第3章 半导体二极管及其基本应用电路ppt课件

1、第3章 半导体二极管及其基本应用电路 导体导体conductors）、半导体）、半导体(semiconductors)和绝缘体和绝缘体(insulators) 自然界中很容易导电的物质称为导体，金自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。属一般都是导体。 有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。半导体的特点半导体的特点 半导体的导电机理不同于其它物质，半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。所以它具有不同于其它物质的特点。3.1 半导体基本知识半导体基本知识 当受外界热和光的作用时，它

2、的导电能当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。（热敏性、光敏性）力明显变化。（热敏性、光敏性）往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。（掺杂性）它的导电能力明显改变。（掺杂性）如光敏电阻如光敏电阻,热敏电阻热敏电阻 可增加几十万至几百万倍。例如在纯硅中参入可增加几十万至几百万倍。例如在纯硅中参入百百万分之一的硼后，硅的电阻率就从大约万分之一的硼后，硅的电阻率就从大约 2x103m 减小到减小到 4x10-3m左右左右. 利用这种特性就做成了各利用这种特性就做成了各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管种不同用途的半导体器件，如二极管、

3、三极管 、场效应管及晶闸管场效应管及晶闸管 等。等。 3.1.1 本征半导体本征半导体现代电子学中，用的最多的半导体是硅和现代电子学中，用的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锗，它们的最外层电子价电子都是四个(4价元素价元素)。GeSi硅原子硅原子锗原子锗原子+4+4硅和锗最外层轨道上硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。的四个电子称为价电子。多硅晶块多硅晶块硅原料硅原料高温下加工提炼、高温下加工提炼、分别、冷却分别、冷却单晶炉单晶炉单晶棒单晶棒高温、提拉、高温、提拉、冷却冷却晶片晶片通过一定的提纯工艺过程，可以将半导体制成通过一定的提纯工艺过程，可以将半导体制成晶体。晶体

4、。化学成分完全纯净的化学成分完全纯净的,具有晶体结构的半导体，具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。（制造半导体器件的半导体材称为本征半导体。（制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到料的纯度要达到99.9999999%，常称为，常称为“九个九个9”）。）。硅和锗的晶体结构硅和锗的晶体结构在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。共用

5、一对价电子。硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成化学上的稳定结构。子是八个，构成化学上的稳定结构。共价键有

6、很强的结合力，共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4 1.当半导体处于热力学温度0K时，半导体中没有自由电子,所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。 2.当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有极少数的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。3.自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。空穴运动相当于正电荷的运动 这一现象称为本征激发，也称热激发。本

7、征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子 可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合，如下图。激发复合本征激发和复合的过程本征激发和复合的过程本征激发与复合 在一定温度下，本征激发和复合同时进行，到达在一定温度下，本征激发和复合同时进行，到达动态平衡。电子空穴对的浓度一定。动态平衡。电子空穴对的浓度一定。常温常温300K时：时：电子空穴对的浓度电子空穴对的浓度硅：硅：310cm104 . 1 锗：锗：313cm105 . 2 本本

8、征征半半导导体体的的导导电电机机理理自由电子自由电子 带负电荷带负电荷 电子流电子流载流子载流子空穴空穴 带正电荷带正电荷 空穴流空穴流空穴在晶格中的移动 在半导体中，同时存在着电子导电和空穴在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电，这是半导体导电方式的最大特点，也是导电，这是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质差别。半导体和金属在导电原理上的本质差别。 当半导体两端加上外电压时当半导体两端加上外电压时,半导体中将半导体中将出现两部分电流出现两部分电流:1、自由电子作定向运动所形成的电子电流、自由电子作定向运动所形成的电子电流,2、应被原子核束缚的价电子、应被原子核束缚

9、的价电子(注意注意,不是自由不是自由电子递补空穴所形成的空穴电流。电子递补空穴所形成的空穴电流。 自由电子和空穴都成为载流子。自由电子和空穴都成为载流子。 本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现的，同时又不断地复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，于是半导体中的载流子自由电子和空穴边维持一定数目。温度越高，载流子数目越多，导电性能也就越好。所以，温度对半导体器件性能的影响很大。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理3.1.2 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使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。（掺杂性）半导体的导电

10、性能发生显著变化。（掺杂性）其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。加。使自由电子浓度大大增加的杂质半导体使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为称为N型半导体电子半导体），使空穴浓型半导体电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为度大大增加的杂质半导体称为P型半导体型半导体空穴半导体）。空穴半导体）。1、N型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与

