第2讲+1.2半导体二极管140207

第二讲半导体二极管一、二极管的组成二、二极管的伏安特性及电流方程三、二极管的等效电路四、二极管的主要参数五、稳压二极管将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。§1.2

半导体二极管NP阳极+阴极-符号：

1.2.1、二极管的组成(1)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。§1.2

半导体二极管1.2.1基本结构(3)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

PN结面积大，用于低频大电流整流电路。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：2AP9用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管。代表器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge，C为N型Si，D为P型Si。2代表二极管，3代表三极管。

1.2.2伏安特性：)(ufi=二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性1.正向特性当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。相应的电压叫开启（死区）电压。范围称死区。开启电压与材料和温度有关，硅管约0.5V左右，锗管约0.1V左右。正向特性死区电压60402000.40.8I/mAU/V当正向电压超过开启电压后，随着电压的升高，正向电流迅速增大。

1.2.2伏安特性：2.反向特性–0.02–0.040–25–50I/mAU/V反向特性当电压超过零点几伏后，反向电流不随电压增加而增大，即饱和；二极管加反向电压，反向电流很小；如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电流会突然增大；反向饱和电流这种现象称击穿，对应电压叫反向击穿电压。击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电压降低后，还可恢复正常。击穿电压U(BR)

1.2.2伏安特性：材料开启电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.6~0.8V0.7V

nA级锗Ge0.1V0.1~0.3V0.3V几～几十µA开启电压反向饱和电流击穿电压mV)26(

)1e(TST=-=UIiUu常温下温度的电压当量死区导通压降正向特性反向特性从二极管的伏安特性可以反映出：

1.单向导电性。，则若反向电压；，则若正向电压STSTTeIiUuIiUuUu->>>>)1e(TS-=UuIi2.

伏安特性受温度影响T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓→IS↑，U(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移正向特性为指数曲线反向特性为横轴的平行线结论：

1)二极管具有单向导电性。加正向电压时导通，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合；加反向电压时截止，呈现很大的反向电阻，如同开关断开。

2)从二极管伏安特性曲线可以看出:二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。1.2.3、二极管的主要参数1.最大整流电流IF二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。2.最高反向工作电压UR工作时允许加在二极管两端的反向电压值。通常将击穿电压UBR的一半定义为UR。3.反向电流IR通常希望IR

值愈小愈好。4.最高工作频率fM

fM

值主要决定于PN结结电容的大小。结电容愈大，二极管允许的最高工作频率愈低。问题：小好？大好？由少子形成？多子形成？受温度的影响大？小？1.2.4、二极管的等效电路

1.

将伏安特性折线化理想二极管近似分析中最常用理想开关导通时UD＝0截止时IS＝0导通时UD＝Uon截止时IS＝0导通时i与u成线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路！1.2.4

、二极管的等效电路Q越高，rd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时直流电源作用小信号作用静态电流2.

微变等效电路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通常正向管压降硅0.7V锗0.2V

分析方法：1)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。

理想二极管，正向压降为零，反向截止。

V阳

=－6VV阴=－12V例1：电路如图，求：UAB解：取B为参考点，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+–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考虑管压降，UAB为－6.2Ｖ或－6.7V两个二极管的阴极接在一起取B为参考点，断开二极管，分析其阳极和阴极的电位。V1阳

=－6V，若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB

=0V例2:D1承受反向电压为－6V流过D2

的电流为求：UAB

D2钳位作用，D1隔离作用。BD16V12V3kAD2UAB+–V2阳=0V，V1阴

=V2阴=－12V，UD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2优先导通，D1截止。

问题：D2、D1方向对调UAB

＝？电源极性对调呢？3、二极管的模型及近似分析计算例：IR10VE1kΩD—非线性器件iuRLC—线性器件二极管的模型DU串联电压源模型UD二极管的导通压降。硅管0.7V；锗管0.3V。理想二极管模型正偏反偏导通压降二极管的V—A特性二极管的近似分析计算：IR10VE1kΩIR10VE1kΩ例：串联电压源模型测量值9.32mA相对误差理想二极管模型RI10VE1kΩ相对误差0.7V例3二极管门电路图1-23二极管“与”门电路二极管“或”门电路1.整流二极管的应用（单向导电性）2.检波3.限幅典型电路：限幅电路1.整流1.2.4二极管的应用（单向导电性）2.检波VDui＋－uo＋－RE

