第2章 半导体二极管

1、第第2 2章章 半导体二极管半导体二极管本章基本要求本章基本要求 了解半导体的基本知识了解半导体的基本知识 熟悉二极管熟悉二极管(PN(PN结结) )的结构、工作原理、的结构、工作原理、主要参数主要参数 掌握二极管的特点、伏安特性、应用掌握二极管的特点、伏安特性、应用电路及其分析方法。电路及其分析方法。本章讲述内容本章讲述内容 2.12.1半导体基础与半导体基础与PNPN结结 2.22.2半导体二极管半导体二极管 2.32.3特殊半导体二极管特殊半导体二极管 2.42.4半导体二极管的应用示例半导体二极管的应用示例2.1 2.1 半导体基础与半导体基础与PNPN结结 2.1.1 2.1.1 半

2、导体及其特性半导体及其特性 一般一般金属电阻率金属电阻率为为10-910-6cm，绝缘体的绝缘体的电阻率电阻率为为10101020cm，半导体的电阻率半导体的电阻率为为 10-3109cm。由于半导体的导电能力介于导体和绝缘。由于半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，故称为体之间，故称为半导体半导体。 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： （2）光敏特性：）光敏特性： （3）杂敏特性：）杂敏特性： 2.1.2 本征半导体本征半导体 具有晶体结构的纯净半导体称为本征半导体。具有晶体结构的纯净半导体称为本征半导体。晶体通常具有规则的几何形状，在空间中按点阵晶体通常具

3、有规则的几何形状，在空间中按点阵（晶格）排列。最常用的半导体材料为硅（晶格）排列。最常用的半导体材料为硅（Si）和）和锗（锗（Se）。）。 价价电电子子共共价价键键共价键共价键共价键失去电共价键失去电子后留下的空子后留下的空位称为位称为空穴空穴，显然具有空穴显然具有空穴的原子带正电。的原子带正电。本征半导体产本征半导体产生热激发时，生热激发时，电子和空穴成电子和空穴成对出现。对出现。 热激发、空穴与自由电子热激发、空穴与自由电子自由电子和空穴的自由电子和空穴的复合、动态平衡复合、动态平衡在本征半导体中，在本征半导体中，自由电子和空穴总是自由电子和空穴总是成对出现，同时又不成对出现，同时又不断复

4、合，故在一定温断复合，故在一定温度下，载流子的热激度下，载流子的热激发和复合达到动态平发和复合达到动态平衡，载流子的数目维衡，载流子的数目维持在一定的数目。持在一定的数目。 2.1.3 N2.1.3 N型半导体和型半导体和P P型半导体型半导体 为了提高其导电能力，应增加载流子的数目，为了提高其导电能力，应增加载流子的数目，在本征半导体中掺入微量的其它元素（称为掺杂），在本征半导体中掺入微量的其它元素（称为掺杂），形成杂质半导体。若掺入微量的形成杂质半导体。若掺入微量的5 5价元素（如磷、砷、价元素（如磷、砷、锑等），可大大提高自由电子浓度，这种杂质半导锑等），可大大提高自由电子浓度，这种杂质

5、半导体称为体称为N N型半导体，如掺入型半导体，如掺入3 3价元素（如硼），则可价元素（如硼），则可增加空穴数，形成增加空穴数，形成P P型半导体。型半导体。1. N1. N型半导体型半导体 在硅或锗的本征半导体中掺入微量的在硅或锗的本征半导体中掺入微量的5 5价磷（价磷（P P）元）元素，则形成素，则形成NN型半导体。型半导体。自由电子为自由电子为多数载流子，多数载流子，空穴为少数载空穴为少数载流子流子，故，故NN型型半导体也称为半导体也称为电子型半导体电子型半导体，磷原子也称为磷原子也称为施主杂质施主杂质。 2 2P P型半导体型半导体 如果在硅或锗的本征半导体中掺入微量的如果在硅或锗的本

6、征半导体中掺入微量的3 3价硼价硼（B B）元素，则形成）元素，则形成P P型半导体。型半导体。空穴为多数载空穴为多数载流子流子，自由电子自由电子为少数载流子为少数载流子，故故P P型半导体也称型半导体也称为为空穴半导体空穴半导体，硼原子也称为硼原子也称为受受主杂质主杂质。 2.1.4 PN2.1.4 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 2.1.4 .1 PN2.1.4 .1 PN结的形成结的形成 利用特殊的制造工艺，在一块本征半利用特殊的制造工艺，在一块本征半导体（硅或锗）上，一边掺杂成导体（硅或锗）上，一边掺杂成N型半导体，型半导体，一边形成一边形成P型半导体，在扩散运动和漂移运型半导体