11、相临的半导体原子形成共价键，其中四个与相临的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。子给出一个电子，称为施主原子。+4+4+5+4N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子多数载流子多数载流子自由电子自由电子少数载流子少数载流子 空穴空穴+N型半导体施主离子施主离子自由电子自由电子电子空穴对电子空穴对Q:NQ:N型半导体带负电？型半导体带

12、负电？2、P型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被硼或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。原子接受电子，所以称为受主原子。+4+4+3+4空穴空穴P型半导体型半导

13、体硼原子硼原子硅原子硅原子多数载流子多数载流子 空穴空穴少数载流子少数载流子自由电子自由电子P型半导体受主离子受主离子空穴空穴电子空穴对电子空穴对Q:PQ:P型半导体带正电？型半导体带正电？总总 结结1、N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子，本征半导体中受激发产生的电子只占供的电子，本征半导体中受激发产生的电子只占少数。少数。 N型半导体中空穴是少子，少子的移动也型半导体中空穴是少子，少子的移动也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。要是多子。近似认为多子与

14、杂质浓度相等。2、P型半导体中空穴是多子，电子是少子。型半导体中空穴是多子，电子是少子。杂质半导体的示意图杂质半导体的示意图+N型半导体多子多子电子电子少子少子空穴空穴P型半导体多子多子空穴空穴少子少子电子电子少子浓度少子浓度与温度有关与温度有关多子浓度多子浓度与温度无关？与温度无关？3.1.3 PN结结1、 PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体型半导体和和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的结型半导体，经过载流子的扩散，在它们的结合面上形成如下物理过程合面上形成如下物理过程:内电场E因多子浓度差因多子浓度差形成内电场形成内电场多子的扩

15、散多子的扩散 空间电荷区空间电荷区 阻止多子扩散，促使少子漂移。阻止多子扩散，促使少子漂移。PNPN结合结合+P型半导体+N型半导体+空间电荷区空间电荷区多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 PN结形成少子飘移少子飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散多子扩散 又失去多子，耗尽层宽，又失去多子，耗尽层宽，EP型半导体+N型半导体+内电场E多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层动态平衡：动态平衡： 扩散运动扩散运动 漂移运动漂移运动总电流总电流0 因浓度差 多子的扩散运动

16、由杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散 PN结的形成过程结的形成过程当漂移运动与扩散运动达到动态平衡时，空间电当漂移运动与扩散运动达到动态平衡时，空间电荷区便稳定下来，荷区便稳定下来，PN结形成。结形成。1、空间电荷区中没有载流子，、空间电荷区中没有载流子， 所以电阻率很高。所以电阻率很高。“耗尽层耗尽层”2、空间电荷区中内电场阻碍、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、中的空穴、N中的电子都是多子向对方运动中的电子都是多子向对方运动扩散运动）。扩散运动）。“阻挡层阻挡层”3、空间电荷区中内电场推动、空间电荷区中内电场推动P中的电子和中的电子和N中的

17、空穴都是少子向对方运动中的空穴都是少子向对方运动漂移运动）漂移运动） 。请注意请注意2. PN结的单向导电性结的单向导电性(1) 加正向电压正偏加正向电压正偏forward bias）电源正极接电源正极接P区，负区，负极接极接N区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场外电场削弱内电场耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子扩散形成正向电流多子扩散形成正向电流I F正向电流正向电流 PN结加正向电压的导电情况+P型半导体+N型半导体+WER空间电荷区内电场E(2) 加反向电压加反向电压(反偏反偏reverse bias)电源正极接电源

18、正极接N区，负极接区，负极接P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场外电场加强内电场耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I R+内电场+E+EW+空 间 电 荷 区+R+IRPN 在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。 PN结加反向电压的导电情况反向电流反向电流 PN PN结加正向电压时，具有较大的正结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻向扩散电流，呈现低电阻( (空间电荷区窄空间电荷区窄) )

19、， PNPN结导通；结导通； PNPN结加反向电压时，具有很小的反结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻向漂移电流，呈现高电阻( (空间电荷区宽空间电荷区宽) ) ， PNPN结截止。结截止。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PNPN结具有单向结具有单向导电性。导电性。总总 结结3. PN结的伏安特性曲线及表达式结的伏安特性曲线及表达式 根据理论推导，PN结的伏安特性曲线如图正偏正偏IF多子扩散多子扩散）IR少子漂移）少子漂移）反偏反偏反向饱和电流反向饱和电流反向击穿电压反向击穿电压反向击穿反向击穿热击穿热击穿烧坏烧坏PN结结电击穿电击穿可逆可逆) 1(eTSUuIi 根据理论

