第1章 半导体二极管及其应用电路

1、第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 1. 导体：导体：电阻率电阻率 109 cm的的物质。如橡胶、物质。如橡胶、 塑料等。塑料等。 3. 半导体：半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物导电性能介于导体和绝缘体之间的物 质。质。如如硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物。 通常情况下纯净半导体的导电能力较差，但随着通常情况下纯净半导体的导电能力较差，但随着 外界条件改变，其导电能力会有较大改变外界

2、条件改变，其导电能力会有较大改变。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 半导体具有以下特性：半导体具有以下特性： (1)热敏特性热敏特性：当半导体受热时，电阻率会发生变化，：当半导体受热时，电阻率会发生变化， 利用这个特性制成热敏元件。利用这个特性制成热敏元件。 (2)光敏特性：光敏特性：当半导体受到光照时，电阻率会发生改当半导体受到光照时，电阻率会发生改 变，利用这个特性制成光电器件。变，利用这个特性制成光电器件。 (3)掺杂特性：掺杂特性：在纯净的半导体中掺入某种微量的杂质在纯净的半导体中掺入某种微量的杂质 后，它的导电能力就可后，它的导电能力就可增加几十万乃

3、至几百万倍增加几十万乃至几百万倍。利。利 用这种特性制成各种不同用途的半导体器件。用这种特性制成各种不同用途的半导体器件。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 现代电子学中，用得最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，用得最多的半导体是硅和锗，它们 的最外层电子（价电子）都是四个。的最外层电子（价电子）都是四个。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 硅和锗的晶体结构硅和锗的晶体结构 四价元素的原子常常用四价元素的原子常常用 + 4 电荷的正离子和周围电荷的正离子和周围 4个个 价电子表示。价电子表示。 +4 简化模型简化模型 电子器件

4、所用的半导体具有晶体结构，因此把半导电子器件所用的半导体具有晶体结构，因此把半导 体也称为体也称为晶体晶体。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 +4 +4 +4+4+4 +4 +4 +4 +4 完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导 体称为体称为本征半导体本征半导体。 将硅或锗材将硅或锗材 料提纯便形成单料提纯便形成单 晶体，它的原子晶体，它的原子 结构为共价键结结构为共价键结 构。构。 价价 电电 子子 共共 价价 键键 在绝对在绝对0度（度（T=0K），价电子被共价键束缚着，本征半），价电子被共价键束缚着，本

5、征半 导体中没有可以运动的带电粒子（即导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子载流子），它的导电能），它的导电能 力为力为0，相当于绝缘体，相当于绝缘体。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 +4 +4 +4 +4+4 +4+4+4 +4 自由电子自由电子 空穴空穴 当温度升高或受光照当温度升高或受光照 时时 ，将有少数价电子克服，将有少数价电子克服 共价键的束缚成为共价键的束缚成为自由电自由电 子子，在原来的共价键中留，在原来的共价键中留 下一个空位下一个空位空穴。空穴。 T 自由电子自由电子和和空穴空穴使使本本 征半导体具有导电能力，征半导体具有导电能力， 但很

6、微弱。但很微弱。 空穴可看成带正电的载流子空穴可看成带正电的载流子 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 1. 半导体中两种载流子半导体中两种载流子 带负电的带负电的自由电子自由电子 带正电的带正电的空穴空穴 2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现， 称为称为 电子电子 - 空穴对。空穴对。 3. 本征半导体中本征半导体中自由电子的浓度自由电子的浓度等于等于空穴的浓度。空穴的浓度。 4. 由于物质的运动，自由电子和空穴不断地产生又由于物质的运动，自由电子和空穴不断地产生又 不断地复合。不断地复合。在一定的温度下，产生

