半导体二极管及其基本应用电路918 (2)课件

半导体二极管及其基本应用电路二极管=一个PN结+管壳+引线NP结构+-半导体二极管的几种常用结构二极管的一般符号

二极管的符号发光二极管

稳压二极管

光电二极管

变容二极管

隧道二极管

温度效应二极管

tº双向击穿二极管

磁敏二极管

体效应二极管

双向二极管

交流开关二极管

二极管按结构分三大类：(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。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。如何识别和检测二极管呢？伏安特性(与PN结一样，具有单向导电性)UI死区（开启UON）电压硅管0.5V,锗管0.1V。导通电压降:硅管0.6~0.8V,锗管0.1~0.3V。反向击穿电压U(BR)死区电压正向反向外电场不足以克服内电场,电流很小外电场不足以克服内电场,电流很小(1)正向特性uEiVmA(2)反向特性uEiVuA特点：非线性PN–+PN+–UI死区电压硅管0.5V,锗管0.1V。导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压U(BR)死区电压反向

由于少子的漂移运动形成很小的反向电流,且U<U(BR)在内,其大小基恒定,称反向饱和电流,其随温度变化很大。UI死区电压硅管0.5V,锗管0.1V。导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压U(BR)死区电压反向当U>U(BR)时,其反向电流突然增大,反向击穿。温度对二极管伏安特性的影响在环境温度升高时，二极管的正向特性将？？移，反向特性将？？移。二极管的特性对温度很敏感，具有负温度系数。–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.020温度增加主要参数1）最大整流电流IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2）最高反向工作电压UR3）反向电流IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要大几十到几百倍。4)最高工作频率fM

在实际应用中，应根据管子所用的场合，按其所承受的最高反向电压、最大正向平均电流、工作频率、环境温度等条件，选择满足要求的二极管。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！理想模型恒压降模型折线模型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(低频交流小信号作用下的等效电路)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否则，正向管压降硅0.6~0.8V锗0.1~0.3V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的正负极性。若V阳>V阴或UD为正(正向偏置)，二极管导通若V阳<V阴或UD为负(反向偏置)，二极管截止若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。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。解：1、V1阳=－6V，V2阳=0V，V1阴=V2阴=－12VUD1=？V，UD2=？V.二极管都导通？截止？，UAB=?例2:D1承受反向电压为－6V流过D2

的电流为求：UAB在这里，D2起钳位作用，D1起隔离作用。BD16V12V3kAD2UAB+–2、∵

UD2>UD1

∴D2优先导通，D1截止。解：理想模型：

，加在二极管阳极的电位高于加在二极管阴极的电位，二极管导通。例3电路如图所示，，。试分别用理想模型和恒压降模型，求解电路的和的值。，加在二极管阳极的电位高于加在二极管阴极的电位，二极管导通。解：恒压降模型：b.V＝5V时，判断出二极管D导通,直流电流为c.V=10V时，1.V＝2V、5V、10V时二极管中的直流电流各为多少？a.V＝2V时，判断出二极管D导通,直流电流为二极管导通电压UD为0.6V,UT=26mV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0.7V2.若输入电压的有效值为20mV，f=1kHz的正弦波，则上述各种情况下二极管中的交流电流的有效值各为多少？a.V＝2V，ID≈2.8mAb.V＝5V，ID≈8.8mAc.V＝10V，ID≈18.8mA在伏安特性上，Q点越高，二极管的动态电阻越小！二极管几种基本应用整流电路限幅电路电平选择电路（1）工作原理u2的正半周，D导通，A→D→RL→B，uO=u2。u2的负半周，D截止，承受反向电压，为u2；uO=0。基本应用电路1、整流电路

整流电路是利用二极管的单向导电作用，将交流电变成直流电的电路。半波整流电路改变电路及二极管的接入方式,可得不同波形。基本应用电路全波整流电路

牢记全波整流电路下列2个电路特征：（1）一组全波整流电路中使用两只整流二极管；（2）电源变压器次级线圈必须有中心抽头。⒉二极管限幅电路又称为：“削波电路”,能够把输入电压变化范围加以限制，常用于波形变换和整形。例：二极管构成的限幅电路如图所示，R＝1kΩ，UREF=2V，输入信号为ui。

