半導(dǎo)體二極管及其基本應(yīng)用電路918 (2)課件

半導(dǎo)體二極管及其基本應(yīng)用電路二極管=一個PN結(jié)+管殼+引線NP結(jié)構(gòu)+-半導(dǎo)體二極管的幾種常用結(jié)構(gòu)二極管的一般符號

二極管的符號發(fā)光二極管

穩(wěn)壓二極管

光電二極管

變?nèi)荻O管

隧道二極管

溫度效應(yīng)二極管

to雙向擊穿二極管

磁敏二極管

體效應(yīng)二極管

雙向二極管

交流開關(guān)二極管

二極管按結(jié)構(gòu)分三大類：(1)點接觸型二極管

PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。半導(dǎo)體二極管的型號國家標準對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。代表器件的類型，P為普通管，Z為整流管，K為開關(guān)管。代表器件的材料，A為N型Ge，B為P型Ge，C為N型Si，D為P型Si。2代表二極管，3代表三極管。如何識別和檢測二極管呢？伏安特性(與PN結(jié)一樣，具有單向?qū)щ娦?UI死區(qū)（開啟UON）電壓硅管0.5V,鍺管0.1V。導(dǎo)通電壓降:硅管0.6~0.8V,鍺管0.1~0.3V。反向擊穿電壓U(BR)死區(qū)電壓正向反向外電場不足以克服內(nèi)電場,電流很小外電場不足以克服內(nèi)電場,電流很小(1)正向特性uEiVmA(2)反向特性uEiVuA特點：非線性PN–+PN+–UI死區(qū)電壓硅管0.5V,鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓U(BR)死區(qū)電壓反向

由于少子的漂移運動形成很小的反向電流,且U<U(BR)在內(nèi),其大小基恒定,稱反向飽和電流,其隨溫度變化很大。UI死區(qū)電壓硅管0.5V,鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓U(BR)死區(qū)電壓反向當(dāng)U>U(BR)時,其反向電流突然增大,反向擊穿。溫度對二極管伏安特性的影響在環(huán)境溫度升高時，二極管的正向特性將？？移，反向特性將？？移。二極管的特性對溫度很敏感，具有負溫度系數(shù)。–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.020溫度增加主要參數(shù)1）最大整流電流IF二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2）最高反向工作電壓UR3）反向電流IR指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆睿虼朔聪螂娏髟叫≡胶谩７聪螂娏魇軠囟鹊挠绊?，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要大幾十到幾百倍。4)最高工作頻率fM

在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)管子所用的場合，按其所承受的最高反向電壓、最大正向平均電流、工作頻率、環(huán)境溫度等條件，選擇滿足要求的二極管。二極管的等效電路

1.將伏安特性折線化理想二極管近似分析中最常用理想開關(guān)導(dǎo)通時UD＝0截止時IS＝0導(dǎo)通時UD＝Uon截止時IS＝0導(dǎo)通時i與u成線性關(guān)系應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！理想模型恒壓降模型折線模型Q越高，rd越小。

當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動態(tài)信號作用時，則可將二極管等效為一個電阻，稱為動態(tài)電阻，也就是微變等效電路。ui=0時直流電源作用小信號作用靜態(tài)電流2.微變等效電路(低頻交流小信號作用下的等效電路)二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.8V鍺0.1~0.3V分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負極性。若V陽>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導(dǎo)通若V陽<V陰或UD為負(反向偏置)，二極管截止若二極管是理想的，正向?qū)〞r正向管壓降為零，反向截止時二極管相當(dāng)于斷開。兩個二極管的陰極接在一起取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。解：1、V1陽=－6V，V2陽=0V，V1陰=V2陰=－12VUD1=？V，UD2=？V.二極管都導(dǎo)通？截止？，UAB=?例2:D1承受反向電壓為－6V流過D2

的電流為求：UAB在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3kAD2UAB+–2、∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。解：理想模型：