7、，在扩散运动和漂移运动的作用下，在两种半导体的交界面就会形动的作用下，在两种半导体的交界面就会形成一个厚度稳定的空间电荷区，这就是成一个厚度稳定的空间电荷区，这就是PN结结扩散运动扩散运动由于两边载流子浓由于两边载流子浓度的差异，度的差异，P型半导体型半导体中的中的“多子多子”空穴向空穴向N型区运动，而型区运动，而N半导体半导体中的中的“多子多子”自由电自由电子向子向P型区运动，故扩型区运动，故扩散运动是散运动是多子多子的运动的运动 由于浓度的差由于浓度的差异形成的载流子运异形成的载流子运动称为扩散运动动称为扩散运动得到一个电子得到一个电子的硼负离子的硼负离子 失去一个电子失去一个电子的磷正离

8、子的磷正离子内电场的形成内电场的形成 在多子扩散到交在多子扩散到交界面附近时，自由界面附近时，自由电子和空穴复合，电子和空穴复合，留下不能移动的带留下不能移动的带电离子，如图电离子，如图2-8所所示。这带正、负电示。这带正、负电的离子形成了空间的离子形成了空间电荷区的内电场电荷区的内电场 在内电场的作用在内电场的作用下向，下向，P区的少子区的少子（电子）向（电子）向N区漂移，区漂移，N区的少子（空穴）区的少子（空穴）向向P区漂移，形成漂区漂移，形成漂移电流。移电流。 在在PN结刚形成时，扩散运动占主流，随结刚形成时，扩散运动占主流，随着内电场的增强，漂移运动逐渐增强，最终着内电场的增强，漂移运

9、动逐渐增强，最终扩散运动和漂移运动相等，达到动态平衡。扩散运动和漂移运动相等，达到动态平衡。漂移运动漂移运动动态平衡动态平衡2.1.4.2 PN2.1.4.2 PN结的单向导电性结的单向导电性图 2-9 PN结加正向电压N型半导体P型半导体PN结内电场方向外电场方向RUFI1 1PNPN结外加正向电压结外加正向电压P区接电源的正极、区接电源的正极、N区接电源的负极，外电场区接电源的负极，外电场的方向与内电场的方向相的方向与内电场的方向相反，扩散运动大于漂移运反，扩散运动大于漂移运动，形成较大的扩散电流，动，形成较大的扩散电流，其方向是由其方向是由P区流向区流向N区，区，随着外加电压的增大正向随

10、着外加电压的增大正向电流也增大，称之为电流也增大，称之为PN结的正向导通。结的正向导通。正向电流包括两部分：空穴电流和自由电子正向电流包括两部分：空穴电流和自由电子电流。虽然两种不同极性的电荷运动方向相反，电流。虽然两种不同极性的电荷运动方向相反，但所形成的电流方向是一致的但所形成的电流方向是一致的2 2PNPN结外加反向电压结外加反向电压图 2-10 PN结加反向电压N型半导体P型半导体PN 结内电场方向外电场方向RURIP P区接电源的负极、区接电源的负极、N N区接电源的正极，区接电源的正极，外电外电场的方向与内电场的方场的方向与内电场的方向相同，漂移运动大于向相同，漂移运动大于扩散运动

11、，外电场使得扩散运动，外电场使得P P区的空穴和区的空穴和N N区的自由区的自由电子从空间电荷区边缘电子从空间电荷区边缘移开，使空间电荷区变移开，使空间电荷区变宽，这有利于少子的形宽，这有利于少子的形成反向电流，此时成反向电流，此时PNPN结结反向截止，呈高阻态。反向截止，呈高阻态。反向电流也叫反向饱和电流用反向电流也叫反向饱和电流用I Is s表示表示2.2 2.2 半导体二极管半导体二极管 (a) 二极管的表示符号 (b) 二极管的外型阳极阴极图2-11 半导体二极管(a)(b)阴极阴极阳极阳极2.2.1 2.2.1 二极管的结构、类型及符号二极管的结构、类型及符号 将一个将一个PN结封结

12、封装起来，引出两个电装起来，引出两个电极，就构成半导体二极，就构成半导体二极管，也称晶体二极极管，也称晶体二极管。管。电路中的表示符号和电路中的表示符号和二极管的外形如图所示二极管的外形如图所示点接触型，用于高点接触型，用于高频检波和开关电路频检波和开关电路面接触型，用面接触型，用于整流电路于整流电路平面型，用于高频、平面型，用于高频、开关、脉冲开关、脉冲二极管的结构示意图二极管的结构有三种，点接触型、面接二极管的结构示意图二极管的结构有三种，点接触型、面接触型、平面型，如图触型、平面型，如图2-122-12所示。所示。2.2.2.12.2.2.1二极管的伏安特性二极管的伏安特性 v/uO图2