(1)若ui为4V的直流信号，分别采用理想二极管模型、理想二极管串联电压源模型计算电流I和输出电压uo解：（1）采用理想模型分析。

采用理想二极管串联电压源模型分析。（2）如果ui为幅度±4V的交流三角波，波形如图（b）所示，分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形。解：①采用理想二极管模型分析。波形如图所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V

②采用理想二极管串联电压源模型分析，波形如图所示。(二极管阳极电位)ui<8V，已知：二极管是理想的，试画出uo

波形。8V例：二极管的用途：

整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。ui18V参考点二极管阴极电位为8VD8VRuoui++––二极管D截止，可看作开路,uo=ui.(二极管阳极电位)ui>8V，二极管D导通，可看作短路,uo=8V二极管限幅电路及波形（图）2.7V例2：⒊二极管电平选择电路能够从多路输入信号中选出最低电平或最高电平的电路称为电平选择电路。二极管电平选择电路（图）1、输入u1、u2，加入方波信号,二极管的导通电压UON=0.7v2、E为电源，为5V电压。3、看输出u0的变化情况以上为低电平选择电路。从多路输入信号中选出最低电平或最高电平的电路，称为电平选择电路。一种二极管低电平选择电路如图所示。设两路输入信号u1,u2均小于E。表面上看似乎V1,V2都能导通，但实际上若u1<u2，则V1导通后将把uo限制在低电平u1上，使V2截止。反之，若u2<u1，则V2导通，使V1截止。只有当u1=u2时，V1,V2才能都导通。

可见，该电路能选出任意时刻两路信号中的低电平信号。当u1,u2为方波时，输出端选出的低电平波形。如果把高于2.3V的电平当作高电平，并作为逻辑1，把低于0.7V的电平当作低电平，并作为逻辑0，由图可知，输出与输入之间是逻辑与的关系。因此，当输入为数字量时，该电路也称为与门电路。将图电路中的V1,V2反接，将E改为负值，则变为高电平选择电路。如果输入也为数字量，则该电路就变为或门电路

还是以u1<u2为例。二极管导通的条件是加上正向电压，导通后其上的压降为PN结上的压降，0.65V或0.25V（视半导体材料而定）。就是说当(u0-u1)>0.65V时V1才能导通；(u0-u2)>0.65V时V2才能导通。如果V2导通，则V2右端的电压为u0=(u2+0.65)，但是因为u1<u2<u0，对V1来说，(u0-u1)=(u2+0.65-u1)>0.65V，依然是加了正向电压电压，所以V1还是导通，使得u0=(u1+0.65)，(u0-u2)=(ui+0.65-u2)<0.65V。V2加了反向电压而截止。V2被V1限制了。反之亦然。稳压管是特殊的面接触型半导体硅二极管,其反向击穿是可逆的,且反向电压较稳定。稳压二极管及其应用电路稳压二极管正是利用PN结的“反向击穿特性”。稳压二极管可用于限幅和稳压。42一、稳压二极管符号及其伏安特性曲线稳压误差曲线越陡，电压越稳定。-+IZminiZ/mAuZ/VOUZIZmaxUZIZIZ稳压二极管的特性工作条件：反向击穿正向同二极管稳定电压43

当稳压二极管工作在反向击穿状态下,工作电流IZ在Izmax和Izmin之间变化时,其两端电压近似为常数.稳压管应与负载电阻并联。应采取限流措施，以防热击穿。外加电源正极接N区，负极接P区。使用注意二、稳压二极管的主要参数（1）稳定电压UZ（2）电压温度系数稳压值受温度变化影响的系数。（3）动态电阻（4）稳定电流IZ（5）最大允许功耗三、稳压过程­RLIZ+uCCUOURIZURUO­IR­®­UI®­UOUZ=UO®­UI三、稳压过程­¯¯¯®¯®¯®RLIZ+uCCUOuRRLUOIZURUOIL­IR­®®UI不变UI稳压电路分析是依靠R上电压变化进行调节。对限流电阻R要合理选择Rmax要使Uz还能工作，Rmin不能使IZ太大，以免烧毁。对限流电阻R要合理选择,计算见书介绍。