20、分析：u 为为PN结两端的电压降结两端的电压降i 为流过为流过PN结的电流结的电流IS 为反向饱和电流为反向饱和电流UT =kT/q 称为温度的电压当量称为温度的电压当量其中其中k为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数 1.381023q 为电子电荷量为电子电荷量1.6109T 为热力学温度为热力学温度 对于室温相当对于室温相当T=300 K）则有则有UT=26 mV。当当 u0 uUT时时1eTUuTeSUuIi 当当 u|U T |时时1eTUuSIi4. PN结的电容效应结的电容效应 当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应地当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应地随之改变，即随之改变，即PN结

21、中存储的电荷量要随之变化，结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。就像电容充放电一样。(变容二极管）变容二极管） (1) 势垒电容Cb空空间间电电荷荷区区W+R+E+PN(2) 扩散电容扩散电容CD 当外加正向电压当外加正向电压不同时，不同时，PN结两侧堆结两侧堆积的少子的数量及浓积的少子的数量及浓度梯度也不同，这就度梯度也不同，这就相当电容的充放电过相当电容的充放电过程。程。+NPpLx浓浓度度分分布布耗耗尽尽层层NP区区区区中中空空穴穴区区中中电电子子区区浓浓度度分分布布nL 电容效应对低频信号呈现较大容抗，可忽略，对高频信号考电容效应对低频信号呈现较大容抗，可忽略，对高频信号考虑

22、电容作用。虑电容作用。极间电容结电容）极间电容结电容） Cj=Cb+Cd5 5、PNPN结的形成过程、主要特性、主要特性的描述方式结的形成过程、主要特性、主要特性的描述方式3.2 3.2 半导体二极管及其基本应用电路半导体二极管及其基本应用电路 二极管二极管 = 一个一个PN结结 + 管壳管壳 + 引线引线NP构造构造符号符号阳极阳极+阴极阴极-3.2.1 3.2.1 半导体二极管的几种常用结构半导体二极管的几种常用结构二极管的一般符号二极管的一般符号 二极管的符号二极管的符号发光二极管发光二极管 稳压二极管稳压二极管 光电二极管光电二极管 变容二极管变容二极管 隧道二极管隧道二极管 温度效应

23、温度效应二极管二极管 t 双向击穿二极管双向击穿二极管 磁敏二极管磁敏二极管 体效应二极管体效应二极管 双向二极管双向二极管 交流开关二极管交流开关二极管 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 PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。N型 锗正 极 引 线负 极 引 线外 壳金 属 触 丝(3) 平面型二极管平面型二极管 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。(2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用于工频低频）大电流整流电路。SiO2正 极 引 线负 极 引 线N型 硅P型 硅负 极 引 线正

24、 极 引 线N型 硅P型 硅铝 合 金 小 球底 座半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：2AP9用数字代表同类器件的不同规格。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，代表器件的类型，P为普通管，为普通管，Z为整流管，为整流管，K为开关管。为开关管。代表器件的材料，代表器件的材料，A为为N型型Ge，B为为P型型Ge， C为为N型型Si， D为为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。半导体二极管图片半导体二极管图片？如何识别和检测二极管呢？如何识别和检测二极管呢3.2.2、伏安特性、伏安

25、特性(与与PN结一样，具有单向导电性结一样，具有单向导电性)UI死区开启死区开启UONUON电电压压 硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管0.1V0.1V。导通电压降导通电压降: : 硅管硅管0.60.8V,0.60.8V,锗管锗管0.10.3V0.10.3V。反向击穿电反向击穿电压压U(BR) 死区死区电压电压正向正向反向反向外电场不足以克服外电场不足以克服内电场内电场,电流很小电流很小外电场不足以克服外电场不足以克服内电场内电场,电流很小电流很小(1) 正向特性正向特性uEiVmA(2) 反向特性反向特性uEiVuAPN+PN+UI死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管0.