7、与复合运动会达到在一定的温度下，产生与复合运动会达到 平衡，载流子的浓度就一定了。平衡，载流子的浓度就一定了。 5. 载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升 高，基本按指数规律增加。高，基本按指数规律增加。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 杂质半导体有两种杂质半导体有两种 N 型半导体型半导体 P 型半导体型半导体 在硅或锗的晶体中掺入少量的在硅或锗的晶体中掺入少量的 五价五价杂质元素，如杂质元素，如 磷、锑、砷等，即构成磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体型半导体(或称电子型半导或称电子型半导 体体)。 常用的常用

8、的 五五 价杂质元素有磷、锑、砷等。价杂质元素有磷、锑、砷等。 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半 导体的导电性能发生显著变化。导体的导电性能发生显著变化。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 本征半导体掺入本征半导体掺入 五价元素后，原来晶体中的某五价元素后，原来晶体中的某 些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个个 价电子，其中价电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只个与硅构成共价键，多余一个电子只 受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。受自身

9、原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。 +4 +4 +4 +4+4 +4+4+4 +4+5 自由电子自由电子 施主原子施主原子 电子称为多数载流子电子称为多数载流子 空穴称为少数载流子空穴称为少数载流子 五价杂质原子称为五价杂质原子称为施施 主原子。主原子。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 +4 +4 +4 +4+4 +4+4+4 +4 在硅或锗的晶体中掺入少量的在硅或锗的晶体中掺入少量的 三价三价杂质元素，如硼、杂质元素，如硼、 镓、铟等，即构成镓、铟等，即构成 P 型半导体型半导体。 +3 空穴浓度多于电子空穴浓度多于电子 浓度，即浓度，即 p n。空穴空

10、穴 为多数载流子，电子为为多数载流子，电子为 少数载流子。少数载流子。 三价杂质原子称为三价杂质原子称为受受 主原子。主原子。 受主受主 原子原子 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 说明：说明： 1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决 定少数载流子的浓度。定少数载流子的浓度。 3. 杂质半导体总体上保持电中性。杂质半导体总体上保持电中性。 4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。杂质半导体的表示方法如下图所示。 2. 杂质半导体杂质半导体载流子的数目载流子的数目要远远高于本征半导要远远高于本征半导 体，因而其导电能力

11、大大改善。体，因而其导电能力大大改善。 ( (a) )N 型半导体型半导体 ( (b) ) P 型半导体型半导体 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 在一块半导体单晶上一侧掺杂成为在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另型半导体，另 一侧掺杂成为一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了型半导体，两个区域的交界处就形成了 一个特殊的薄层，一个特殊的薄层，称为称为 PN 结结。 P NPN结结 PN PN 结的形成结的形成 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用

12、电路 一、一、 PN 结中载流子的运动结中载流子的运动 耗尽层耗尽层 空间电荷区空间电荷区 P N 1. 扩散运动扩散运动 2. 扩散运动扩散运动 形成空间电荷区形成空间电荷区 电 子 和 空 穴电 子 和 空 穴 浓度差形成浓度差形成多数多数 载流子的扩散运载流子的扩散运 动。动。 PN 结，耗结，耗 尽层。尽层。 P N 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 3. 空间电荷区产生内电场空间电荷区产生内电场 P N 空间电荷区空间电荷区 内电场内电场 UD 空间电荷区正负离子之间电位差空间电荷区正负离子之间电位差 UD 电压势垒电压势垒； 内电场内电场；内电场阻止

13、多子的扩散；内电场阻止多子的扩散 阻挡层阻挡层。 4. 漂移运动漂移运动 内电场有利内电场有利 于少子运动于少子运动漂漂 移。移。 少子的运动少子的运动 与多子运动方向与多子运动方向 相反。相反。 阻挡层阻挡层 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 5. 扩散与漂移的动态平衡扩散与漂移的动态平衡 扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小； 随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加； 当扩散电流与漂移电流相等时，当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流结总的电流 空间电荷区的宽度约为几至几

