zzz电子课件02 二极管

1、电工电子技术电工电子技术6.2 半导体二极管半导体二极管一. 二极管的基本结构和类型二. 二极管的伏安特性三. 二极管的主要参数四. 二极管的应用举例电工电子技术电工电子技术硅高频检波管开关管稳压管整流管发光二极管各类二极管的部分产品实物图各类二极管的部分产品实物图电工电子技术电工电子技术强调：强调：n讲半导体的基础知识、讲二极管、讲其内部的物讲半导体的基础知识、讲二极管、讲其内部的物理结构，是为了更好地理解其外部特性、结构参理结构，是为了更好地理解其外部特性、结构参数以及如何使用半导体器件，并不是真正的去研数以及如何使用半导体器件，并不是真正的去研究半导体的物理知识，所以同学们没有必要把内究

2、半导体的物理知识，所以同学们没有必要把内部的结构扣得太细，而最主要的是要掌握它的外部的结构扣得太细，而最主要的是要掌握它的外部特性、结构参数以及如何使用半导体器件。部特性、结构参数以及如何使用半导体器件。电工电子技术电工电子技术1. 什么是二极管？二极管是电子技术中最基本的半导体器二极管是电子技术中最基本的半导体器件之一，用它可以构成各种电子电路。件之一，用它可以构成各种电子电路。电工电子技术电工电子技术2. 二极管的基本结构和类型二极管的基本结构和类型电工电子技术电工电子技术 使用二极管时，必须注意极性不能接反，使用二极管时，必须注意极性不能接反，否则电路非但不能正常工作，还有毁坏管子否则电

3、路非但不能正常工作，还有毁坏管子和其他元件的可能。和其他元件的可能。普通二极管图符号普通二极管图符号电工电子技术电工电子技术 二极管的伏安特性呈非线性，特性曲线上大致二极管的伏安特性呈非线性，特性曲线上大致可分为四个区可分为四个区：硅管：硅管：开启电压：开启电压：0.5V0.5V导通电压：导通电压：0.70.7图中电流正负极的单图中电流正负极的单位不同位不同硅二极管硅二极管2CP10的伏安特性的伏安特性电工电子技术电工电子技术锗管：锗管：开启电压：开启电压：0.1V导通电压：导通电压：0.2V电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术2. 二极管的伏安特性U(V)0.500.8-50-2

4、5I (mA)204060 (A)4020 二极管的伏安特性是指流过二极管的电流与两端所加电压的函数关系。二极管既然是一个PN结，其伏安特性当然具有“单向导电性”。 二极管的伏安特性呈非线性，特性曲线上大致可分为四个区： 外加正向电压超过死区电压(硅管0.5V，锗管0.1V)时，内电场大大削弱，正向电流迅速增长，二极管进入正向导通区。死区正向导通区反向截止区 当外加正向电压很低时，由于外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故正向电流很小，几乎为零。这一区域称之为死区。 外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性，进入反向击穿区。反向击穿区反向

5、截止区内反向饱和电流很小，可近似视为零值。电工电子技术电工电子技术正向导通区和反向截止区的讨论U(V)0.500.8-50-25I (mA)204060 (A)4020死区正向导通区反向截止区反向击穿区 当外加正向电压大于死区电压时，二极管由不导通变为导通，电压再继续增加时，电流迅速增大，而二极管端电压却几乎不变，此时二极管端电压称为正向导通电压。 硅二极管的正向导通电压约为0.7V，锗二极管的正向导通电压约为0.3V。 在二极管两端加反向电压时，将有很小的、由少子漂移运动形成的反向饱和电流通过二极管。 反向电流有两个特点：一是它随温度的上升增长很快，二是在反向电压不超过某一范围时，反向电流的

6、大小基本恒定，而与反向电压的高低无关(与少子的数量有限)。所以通常称它为反向饱和电流。电工电子技术电工电子技术3. 二极管的主要参数 （1）最大整流电流最大整流电流IDM：指二极管长期运行时，允许通过：指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。其大小由的最大正向平均电流。其大小由PN结的结面积和外界散热结的结面积和外界散热条件决定。条件决定。 （2 2）最高反向工作电压最高反向工作电压U URMRM：指二极管长期安全运行时所：指二极管长期安全运行时所能承受的最大反向电压值。手册上一般取击穿电压的能承受的最大反向电压值。手册上一般取击穿电压的一半一半作作为最高反射工作电压值。为最高反射工作