26、1V0.1V。导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.7V,0.60.7V,锗管锗管0.10.3V0.10.3V。反向击穿电反向击穿电压压U(BR) 死区死区电压电压正向正向反向反向当外加电压大于死区当外加电压大于死区电压内电场被大大减电压内电场被大大减削弱削弱,电流增加很快。电流增加很快。UI死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管0.1V0.1V。导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.7V,0.60.7V,锗管锗管0.20.3V0.20.3V。反向击穿电反向击穿电压压U(BR) 死区死区电压电压反向反向 由于少子的漂移运动形成很由于少子的漂移运动形成很小的反向电流小的反

27、向电流,且且U U(BR)时时,其反向电其反向电流突然增大流突然增大,反向击穿。反向击穿。二极管的伏安特性.swf温度对二极管伏安特性的影响温度对二极管伏安特性的影响在环境温度升高时，二极管的正向特性将在环境温度升高时，二极管的正向特性将 ？移，？移，反向特性将？移。反向特性将？移。二极管的特性对温度很敏感，具有负温度系数。二极管的特性对温度很敏感，具有负温度系数。 50I / mAU / V0.20.4 25510150.010.020温度增加温度增加3.2.3、主要参数、主要参数1最大整流电流最大整流电流 IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正

28、向平均电流。向平均电流。2最高反向工作电压最高反向工作电压UR3反向电流反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反反向电流大，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，锗管的反向电流要大几十到几百倍。的反向电流要大几十到几百倍。4)最高工作频率最高工作频率fM 在实际应用中，应根据管子所用的场合，按其所承受的最高在实际应用中，应根据管子所用的场合，按其

29、所承受的最高反向电压、最大正向平均电流、工作频率、环境温度等条件，选反向电压、最大正向平均电流、工作频率、环境温度等条件，选择满足要求的二极管。择满足要求的二极管。PN+PN+总总 结结3.2.4 3.2.4 二极管的等效电路二极管的等效电路 1. 1. 将伏安特性折线化将伏安特性折线化理想理想二极管二极管近似分析近似分析中最常用中最常用理想开关理想开关导通时导通时 UD0截止时截止时IS0导通时导通时UDUon截止时截止时IS0导通时导通时i与与u成成线性关系线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路！应根据不同情况选择不同的等效电路！理想理想模型模型恒压降模型恒压降模型折线模型折线模型DTD

30、DdIUiur根据电流方程，Q越高，越高，rd越小。越小。 当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。ui=0时直流电源作用时直流电源作用小信号作用小信号作用静态电流静态电流2. 微变等效电路微变等效电路(低频交流小信号作用下的等效电路低频交流小信号作用下的等效电路)定性分析：判断二极管的工作状态定性分析：判断二极管的工作状态导通导通截止截止 若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。反向截止时二极管相当于断开。例例1：D6V12V3kBAUAB+ 二极管的钳位

31、作用是指利用二极管正向导通压降相对稳定，且二极管的钳位作用是指利用二极管正向导通压降相对稳定，且数值较小数值较小(有时可近似为零有时可近似为零)的特点，来限制电路中某点的电位。的特点，来限制电路中某点的电位。2、若考虑二极管压降， UAB低于6V一个管压降，为6.3或6.7V。例例2:mA43122D IBD16V12V3kAD2UAB+ kR6VVDD6uDiD解：解： 理想模型：理想模型： ，加在二极管阳极的电位高于加在，加在二极管阳极的电位高于加在二极管阴极的电位，二极管导通。二极管阴极的电位，二极管导通。VVDD6VuD0mARViDDD166103例例3 电路如图所示，电路如图所示，

32、 ， 。试分别用理。试分别用理想模型和恒压降模型，求解电路的想模型和恒压降模型，求解电路的 和和 的值。的值。VVDD6VuD7 . 0mARViDDD88. 01067 . 067 . 03 ，加在二极管阳极的电位高于加在二极管阴极的电位，二极管导通。解：恒压降模型：例例4 电路如图所示，假设图中的二极管是理想的，电路如图所示，假设图中的二极管是理想的，试判断二极管是否导通，并求出相应的输出电压。试判断二极管是否导通，并求出相应的输出电压。解：解：二极管二极管D导通，输导通，输出电压出电压 。VU3O1 二极管二极管D截止，输出截止，输出电压电压 。VU5O2b.V5V时，判断出二极管时，判