14、十微米；空间电荷区的宽度约为几至几十微米； 等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与扩散运动与 漂移运动达到动态平衡。漂移运动达到动态平衡。 电压势垒电压势垒 UD，硅材料约为，硅材料约为( (0.6 0.8) ) V, 锗材料约为锗材料约为( (0.2 0.3) ) V。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 总结总结: : 在一块本征半导体在两侧通过扩散不在一块本征半导体在两侧通过扩散不 同的杂质同的杂质, ,分别形成分别形成N型半导体和型半导体和P型半导体。型半导体。 因浓度差因浓度差 空间电荷区形成内电场空间电荷区形

15、成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。 多子的扩散运动多子的扩散运动 由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 又称正向偏置，简称正偏。又称正向偏置，简称正偏。 外电场方向外电场方向 内电场方向内电场方向 空间电荷区空间电荷区 I 空间电荷区变窄，有利空间电荷区变窄，有利 于扩散运动，电路中有于扩散运动，电路中有 较大的正向电流。较大的正向电流。 P N U R 第第1 1章章 半导体二极管及其

16、应用电路半导体二极管及其应用电路 形成正向形成正向 电流电流 多子向多子向PN 结移动结移动 空间电荷变窄空间电荷变窄 内电场减弱内电场减弱 扩散运动大扩散运动大 于漂移运动于漂移运动 PN结在外加正向电压时的情况结在外加正向电压时的情况 外加电场与内电场方向相反，外加电场与内电场方向相反， 削减内电场的作用削减内电场的作用 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 在在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的 正向电流，为防止电流过大，可接入电阻正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。 反向接法时，外电场与内电场的方向

17、一致，增强了内反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内 电场的作用；电场的作用； 外电场使空间电荷区变宽；外电场使空间电荷区变宽； 不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩 散电流，电路中产生反向电流散电流，电路中产生反向电流 I ； 由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 空间电荷区空间电荷区 反相偏置的反相偏置的PNPN结结 反向电流又称反向电流又称反向饱和电流反向饱和电流。对温度十分敏感对温度十分敏感，随随 着温度升

18、高，着温度升高， IS 将急剧增大将急剧增大。 P N 外电场方向外电场方向 内电场方向内电场方向 UR IS 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 形成反向形成反向 电流电流 多子背离多子背离 PN结移动结移动 空间电荷区变空间电荷区变 宽宽,内电场增强内电场增强 漂移运动大漂移运动大 于扩散运动于扩散运动 PN结外加反向电压时的情况结外加反向电压时的情况 外加电场与内电场方向一外加电场与内电场方向一 致，增强内电场的作用致，增强内电场的作用 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 综上所述：综上所述： 当当 PN 结正向偏置时，回路中将

19、产生一个较大的结正向偏置时，回路中将产生一个较大的 正向电流，正向电流， PN 结处于结处于 导通状态导通状态；当；当 PN 结反向偏置结反向偏置 时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，时，回路中反向电流非常小，几乎等于零， PN 结处结处 于于截止状态截止状态。 可见，可见， PN PN 结具有结具有单向导电性单向导电性。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 PN结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。 一是势垒电容一是势垒电容CT ,二是扩散电容二是扩散电容CD 1. 势垒电容势垒电容CT 势垒电容是由空间电荷区

20、的离子薄层形成的。势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。 势垒电容示意图 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 扩散电容是由多子扩散后，在扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积结的另一侧面积 累而形成的。因累而形成的。因PN结正偏时，由结正偏时，由N区扩散到区扩散到P区的电子区的电子 与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过 来的电子就堆积在来的电子就堆积在 P 区内紧靠区内紧靠PN结的附近，形成一定结的附近，形成一定 的多子浓度梯度分布曲线。的多子浓度梯度分布曲线。 2.扩散电容扩散电容CD 反之，由

