CH3二极管及其基本电路

1、3 3 二极管及其基本电路二极管及其基本电路3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识3.3 半导体二极管半导体二极管3.4 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法3.5 特殊二极管特殊二极管3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 3.1.1 半导体材料半导体材料 3.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构 3.1.3 本征半导体本征半导体 3.1.4 杂质半导体杂质半导体 3.1.1 半导体材料半导体材料 根据物体导电能力根据物体导电能力( (电阻率电阻率) )的不同，来划分的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导体、绝缘体和半导体。

2、典型的半导体有典型的半导体有硅硅SiSi和和锗锗GeGe以及以及砷化镓砷化镓GaAsGaAs等。等。 3.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构3.1.3 本征半导体本征半导体共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子 绝对零度时，绝对零度时， Si Si Si Si价电子价电子空穴空穴自由电子自由电子本征激发本征激发-由于温度升高，由于温度升高，产生电子产生电子-空穴对的现象空穴对的现象复合复合-自由电子会被空穴吸引，填补回去而成对消失。自由电子会被空穴吸引，填补回去而成对消失。温度一定时，电子空穴的数量是常数温

3、度一定时，电子空穴的数量是常数3.1.4 杂质半导体杂质半导体 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可变在常温下即可变为自由电子为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子1.N型半导体型半导体 N型半导体表示为：型半导体表示为： Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴2. P 型半导体型半导体P型半导体表示为：型半导体表示为： 本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体 本节中的有关概念本节中的有关概念自由电子、空穴自由电子、空穴 N N型半导体、型半导体、P P型半导体型半导体 多数载流子、少数载流子多数载流子、少数载流子. 本征激发、复合本征

4、激发、复合3.2 PN3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性 3.2.2 PN结的形成结的形成 3.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性 3.2.4 PN结的反向击穿结的反向击穿 3.2.5 PN结的电容效应结的电容效应 3.2.1 载流子的漂移与扩散载流子的漂移与扩散 3.2.1 载流子的漂移与扩散载流子的漂移与扩散漂移：漂移： 在在电场电场作用引起载流子的定向运动称为作用引起载流子的定向运动称为漂移运动漂移运动。产生。产生的电流称为的电流称为漂移电流。漂移电流。 电流方向为电流方向为正电荷正电荷移动的方向，大小与电场成正比。移动的方向，大小与电场成正比。扩散：扩散： 由载流子浓度差引

5、起载流子的定向运动称为由载流子浓度差引起载流子的定向运动称为扩散运动扩散运动。产生的电流称为产生的电流称为扩散电流。扩散电流。 电流的方向为由浓度梯度高指向浓度梯度低，大小与浓电流的方向为由浓度梯度高指向浓度梯度低，大小与浓度梯度成正比。度梯度成正比。 3.2.2 PN结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 +形成空间电荷区形成空间电荷区 对于对于P P型半导体和型半导体和N N型半导体结合面，离型半导体结合面，离子薄层形成的子薄层形成的空

6、间电荷区空间电荷区称为称为PNPN结结。 在空间电荷区，由于缺少多子，所以也在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称称耗尽层耗尽层，或，或阻挡层阻挡层（阻止扩散运动）阻止扩散运动）等。等。 PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+ 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR+ PN PN结加正向电压时，呈现结加正向电压时，呈现低电阻低电阻，具有较，具有较大的正向扩散电流；简称大的正向扩散电流；简称正偏。正偏。 PNPN结加反向电压时，呈现结加反向电压时，呈现高电

7、阻高电阻，具有很，具有很小的反向漂移电流；小的反向漂移电流；简称简称反偏。反偏。 由此可以得出结论：由此可以得出结论： PNPN结具有单向导电性。结具有单向导电性。 3.2.4 PN结的反向击穿结的反向击穿 当当PNPN结的反向电压增加结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为然快速增加，此现象称为PNPN结的结的反向击穿。反向击穿。热击穿热击穿不可逆不可逆 雪崩击穿雪崩击穿 齐纳击穿齐纳击穿 电击穿电击穿可逆可逆 3.2.5 PN结的电容效应结的电容效应(1) (1) 扩散电容扩散电容C CD D (2) (2) 势垒电容势垒电容C CB B3.3

8、 二极管二极管 3.3.1 二极管的结构二极管的结构 3.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 3.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 在在PNPN结上加上引线和封装，就成为一个二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有管。二极管按结构分有点接触型、面接触型点接触型、面接触型两大两大类。类。(1) (1) 点接触型二极管点接触型二极管(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 PN PN结面积小，结结面积小，结电容小，用于检波和电容小，用于检波和变频等高频电路。变频等高频电路。（a）面接触型）面接

9、触型 （b）集成电路中的平面型）集成电路中的平面型(2) (2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN PN结面积大，用于结面积大，用于工频大电流整流电路。工频大电流整流电路。(b)(b)面接触型面接触型电路电路符号符号 3.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性1.1.二极管的伏安特性公式表示二极管的伏安特性公式表示)1e (/SDD TVIiv硅二极管的硅二极管的V V- -I I 特性特性VT-与温度有关的常数。与温度有关的常数。Is -反向饱和电流反向饱和电流vD 0 时，时，1e/ |DTVv|-TVIi/SDDev正偏时成指数函数正偏时成指数函数vD Vth, 则则D导通，可用理想

