半导体二极管及其电路.ppt

1、1,a,第2章 半导体二极管及其电路,本章内容 2.1半导体二极管 2.2稳压二极管 2.3其他类型二极管,2,a,2.1半导体二极管,1 .半导体二极管的结构 2.二极管的伏安特性3 .二极管的参数 4.二极管的等效模型 5.二极管应用电路,本节要掌握以下五个内容,3,a,2.1.1、 半导体二极管的结构,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,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,4,a,3) 平面型二极管,往往用于集成电路制造艺中。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,

2、PN结面积大，用于工频大电流整流电路,b)面接触型,4) 二极管的代表符号,5,a,半导体二极管图片,6,a,7,a,8,a,2.1.2 半导体二极管的伏安特性,9,a,1) 近似呈现为指数曲线，即,2) 有死区（iD0的区域,1正向特性,死区电压约为,10,a,3) 导通后（即uD大于死区电压后,即 uD略有升高， iD急剧增大,11,a,第 三 讲,12,a,2反向特性,硅管小于0.1微安,锗管几十到几百微安,13,a,反向电流急剧增大,击穿的类型,电击穿,热击穿,二极管发生反向击穿,14,a,降低反向电压，二极管仍能正常工作,PN结被烧坏，造成二极管永久性的损坏,二极管发生反向击穿后，如

3、果,a. 功耗PD( = |UDID| )不大,b. PN结的温度小于允许的最高结温,热击穿,电击穿,15,a,温度每升高1度，正向压降减小22.5mV 温度每升高10度，反相饱和电流增加1倍,温度对伏安特性的影响,16,a,温度对半导体二极管特性的影响,1. 当温度上升时，死区电压、正向管压降降低,uD/ T = （22.5）mV/ C,2. 温度升高，反向饱和电流增大,即 温度每升高1C，管压降降低（22.5）mV,即 平均温度每升高10C，反向饱和电流增大一倍,不讲,17,a,2.1.4 半导体二极管的主要电参数,1. 额定整流电流IF,2. 反向击穿电压U(BR,管子长期运行所允许通过

4、的电流平均值,二极管能承受的最高反向电压,18,a,4. 反向电流IR,3. 最高允许反向工作电压UR,为了确保管子安全工作，所允许的最高反向电压,室温下加上规定的反向电压时测得的电流,UR=（1/22/3）U(BR,反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍,19,a,4.最高工作频率fM,最高工作频率是二极管工作的上限截止频率，超过 此值时，由于结电容的作用，二极管不能很好的体现单 向导电性,以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅

5、、保护等等,20,a,2.1.4、 二极管的等效模型,21,a,22,a,3折线模型,折线模型认为二极管的管压降不是恒定的，而是随着通过二极管电流的增加而增加，所以在模型中用一个电池和一个电阻rD来作进一步的近似。其中电池的电压为二极管的门坎电压Vth或者说导通电压VD(on)。rD的值，可以这样来确定，如当二极管的导通电流为1mA时，管压降为07V则： rD=（07 V-05 V）/（1mA）=200,23,a,4. 小信号模型,二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻,即,根据,得Q点处的微变电导,则,常温下（T=300K,24,a,四种模型比较,1、理想模型

6、误差大,2、折线模型误差最小,4、小信号模型只适用于二极管处于正向导通且信号变化幅度较小的情况,3、恒压降模型应用最普遍,25,a,1、二极管半波整流,2.1.5 二极管应用电路,26,a,2、 限幅电路,工作原理,a. 当ui较小使二极管D1 、D2截止时,电路正常放大,b. 当ui使二极管D1 或D2导通时,例题1,不讲,27,a,输入电压波形,28,a,输入端电压波形,29,a,Vi VR时，二极管导通，vo=vi,Vi VR时，二极管截止， vo=VR,例2：理想二极管电路中 vi= Vm sint V， 求输出波形v0,解,30,a,3.开关电路,利用二极管的单向导电性可作为电子开关

7、,0V 0V,导通 导通,导通 截止,截止 导通,截止 截止,0V 5V,5V 0V,5V 5V,0V,0V,0V,5V,例11：求vI1和vI2不同值组合时的v0值（二极管为理想模型,解,31,a,4、在检波电路中的应用（无线通信,用音频信号去控制高频信号的幅值,音频信号,高频信号,载波信号,调制的过程,不讲,32,a,33,a,2.2 稳压二极管,2.2.1稳压二极管的伏安特性,特点,a. 正向特性与普通管类似,稳压管通常工作于反向电击穿状态,伏安特性,b. 反向击穿特性很陡,34,a,1) 稳定电压VZ,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,rZ