21、反之，由P区扩散到区扩散到N区的空穴，在区的空穴，在N区内也形区内也形 成类似的浓度梯度分布曲线。成类似的浓度梯度分布曲线。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 扩散电容示意图扩散电容示意图 若外加正向电压不若外加正向电压不 同，扩散电流即外电路同，扩散电流即外电路 电流的大小也就不同。电流的大小也就不同。 所以所以PN结两侧堆积的多结两侧堆积的多 子的浓度梯度分布也不子的浓度梯度分布也不 同，这就相当于电容的同，这就相当于电容的 充放电过程。势垒电容充放电过程。势垒电容 和扩散电容均是非线性和扩散电容均是非线性 电容。电容。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用

22、电路半导体二极管及其应用电路 势垒、扩散电容都与结面积势垒、扩散电容都与结面积S成正比。成正比。 点接触二极管的结面积很小，点接触二极管的结面积很小，CT、CD都很小，只都很小，只 有有0.5至几皮法至几皮法。 面结合型二极管中的整流管，因结面积大，面结合型二极管中的整流管，因结面积大，CT、 CD约在几约在几皮法至皮法至200皮法皮法。 在等效电路中，在等效电路中，CT和和CD是并联的，总的结电容为是并联的，总的结电容为 两者之和，即两者之和，即 C=CT+CD。当当PN结正偏时，扩散电容起结正偏时，扩散电容起 主要主要作用，作用，CCD，当当PN结反偏时，势垒电容起主要结反偏时，势垒电容起

23、主要 作用，作用，CCT。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。结上加上引线和封装，就成为一个二极管。 二极管按结构分有二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型三大类。三大类。 (1) 点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结结面积小，结 电容小，用于检波和变电容小，用于检波和变 频等高频电路。频等高频电路。 (a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导

24、体二极管及其应用电路 (3)(3)平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制往往用于集成电路制 造工艺中。造工艺中。PN PN 结面积可大结面积可大 可小，用于高频整流和开可小，用于高频整流和开 关电路中。关电路中。 (2)(2)面接触型二极管面接触型二极管 PN PN结面积大，用结面积大，用 于工频大电流整流电于工频大电流整流电 路。路。 (b)(b)面接触型面接触型 (c)(c)平面型平面型 阴极阴极 引线引线 阳极阳极 引线引线 P N P 型支持衬底型支持衬底 (4) (4) 二极管的代表符号二极管的代表符号 (d) 代表符号代表符号 k 阴极阴极阳极阳极 a 第第1 1章章 半导体

25、二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 半导体二极管图片半导体二极管图片 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流， i = f ( (u ) ) 关系曲线关系曲线。 60 40 20 0.002 0.004 00.5 1.0 2550 i / mA u / V 正向特性正向特性 击穿电压击穿电压 U(BR) 反向特性反向特性 导通压降导通压降: :

26、 硅管硅管0.6-0.7V0.6-0.7V 锗管锗管0.20.2-0.3V-0.3V 死区电压死区电压: : 硅管硅管0.5V0.5V 锗管锗管0 0.1V.1V 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 硅二极管和锗二极管的伏安特性曲线硅二极管和锗二极管的伏安特性曲线 硅管特性曲线硅管特性曲线 锗管特性曲锗管特性曲 线线 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 1. 正向特性正向特性 当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。 相应的电压叫相应的电压叫死区电压死区电压。范。范 围称围称死区。死区电

27、压死区。死区电压与材料和温与材料和温 度有关，硅管在度有关，硅管在 0.5 V 左右，锗左右，锗 管管在在 0.1 V 左右左右。 正向特性正向特性 死区死区 电压电压 60 40 20 00.4 0.8 I / mA U / V 当正向电压超过死区电压后，当正向电压超过死区电压后， 随着电压的升高，正向电流迅速随着电压的升高，正向电流迅速 增大。增大。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 0.02 0.04 02550 I / mA U / V 反向特性反向特性 当电压超过零点几伏后，反当电压超过零点几伏后，反 向电流不随电压增加而增大，即向电流不随电压增加而增