13、-13 二极管伏安特性(1)(2)硅管锗管RMU0.20.630201020406080mA/ i(3)2.2.2二极管的伏安特性及主要性能参数 二极管的伏安特性二极管的伏安特性就是二极管流过的电就是二极管流过的电流流i和两端电压和两端电压u之间之间的关系，如图的关系，如图2-131 1正向特性正向特性 此时硅二极管的正向导通压此时硅二极管的正向导通压降在降在0.60.8V，典型值取，典型值取0.7V；锗二极管的正向导通压降在锗二极管的正向导通压降在0.10.3V，典型值取，典型值取0.2V。 ) 1(T/SDUueIiv/uO图2-13 二极管伏安特性(1)(2)硅管锗管RMU0.20.63

14、0201020406080mA/ i(3) 正向电压足够大，超过开启电正向电压足够大，超过开启电压后，内电场的作用被大大削弱，压后，内电场的作用被大大削弱，电流很快增加，二极管正向导通，电流很快增加，二极管正向导通，如图如图2-13(1)段。段。正向特性也可以用下式近似表示正向特性也可以用下式近似表示其中：其中：Is为反向饱和电流，为反向饱和电流，UT为温度电压当量，室为温度电压当量，室温下温下UT=26mV2 2反向特性反向特性 v/uO图2-13 二极管伏安特性(1)(2)硅管锗管RMU0.20.630201020406080mA/ i(3) 此时二极管加反向电压，阳此时二极管加反向电压，

15、阳极电位低于阴极电位，二极管的极电位低于阴极电位，二极管的反向特性对应图反向特性对应图2-13曲线的（曲线的（2）段在二极管两端加反向电压时，段在二极管两端加反向电压时，其外加电场和内电场的方向一致，其外加电场和内电场的方向一致，当反向电压小于反向击穿电压时，当反向电压小于反向击穿电压时，由图中可以看出，反向电流基本由图中可以看出，反向电流基本恒定，而且电流几乎为零，这是恒定，而且电流几乎为零，这是由少数载流子漂移运动所形成的由少数载流子漂移运动所形成的反向饱和电流反向饱和电流硅管的反向电流要比锗管小得多，小功率硅管的反向电流要比锗管小得多，小功率硅管的反向饱和电流一般小于硅管的反向饱和电流一

16、般小于0.1A0.1A，锗管，锗管约为几个微安约为几个微安3击穿特性 当二极管反向电压过高超过当二极管反向电压过高超过反向击穿电压时，二极管的反向反向击穿电压时，二极管的反向电流急剧增加，对应图电流急剧增加，对应图2-13图中图中的（的（3）段。由于这一段电流大、）段。由于这一段电流大、电压高，所以电压高，所以PN结消耗的功率结消耗的功率很大，容易使很大，容易使PN结过热烧坏，结过热烧坏，一般二极管的反向电压在几十伏一般二极管的反向电压在几十伏以上。以上。 v/uO图2-13 二极管伏安特性(1)(2)硅管锗管RMU0.20.630201020406080mA/ i(3)v/uO0.720mA

17、/ iC20C60C20C60图2-14 温度对二极管伏安特性的影响DI 温度对二极管伏安特温度对二极管伏安特性的影响如图性的影响如图2-14所示。所示。温度升高时，正向特性左温度升高时，正向特性左移，移，UBE下降；反向特性下降；反向特性下移，反向饱和电流增大。下移，反向饱和电流增大。温度的影响温度的影响2.2.2.2 2.2.2.2 主要性能参数（低频参数）主要性能参数（低频参数） 1 1额定整流电流额定整流电流IF 指二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流值，指二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流值，它是由它是由PN结的面积和散热条件决定。使用中若超过此值，结的面积和散热条

18、件决定。使用中若超过此值，PN结由于过热发生热击穿结由于过热发生热击穿 2 2最高反向工作电压最高反向工作电压URM 指保证二极管反向使用时，指保证二极管反向使用时，不被击穿而允许加上的最高反向不被击穿而允许加上的最高反向电压。一般取（电压。一般取（1/22/3)UBR 3 3反向饱和漏电流反向饱和漏电流Is和最大反向电流和最大反向电流IRM 反向饱和电流反向饱和电流Is指二极管加反向电压时流过的电流。最指二极管加反向电压时流过的电流。最大反向电流大反向电流IRM指二极管工作在最高反向工作电压时的电流。指二极管工作在最高反向工作电压时的电流。反向电流越大，说明管子的温度稳定性越反向电流越大，说