10、模型、恒压导通，可用理想模型、恒压模型或折线模型代替二极管；模型或折线模型代替二极管；3) 如果如果VDO0,导通，导通，vD=0 , vs0 , D截止截止，iD=0（2 2）静态工作情况分析）静态工作情况分析V 0D VmA 1/DDD RVI理想模型理想模型（R=10k ） 当当VDD=10V 时，时，mA 93. 0/ )(DDDD RVVI恒压模型恒压模型V 7 . 0D V（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）折线模型折线模型V 5 . 0th V（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）mA 931. 0DthDDD rRVVI k 2 . 0Dr设设V 69. 0DDthD rIVV（

11、a）简单二极管电路）简单二极管电路 （b）习惯画法）习惯画法 例例2： 取取 B 点作参考点，断开点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。和阴极的电位。D6V12V3k BAVAB+例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2VAB+如何判断二极管在电路中是导通的还是截止的如何判断二极管在电路中是导通的还是截止的u先假设二极管两端断开，确定二极管两端的电先假设二极管两端断开，确定二极管两端的电位差；位差；u若电路出现两个或两个以上二极管，应先判断若电路出现两个或两个以上二极管，应先判断承承受正向电压较大的管子优先导通受正向电压较大的管子优先导通，再

12、按照上述方，再按照上述方法判断其余的管子是否导通。法判断其余的管子是否导通。u根据二极管两端加的是正电压还是反电压判定二根据二极管两端加的是正电压还是反电压判定二极管是否导通，若为正电压且大于阈值电压，则极管是否导通，若为正电压且大于阈值电压，则管子导通，否则截止；管子导通，否则截止；V sin18itu 限幅电路限幅电路t 3.5 特殊二极管特殊二极管VZIZIZM VZ IZ稳压二极管稳压时工稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。作在反向电击穿状态。_+VIO 3.5.1 齐纳二极管齐纳二极管( (稳压二极管稳压二极管) )3. 主要参数主要参数(1) 稳定电压稳定电压VZ 稳压管正常工作

13、稳压管正常工作(反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压。ZZ ZIVr(3) 稳定电流稳定电流 IZ 、最大稳定电流、最大稳定电流 IZM4. 稳压电路稳压电路正常稳压时正常稳压时 VO =VZ限流电阻限流电阻R的计算：的计算：IR = IZ+ ILIR= (VI-VZ) / RIo = Vz/RLIzmin Iz Izmax(VI-Vz)/(Izmax+ IL )Rmax0 V sin12itu稳压管应用电路稳压管应用电路t 3.5.2 变容二极管变容二极管（a）符号）符号 （b）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度） 特点：工作在反偏状态

14、，电容与反向电压成正比。特点：工作在反偏状态，电容与反向电压成正比。3.5.3 肖特基二极管肖特基二极管（a）符号）符号 （b）正向）正向V-I特性特性特点：电容小、工作速度快、门槛电压低，常用作开关管特点：电容小、工作速度快、门槛电压低，常用作开关管3.5.4 光电子器件光电子器件1. 光电二极管光电二极管 （a）符号）符号 （b）电路模型）电路模型 （c）特性曲线）特性曲线 特点：工作在反偏状态，反向电流与光的照度成正比。特点：工作在反偏状态，反向电流与光的照度成正比。2. 发光二极管发光二极管符号符号光电传输系统光电传输系统 特点：正向导通时能发光，为可见光。特点：正向导通时能发光，为可

15、见光。3. 激光二极管激光二极管（a）物理结构）物理结构 （b）符号）符号 end特点：正向导通时能发光，不是可见光，而是红外线。特点：正向导通时能发光，不是可见光，而是红外线。第三章小结第三章小结半导体在本征激发后具有导电性能，载流子浓度半导体在本征激发后具有导电性能，载流子浓度与温度有关；与温度有关；P P型半导体中多子为空穴，少子为电子；型半导体中多子为空穴，少子为电子； N N型半导型半导体中多子为电子，少子为空穴；体中多子为电子，少子为空穴；PNPN结具有单相导电性；结具有单相导电性；正向偏置时：正向偏置时：管压降为管压降为0 0，电阻也为，电阻也为0 0。反向偏置时：反向偏置时：电流为电流为0 0，电阻为，电阻为。当当i iD D11m mA A时，时， v vD D=0.7V=0.7V（硅）（硅）v vD D=0.2V=0.2V（锗）（锗）（实际模型）（实际模型）20015 . 07 . 0mAVViVVrDthDDDDDthDiriVv2005 . 0第三章习题常见类型第三章习题常见类型半导体基础知识正确的判断；半导体基础知识正确的判断；电子电路中二极管、稳压管工作状态的判断；电子电路中二极管、稳压管工作状态的判断；已知电子电路的输入电压求输出电压