28、大，即 饱和饱和,称为反向饱和电流称为反向饱和电流。 二极管加反向电压，反二极管加反向电压，反 向电流很小；向电流很小； 如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电 流会突然增大；流会突然增大； 反向饱反向饱 和电流和电流 这种现象称为这种现象称为击穿击穿，对应电压，对应电压称为称为反向击穿电反向击穿电 压压。 击穿击穿 电压电压 U(BR) 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 雪崩击穿：雪崩击穿： 雪崩击穿和齐纳击穿雪崩击穿和齐纳击穿 形成电子空穴对（碰撞电离）形成电子空穴对（碰撞电离） 通过通过PN结的少子获得能量

29、大结的少子获得能量大 与晶体中原子碰撞使共价键的束缚与晶体中原子碰撞使共价键的束缚 电荷挣脱共价键电荷挣脱共价键 PN结反向高场强结反向高场强 载流子倍增效应载流子倍增效应 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 齐纳击穿齐纳击穿： 形成电子空穴对形成电子空穴对 直接将直接将PN结中的束缚电荷从共价键中拉出来结中的束缚电荷从共价键中拉出来 PN结电场很大结电场很大 很大反向电流很大反向电流 齐纳击穿需要很高的场强齐纳击穿需要很高的场强： 2105 V/cm 只有杂质浓度高，只有杂质浓度高，PN结窄时才结窄时才 能达到此条件能达到此条件齐纳二极管齐纳二极管 （稳压管）（

30、稳压管） 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 电击穿电击穿:当反向电流与电压的乘积不超过当反向电流与电压的乘积不超过PN 结容许的耗散功率时结容许的耗散功率时,称为电击穿，是可逆的。称为电击穿，是可逆的。 即反压降低时即反压降低时,管子可恢复原来的状态。管子可恢复原来的状态。 热击穿热击穿:若反向电流与电压的乘积超出若反向电流与电压的乘积超出PN结的耗散结的耗散 功率功率,则管子会因为过热而烧毁则管子会因为过热而烧毁,形成热击穿形成热击穿不可逆。不可逆。 热击穿和电击穿热击穿和电击穿 雪崩击穿、齐纳击穿雪崩击穿、齐纳击穿可逆。可逆。 第第1 1章章 半导体二极管及

31、其应用电路半导体二极管及其应用电路 ) 1e ( T S - U u Ii 从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与 电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管 属于属于非线性器件非线性器件。 式中式中IS 为为反向饱和电流反向饱和电流，U为二极管两端的电压降，为二极管两端的电压降， UT =kT/q 称为温度的称为温度的电压当量电压当量，k为玻耳兹曼常数，为玻耳兹曼常数，q 为电子电荷量，为电子电荷量，T 为热力学温度。对于室温（相当于为热力学温度。对于室温（相当于 T=300 K），则有）

32、，则有UT=26 mV。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 (1) 最大整流电流最大整流电流 IF 二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。 (2) 最高反向工作电压最高反向工作电压 UR 工作时允许加在二极管两端的反向电压值。通常将击工作时允许加在二极管两端的反向电压值。通常将击 穿电压穿电压 UBR 的一半定义为的一半定义为 UR 。 (3) 反向电流反向电流 IR 反向电流反向电流IR是指在室温条件下，二极管两端加上规是指在室温条件下，二极管两端加上规 定的反向电压时，流过管子的反向电流值定的反向电压时，

33、流过管子的反向电流值,通常希望通常希望 IR 值值 愈小愈好。愈小愈好。 1. 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 (4) 最高工作频率最高工作频率 fM 是二极管工作的上限截止频率。是二极管工作的上限截止频率。fM 值主要决定于值主要决定于 PN 结结电容的大小。结结电容的大小。结电容愈大，二极管允许的最高工作结电容愈大，二极管允许的最高工作 频率愈低。频率愈低。 2.半导体二极管的型号半导体二极管的型号 用数字代表同类型器件的序号用数字代表同类型器件的序号 用字母代表器件的类型，用字母代表器件的类型，P代表普通管代表普通管 A代表代表N型型Ge，B代表代表P型