7、电压值。 （3）反向电流反向电流IR：指二极管未击穿时的反向电流。：指二极管未击穿时的反向电流。IR值越值越小，二极管的单向导电性越好。反向电流随温度的变化而变小，二极管的单向导电性越好。反向电流随温度的变化而变化较大，这一点要特别加以注意。化较大，这一点要特别加以注意。 （4）最大工作频率最大工作频率fM：此值由：此值由PN结的结电容大小决定。结的结电容大小决定。若二极管的工作频率超过该值，则二极管的单向导电性将变若二极管的工作频率超过该值，则二极管的单向导电性将变差。差。电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术4. 二极管的应用举例二

8、极管的应用举例电工电子技术电工电子技术4. 二极管的应用举例分析实际电路时为简单化，通常把二极管进行理想分析实际电路时为简单化，通常把二极管进行理想化处理，即正偏时视其为化处理，即正偏时视其为“短路短路”，截止时视其为，截止时视其为“开开路路”。UD=0UD=正向导通时相当于正向导通时相当于一个闭合的开关一个闭合的开关反向阻断时相当于反向阻断时相当于一个打开的开关一个打开的开关(1)二极管的二极管的开关作用开关作用电工电子技术电工电子技术(2)二极管的二极管的整流整流作用作用 将交流电变成单方向脉动直流电的过程称为将交流电变成单方向脉动直流电的过程称为整流整流。利用。利用二极管的单向导电性能就

9、可获得各种形式的整流电路。二极管的单向导电性能就可获得各种形式的整流电路。二极管半波整流电路二极管全波整流电路桥式整流电路简化图B220VRLDIN4001B220VRLD1D2二极管桥式整流电路D4B220VRLD1D2D3B220VRL电工电子技术电工电子技术(3)(3)二极管的限幅作用二极管的限幅作用DuS10K IN4148u0iD 图示为一限幅电路。电源uS是一个周期性的矩形脉冲，高电平幅值为+5V，低电平幅值为-5V。试分析电路的输出电压为多少。uS+5V-5Vt0当输入电压ui=5V时，二极管反偏截止，此时电路可视为开路，输出电压u0=0V； 当输入电压ui= +5V时，二极管正

10、偏导通，导通时二极管管压降近似为零，故输出电压u0+5V。 显然输出电压u0限幅在0+5V之间。u0电工电子技术电工电子技术半导体二极管工作在半导体二极管工作在击穿区，是否一定被击穿区，是否一定被损坏？为什么？损坏？为什么？ 何谓死区电压？硅管何谓死区电压？硅管和锗管死区电压的典和锗管死区电压的典型值各为多少？为何型值各为多少？为何会出现死区电压？会出现死区电压？ 把一个把一个1.5V1.5V的干电池直接的干电池直接正向联接到二极管的两端，正向联接到二极管的两端， 会出现什么问题？会出现什么问题？二极管的伏安特性曲线上二极管的伏安特性曲线上分为几个区？能否说明二分为几个区？能否说明二极管工作在

11、各个区时的电极管工作在各个区时的电 压、电流情况？压、电流情况？ 为什么二极管的反为什么二极管的反向电流很小且具有向电流很小且具有饱和性？当环境温饱和性？当环境温度升高时又会明显度升高时又会明显增大增大 ？电工电子技术电工电子技术二极管的应用二极管的应用电工电子技术电工电子技术I(mA)40302010 0-5-10-15-20 (A) 0.4 0.812 8 4U(V) 稳压二极管的反向电压几乎不随反向电流的变化而变稳压二极管的反向电压几乎不随反向电流的变化而变化、这就是稳压二极管的显著特性。化、这就是稳压二极管的显著特性。D 稳压二极管是稳压二极管是一种特殊一种特殊的面接触型二极管，的面接

12、触型二极管，其反其反向击穿可逆。向击穿可逆。正向特性与普正向特性与普通二极管相似通二极管相似反向反向IZUZ特殊二极管特殊二极管3. 稳压二极管稳压二极管实物图实物图图符号及文字符号图符号及文字符号 显然稳压管的伏安特性曲线比普通二极管的显然稳压管的伏安特性曲线比普通二极管的更加陡峭。更加陡峭。电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术USDZ使用稳压二极管时应该注意的事项使用稳压二极管时应该注意的事项(1)稳压二极管正负极的判别DZ(2)稳压二极管使用时，应反向接入电路UZ(3)稳压管应接入限流电阻(4)电源电压应