19、明管子的温度稳定性越差，其单向导电性不好。常温下硅管的反向差，其单向导电性不好。常温下硅管的反向饱和电流为饱和电流为1010-9-9A A，而锗管为，而锗管为10-6A 。故在选。故在选择二极管时，首选硅管，其具有反向耐压管、择二极管时，首选硅管，其具有反向耐压管、反向电流小、温度稳定好等特定。反向电流小、温度稳定好等特定。DDDIUR V/uOmA/ i(a) 直流电阻的几何意义1Q2Q1DI1DU2DU2DI4 4直流电阻直流电阻RD 二极管工作时对应的电压和二极管工作时对应的电压和电流，称为静态工作点，如电流，称为静态工作点，如Q1和和Q2，其直流电阻就是静态工作点，其直流电阻就是静态工

20、作点对应的电压和电流的比值。即对应的电压和电流的比值。即二极管正向导通时，电流越大，二极管正向导通时，电流越大，其值越小。反向截止时，由于电流其值越小。反向截止时，由于电流很小，故反向直流电阻很大。正反很小，故反向直流电阻很大。正反向电阻反差越大，说明二极管的单向电阻反差越大，说明二极管的单向导电性越好，另外利用这一点可向导电性越好，另外利用这一点可判断二极管的方向判断二极管的方向QDDQDDdddiuiurV/uOmA/ iQ(b) 交流电阻的几何意义DiDu图2-15 二极管的等效电阻(b)DIDU对于高频参数有对于高频参数有最高工作频率和反向恢复时间最高工作频率和反向恢复时间trr等等

21、5 5交流电阻交流电阻rd 指在静态工作点附近电压变化量指在静态工作点附近电压变化量和电流变化量的比值，即和电流变化量的比值，即当二极管两端电压比较高时，交当二极管两端电压比较高时，交流电阻可近似为流电阻可近似为QQd26QQTIIUr rd即为即为Q点的切线斜率，一般在几十欧至几百欧点的切线斜率，一般在几十欧至几百欧 2.2.2.3 2.2.2.3 二极管的测试二极管的测试 在使用二极管前，应先判断二极管的好坏，可用指针式在使用二极管前，应先判断二极管的好坏，可用指针式万用表欧姆档的万用表欧姆档的R1k (或或R100)档位（注意不要用档位（注意不要用R1(或或R10k)档位，以免电流过大烧

22、坏二极管）。首先将万用表拨档位，以免电流过大烧坏二极管）。首先将万用表拨到欧姆到欧姆R1k档位，将两个表笔短接，进行调零档位，将两个表笔短接，进行调零1 1正向特性的测定正向特性的测定 将指针式万用表的黑表笔（指针式万用表黑表笔接表内将指针式万用表的黑表笔（指针式万用表黑表笔接表内电池的正极）接到二极管的阳极，万用表的红表笔（指针式电池的正极）接到二极管的阳极，万用表的红表笔（指针式万用表红表笔接表内电池的负极）接到二极管的阴极。如果万用表红表笔接表内电池的负极）接到二极管的阴极。如果指针摆至量程的中间某位置，所测电阻为二极管的正向电阻，指针摆至量程的中间某位置，所测电阻为二极管的正向电阻，一

23、般正向电阻为几百欧几千欧。如果正向电阻很小甚至为一般正向电阻为几百欧几千欧。如果正向电阻很小甚至为零，则说明二极管内部短路；如果正向电阻为无穷大，则说零，则说明二极管内部短路；如果正向电阻为无穷大，则说明二极管内部断路。明二极管内部断路。2 2反向特性的测定反向特性的测定 将指针式万用表的黑表笔接到二极管的阴极，红表笔接将指针式万用表的黑表笔接到二极管的阴极，红表笔接到二极管的阳极。如果指针摆至量程的较大或接近无穷大，到二极管的阳极。如果指针摆至量程的较大或接近无穷大，所测电阻为二极管的反向电阻。一般反向电阻为几十千欧所测电阻为二极管的反向电阻。一般反向电阻为几十千欧几百千欧。如果反向电阻很小

24、甚至为零，则说明二极管反向几百千欧。如果反向电阻很小甚至为零，则说明二极管反向击穿而损坏。击穿而损坏。2.2.2.4 2.2.2.4 二极管的选用原则二极管的选用原则极限参数（最大反向电压）应大于器件在实际使用中可能极限参数（最大反向电压）应大于器件在实际使用中可能遇到的值，一般取实际值的遇到的值，一般取实际值的1.52倍；倍；选用反向电流小的二极管；选用反向电流小的二极管；硅管的反向耐压高、反向电流小、耐温性能好，应作为首选。硅管的反向耐压高、反向电流小、耐温性能好，应作为首选。如果要求阈值电压和正向导通电压小时，应选用锗二极管；如果要求阈值电压和正向导通电压小时，应选用锗二极管；导通电流较