34、型Ge，C代表代表N型型Si，D代表代表P型型Si 2代表二极管，代表二极管，3代表三极管代表三极管 2AP7代表代表N型型Ge材料普通二极管材料普通二极管 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 3. 选择二极管的一般原则选择二极管的一般原则 (1)要求导通后正向压降小者选锗管；要求反向电流要求导通后正向压降小者选锗管；要求反向电流 小者选硅管。小者选硅管。 (2)要求工作电流大者选面接触型；要求工作频率高要求工作电流大者选面接触型；要求工作频率高 者选点接触型。者选点接触型。 (3)要求反向击穿电压高者选硅管。要求反向击穿电压高者选硅管。 (4)要求温度特性好或耐

35、高温者选硅管。要求温度特性好或耐高温者选硅管。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 二极管承受二极管承受正向电压正向电压 时，其管压降为零，相时，其管压降为零，相 当于当于开关闭合。开关闭合。 二极管承受二极管承受反向电反向电 压压时，其电流为零，阻时，其电流为零，阻 抗为无穷，相当于抗为无穷，相当于开关开关 的断开。的断开。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 二极管承受正向电二极管承受正向电 压导通时，其管压降为压导通时，其管压降为 恒定值，且不随电流而恒定值，且不随电流而 变化，具有这种特性的变化，具有这种特性的 二极管也叫做实

36、际二极二极管也叫做实际二极 管管 二极管承受二极管承受反向电反向电 压压时，其电流为零，阻时，其电流为零，阻 抗为无穷，相当于抗为无穷，相当于开关开关 的断开的断开 0.2V 0.2V 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 例例1.3.1 电路如图电路如图1.3.7(a)所示，二极管采用硅管，电所示，二极管采用硅管，电 阻阻R1k，E3V。 (1)试分别用理想模型和恒压降模型求试分别用理想模型和恒压降模型求UR的值。的值。 (2)当二极管当二极管VD反接，电路如图反接，电路如图1.3.7(b)所示，试分别所示，试分别 用两种模型求用两种模型求UR的值。的值。 图图1

37、.3.7(a)1.3.7(a) 图图1.3.7(b)1.3.7(b) 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 例例1.3.2 电路如图电路如图1.3.9所示，其中所示，其中El7V，E25V， E36V，设二极管的导通电压，设二极管的导通电压0.6V。分别估算开关。分别估算开关S在在 位置位置1和位置和位置2的输出电压的输出电压UO的值。的值。 开关开关S置于位置置于位置1时时 UO=E36V 开关开关S置于位置置于位置2 UO=E2+0.6(5+0.6)V=5.6V 图图1.3.91.3.9 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 1 1整

38、流电路整流电路tuisin10 2 2二极管限幅电路二极管限幅电路 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 3. 3. 在数字电路中的应用在数字电路中的应用 (1) uA=3V，uB=0V uY=uA0.7=2.3V (2) uA=3V，uB=3V VD1、VD2都导通，都导通，uY=uA0.7=2.3V VD1先导通先导通 VD2截止截止 (3) uA=0V，uB=0V VD1、VD2都导通，都导通，uY=0.7V 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 一种特殊的面接触型半

39、一种特殊的面接触型半 导体硅二极管，简称稳压管。导体硅二极管，简称稳压管。 稳压管稳压管工作于反向击穿区工作于反向击穿区。 I/mA U/V O + - - 正向正向 - - + 反向反向 U ( (b) )稳压管符号稳压管符号 ( (a) )稳压管伏安特性稳压管伏安特性 + I 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 (1) 稳定电压稳定电压 UZ (3) 动态电阻动态电阻 rZ (2) 稳定电流稳定电流 IZ Z Z Z I U r 稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。 正常工作的参考电流。正常工作的参考电流。I IZ