，加在二極管陽極的電位高于加在二極管陰極的電位，二極管導(dǎo)通。例3電路如圖所示，，。試分別用理想模型和恒壓降模型，求解電路的和的值。，加在二極管陽極的電位高于加在二極管陰極的電位，二極管導(dǎo)通。解：恒壓降模型：b.V＝5V時，判斷出二極管D導(dǎo)通,直流電流為c.V=10V時，1.V＝2V、5V、10V時二極管中的直流電流各為多少？a.V＝2V時，判斷出二極管D導(dǎo)通,直流電流為二極管導(dǎo)通電壓UD為0.6V,UT=26mV二極管的近似分析計算IR10VE1kΩIR10VE1kΩ例：串聯(lián)電壓源模型測量值9.32mA相對誤差理想二極管模型RI10VE1kΩ相對誤差0.7V2.若輸入電壓的有效值為20mV，f=1kHz的正弦波，則上述各種情況下二極管中的交流電流的有效值各為多少？a.V＝2V，ID≈2.8mAb.V＝5V，ID≈8.8mAc.V＝10V，ID≈18.8mA在伏安特性上，Q點越高，二極管的動態(tài)電阻越??！二極管幾種基本應(yīng)用整流電路限幅電路電平選擇電路（1）工作原理u2的正半周，D導(dǎo)通，A→D→RL→B，uO=u2。u2的負半周，D截止，承受反向電壓，為u2；uO=0?；緫?yīng)用電路1、整流電路

整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娮饔?，將交流電變成直流電的電路。半波整流電路改變電路及二極管的接入方式,可得不同波形?；緫?yīng)用電路全波整流電路

牢記全波整流電路下列2個電路特征：（1）一組全波整流電路中使用兩只整流二極管；（2）電源變壓器次級線圈必須有中心抽頭。⒉二極管限幅電路又稱為：“削波電路”,能夠把輸入電壓變化范圍加以限制，常用于波形變換和整形。例：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R＝1kΩ，UREF=2V，輸入信號為ui。

(1)若ui為4V的直流信號，分別采用理想二極管模型、理想二極管串聯(lián)電壓源模型計算電流I和輸出電壓uo解：（1）采用理想模型分析。

采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。（2）如果ui為幅度±4V的交流三角波，波形如圖（b）所示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。解：①采用理想二極管模型分析。波形如圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V

②采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析，波形如圖所示。(二極管陽極電位)ui<8V，已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例：二極管的用途：

整流、檢波、限幅、鉗位、開關(guān)、元件保護、溫度補償?shù)?。ui18V參考點二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––二極管D截止，可看作開路,uo=ui.(二極管陽極電位)ui>8V，二極管D導(dǎo)通，可看作短路,uo=8V二極管限幅電路及波形（圖）2.7V例2：⒊二極管電平選擇電路能夠從多路輸入信號中選出最低電平或最高電平的電路稱為電平選擇電路。二極管電平選擇電路（圖）1、輸入u1、u2，加入方波信號,二極管的導(dǎo)通電壓UON=0.7v2、E為電源，為5V電壓。3、看輸出u0的變化情況以上為低電平選擇電路。從多路輸入信號中選出最低電平或最高電平的電路，稱為電平選擇電路。一種二極管低電平選擇電路如圖所示。設(shè)兩路輸入信號u1,u2均小于E。表面上看似乎V1,V2都能導(dǎo)通，但實際上若u1<u2，則V1導(dǎo)通后將把uo限制在低電平u1上，使V2截止。反之，若u2<u1，則V2導(dǎo)通，使V1截止。只有當(dāng)u1=u2時，V1,V2才能都導(dǎo)通。

可見，該電路能選出任意時刻兩路信號中的低電平信號。當(dāng)u1,u2為方波時，輸出端選出的低電平波形。如果把高于2.3V的電平當(dāng)作高電平，并作為邏輯1，把低于0.7V的電平當(dāng)作低電平，并作為邏輯0，由圖可知，輸出與輸入之間是邏輯與的關(guān)系。因此，當(dāng)輸入為數(shù)字量時，該電路也稱為與門電路。將圖電路中的V1,V2反接，將E改為負值，則變?yōu)楦唠娖竭x擇電路。如果輸入也為數(shù)字量，則該電路就變?yōu)榛蜷T電路