25、大时，选用面接触型二极管；工作频导通电流较大时，选用面接触型二极管；工作频率较高时选用点接触型二极管。率较高时选用点接触型二极管。2.2.2.5 2.2.2.5 二极管的型号（国标二极管的型号（国标GB249-74GB249-74）国产半导体器件的型号由五部分组成：国产半导体器件的型号由五部分组成：2 A P 8 B第一部分：用阿拉伯数码表示电极的数目，第一部分：用阿拉伯数码表示电极的数目，2-二极管，二极管，3-三极管三极管第二部分：用汉语拼音表示器件的材料和极性，第二部分：用汉语拼音表示器件的材料和极性，A-N型锗型锗材料；材料；B-P型锗材料；型锗材料；C-N型硅材料；型硅材料；D-P型

26、硅材料型硅材料第三部分：用汉语拼音表示器件的类型用途，第三部分：用汉语拼音表示器件的类型用途，P-普通管；普通管；V-微波管；微波管；W-稳压管；稳压管；Z-参量管；参量管；U-光电管；光电管；K-开关管开关管第四部分：用数码表示序号，同一系列参数的分档第四部分：用数码表示序号，同一系列参数的分档第五部分：用汉语拼音表示同一系列元件参数的细分第五部分：用汉语拼音表示同一系列元件参数的细分请回答请回答问题说明下列型号的材料和作问题说明下列型号的材料和作用？用？1. 2CZ54A?2. 2AP22?3. 2DW90?4. 2BU2A?2.2.3 2.2.3 二极管的等效模型及其应用二极管的等效模型

27、及其应用 1. 1.小信号模型小信号模型 小信号时可认为二极管的小信号时可认为二极管的电压和电流在伏安特性曲线上电压和电流在伏安特性曲线上Q点附近小范围变化，此时近点附近小范围变化，此时近似认为特性曲线是线性的，故似认为特性曲线是线性的，故用过用过Q点的切线代替微小变化点的切线代替微小变化的曲线，如图的曲线，如图2-16a中中Q点附近点附近的小直角三角形所示，并由此的小直角三角形所示，并由此将工作在低频小信号时的二极将工作在低频小信号时的二极管等效成一个动态电阻管等效成一个动态电阻QDDdiurV/uOmA/ iQDiDuDIDUDuDidr代表符号(a) 小信号模型则则等效模型等效模型2.2

28、.大信号模型大信号模型 (1) (1) 折线模型折线模型 二极管的折线模型如图二极管的折线模型如图2-16(b)所示。所示。 二极管在许多情况下都是工作在大信号条件下二极管在许多情况下都是工作在大信号条件下(如整流二如整流二极管、开关二极管等极管、开关二极管等)。在大信号条件下，根据不同的精度要求，。在大信号条件下，根据不同的精度要求，二极管可以用折线模型、恒压模型和理想模型来表示二极管可以用折线模型、恒压模型和理想模型来表示其中：其中：Uth-阈值电压（死区电压）阈值电压（死区电压）意义为：二极管加反向电压时，意义为：二极管加反向电压时，i=0；加正向电压时，当；加正向电压时，当uUth,

29、曲线用斜率为曲线用斜率为1/rd的直线的直线代替代替等效电路等效电路(2) (2) 恒压降模型恒压降模型 二极管的恒压降模型如图二极管的恒压降模型如图2-16c所示所示 。当二极管的正向导通压降与。当二极管的正向导通压降与外加电压相比不能忽略时，二极管外加电压相比不能忽略时，二极管正向导通可看成是恒压源，其电压正向导通可看成是恒压源，其电压为二极管导通时的正向压降为二极管导通时的正向压降UT（硅（硅管典型值为管典型值为0.7V，锗管典型值为，锗管典型值为0.2V），且不随电流变化而变化；），且不随电流变化而变化；截止时反向电流为零，做开路处理。截止时反向电流为零，做开路处理。 等效电路等效电路

30、(3) (3) 理想模型理想模型 图图2-16d为二极管的理想模型。在二极为二极管的理想模型。在二极管的工作电压幅度较大时，认为可以忽略管的工作电压幅度较大时，认为可以忽略二极管的正向导通压降和反向饱和电流。二极管的正向导通压降和反向饱和电流。 反偏压时二极管截止电流为零，相反偏压时二极管截止电流为零，相当于开关断开等效电路当于开关断开等效电路即正偏时二极管导通电压为零，相当于即正偏时二极管导通电压为零，相当于开关闭合；等效电路开关闭合；等效电路解：若要判断二极管是导通还是截止，则可先假设二极管移开，解：若要判断二极管是导通还是截止，则可先假设二极管移开，计算二极管的阳极和阴极之间的电位差。若

