半导体二极管三极管场效应管

1、.第第07讲：第讲：第4章章 半导体二极管、半导体二极管、三极管、场效应管三极管、场效应管(1)2教学回顾教学回顾第第1章章 直流电路直流电路 习题习题1-1 1-23教学内容教学内容4.1 pn4.1 pn结结 4.2 4.2 半导体二极管半导体二极管pn结的特性：结的特性：p 单向导电性单向导电性p 伏安特性伏安特性p 反向击穿反向击穿p 电容效应电容效应p 类型类型p 伏安特性伏安特性p 主要参数主要参数p 等效电路及应用等效电路及应用p 稳压二极管稳压二极管4教学要求教学要求p 了解半导体基本知识了解半导体基本知识p 理解理解pn结的特性结的特性p 掌握半导体二极管的特性掌握半导体二极

2、管的特性p 会计算和分析含有二极管的电路会计算和分析含有二极管的电路54.1 pn结结 什么叫半导体？什么叫半导体？物质按其导电能力可分为导体、半导体和绝物质按其导电能力可分为导体、半导体和绝缘体。缘体。而把导电能力介于导体和绝缘体之间的物质而把导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，如硅（称为半导体，如硅（sisi）、锗（）、锗（gege）等。）等。 4.1.1 半导体半导体6（1 1）热敏性）热敏性制成各种热敏元件制成各种热敏元件（2 2）光敏性）光敏性制成各种光敏元件制成各种光敏元件 （3 3）掺杂性）掺杂性制成各种晶体管器件制成各种晶体管器件 半导体的三个独特性质半导体的三个独特

3、性质: :一些半导体对温度的反应很灵敏，其电阻率随着一些半导体对温度的反应很灵敏，其电阻率随着温度的上升而明显地下降，利用这种特性很容易制成温度的上升而明显地下降，利用这种特性很容易制成各种热敏元件，如热敏电阻、温度传感器等。各种热敏元件，如热敏电阻、温度传感器等。 有些半导体的电阻率随着光照的增强而明显地下有些半导体的电阻率随着光照的增强而明显地下降，利用这种特性很容易制成光敏元件，如光敏电阻降，利用这种特性很容易制成光敏元件，如光敏电阻和光电管等。和光电管等。 半导体的电阻率受掺入的半导体的电阻率受掺入的“杂质杂质”影响极大，在半影响极大，在半导体中即使掺入的杂质十分微量，也能使其电阻率大

4、大导体中即使掺入的杂质十分微量，也能使其电阻率大大地下降，利用这种独特的性质可以制成各种各样的晶体地下降，利用这种独特的性质可以制成各种各样的晶体管器件。管器件。 4.1 pn结结74.1.4 pn结的结的特性特性1.pn1.pn结的结的单向导电性单向导电性 pn结外加正向电压时的特点：结外加正向电压时的特点：pnpn结处于结处于正正向向导通导通状态状态，正向电流正向电流i id d较大，正向较大，正向电阻很电阻很小小4.1 pn结结 pn结外加反向电压时的特点：结外加反向电压时的特点：pnpn结处于结处于反反向向截止截止状态状态，反向电流反向电流i is s较小，反向较小，反向电阻很电阻很大

5、大82.pn2.pn结的结的伏安特性伏安特性3.pn3.pn结的结的反向击穿反向击穿当当pnpn结上的反向电压增大到某个数值时，结上的反向电压增大到某个数值时，反向电流急剧增大的现象。反向电流急剧增大的现象。4.pn4.pn结的结的电容效应电容效应（略）（略）4.1 pn结结) 1(/ktquseii反向击穿反向击穿9 二极管是由二极管是由pnpn结加上电极引线和管壳构成的。结加上电极引线和管壳构成的。(1)(1)点接触型二极管点接触型二极管(a)(a)(2)(2)面接触型二极管面接触型二极管(b)(b)(3)(3)硅平面型二极管硅平面型二极管(c)(c)按管子的结构分：按管子的结构分：按材料

6、分：按材料分：(1)(1)硅二极管硅二极管(2)(2)锗二极管锗二极管4.2 半导体二极管半导体二极管10二极管按结构分三大类：二极管按结构分三大类：(1) 点接触型二极管点接触型二极管 n型 锗正 极 引 线负 极 引 线外 壳金 属 触 丝4.2 半导体二极管半导体二极管pn结面积小，结电容结面积小，结电容小，允许通过的电流小小，允许通过的电流小 适用于高频电适用于高频电路的检波或小路的检波或小电流整流电流整流11(3) 平面型二极管平面型二极管 (2) 面接触型二极管面接触型二极管 pn结面积大，用结面积大，用 于大电流整流电路。于大电流整流电路。sio2正 极 引 线负 极 引 线n型