33、断出二极管D导通导通,直流电直流电流为流为mA8 . 8A)5000.65( DDRUVIc.V=10V时，时，mA8 .18A)5000.6-10(DRUVID1. V2V、5V、10V时二极管中的直流时二极管中的直流电流各为多少？电流各为多少？mA8 . 2A)5000.62( DDRUVIa.V2V时，判断出二极管时，判断出二极管D导通导通,直流电流直流电流为为二极管导通电压UD 为0.6V,UT=26mV二极管的近似分析计算二极管的近似分析计算IR10VE1kIR10VE1k例：例：串联电压源模型串联电压源模型mA3 . 9K1V)7 . 010(I测量值测量值 9.32mA相对误差相

34、对误差00002 . 010032. 99.332. 9理想二极管模型理想二极管模型RI10VE1kmA10K1V10I相对误差相对误差0000710032. 932. 9100.7V2. 若输入电压的有效值为若输入电压的有效值为20mV，f=1kHz的正弦波，则上述各的正弦波，则上述各种情况下二极管中的交流电流的有效值各为多少？种情况下二极管中的交流电流的有效值各为多少？didDTDDdrUIIUiur，a.V2V，ID2.8mA2.15mAmA)3 . 920(3 . 9)8 . 226(ddIr，b.V5V，ID 8.8mA6.77mAmA)95. 220(95. 2)8 . 826(d

35、dIr，c.V10V，ID 18.8mA14.5mAmA)38. 120(38. 1)8 .1826(ddIr，在伏安特性上，在伏安特性上，Q点越高，二极管的动态电阻越小！点越高，二极管的动态电阻越小！二极管基本应用电路二极管基本应用电路 二极管在低频和高频以及数字电路均有广泛的应二极管在低频和高频以及数字电路均有广泛的应用。用。以下主要介绍二极管在低频电路的几种应用。以下主要介绍二极管在低频电路的几种应用。二极管几种基本应用 整流电路整流电路限幅电路限幅电路电平选择电路电平选择电路（1工作原理工作原理u2的正半周，的正半周，D导通，导通， ADRLB，uO= u2 。 2u2uu2的负半周，

36、的负半周，D截止，承受反向电压，为截止，承受反向电压，为u2； uO=0。3.2.5 基本应用电路基本应用电路1、整流电路、整流电路整流电路是利用二极管的单向整流电路是利用二极管的单向导电作用，将交流电变成直流导电作用，将交流电变成直流电的电路。电的电路。半波整流电路半波整流电路改变电路及二极管的接入方式改变电路及二极管的接入方式,可得不同波形。可得不同波形。3.2.5 基本应用电路基本应用电路全波整流电路全波整流电路 牢记全波整流电路下列牢记全波整流电路下列2个电路特征：个电路特征： （1一组全波整流电路中使用两只整流二一组全波整流电路中使用两只整流二极管；极管； （2电源变压器次级线圈必须

37、有中心抽头。电源变压器次级线圈必须有中心抽头。二极管限幅电路二极管限幅电路 又称为：又称为：“削波电路削波电路”, 能够把输入电压变化范围加以限制，常能够把输入电压变化范围加以限制，常用于波形变换和整形。用于波形变换和整形。例：二极管构成的限幅电路如图所示，例：二极管构成的限幅电路如图所示，R1k，UREF=2V，输入信号为，输入信号为ui。 (1)假设假设 ui为为4V的直流信号，分别采用理想二极管模型的直流信号，分别采用理想二极管模型、理想二极管串联电压源模型计算电流、理想二极管串联电压源模型计算电流I和输出电压和输出电压uo+-+UIuREFRiuO解：（解：（1采用理想模型分析。采用理

38、想模型分析。 采用理想二极管串联电压源模型分析。采用理想二极管串联电压源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA31k1V702VV4DREFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu（2如果如果ui为幅度为幅度4V的交流三角波，波形如图的交流三角波，波形如图b所所示，分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模示，分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形。型分析电路并画出相应的输出电压波形。+-+UIuREFRiuO解：解：采用理想二极管采用理想二极管模型分析。波形如图所示。模型分析。波形如图所示。0-4V4Vuit2

39、V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用理想二极管串联采用理想二极管串联电压源模型分析，波形电压源模型分析，波形如图所示。如图所示。+-+UIuREFRiuOV sin18itu t 二极管限幅电路及波形图）二极管限幅电路及波形图）2.7V二极管电平选择电路 能够从多路输入信号中选出最低电平或最高电平的电路称为电平选择电路。二极管电平选择电路图）1、输入、输入u1、u2，加入方波信号，加入方波信号,二二极管的导通电压极管的导通电压UON=0.7v2、 E为电源，为5V电压。3、看输出u0的变化情况以上为低电平选择电路。以上为低电平选择电路。 稳压管是特殊的面接触型半导体硅二