31、该电位差大于零，计算二极管的阳极和阴极之间的电位差。若该电位差大于零，则表明二极管可能导通；若该电位差小于或等于零，则二极管则表明二极管可能导通；若该电位差小于或等于零，则二极管截止。如图所示截止。如图所示例例2-1 电路如例电路如例2-1图所示，设二极管是理想的图所示，设二极管是理想的,试判试判断二极管是导通还是截止？并求输出电压断二极管是导通还是截止？并求输出电压UAO 移去二极管移去二极管后的电路后的电路由可得两个二极管的阳极和阴极之间的电位差分别为由可得两个二极管的阳极和阴极之间的电位差分别为 0V 9V 9)(0D1U0V3)9(12D2U故二极管故二极管D1导通，导通，D2截止。由

32、于二极管为理想二极管，所以截止。由于二极管为理想二极管，所以D1做短路处理，做短路处理，D2做开路处理，其等效电路如图所示做开路处理，其等效电路如图所示二极管等二极管等效电路效电路则输出电压则输出电压V0AOU例例2-2 例例2-2图所示电路中的二极管是硅管，图所示电路中的二极管是硅管，若二若二极管为理想二极管，则流过二极管中的电流是多少？极管为理想二极管，则流过二极管中的电流是多少？如果二极管正向导通压降为如果二极管正向导通压降为0.7V，则流过二极管中，则流过二极管中的电流又是多少？的电流又是多少？若若U20V，且二极管正向导通压，且二极管正向导通压降为降为0.7V，则流过二极管中的电流又

33、是多少？，则流过二极管中的电流又是多少？解：解：(1)若二极管为理想二极管，二极管若二极管为理想二极管，二极管D承受正向电压而承受正向电压而导通，导通，UD0V，相当于短路，如图，相当于短路，如图理想二极管理想二极管等效电路等效电路(2) 如果二极管正向导通压降为如果二极管正向导通压降为0.7V，先判断二极管是导通还，先判断二极管是导通还是截止。假设将二极管移开，如图是截止。假设将二极管移开，如图二极管中的电流为二极管中的电流为mA7 . 1107 . 4831DRUI移开二极管移开二极管的等效电路的等效电路则则R2两端的电压为两端的电压为VURRRU48. 083 . 07 . 43 . 0

34、212D由于硅二极管的死区电压为由于硅二极管的死区电压为0.5V，故二，故二极管截止，极管截止，ID0(3) 如例如例2-2图图b所示电路，若所示电路，若U20V，且二极管正向导通压降，且二极管正向导通压降为为0.7V，则假设移开二极管如图，则假设移开二极管如图移开二极管移开二极管的等效电路的等效电路V2 . 1203 . 07 . 43 . 0212DURRRU则则R2两端的电压为两端的电压为其等效电路如图所示其等效电路如图所示 ，恒压源两端电压为，恒压源两端电压为UD0.7V由于二极管两端电压大于死区电压，故由于二极管两端电压大于死区电压，故D导通，二极管用恒压源代替导通，二极管用恒压源代

35、替二极管导通二极管导通的等效电路的等效电路mA16. 23 . 07 . 07 . 47 . 0202D1DDRURUUI二极管的应用范围很广泛，主要是由于二二极管的应用范围很广泛，主要是由于二极管具有单向导电性，所以利用二极管可以极管具有单向导电性，所以利用二极管可以进行整流、限幅、保护、检波、钳位及开关进行整流、限幅、保护、检波、钳位及开关电路等。电路等。 则二极管中的电流为则二极管中的电流为2.3 2.3 特殊半导体二极管特殊半导体二极管 2.3.1 2.3.1 稳压管稳压管及其应用及其应用 稳压管是一种由特殊工艺制成的稳压管是一种由特殊工艺制成的点接触型硅二极管，与普通二极管相点接触型

36、硅二极管，与普通二极管相比，其正向特性相似，而反向特性比比，其正向特性相似，而反向特性比较陡，其伏安特性如图所示。较陡，其伏安特性如图所示。稳压管工作时是在反向击穿区，并稳压管工作时是在反向击穿区，并且在一定电流范围内（且在一定电流范围内（IZ），稳压管），稳压管不会损坏。由于稳压管的击穿是齐纳击不会损坏。由于稳压管的击穿是齐纳击穿，故稳压管也称为齐纳二极管。穿，故稳压管也称为齐纳二极管。表示符号表示符号稳压管的主要参数稳压管的主要参数 稳定电压稳定电压UZ 稳定电流稳定电流IZ最大稳定电流最大稳定电流IZM 稳压管正常工作时的反向击穿电压。稳压管正常工作时的反向击穿电压。 稳压管反向稳压时的