7、 硅p型 硅负 极 引 线正 极 引 线n型 硅p型 硅铝 合 金 小 球底 座用于集成电路制造工艺中。用于集成电路制造工艺中。 pn 结面积可大可小结面积可大可小12 半导体二极管的电路符号与基本结构半导体二极管的电路符号与基本结构 半导体二极管内部就是一个半导体二极管内部就是一个pnpn结，将其封装并接出两结，将其封装并接出两个引出端，从个引出端，从 p p 区引出的端称为阳极（正极），从区引出的端称为阳极（正极），从 n n 区区引出的端称为阴极（负极）。电路符号如图所示。引出的端称为阴极（负极）。电路符号如图所示。阳极阳极阴极阴极d二极管电路符号二极管电路符号根据根据pnpn结的单向导

8、电性，二极结的单向导电性，二极管只有当阳极电位高于阴极电位时，管只有当阳极电位高于阴极电位时，才能按箭头方向导通电流。才能按箭头方向导通电流。符号箭头指示方向为正，色点则表示该端为正极。符号箭头指示方向为正，色点则表示该端为正极。为了防止使用时极性接错，管壳上标有为了防止使用时极性接错，管壳上标有 “ “” ” 符号或色点，符号或色点，如果二极管极性接错，不仅造成电路无法正常工作，如果二极管极性接错，不仅造成电路无法正常工作，还会烧坏二极管及电路中其他元件。还会烧坏二极管及电路中其他元件。131. 正向特性正向特性伏安曲线oudubrid+iduuonbacdod段：段： 二极管电流较小。二极

9、管电流较小。cd段：段：当正向电压加到一定值时，当正向电压加到一定值时， u uon时，二极管导通时，二极管导通 。uon（死区电压、开启电压）：硅（死区电压、开启电压）：硅0.5v 锗锗0.1v导通后的正向压降：硅导通后的正向压降：硅0.61v 锗锗0.20.5v4.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性i = f (v)142. 反向特性反向特性ba段：当反向电压加到一定值时，段：当反向电压加到一定值时，pn结产生击穿现象，结产生击穿现象，电流迅速增大。电流迅速增大。伏安曲线oudubrid-+iduuonbacdob段：段： i = is ，反向电阻很大。反向电阻很大。二极管的伏安曲线

10、不是直线，说明二极管是二极管的伏安曲线不是直线，说明二极管是非线性元件。非线性元件。154.2.3 二极管的伏安特性数据二极管的伏安特性数据伏安曲线ou(v)ubidi(ma)+iduuoncdab硅管硅管锗管锗管死区电压死区电压0.5v0.1v导通电压导通电压0.6v1v0.2v0.5v典型电压典型电压0.7v0.2v163.反向击穿特性反向击穿特性 外加反向电压超过某一数值时，反向电流会外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为击穿（击穿时，二极管突然增大，这种现象称为击穿（击穿时，二极管失去单向导电性）。失去单向导电性）。 对应的电压称为对应的电压称为击穿电压击穿电压。

11、udid0正向导通正向导通反向截止反向截止击穿击穿0.5锗锗硅硅0.2反向饱和电流反向饱和电流反向曲线反向曲线正向曲线正向曲线174.2.3 半导体二极管主要参数udid0uririfubr（1） 最大整流电流最大整流电流 if：二极管长时间安全工作所允许流过：二极管长时间安全工作所允许流过的最大正向平均电流。由的最大正向平均电流。由pn结结面积和散热条件决定，结结面积和散热条件决定，超过此值工作可能导致过热而损坏。超过此值工作可能导致过热而损坏。4.2 半导体二极管半导体二极管18（2） 反向工作峰值电压反向工作峰值电压ur：为保证二极管不被反向击穿而为保证二极管不被反向击穿而规定的最大反向

12、工作电压，一般为反向击穿电压的一半。规定的最大反向工作电压，一般为反向击穿电压的一半。（3）反向电流反向电流 ir：二极管未被击穿时，流过二极管的反向：二极管未被击穿时，流过二极管的反向电流。此值越小，单向导电性越好。硅管优于锗管。电流。此值越小，单向导电性越好。硅管优于锗管。 （4）最高工作频率最高工作频率 fm ：二极管维持单向导电性的最高工作：二极管维持单向导电性的最高工作频率。由于二极管中存在结电容，当频率很高时，电流可频率。由于二极管中存在结电容，当频率很高时，电流可直接通过结电容，破坏二极管的单向导电性。直接通过结电容，破坏二极管的单向导电性。4.2 半导体二极管半导体二极管4.2

