 在Ui最低和IL最大时，流过稳压管的电流最小，这时应保证IZ不小于稳压管最小电

9、流值。,(1) 在Ui最高和IL最小时，流过稳压管的电流最大，此时电流不能高于稳压管最大稳定电流。,限流电阻R的选择范围为：RminR Rmax,1. 稳压管的稳压区是其工作在（ ）。 A.正向导通区 B. 反向截止区 C. 反向击穿区,练习,现有两只稳压管，它们的稳定电压分别是6V和8V，正向导通电压是0.7V，试问： (1)若将它们串联连接，可得到几种稳压值？各为多少？ (2)若将它们并联连接，又可得到几种稳压值？各为多少？,稳压管串联有四种接法：,稳压管并联有四种接法：,3、如图，已知UZ=10V，负载电压UL（ ） （） 5 （）10 （）15 （）20,A,UL,稳压管的工作条件 （）必须工作在反向击穿状态。 （）电路中应有限流电阻，以保证反向电流不超过允许范围。,4、已知ui = 6sint，UZ =3V，画输出波形。,3,3,O,O,1.3.2 变容二极管,1.3.3 发光二极管,有正向电流流过时，发 出一定波长范围的光，目前 的发光管可以从红外到可 见波段的光，它的电特性 与一般二极管类似。,1.3.4 光电二极管,反向电流随光照度的增加而增大。,半导体二极管,小 结