半导体二极管及其电路课件

第2章半导体二极管及其电路本章内容2.1半导体二极管2.2稳压二极管2.3其他类型二极管2.1半导体二极管1.半导体二极管的结构2.二极管的伏安特性

3.二极管的参数4.二极管的等效模型5.二极管应用电路本节要掌握以下五个内容2.1.1、半导体二极管的结构

在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。(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。(a)点接触型

二极管的结构示意图半导体二极管图片(1)

近似呈现为指数曲线，即(2)有死区（iD≈0的区域)1．正向特性死区电压约为硅管0.5V锗管0.1VOiD正向特性击穿电压死区电压U(BR)反向特性uD(3)导通后（即uD大于死区电压后）管压降uD

约为硅管0.6~0.8V锗管0.2~0.3V通常近似取uD

硅管0.7V锗管0.2VOiD正向特性击穿电压死区电压U(BR)反向特性uD即uD略有升高，

iD急剧增大。第三讲(2)当时，反向电流急剧增大，击穿的类型根据击穿可逆性分为电击穿热击穿二极管发生反向击穿。OiD正向特性击穿电压死区电压U(BR)反向特性uD降低反向电压，二极管仍能正常工作。PN结被烧坏，造成二极管永久性的损坏。二极管发生反向击穿后，如果a.功耗PD(=|UDID|)不大b.PN结的温度小于允许的最高结温硅管150∽200oC锗管75∽100oC热击穿电击穿温度每升高1度，正向压降减小2~2.5mV温度每升高10度，反相饱和电流增加1倍温度对伏安特性的影响2.1.4半导体二极管的主要电参数1.额定整流电流IF2.反向击穿电压U(BR)管子长期运行所允许通过的电流平均值。二极管能承受的最高反向电压。OiD正向特性击穿电压死区电压U(BR)反向特性uD4.反向电流IR3.最高允许反向工作电压UR为了确保管子安全工作，所允许的最高反向电压。室温下加上规定的反向电压时测得的电流。OiD正向特性击穿电压死区电压U(BR)反向特性uDUR=（1/2~2/3）U(BR)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，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。4.最高工作频率fM

最高工作频率是二极管工作的上限截止频率，超过此值时，由于结电容的作用，二极管不能很好的体现单向导电性。

以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。（硅二极管典型值）（锗二极管典型值）导通压降：3．折线模型:

折线模型认为二极管的管压降不是恒定的，而是随着通过二极管电流的增加而增加，所以在模型中用一个电池和一个电阻rD来作进一步的近似。其中电池的电压为二极管的门坎电压Vth或者说导通电压VD(on)。rD的值，可以这样来确定，如当二极管的导通电流为1mA时，管压降为0．7V则：rD=（0．7V-0．5V）/（1mA）=200Ω

4.小信号模型

二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。即根据得Q点处的微变电导则常温下（T=300K）RLuiuouiuott1、二极管半波整流：2.1.5二极管应用电路2、限幅电路工作原理a.当ui较小使二极管D1、D2截止时电路正常放大b.当ui使二极管D1或D2导通时RD2ARi+–+–D1+–例题1不讲uitO输入电压波形RD2ARi+–+–D1+–Vi>VR时，二极管导通，vo=vi。Vi<VR时，二极管截止，vo=VR。

例2：理想二极管电路中vi=VmsinωtV，求输出波形v0。解：

3.开关电路利用二极管的单向导电性可作为电子开关vI1vI2二极管工作状态D1D2v00V0V导通导通导通截止截止导通截止截止0V5V5V0V5V5V0V0V0V5V例11：求vI1和vI2不同值组合时的v0值（二极管为理想模型）。解：4、在检波电路中的应用（无线通信）用音频信号去控制高频信号的幅值音频信号高频信号载波信号调制的过程Otuu1tOu2Ot音频放大器话筒高频振荡器调制器发射器u2u1u不讲2.2稳压二极管2.2.1稳压二极管的伏安特性特点a.正向特性与普通管类似稳压管通常工作于反向电击穿状态伏安特性–+iZuZuZQBAOUZiZIZUZIZ符号b.反向击穿特性很陡(1)稳定电压VZ(2)动态电阻rZ