37、最小工作电流，当实际电流小于稳压管反向稳压时的最小工作电流，当实际电流小于此值时，稳压效果下降。此值时，稳压效果下降。 稳压管反向稳压时的最大工作电流，当实际电流大于稳压管反向稳压时的最大工作电流，当实际电流大于此值时，此值时，PN结会由于热击穿而损坏。结会由于热击穿而损坏。最大允许耗散功率最大允许耗散功率PZM 指稳压管的指稳压管的PN结不会由于热击穿而损坏的最大功率结不会由于热击穿而损坏的最大功率损耗，它等于稳定电压和最大稳定电流的乘积。损耗，它等于稳定电压和最大稳定电流的乘积。ZZIUrZZZuUUT1动态电阻动态电阻rZ电压温度系数电压温度系数u 指稳压管正常工作区域内，指稳压管正常工

38、作区域内，两端电压的变化量与电流变化量两端电压的变化量与电流变化量的比值，即的比值，即动态电阻越小，反向特性越陡，动态电阻越小，反向特性越陡，稳压性能越好稳压性能越好指当温度变化指当温度变化1oC，稳压管的稳定电压相对变化量，即，稳压管的稳定电压相对变化量，即电压温度系数表示稳压管受温度影响的程度，电压温度系数表示稳压管受温度影响的程度，这是由于稳压管是工作在反向区域。这是由于稳压管是工作在反向区域。稳压管稳压电路稳压管稳压电路RDZRLIUoUZU图2-18 稳压管稳压电路RIZIoI 在负载变化不大的场合，稳压管常用来做稳压电源，由于在负载变化不大的场合，稳压管常用来做稳压电源，由于负载和

39、稳压管并联，又称为并联稳压电源。稳压管在实际工作负载和稳压管并联，又称为并联稳压电源。稳压管在实际工作时要和电阻相配合使用，其电路如图时要和电阻相配合使用，其电路如图2-18所示所示选择稳压管一般取选择稳压管一般取UZUo IZM(1.5 3) Iom UI = (23) Uo RDZRLIUoUZU图2-18 稳压管稳压电路RIZIoILZZminZILZZMZIRUIUURRUIUUZMLZZIminIRURUUIZ可得电阻可得电阻R的取值范围为的取值范围为 当负载电阻当负载电阻RL和输入电压和输入电压UI一定时，电阻一定时，电阻R的选择是根据稳的选择是根据稳压管的电流不超过正常工作范围来

40、选的。稳压管的电流是在压管的电流不超过正常工作范围来选的。稳压管的电流是在IZmin IZ IZM之间，之间，RDZRLIUoUZU图2-18 稳压管稳压电路RIZIoIUIUo（UZ）IZ IRUR Uo 稳压原理如下：稳压原理如下：当负载不变，输入电压当负载不变，输入电压UI波动使得波动使得输出电压输出电压Uo升高，其调节过程为：升高，其调节过程为：若输入电压若输入电压UI不变，负载发生变化，如不变，负载发生变化，如RL增大，其调节过增大，其调节过程为：程为：RLUo（UZ）IZ IRUR Uo (1) 由电路可知，V6ZoUU mA 06100612ZIRRUUImA 041506Loo

41、RUI RDZRLIUoUZU图2-18 稳压管稳压电路RIZIoI例例2-3 如图如图2-18所示电路中，所示电路中，UI12V ，稳压管稳定电压，稳压管稳定电压UZ6V，稳定电流，稳定电流IZ10mA，电阻，电阻R100，RL150 。(1)求求Uo、IR和稳压管实际工作电流和稳压管实际工作电流 IZ；(2)若稳压管最大稳定电流若稳压管最大稳定电流IZM =50mA，试问，试问UI允许波动的范围是多少？允许波动的范围是多少？(3)若若UI =12V，UZ=6V,稳压管稳定电流稳压管稳定电流IZ10mA，最大稳定电流，最大稳定电流IZM =50mA，问负载，问负载电阻电阻RL允许变化的范围是

42、多少？允许变化的范围是多少？解解：（：（1）由电路可知）由电路可知则稳压管的实际工作电流为则稳压管的实际工作电流为 mA 024060oRZIII RDZRLIUoUZU图2-18 稳压管稳压电路RIZIoI若稳压管最大稳定电流 IZM=50mA，而稳定电流 IZ10mA，则由电路可知 ZoZZRI)(URIIURIU 当 IZ10mA 时 （2）若稳压管最大稳定电流）若稳压管最大稳定电流IZM =50mA，而稳定电流为而稳定电流为IZ =10mA则则 当 IZ10mA 时 V11610010)4010()(3ZoZIminURIIU 当 IZM50mA 时 将两个电流代入上式得将两个电流代入