40、极管稳压管是特殊的面接触型半导体硅二极管,其反向击穿是可逆的其反向击穿是可逆的,且反向电压较稳定。且反向电压较稳定。3.3 稳压二极管及其应用电路稳压二极管及其应用电路稳压二极管正是利用稳压二极管正是利用PN结的结的“反向击穿特性反向击穿特性”。稳压二极管可用于限幅和稳压。稳压二极管可用于限幅和稳压。一、稳压二极管符号及其伏安特性曲线一、稳压二极管符号及其伏安特性曲线稳压误差稳压误差曲线越曲线越陡，电陡，电压越稳压越稳定。定。-+ IZminiZ /mAuZ/VO UZ IZmax UZ IZ IZ稳压二极管的特性稳压二极管的特性 工作条件：反向击穿工作条件：反向击穿LR正向同正向同二极管二极

41、管稳定稳定电压电压 当稳压二极管工作在反向击穿状态下当稳压二极管工作在反向击穿状态下,工作电流工作电流IZ在在Izmax和和Izmin之间变化时之间变化时,其两端电压近似为常数其两端电压近似为常数.v稳压管应与负载电阻稳压管应与负载电阻并联。并联。v应采取限流措施，以防热击穿。应采取限流措施，以防热击穿。v外加电源正极接外加电源正极接N区，负极接区，负极接P区。区。双向稳压管符号图）-+ZZIUZr 二、稳压二极管的主要参数二、稳压二极管的主要参数（1稳定电压稳定电压 UZ（2电压温度系数电压温度系数（%/）稳压值受温度变化影响的系数。稳压值受温度变化影响的系数。（3动态电阻动态电阻maxZZ

42、ZMIUP （4稳定电流稳定电流IZ（5最大允许功耗最大允许功耗三、稳压过程三、稳压过程RLIZ+uCCUOuRRLUOIZURUO稳压电路分析 是依靠是依靠R上电压变化进行调节。上电压变化进行调节。 对限流电阻对限流电阻R要合理选择要合理选择 Rmax要使要使Uz还能工作，还能工作， Rmin不能使不能使IZ太大，以免烧毁。太大，以免烧毁。 对限流电阻对限流电阻R要合理选择要合理选择,计算见书介计算见书介绍。绍。 发光二极管 具有具有 电电光光 转换的性能转换的性能 .可见光有可见光有 红、黄、绿、蓝、紫等。红、黄、绿、蓝、紫等。发光亮度与工作电流成比例。发光亮度与工作电流成比例。可用于各种

43、指示灯、七段数码灯等。可用于各种指示灯、七段数码灯等。点式点式LED字段式字段式LED点阵式点阵式LED光柱式光柱式LEDLED 的类型的类型显示器件的类型显示器件的类型VFD 荧光显示器荧光显示器PDP 等离子显示器等离子显示器ECD 电致变色显示器电致变色显示器EPD 电泳显示器电泳显示器PLZT 铁电陶瓷显示器铁电陶瓷显示器LED (Light Emitting diode) 发光二极管发光二极管LCD (Liquid Crystal Display) 液晶显示器液晶显示器发光类型：发光类型： 可见光：红、黄、绿可见光：红、黄、绿显示类型：显示类型： 普通普通 LED ，不可见光：红外光

44、不可见光：红外光点阵点阵 LED七段七段 LED ,L E DLED 的类型的类型按形状分：字段式、点式、光柱式、点阵式按形状分：字段式、点式、光柱式、点阵式按发光颜色分：红、橙、黄、绿、双色、三色按发光颜色分：红、橙、黄、绿、双色、三色按发光强度分：普通亮度、高亮度按发光强度分：普通亮度、高亮度特性特性u /Vi /mAO2工作条件：正向偏置工作条件：正向偏置工作电流工作电流 : 几几mA 几十几十 mA导通电压导通电压 : ( 1.5 3) VLED 的特性和参数的特性和参数几种红色发光二极管的参数几种红色发光二极管的参数 极 限 参 数 电 参 数 光 参 数 型 号最大功率PM (mW) 最大正向 电流 (mA) 反向击 穿电压 (V)正向电流 IF (mA)正向电压 UF (V)反向电流 IR (A)结电容 (PF)发光主波波长(A)带 宽 (A)光强分布角 (度)FG112019 100 50 10FG112102 100 50 5 20 2 100 100 6500 200 15F