13、高于稳压二极管的稳压值ZSUU (5)稳压管都是硅管。其稳定电压UZ最低为3V，高的可达 300V，稳压二极管在工作时的正向压降约为0.6V。 电工电子技术电工电子技术 二极管的反向击穿特性：二极管的反向击穿特性：当外加反向电压超过击穿当外加反向电压超过击穿电压时，通过二极管的电流会急剧增加。电压时，通过二极管的电流会急剧增加。 击穿并不意味着管子一定要损坏击穿并不意味着管子一定要损坏，如果我们采取适，如果我们采取适当的措施限制通过管子的电流，当的措施限制通过管子的电流，就能保证管子不因过就能保证管子不因过热而烧坏。热而烧坏。 在反向击穿状态下，让通过管子的电流在一定范围在反向击穿状态下，让通

14、过管子的电流在一定范围内变化，这时管子两端电压变化很小，内变化，这时管子两端电压变化很小，利用这一点可利用这一点可以达到以达到“稳压稳压”效果。效果。稳压二极管就是工作在反向击稳压二极管就是工作在反向击穿区。穿区。 稳压管稳压电路中稳压管稳压电路中一般都要加限流电阻一般都要加限流电阻R，使稳压管，使稳压管电流工作在电流工作在Izmax和和Izmix的范围内。应用中稳压管要采取的范围内。应用中稳压管要采取适当措施限制通过管子的电流值，以保证管子不会造适当措施限制通过管子的电流值，以保证管子不会造成热击穿。成热击穿。电工电子技术电工电子技术 发光二极管是一种能发光二极管是一种能把电能直接转换成光能

15、的固体发光元把电能直接转换成光能的固体发光元件件。发光二极管和普通二极管一样，管芯由。发光二极管和普通二极管一样，管芯由PN结构成，具结构成，具有单向导电性。有单向导电性。实物图图符号和图符号和文字符号文字符号D 单个发光二极管常作为电子设备通单个发光二极管常作为电子设备通断指示灯或快速光源及光电耦合器中断指示灯或快速光源及光电耦合器中的发光元件等。发光二极管一般使用的发光元件等。发光二极管一般使用砷化镓、磷化镓等材料制成。现有的砷化镓、磷化镓等材料制成。现有的发光二极管能发出红黄绿等颜色的光。发光二极管能发出红黄绿等颜色的光。 发光管正常工作时应正向偏置，因死区电压发光管正常工作时应正向偏置

16、，因死区电压较普通二极管高，因此其正偏工作电压一般在较普通二极管高，因此其正偏工作电压一般在1.3V以上以上。 发光管属功率控制器件，常用来作为数字电发光管属功率控制器件，常用来作为数字电路的数码及图形显示的七段式或阵列器件。路的数码及图形显示的七段式或阵列器件。5. 发光二极管发光二极管电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术 光电二极管也称光敏二极管，是光电二极管也称光敏二极管，是将光信号变成电信号的将光信号变成电信号的半半导体器件，其核心部分也是一个导体器件，其核心部分也是一个PN结。光电二极管结。光电二极管PN结的结的结面积较小、结深很浅，一般小于一个微

17、米。结面积较小、结深很浅，一般小于一个微米。D 光电二极管和稳压管类似，光电二极管和稳压管类似，也是工作在反向电压下也是工作在反向电压下。无光照时，反向电流很小，称为无光照时，反向电流很小，称为暗电流暗电流；有光照射时，携；有光照射时，携带能量的光子进入带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分价电子挣脱共价键的束缚，产生电子子，使部分价电子挣脱共价键的束缚，产生电子空穴对，空穴对，称为称为光生载流子光生载流子。光生载流子在反向电压作用下形成反向。光生载流子在反向电压作用下形成反向光电流，其强度与光照强度成正比。光电流，其强度与光照强度成正比。3. 光电二极管光电二极管 光电二极管也称光敏二极管，同光电二极管也称光敏二极管，同样具有单向导电性，光电管管壳上样具有单向导电性，光电管管壳上有一个能射入光线的有一个能射入光线的“窗口窗口”，这，这个窗口用有机玻璃透镜进行封闭，个窗口用有机玻璃透镜进行封闭，入射光通过透镜正好射在管芯上。入射光通过透镜正