43、上式得 当 IZM50mA 时 V15610010)4050()(3ZoZMImaxURIIU 故 UI允许波动的范围是（1115）V。 故 UI允许波动的范围是（1115）V。 RDZRLIUoUZU图2-18 稳压管稳压电路RIZIoIZI=50mA，由电路可知 ZRoooLIIUIUR 当 IZ10mA 时 (3)若 UI =12V，UZ =6V,稳压管稳定电流 IZ10mA， 最大稳定电流ZI=50mA，由电路可知 当 IZ10mA 时 12010606ZRoLminIIUR 当 IZM50mA 时 当 IZM50mA 时 60050606ZMRoLmaxIIUR 故 RL允许变化的范

44、围是（120600），取其中合适的标称值电阻。 故 RL允许变化的范围是（120600），取其中合适的标称值电阻。 2.3.2 2.3.2 半导体光电器件半导体光电器件 2.3.2 .1 2.3.2 .1 发光二极管发光二极管 发光二极管也叫发光二极管也叫LED，它是由砷化镓，它是由砷化镓GaAs）、磷化镓）、磷化镓（GaP）、磷砷化镓（）、磷砷化镓（GaAsP）等半导体制成的，因此不仅）等半导体制成的，因此不仅具有一般具有一般PN结的单向导电性，而且在一定条件下，它还具有结的单向导电性，而且在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由发光特性。在正向电压下，电子由N区注入区注入P区，

45、空穴由区，空穴由P区区注入注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。故发光二极管工作时要加数载流子（多子）复合而发光。故发光二极管工作时要加正正向电压向电压符号符号外形外形DRU工作电路工作电路其正向导通电压为其正向导通电压为1.5V3V，工作电流为几十毫安，一般管工作电流为几十毫安，一般管脚长的为阳极。脚长的为阳极。2.3.2 .22.3.2 .2光电二极管光电二极管 光电二极管（也叫光敏二极管）是将光信号变成电信号的光电二极管（也叫光敏二极管）是将光信号变成电信号的半导体器件，与光敏电阻器相比具有灵敏度高、

46、高频性能好，半导体器件，与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优点。它的核心部分也是一个可靠性好、体积小、使用方便等优点。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，在光电二极管的管壳上有一个能射入光线的窗口，入射光照，在光电二极管的管壳上有一个能射入光线的窗口，窗口上镶着玻璃透镜，光线可通过透镜照射到管芯，而且窗口上镶着玻璃透镜，光线可通过透镜照射到管芯，而且PN结结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些， PN结的结深很浅，结的结

47、深很浅，一般小于一般小于1微米，这主要是为了提高光的转换效率。微米，这主要是为了提高光的转换效率。图2-20 光电二极管的外形、符号及应用电路UVDUoVD(a)(b)(c)符号符号图2-20 光电二极管的外形、符号及应用电路UVDUoVD(a)(b)(c)外形外形图2-20 光电二极管的外形、符号及应用电路UVDUoVD(a)(b)(c)工作电路工作电路光电二极管工作在反向偏置状态，在无光照时，反向电流光电二极管工作在反向偏置状态，在无光照时，反向电流很小（小于很小（小于0.1A）；当有光照时，会形成比无光照时大很）；当有光照时，会形成比无光照时大很多的反向电流，这时会在负载两端产生随光照强

48、弱变化的电多的反向电流，这时会在负载两端产生随光照强弱变化的电压信号。压信号。2.3.3 2.3.3 变容二极管变容二极管 变容二极管变容二极管VCD（Variable Capacitance Diode）是利用）是利用外加反向电压改变二极管结电容容量的特殊二极管，与普通外加反向电压改变二极管结电容容量的特殊二极管，与普通二极管相比，其结电容变化范围较大二极管相比，其结电容变化范围较大其中：其中：R为半导体材料的等效电阻，电容为半导体材料的等效电阻，电容C为变容二为变容二极管的等效结电容，其容量与加到变容二极管的反极管的等效结电容，其容量与加到变容二极管的反向电压有关，向电压有关，Cjo是是uD=0时变容二极管的电容量。时变容二极管的电容量。 (a)VR符号符号等效电路等效电路(b)RC图2-21 变容二极管0DujCj0C电容压控特性电容压控特性2.3.4 2.3.4 快速二极管快速二极管