8、 =VZ /IZ,3)最大耗散功率 PZM,4)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流 IZmin,稳压条件：IZmin IZ IZmax,2.2.2稳压二极管主要参数,35,a,温度每变化1C时UZ的相对变化率。即,UZ 6V管子出现雪崩击穿，U 为正,UZ 4V 出现齐纳击穿，U 为负,4V UZ 6V，U可能为正，也可能为负,5）温度系数,定义,36,a,硅稳压管稳压电路,37,a,不讲,38,a,39,a,不讲,40,a,41,a,负载电阻,要求当输入电压由正常值发生20%波动时，负载电压基本不变,稳压二极管的应用举例,稳压管的技术参数,解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的

9、电流为Izmax,求：电阻R和输入电压 ui 的正常值,方程1,42,a,令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为Izmin,方程2,联立方程1、2，可解得,43,a,2.3 其他类型二极管,一、 发光二极管,有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似,44,a,二、 光电二极管,反向电流随光照强度的增加而上升,45,a,三、变容二极管(varicap) 利用二极管的结电容以及该电容大小与外接电压有关的特点制成,四、肖特基二极管(SBD) 金属与N型半导体接触形成势垒，不存在少数载流子在PN结附近积累和消散过程，电容效应非常适合

10、高频,46,a,电阻量程 1 10 100 1k,测得电阻值 31 210 1.1 k 11.5 k,例1 用万用表测量二极管的正向直流电阻RF，选用的量程不同，测得的电阻值相差很大。现用MF30 型万用表测量某二极管的正向电阻，结果如下表，试分析所得阻值不同的原因,例题,47,a,48,a,49,a,例2:设二极管D1、D2为理想二极管，判断它们在图1中是导通还是截止？并求 Uo,解：假设D1、D2断开,D1的阳极为0V，阴极为-9V,D2的阳极为-12V，阴极为-9V,D1导通，D2截止，输出电压=0,50,a,例3：在图a和b所示的电路中，假设D是理想的，其输入信号为Ui=10sint(

11、v)。分别画出它们的输出波形和传输特性Uo=f(ui,解：假设D断开，图a，D的阳极5V，当Ui5V时，D截止，Uo=5V。 图b，D的阴极5V，Ui5V时，D导通， Uo=5V；Ui5V时，D截止，Uo=Ui,单向限幅,思考？如果用恒压降模型，vo波形如何,10,5,10,51,a,例4：双向限幅电路：如下图，设vi(t)=3sint , 利用恒压降模型，画出输出波形,解：恒压降模型电路为,V,0.7,0.7,假设D1、D2断开，D1阴极0.7V，D2阳极-0.7V， vi0.7V,D1导通，vo=0.7V,VD,vi-0.7V,D2导通,vo=-0.7V,0.7Vvi0.7V, D1、D2

12、均截止,vo=vi,52,a,例5：双向限幅电路：如下图，设vi(t)=3sint , Vth=0.5V，R=1K, rD=200,利用折线模型，画出输出波形,解：假折线模型电路为,0.92,0.5,0.5,假设D1、D2断开，D1阴极0.5V，D2阳极-0.5V,0.92,Vth,vi-0.5V,D2导通,vo= =(vi+Vth)rD/(R+rD)-Vth, Vom=-0.92V,0.7Vvi0.7V ,D1、D2均截止,vo=vi,vi0.5V,D1导通，vo=(vi-Vth)rD/(R+rD)+Vth,vom=0.92V,53,a,例2-5: 判断二极管的工作状态,判断方法： 正向偏置VAVB，导通； 反向偏置VAVB，截止,解题方法： 断开二极管2AP1， 求VA和VB,解： VA = 15 10/(10+140)=1V； VB = -102/(18+2) + 155 /(25+5)=1.5V； VAVB，所以，二极管2AP1截止,54,a,本章小结,本章主要介绍了半导体二极管的基本结构、伏安特性、主要 参数、等效模型及其工作电路的基本分析方法。具体归纳如下,1、一个PN结经封装并引出电极后就成了二极管。二极管和PN结 一样具有单项导电性。即加正向电