电工电子技术：第18讲 晶体二极管

1、1.4.2 二极管的特性和主要参数 1.4.3 二极管的电路模型1.4.4 稳压二极管 1.4.1 PN结及其单向导电性1.4 晶体二极管第1章上页下页返回1.本征半导体 完全纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体 。它具有共价键结构。 锗和硅的原子结构单晶硅中的共价键结构价电子硅原子第1章上页下页翻页返回1.4.1 PN结及其单向导电特性 在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电。空穴和自由电子都称为载流子。它们成对出现，成对消失。在常温下自由电子和空穴的形成复合自由电子本征激发第1章上页下页翻页返回空穴2. N型半导体和P型半导体原理图P自由电子结构图磷原子正离子P+ 在硅或锗中掺入少量

2、的五价元素，如磷或砷、锑，则形成N型半导体。多余价电子少子多子正离子在N型半导体中，电子是多子，空穴是少子第1章上页下页 N型半导体翻页返回 P型半导体 在硅或锗中掺入三价元素，如硼或铝、镓，则形成P型半导体。原理图BB- 硼原子负离子空穴填补空位结构图在P型半导体中，空穴是多子，电子是少子。多子少子负离子第1章上页下页 翻页返回 用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上，形成P型半导体区域和N型半导体区域，在这两个区域的交界处就形成一个PN结 。P 区N 区P区的空穴向N区扩散并与电子复合N区的电子向P区扩散并与空穴复合空间电荷区内电场方向 3. PN结的形成第1章上页下页翻页返回空间电荷区内电

3、场方向 在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡。P区N区多子扩散少子漂移第1章上页下页翻页返回 在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定。内电场阻挡多子的扩散运动，推动少子的漂移运动。空间电荷区内电场方向PN多子扩散少子漂移结 论 ：在PN结中同时存在多子的扩散运动和少子的漂移运动。第1章上页下页翻页返回4. PN结的单向导电性P区N区内电场外电场EI空间电荷区变窄 P区的空穴进入空间电荷区和一部分负离子中和 N区电子进入空间电荷 区和一部分正 离子中和扩散运动增强，形成较大的正向电流。第1章上页下页翻页外加正向电压返回外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由

4、电子移走空间电荷区变宽 内电场外电场少子越过PN结形成很小的反向电流IRE第1章上页下页翻页 外加反向电压N区P区返回由上述分析可知：PN结具有单向导电性 即在PN结上加正向电压时，PN结电阻很低，正向电流较大。（PN结处于导通状态） 加反向电压时，PN结电阻很高，反向电流很小。（PN结处于截止状态）切记第1章上页下页翻页返回1.4.2 二极管的特性和主要参数 1.结构 表示符号 面接触型点接触型引线触丝外壳N型锗片N型硅阳极引线PN结阴极引线金锑合金底座铝合金小球第1章上页下页阴极阳极D翻页返回第1章上页下页翻页返回几种二极管外观图小功率二极管大功率二极管 发光二极管2.二极管的伏安特性-4

5、0-20OU/VI/mA604020-50-250.40.8正向反向击穿电压死区电压U(BR)硅管的伏安特性I/A第1章上页下页翻页返回-20-40-250.40.2-5010O155I/mAU/V锗管的伏安特性I/A死区电压死区电压：硅管约为：0.5V,锗管约为：0.1V。导通时的正向压降：硅管约为:0.6V0.8V,锗管约为:0.2V0.3V。常温下，反向饱和电流很小.当PN结温度升高时，反向电流明显增加。注 意:3. 二极管的主要参数-40-20OI/mA604020-50-250.40.8正向反向击穿电压死区电压U(BR)I/AU/V第1章上页下页最大正向电流IFM 最高反向电压URM

6、 最高工作频率fM 反向电流IR 翻页返回第1章上页返回下页1.4.3 二极管的电路模型 1.二极管的工作点EERUQIQER-D-UQU = E RI工作点：Q翻页IUO第1章上页返回下页二极管的静态电阻和动态电阻翻页静态电阻：UQIQRD=动态电阻：rD =UIIUUQIQQIUO第1章上页返回下页IU2.二极管特性的折线近似及模型Q翻页UONOPU = UON + rD I二极管的电路模型+UONrDDi 带二极管电路分析举例 定性分析：判断二极管的工作状态导通截止否则，正向管压降硅0.60.7V锗0.20.3V 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。若

7、V阳 V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通若 V阳 V阴 二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 6V否则， UAB低于6V一个管压降，为6.3或6.7V例1： 取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。 在这里，二极管起钳位作用。 D6V12V3kBAUAB+两个二极管的阴极接在一起取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。V1阳 =6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= 12 VUD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 D2 优先导通， D1截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V例2:D1承受反向电

8、压为6 V流过 D2 的电流为mA43122D=I求：UAB 在这里， D2 起钳位作用， D1起隔离作用。 BD16V12V3kAD2UAB+ui 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui 0 UBCVBVERCBCE共发射极放大电路第1章上页下页翻页PNP 管： UBE0即VCVBIB 或 ICIB第1章上页下页翻页返回晶体管起电流放大作用，必须满足发射结正偏，集电结反偏的条件。3当基极电路由于外加电压或电阻改变而引起IB的微小变化时，必定使IC发生较大的变化。即三极管的基极电流对集电极电流具有控制作用。1.5.2 特性曲线和主要参数1.输入特性曲线IB = f (UBE )UC

9、 E = 常数UCE1V第1章上页下页翻页返回IEIBRBUBICUCCRC-UBEUCEUBE/VIB/AOO2.晶体管输出特性曲线IC = f (UCE ) | IB = 常数IB 减小IB增加UCEICIB = 20AIB =60AIB =40A第1章上页下页翻页返回IEIBRBUBICUCCRC-UBEUCE晶体管输出特性曲线分三个工作区UCE /VIC / mA806040 0 IB= 20 AO24681234截止区饱和区放大区第1章上页下页翻页返回 晶体管三个工作区的特点:放大区:截止区:饱和区:发射结正偏,集电结反偏有电流放大作用, IC=IB输出曲线具有恒流特性发射结、集电结处于反偏失去电流放大作用, IC0晶体管C、E之间相当于开路发射结、集电结处于正偏失去线性放大作用晶体管C、E之间相当于短路第1章上页下页翻页返回 3.主要参数集电极基极间反向饱和电流 ICBO集电极发射极间穿透电流 ICEOICEO=(1+)ICBO交流电流放大系数=IC / IB第1章上页下页直流电流放大系数=IC / IB 电流放大系数 极间反向饱和电流翻页返回ICEOCBEAAICBOCEB集电极最大允许电流 ICM集-射反向击穿电压 U(BR)CEO集电极最大允许耗散功率 PCM过压区过流区安全工作区过损区PCM=ICUCEUCE/VU(BR)CEOIC/mAICMO使用时不允