并联二极管上限幅电路3.限幅O(b)EOEw

t

w

t

ui

uO

O(c)-E-EOw

t

w

t

ui

uO

(a)OOw

t

w

t

ui

uO

Um

-Um

提问：如果二极管方向相反，波形？1.整流2.检波

并联二极管上限幅电路3.限幅并联下限幅电路VDui＋－uO＋－ER1.2.4二极管的应用（单向导电性）VDui＋－uo＋－RE图1-21串联限幅电路归纳：不论二极管串联限幅还是并联限幅，只要P端接输出,就是上限幅;N端接输出，就是下限幅。VD1ui＋－uo＋－RE1VD2E2＋－－＋图1-22(a)上限幅VDui＋－uo＋－RE(b)下限幅VDui＋－uO＋－RE双向限幅反向饱和电流Is：Si:nA级,Ge:μA级温度特性

复习死区电压：

Si＝？,Ge＝？导通电压Uon：Si＝？,Ge＝？

二极管的伏安特性表达式

I=?PN结的其它名称？二极管最重要的特性？TUon-?mV/℃TIs增?倍/增?℃作业：P691.2，1.3思考1.4预习1.3节题解：1.4电路如图P1.4所示，二极管导通电压UD＝0.7V，常温下UT≈26mV，电容C对交流信号可视为短路；ui为正弦波，有效值为10mV。试问二极管中流过的交流电流有效值。解：二极管的直流电流

ID＝（E－UD）/R

=（2-0.7）/0.5=2.6mA其动态电阻

rD≈UT/ID＝26/2.6=10Ω故交流电流有效值

Id＝Ui/rD=10/10=1mAE图P1.4解题要求（1）抄题、抄图（描图）（2）各电压、电流要标明位置、方向（3）公式——代入数值——结果2.5稳压二极管1.伏安特性最小维持电流最大允许电流

由一个PN结组成，反向击穿后在一定的电流范围内端电压基本不变，为稳定电压。a)伏安特性b)符号和等效电路图稳压管工作于反向击穿区。

主要参数2.5稳压二极管稳定电压UZ：是在规定的电流下稳压管的反向击穿电压稳定电流IZ：是稳压管工作在稳压状态时的参考电流。最大功耗PZM：PZM＝

IZMUZ动态电阻rz：是稳压管工作在稳压区时，端电压的变化量与其电流变化量之比，即rz

＝ΔUZ

/ΔIZ

rZ

愈小愈好。对于同一个稳压管，工作电流愈大，rZ

值愈小。

电压温度系数U稳压管电流不变时，环境温度每变化1℃引起稳定电压变化的百分比。

(1)

UZ>7V,U>0；UZ<4V，U<0；

(2)

UZ

在4~7V之间，U

值比较小，性能比较稳定。

2CW17：UZ=9~10.5V，U=0.09

%/℃

2CW11：UZ=3.2~4.5V，U=-(0.05~0.03)%/℃2.5稳压二极管VDZR使用稳压管需要注意的几个问题：图1.2.13稳压管电路UOIO+IZIRUI+

1.

外加电源的正极接管子的N区，电源的负极接P区，保证管子工作在反向击穿区；RL

2.

稳压管应与负载电阻RL

并联；

3.

必须限制流过稳压管的电流IZ，不能超过规定值，以免因过热而烧毁管子。例：稳压二极管的应用RLuiuORDZiiziLUZ已知：稳压二极管UZ=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，输入ui=12V，限流R=200。问：若负载RL变化范围1.5k~4k，是否还能稳压？RLuiuORDZiiziLUZUZ=10V,ui=12VR=200Izmax=12mA,Izmin=2mARL=1.5k~4ki=（ui-UZ）/R=（12-10）/0.2=10（mA）

RL=1.5k,iL=10/1.5=6.7（mA）,iZ=10-6.7=3.3（mA）RL=4k,iL=10/4=2.5（mA）,iZ=10-2.5=7.5（mA）负载变化,但iZ仍在12mA和2mA之间,所以稳压管仍能起稳压作用

1.2.6其它二极管光电二极管发光二极管有正向电流流过时，发出从红外光到可见光，其电特性与一般二极管类似，正向电压1.5～2V，电流为几~几十mA。发光二极管光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升图1-26光电耦合器件图