半導(dǎo)體及二極管二新版

1、第2篇 電子學(xué)第10章 半導(dǎo)體及二極管大綱要求：掌握二極管和穩(wěn)壓管特性、參數(shù) 了解載流子，擴(kuò)散，漂移；PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦?0.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)10.2 半導(dǎo)體二極管10.3 穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓原理及特性穩(wěn)壓二極管的特性曲線與普通二極管基本相似，只是穩(wěn)壓二極管的反向特性曲線比較陡。穩(wěn)壓二極管的正常工作范圍，是在伏安特性曲線上的反向電流開始突然上升的A、B段。 這一段的電流， 對(duì)于常用的小功率穩(wěn)壓管來(lái)講，一般為幾毫安至幾十毫安。 主要電參數(shù)(1) 穩(wěn)定電壓VZ：在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。 (2) 動(dòng)態(tài)電阻rZrZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 rZ =DVZ

2、 /DIZ(3) 最大耗散功率：極限參數(shù)，取決于穩(wěn)壓管允許溫升(4) 最大穩(wěn)定工作電流 IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)aVZ溫度的變化將使VZ改變，在穩(wěn)壓管中當(dāng)êVZê6V時(shí)，VZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。 當(dāng)êVZê4 V時(shí)， VZ具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。當(dāng)4 VêVZê6 V時(shí)，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。例題：例 1：二極管為硅管，其中R = 3 kW，試分別用二極管理想模型和恒壓降模型求出VDD=3V 和VDD= 10 V 時(shí)IO和

3、UO的值。解：VDD= 3 V 理想    UO= VDD= 3 V      IO  = VDD / R = 3 / 3 = 1 (mA) 恒壓降 UO = VDD UD(on)= 3 - 0.7 = 2.3 (V)        IO  = UO/ R = 2.3 / 3= 0.77 (mA)              &#

4、160;     VDD= 10V理想    IO= VDD/ R =10 / 3 =3. 33(mA) 恒壓降  UO= VDD UD(on)  = 10 - 0.7 = 9.3 (V)       IO= UO/ R = 9.3 / 3 = 3. 1(mA)               VDD 大，采用理想模型；VDD小，采

5、用恒壓降模型例2 ： 試求電路中電流I1、I2、IO及輸出電壓UO的值。解：假設(shè)二極管斷開  UP= 15 V                                       &

6、#160;           輸入電壓理想二極管輸出電壓VAVBV1V20V0V正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通0V0V3V正偏導(dǎo)通反偏截止0V3V0V反偏截止正偏導(dǎo)通0V3V3V正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通3V理想二極管：正偏導(dǎo)通，電壓降為零，相當(dāng)于開關(guān)閉合；反偏截止，電流為零，相當(dāng)于開關(guān)斷開。恒壓降模型：正偏電壓 > UD(on) 時(shí)導(dǎo)通，等效為恒壓源UD(on)；否則截止，相當(dāng)于二極管支路斷開。4.在圖中雙向二極管限幅電路中，已知vi6sint(V)，若二極管的正向?qū)▔航禐?.7V，請(qǐng)分別寫出輸出電壓vo的

7、表達(dá)式，試畫出vo的波形。 解: 對(duì)圖 (a) ，當(dāng)vi0.7V，D1 導(dǎo)通，D2截止，輸出vo0.7V。 當(dāng)-0.7vi0.7 V，D1 、D2均因反偏處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出vovi6sint(V)。 當(dāng)vi-0.7，D1 截止，D2導(dǎo)通，輸出vo-0.7 輸出vo的波形見(jiàn)圖1.5(a)。對(duì)圖1.4 (b)，用類似的方法得當(dāng)vi1.7，D1 導(dǎo)通，D2截止，vo1.7 V當(dāng)-1.7vi1.7，D1 、D2均因反偏截，止vovi6sint(V) 當(dāng)vi-1.7，D1 截止，D2導(dǎo)通，vo-1.7 Vvo的波形見(jiàn)圖 (b)。5. 將兩個(gè)半導(dǎo)體二極管背靠背連接起來(lái)，是否能構(gòu)成一個(gè)半導(dǎo)體三極管，為什么?

8、 解：不能。以NPN半導(dǎo)體三極管為例，雖然可以看成是兩個(gè)背靠背的二極管，但兩個(gè)二極管的正極是公用的，其連接處保持了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和完整性。公用正極的半導(dǎo)體層非常薄，少數(shù)載流子的渡越時(shí)間很短，只有極少部分復(fù)合掉。當(dāng)把兩個(gè)二極管背靠背連接起來(lái)時(shí)，少數(shù)載流子由一個(gè)二極管的負(fù)極到達(dá)其正極，還來(lái)不及到達(dá)另一個(gè)二極管的負(fù)極便全部復(fù)合掉，因而其電流放大系數(shù)將等于零，所以沒(méi)有三極管放大作用這一基本功能。6二極管電路如圖所示，判斷圖中二極管是導(dǎo)通還是截止?fàn)顟B(tài)，并確定輸出電壓Vo。設(shè)二極管的導(dǎo)通壓降為0.7V。解：判斷二極管在電路中的工作狀態(tài)，常用的方法是：首先假設(shè)將要判斷的二極管斷開(圖中A、B兩點(diǎn)斷開)，

9、然后求得該二極管陽(yáng)極與陰極之間承受的電壓。如果該電壓大于導(dǎo)通電壓，則說(shuō)明該二極管處于正向偏置而導(dǎo)通，兩端的實(shí)際電壓為二極管的導(dǎo)通壓降；如果該電壓小于導(dǎo)通電壓，則二極管處于反向偏置而截止。判斷過(guò)程中，如果電路中出現(xiàn)兩個(gè)以上二極管承受大小不相等的正向電壓，則應(yīng)判定承受正向電壓較大者優(yōu)先導(dǎo)通，其兩端電壓為導(dǎo)通電壓降，然后再用上述方法判斷其余二極管的狀態(tài)，分析如下。(1)在圖 (a)中，首先將二極管VD斷開，求二極管兩端將承受的電壓VABVA-VB-5V-(-10V)5V。顯然，二極管接入以后處于正向偏置，工作在導(dǎo)通狀態(tài)。如果設(shè)二極管是理想器件，正向?qū)▔航礦VD=0V，則輸出電壓VOVA-VVD-5

10、V。若考慮二極管的正向壓降VVD0.7V，則輸出電壓VOVA-VVD-5V-0.7V-5.7V。(2)在圖 (b)中，斷開二極管VD，有VABVA-VB-10V-(-5V)-5V?？梢?jiàn)，二極管VD接入以后，將承受反向電壓，VD處于截止?fàn)顟B(tài)(相當(dāng)于斷開)，電路中電流等于零(設(shè)反向飽和電流為零)，R上的電壓降等于零，故VOVB-5V。(3)在圖（c)中，首先將VDl和VD2斷開，求得兩管將承受的電壓為：VDl：VB1AVB1-VA0V-(-9V)9VVD2： VB2AVB2-VA-12V-(-9V)-3V二極管接入以后，VD1因正偏處于導(dǎo)通，則VOVAVB1-VDV10V-0.7V=-0.7V而VB2A-12V-(-0.7V)-11.3V，所以VD2因反偏處于截止?fàn)顟B(tài)。(4)在圖 (d)中，首先