在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。rZ=VZ/IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最大稳定工作电流IZmax和最小稳定工作电流IZmin稳压条件：IZmin<IZ<IZmax2.2.2稳压二极管主要参数温度每变化1C时UZ的相对变化率。即UZ>6V管子出现雪崩击穿，αU为正；UZ<4V出现齐纳击穿，αU为负;4V<UZ

<

6V，αU可能为正，也可能为负。（5）温度系数

定义：

硅稳压管稳压电路不讲不讲负载电阻。要求当输入电压由正常值发生20%波动时，负载电压基本不变。稳压二极管的应用举例稳压管的技术参数:解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为Izmax。求：电阻R和输入电压ui的正常值。——方程1令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为Izmin。——方程2uoiZDZRiLiuiRL联立方程1、2，可解得：2.3其他类型二极管一、发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似。二、光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。IU照度增加三、变容二极管(varicap)利用二极管的结电容以及该电容大小与外接电压有关的特点制成.四、肖特基二极管(SBD)金属与N型半导体接触形成势垒，不存在少数载流子在PN结附近积累和消散过程，电容效应非常适合高频。电阻量程×1×10×100×1k测得电阻值31Ω210Ω1.1kΩ11.5kΩ[例1]用万用表测量二极管的正向直流电阻RF，选用的量程不同，测得的电阻值相差很大。现用MF30型万用表测量某二极管的正向电阻，结果如下表，试分析所得阻值不同的原因。例题例2:设二极管D1、D2为理想二极管，判断它们在图1中是导通还是截止？并求Uo解：假设D1、D2断开D1的阳极为0V，阴极为-9V;D2的阳极为-12V，阴极为-9V;D1导通，D2截止，输出电压=0例3：在图a和b所示的电路中，假设D是理想的，其输入信号为Ui=10sinωt(v)。分别画出它们的输出波形和传输特性Uo=f(ui)。解：假设D断开，图a，D的阳极5V，当Ui<5时，D导通，Uo=Ui；Ui>5V时，D截止，Uo=5V。图b，D的阴极5V，Ui>5V时，D导通，

Uo=5V；Ui<5V时，D截止，Uo=Ui。单向限幅思考？如果用恒压降模型，vo波形如何？105-10例4：双向限幅电路：如下图，设vi(t)=3sinωt,利用恒压降模型，画出输出波形。Rvi(t)vo(t)D1D2解：恒压降模型电路为：V+3-30.7-0.7

假设D1、D2断开，D1阴极0.7V，D2阳极-0.7V，

vi>0.7V,D1导通，vo=0.7V；VDvi<-0.7V,D2导通,vo=-0.7V；-0.7V<vi<0.7V,D1、D2均截止,vo=vi。Rvi(t)vo(t)D1D2例5：双向限幅电路：如下图，设vi(t)=3sinωt,Vth=0.5V，R=1K,rD=200,利用折线模型，画出输出波形。解：假折线模型电路为：0.923-30.5-0.5假设D1、D2断开，D1阴极0.5V，D2阳极-0.5V，-0.92Vth

vi<-0.5V,D2导通,vo==[(vi+Vth)rD/(R+rD)]-Vth,Vom=-0.92V；-0.7V<vi<0.7V,D1、D2均截止,vo=vi。vi>0.5V,D1导通，vo=[(vi-Vth)rD/(R+rD)]+Vth,vom=0.92V；例2-5:判断二极管的工作状态判断方法：正向偏置VA>VB，导通；反向偏置VA<VB，截止；解题方法：断开二极管2AP1，求VA和VB解：VA=15×[10/(10+140)]=1V；VB=-10×[2/(18+2)]+15×[5/(25+5)]=1.5V；VA<VB，所以，二极管2AP1截止。本章小结本章主要介绍了半导体二极管的基本结构、伏安特性、主要参数、等效模型及其工作电路的基本分析方法。具体归纳如下：1、一个PN结经封装并引