模拟电子技术 课件 2 二极管基础知识

模拟电子技术梁长垠教授项目一直流稳压电源电路的制作与测试梁长垠教授二极管结构01二极管特性02二极管参数03二极管分类04一、二极管结构1.半导体材料导体：

允许电子在粒子之间自由流动的材料。导体是指电阻率很小且易于传导电流的物质。例如：金属物体。绝缘体：

电子从原子到原子和分子到分子之间无法自由流动的材料。绝缘体是导电能力较弱的一类物质，也就是指不能导电的物质。例如：橡胶、塑料、玻璃、瓷器等。半导体：

导电能力介于导体和绝缘体之间且导电能力易于受到外界的物理化学因素影响的一类物质。例如：硒、锗、硅以及砷化镓化合物等。一、二极管结构1.半导体材料（1）本征半导体（2）杂质半导体本征半导体是一种单晶体半导体材料，在这种晶体内不含有其他类的原子，电子与空穴的浓度相等。通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，便可得到杂质半导体。根据掺入的杂质元素不同，可分别形成N型半导体和P型半导体。通过控制掺入杂质元素的浓度就可控制杂质半导体的导电性能。在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），则会形成P型半导体，此时空穴的浓度远大于电子的浓度；如果在纯净的硅晶体中掺杂少许的五价元素（如砷或磷），则会形成N型半导体。一、二极管结构1.半导体材料（3）PN结形成当P型半导体和N型半导体接合在一起的时候，由于P型半导体中空穴浓度高，而N型半导体中电子浓度高，因此会形成一个扩散运动，P型半导体中空穴会向它浓度低的地方扩散，从而扩散到N型区，N型半导体的电子也会向它浓度低的地方扩散，从而扩散到P型区。这样一来，P型区剩下不能自由移动的负离子，而N型区剩下不能自由移动的正离子，一正一负，在PN结内部形成了一个从左往右的内电场，并且内电场的方向是由N区指向P区。一、二极管结构1.半导体材料（3）PN结形成随着扩散运动的进行，空间电荷区会逐渐变宽，内电场也变得越来越强，内电场对多数载流子的扩散运动将起到阻碍的作用。但对少数载流子来说，在内电场的作用下，P区中的少数载流子非常容易渡过空间电荷区进入N区，而N区中的少数载流子也非常容易渡过空间电荷区进入P区，这种少数载流子在内电场作用下的运动，称为漂移运动。当PN结无外加电压时（即PN结处于自由状态下），扩散和漂移运动在一定条件下达到了动态平衡，从而空间电荷区的宽度处于一个相对稳定的状态，这个空间电荷区一般称为PN结。一、二极管结构1.半导体材料（4）PN结的特性PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。如果外加电压使PN结P区电位高于N区电位称为加正向电压，简称正偏；此时外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，PN结呈现低阻性。如果外加电压使PN结P区的电位低于N区的电位称为加反向电压，简称反偏。此时外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场作用下形成的漂移电流大于扩散电流，PN结呈现高阻性。一、二极管结构2.二极管的结构（1）二极管的结构与电路符号二极管（diode）是在一个PN结的两端各引出一根引线（管脚），用外壳封装起来构成的。其中一段称为二极管的正极（或阳极），另一端称为二极管的负极（或阴极）。二极管内部的PN结是采用特殊的制造工艺，在同一块半导体基片的两边分别形成N型半导体和P型半导体时自动形成的。二极管的结构电路符号一、二极管结构2.二极管的结构（2）二极管的外形结构二极管有玻璃封装、塑料封装、金属封装等几种形式。玻璃封装的一般为点接触型，工作电流小但工作频率高，常用于小信号检波；塑料封装、金属封装的一般为面接触型，工作电流大，频率低，常应用于大功率整流等电路中常见二极管的外形结构二极管结构01二极管特性02二极管参数03二极管分类04二、二极管的特性1.理想二极管的特性对一个理想的PN结二极管，其伏安特性曲线如图（a）所示。当施加反向电压时，二极管处于截止（断开）状态，通过二极管的电流iD为零，如图（b）所示；当通过二极管的电流大于零时，二极管处于导通（接通）状态，二极管两端的电压uD为零，如图（c）所示。二、二极管的特性2.实际二极管的特性对实际的二极管，当对其加上正向偏置电压VIBAS时，其两端的端电压并不为零，而是为一固定值。因此，实际的二极管模型如图(a)所示，此时，二极管等效为一个闭合开关串联一个等效电压源，而且电压源的电压等于对应二极管的门槛（开启）电压（硅管约为0.7V,锗管约为0.3V）。当对二极管施加反向偏置电压VIBAS时，二极管仍等效为一个断开的开关，如图(b)所示。实际硅二极管的I-V特性曲线如图(c)所示。二、二极管的特性3.二极管的伏安特性正向特性：硅管特性曲线的①段为正向特性，是二极管正偏时两端uD与通过二极管电流iD的关系曲线。反向特性：伏安特性曲线的②段为反向特性，是二极管外加反向电压时两端电压

和通过二极管电流

的关系曲线。在反向电压小于反向击穿电压UBR时，反向电流很小，而且与反向电压的大小几乎无关。反向击穿特性：伏安特性曲线的③段为反向击穿特性，当反向电压增大到UBR时，反向电流急剧增大，称为二极管的反向击穿（电击穿），其中UBR称为反向击穿电压。二、二极管的特性4.二极管的温度特性温度特性：PN结二极管是温度的敏感器件，温度变化对其伏安特性的影响主要表现为：随着温度的升高，其正向特性曲线左移，即正向压降减小。对于硅材料二极管，一般在室温附近时温度每升高1°C，正向压降减小2mV左右；温度每升高10°C，反向电流大约增大1倍左右。根据二极管的特性，在电子技术领域可构成多种应用电路。例如,利用二极管的单向导电性可实现整流、检波；利用正向恒压特性可实现限幅；利用反向特性可实现稳压；利用其温度特性可实现电路的温度补偿、温度检测等。二极管结构01二极管特性02二极管参数03二极管分类04三、二极管的参数二极管的主要参数（1）最大正向电流IFM

IFM指二极管长时间工作时允许通过的最大正向平均电流。（2）最高反向工作电压URM

URM指允许加在二极管上的反向电压的最大值（峰值）。

通常取二极管反向击穿电压的一半。（3）最高工作频率fMfM指保证二极管具有良好的单向指导电性性能的最高工作频率。（4）反向恢复时间trrtrr指二极管上所加电压由正向突然变为反向时，电流由很大衰

减到反向最小时所需的时间，一般为纳秒（ns）级。二极管结构01二极管特性02二极管参数03二极管分类04四、二极管的分类分类方法与种类简要说明按照材料锗二极管一般用于检波硅二极管普通二极管,较常用按照外形封装塑料封装二极管普通二极管使用金属封装二极管大功率整流二极管用玻璃封装二极管稳压、检波、开关等二极管使用按照结构工艺点接触型二极管PN结静电容量小，适用于高频及小信号检波、限幅等面接触型二极管主要用于大电流整流电路肖特基型二极管适用于做高频和快速开关，太阳能电池等外延型二极管适用于制作高灵敏度变容二极管扩散型二极管适用于大电流整流四、二极管的分类分类方法与种类简要说明按照功能整流二极管专用于整流稳压二极管专用于直流稳压开关