40、，只要不超过额定功耗即可。，只要不超过额定功耗即可。 rZ 愈小愈好。对于愈小愈好。对于 同一个稳压管，工作电同一个稳压管，工作电 流愈大，流愈大， rZ 值愈小。值愈小。 IZ = 5 mA rZ 16 IZ = 20 mA rZ 3 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 (4) 电压温度系数电压温度系数 U 稳压管电流不变时，环境温度每变化稳压管电流不变时，环境温度每变化 1 引起稳定引起稳定 电压变化的百分比。电压变化的百分比。 UZ 7 V, U 0；UZ 4 V， U 0。 UZ 在在 4 7 V 之间，之间， U 值比较小，性能比较稳定。值比较小，性能比

41、较稳定。 2CW17：UZ = 9 10.5 V， U = 0.09 %/ 2CW11：UZ = 3.2 4.5 V， U = - -( (0.05 0.03) )%/ 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 (5) 额定功耗额定功耗 PZ 额定功率决定于稳压管允许的温升。额定功率决定于稳压管允许的温升。 PZ = UZIZ 注意注意:稳压二极管通常工作在稳压二极管通常工作在反向反向 击穿区击穿区，使用时应串入一个电阻，使用时应串入一个电阻，电电 阻起限流作用，以保证稳压管正常工阻起限流作用，以保证稳压管正常工 作，此电阻被称作，此电阻被称为限流电阻为限流电阻。 例例

42、 求通过稳压管的电流求通过稳压管的电流 IZ 等于多少？等于多少？R 是限流电是限流电 阻，其值是否合适？阻，其值是否合适？ IZ VDZ +20 V R = 1.6 k + UZ = 12 V - - IZM = 18 mA IZ IZM ，电阻值合适。，电阻值合适。 解解 mA5A105A 106 . 1 1220 3 3 Z - - - - I 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 VDZ R 使用稳压管需要注意的几个问题：使用稳压管需要注意的几个问题： 稳压管电路稳压管电路 UO IO + IZ IR UI + 1. 外加外加电源的正极接管子电源的正极接管子

43、 的的 N 区区，电源的，电源的负极接负极接 P 区区， 保证管子工作在反向击穿区；保证管子工作在反向击穿区； RL 2. 稳压管稳压管应应与与负载电阻负载电阻 RL 并联并联； 3. 必须限制流过稳压管的电必须限制流过稳压管的电 流流 IZ，不能超过规定值，不能超过规定值，以免因，以免因 过热而烧毁管子。过热而烧毁管子。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 光电二极管又称光敏二极管，特点是光电二极管又称光敏二极管，特点是PNPN结的面积结的面积 大，管壳上有透光的窗口便于接收光的照射，光电二大，管壳上有透光的窗口便于接收光的照射，光电二 极管的外型如下图所示。极

44、管的外型如下图所示。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 光电二极管工作时，在电路中处于反向偏置光电二极管工作时，在电路中处于反向偏置, ,在一在一 定的反向电压范围内，反向电流与光照度定的反向电压范围内，反向电流与光照度E成正比关系。成正比关系。 当无光照射时，伏安特性和普通二极管一样，其当无光照射时，伏安特性和普通二极管一样，其 反向电流很小，称为暗电流。反向电流很小，称为暗电流。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 2. 光电二极管的主要参数光电二极管的主要参数 (1)最高反向工作电压最高反向工作电压URM 在无光照的条件下，反

45、向漏电流不大于在无光照的条件下，反向漏电流不大于0.1A时所能承时所能承 受的最高反向电压。受的最高反向电压。 (2)暗电流暗电流ID 是指光电二极管在是指光电二极管在无光照无光照及最高反向工作电压条件下的及最高反向工作电压条件下的 漏电流。暗电流越小，光电二极管的性能越稳定，检测弱漏电流。暗电流越小，光电二极管的性能越稳定，检测弱 光的能力越强。光的能力越强。 (3)光电流光电流IL 是指光电二极管在是指光电二极管在受到一定光照受到一定光照时，在最高反向工作电时，在最高反向工作电 压下产生的电流。压下产生的电流。 第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 (4)正向压