发光二极管具有电→光转换的性能.可见光有红、黄、绿、蓝、紫等。发光亮度与工作电流成比例。可用于各种指示灯、七段数码灯等。点式LED字段式LED点阵式LED光柱式LEDLED的类型显示器件的类型VFD荧光显示器PDP等离子显示器ECD电致变色显示器EPD电泳显示器PLZT铁电陶瓷显示器LED(LightEmittingdiode)发光二极管LCD(LiquidCrystalDisplay)液晶显示器符号光的颜色视发光材料的波长而定。如采用磷砷化镓，可发出红光或黄光；如采用磷化镓，可发出绿光。它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，1.5~3V，电流为几mA~几十mA。发光二极管

发光二极管当在发光二极管（LEDLightEmittingDiode）上加正向电压，并有足够大的正向电流时，就能发出可见的光。这是由于电子与空穴复合而释放能量的结果。发光类型：可见光：红、黄、绿显示类型：普通LED，不可见光：红外光点阵LED七段LED,LEDLED的类型按形状分：字段式、点式、光柱式、点阵式按发光颜色分：红、橙、黄、绿、双色、三色按发光强度分：普通亮度、高亮度特性u/Vi

/mAO2工作条件：正向偏置工作电流:几mA~几十mA导通电压:(1.53)VLED的特性和参数几种红色发光二极管的参数极限参数电参数光参数型号最大功率PM(mW)最大正向电流(mA)反向击穿电压(V)正向电流IF(mA)正向电压UF(V)反向电流IR(A)结电容(PF)发光主波波长(A)带宽

(A)光强分布角(度)FG11200110050

10FG11210210050

520

2

100

100650020015FG11210430205FG1121051007010从外观判别极性通电判别极性和好坏用万用表挡测量LED极性和好坏5VLED极性的判别和检测将测量挡切换到R10k,用万用表的LED的正、反向电阻，阻值偏小的的一次，黑表笔所接触的为正极。若两次测量的阻值均为，则该LED已坏。What‘swrong？good！

沪产LED灯将使奥运期间的“水立方”变幻出飞龙、游鱼。昨天，从上海市科委传出消息，来自上海广茂达的近50万颗LED灯已被安装在奥运场馆“水立方”上。这些奇异的上海小灯将使“水立方”的原本晶莹剔透的蓝色“气泡”展示另一种美丽，变幻出不同色彩和图案。LED灯的中文名字叫“半导体照明”，是不需要钨丝和灯管的颗粒状发光器件。相比白炽灯和荧光灯，LED灯不但节能，寿命超长，没有污染，而且还能实现智能化控制，展现出全光谱的绚丽色彩。奥运期间，“水立方”景观灯将演绎各种主题的图案。疑问：升起的五环怎么能瞬间出现?侯军祥总监告诉记者：“其实这个五环是由LED灯组成，也就是可发光二极管，总共用了4万多个高级二极管，组成了这样一个36×12.5米的巨型五环。实际上它提早升上了半空，并在瞬间通过感应元件点亮。于是在两边的观众就以为，五环是瞬间出现的，其实是灯光的效果。到最后五环突然立起来了，也是这样的原理。”疑问:巨型画卷是怎么转动的?温庆林总监介绍：“一张纸、一个大屏幕、一个五环、一个地球是开幕式的四大重点，这四个重点由两个画轴串联成，必须把他们有机融合在一起才能串起整场开幕式。从观众的角度看这两个画轴在美丽地转动着，实际并不是这样的，它们根本没有旋转，只是平移，像两扇门一样。为了造成旋转的效果，技术人员通过不同线束在不同状态下发光的原理，用LED灯渐次熄灭和点亮的原理，制造成旋转的效果。同时，为了达到更加逼真的效果，画轴里面的木芯确实是在转的，这就减轻了负载的重量。”一、判断下列说法是否正确，用“×”和“√”表示判断结果填入空内。(1)在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。()(2)因为N型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。()(3)PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。()二、选择正确答案填入空内。(l)PN结加正向电压时，空间电荷区将

。A.变窄B.基本不变C.变宽(2)稳压管的稳压区是其工作在

。A.正向导通B.反向截止C.反向击穿三、写出图Tl.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压UD=0.7V。解：UO1=1.3V,UO2=0V,UO3=-1.3V,UO4=2V,UO5=1.3V,UO6=-2V。四、已知稳压管的稳压值UZ=6V，稳定电流的