13、.3 半导体二极管主要参数udid0uririfubr191. 1. 理想二极管等效电路理想二极管等效电路( (理想模型理想模型) ) 正向时：正向时： 导通电压导通电压u ud d=0v=0v，二极管二极管 用短路线代替。用短路线代替。 反向时：反向时： id0，二极管断开。，二极管断开。2. 2. 考虑正向压降的等效电路考虑正向压降的等效电路( (恒压模型恒压模型) ) 正向时：导通电压正向时：导通电压u ud d=0.7v(=0.7v(硅管，硅管， 锗管为锗管为0.2v)0.2v)，二极管用电压源代替。二极管用电压源代替。 反向时：反向时： id0，二极管断开。，二极管断开。4.2.4

14、二极管的等效电路及应用二极管的等效电路及应用4.2 半导体二极管半导体二极管20例题例题1：设二极管为理想二极管，试求出：设二极管为理想二极管，试求出ui=5v时的输出电压时的输出电压u0的大小。的大小。rdui+_u04.2 半导体二极管半导体二极管21解题方法（关键是判断二极管的导通与截止）：解题方法（关键是判断二极管的导通与截止）：首先假设二极管断开，然后求得二极管正极和负极之间首先假设二极管断开，然后求得二极管正极和负极之间的电压。如该电压大于的电压。如该电压大于导通电压导通电压，说明该二极管导通，两端，说明该二极管导通，两端的实际电压为二极管的的实际电压为二极管的导通电压导通电压；如

15、果该电压小于；如果该电压小于导通电压导通电压，说明该二极管截止。然后进一步计算所要求的各物理量。说明该二极管截止。然后进一步计算所要求的各物理量。如果电路中出现两个以上二极管，则假设二极管全部断如果电路中出现两个以上二极管，则假设二极管全部断开，求得每个二极管正极和负极之间的电压。开，求得每个二极管正极和负极之间的电压。正向电压较大正向电压较大者优先导通，者优先导通，其两端电压为其两端电压为导通电压导通电压，然后再用上述方法判，然后再用上述方法判断其余二极管。断其余二极管。22例题例题1：设二极管为理想二极管，试求出：设二极管为理想二极管，试求出ui=5v时的输出电压时的输出电压u0的大小。的

16、大小。rdui+_u0rd+_udui解解:(1)断开断开二极管二极管d(2)求出断开两点间的求出断开两点间的电位差电位差ud。vd = ui = 5v vd =0vud= vd vd =5v23例题例题1：设二极管为理想二极管，试求出：设二极管为理想二极管，试求出ui=5v时的输出电压时的输出电压u0的大小。的大小。rdui+_u0rd+_u0ui(3)判断二极管的导通状态判断二极管的导通状态 vd= 5v0 二极管二极管d导通导通24例题例题1：设二极管为理想二极管，试求出：设二极管为理想二极管，试求出ui=5v时的输出电压时的输出电压u0的大小。的大小。rdui+_u0rd+_u0ui(

17、4)求出输出电压求出输出电压u0u00v25例题例题2：设二极管为理想二极管，试画出输出电压：设二极管为理想二极管，试画出输出电压u0的波形。设的波形。设ui=5sint t (v)(v)rdui+_u0+_解解:vd+=ui vd-=0vvd= vd+ - vd-=ui讨论：讨论：(1)当当vd= ui0时时d导通，导通，uo0v(2)当当vd= ui0时时d截止，截止，uouiv26例题例题2：设二极管为理想二极管，试画出输出电压：设二极管为理想二极管，试画出输出电压u0的波形。设的波形。设ui=5sint t (v)(v)解解:vd+=ui vd-=0vvd= vd+ - vd-=ui讨

18、论：讨论：(1)当当vd= ui0时时d导通，导通，uo0v(2)当当vd= ui0时时d截止，截止，uouivtui0tuo05-527例题例题3：设二极管为理想二极管，试画出输出电压：设二极管为理想二极管，试画出输出电压u0的波形。设的波形。设ui=10sint t (v)(v)rdui+_u0+_5v解解:vd+=ui vd-=5vvd= vd+ - vd-=ui-5v讨论：讨论：(1)当当vd= ui-5v 0即即ui 5v 时时d导通导通uo5v(2)当当vd= ui-5v 0即即ui 5v时时d截止截止uouiv28例题例题3：设二极管为理想二极管，试画出输出电压：设二极管为理想二极管，试画出输出电压u0的波形。设的波形。设ui=10sint t (v)(v)解解:vd+=ui vd-=5vvd= vd+ - vd-=ui-5v讨论：讨论