還是以u1<u2為例。二極管導(dǎo)通的條件是加上正向電壓，導(dǎo)通后其上的壓降為PN結(jié)上的壓降，0.65V或0.25V（視半導(dǎo)體材料而定）。就是說當(dāng)(u0-u1)>0.65V時V1才能導(dǎo)通；(u0-u2)>0.65V時V2才能導(dǎo)通。如果V2導(dǎo)通，則V2右端的電壓為u0=(u2+0.65)，但是因為u1<u2<u0，對V1來說，(u0-u1)=(u2+0.65-u1)>0.65V，依然是加了正向電壓電壓，所以V1還是導(dǎo)通，使得u0=(u1+0.65)，(u0-u2)=(ui+0.65-u2)<0.65V。V2加了反向電壓而截止。V2被V1限制了。反之亦然。穩(wěn)壓管是特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管,其反向擊穿是可逆的,且反向電壓較穩(wěn)定。穩(wěn)壓二極管及其應(yīng)用電路穩(wěn)壓二極管正是利用PN結(jié)的“反向擊穿特性”。穩(wěn)壓二極管可用于限幅和穩(wěn)壓。42一、穩(wěn)壓二極管符號及其伏安特性曲線穩(wěn)壓誤差曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。-+IZminiZ/mAuZ/VOUZIZmaxUZIZIZ穩(wěn)壓二極管的特性工作條件：反向擊穿正向同二極管穩(wěn)定電壓43

當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,工作電流IZ在Izmax和Izmin之間變化時,其兩端電壓近似為常數(shù).穩(wěn)壓管應(yīng)與負載電阻并聯(lián)。應(yīng)采取限流措施，以防熱擊穿。外加電源正極接N區(qū)，負極接P區(qū)。使用注意二、穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓UZ（2）電壓溫度系數(shù)穩(wěn)壓值受溫度變化影響的系數(shù)。（3）動態(tài)電阻（4）穩(wěn)定電流IZ（5）最大允許功耗三、穩(wěn)壓過程-RLIZ+uCCUOURIZURUO-IR-?-UI?-UOUZ=UO?-UI三、穩(wěn)壓過程-ˉˉˉ?ˉ?ˉ?RLIZ+uCCUOuRRLUOIZURUOIL-IR-??UI不變UI穩(wěn)壓電路分析是依靠R上電壓變化進行調(diào)節(jié)。對限流電阻R要合理選擇Rmax要使Uz還能工作，Rmin不能使IZ太大，以免燒毀。對限流電阻R要合理選擇,計算見書介紹。

發(fā)光二極管具有電→光轉(zhuǎn)換的性能.可見光有紅、黃、綠、藍、紫等。發(fā)光亮度與工作電流成比例?？捎糜诟鞣N指示燈、七段數(shù)碼燈等。點式LED字段式LED點陣式LED光柱式LEDLED的類型顯示器件的類型VFD熒光顯示器PDP等離子顯示器ECD電致變色顯示器EPD電泳顯示器PLZT鐵電陶瓷顯示器LED(LightEmittingdiode)發(fā)光二極管LCD(LiquidCrystalDisplay)液晶顯示器符號光的顏色視發(fā)光材料的波長而定。如采用磷砷化鎵，可發(fā)出紅光或黃光；如采用磷化鎵，可發(fā)出綠光。它的電特性與一般二極管類似，正向電壓較一般二極管高，1.5~3V，電流為幾mA~幾十mA。發(fā)光二極管

發(fā)光二極管當(dāng)在發(fā)光二極管（LEDLightEmittingDiode）上加正向電壓，并有足夠大的正向電流時，就能發(fā)出可見的光。這是由于電子與空穴復(fù)合而釋放能量的結(jié)果。發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠顯示類型：普通LED，不可見光：紅外光點陣LED七段LED,LEDLED的類型按形狀分：字段式、點式、光柱式、點陣式按發(fā)光顏色分：紅、橙、黃、綠、雙色、三色按發(fā)光強度分：普通亮度、高亮度特性u/Vi

/mAO2工作條件：正向偏置工作電流:幾mA~幾十mA導(dǎo)通電壓:(1.53)VLED的特性和參數(shù)幾種紅色發(fā)光二極管的參數(shù)極限參數(shù)電參數(shù)光參數(shù)型號最大功率PM(mW)最大正向電流(mA)反向擊穿電壓(V)正向電流IF(mA)正向電壓UF(V)反向電流IR(A)結(jié)電容(PF)發(fā)光主波波長(A)帶寬

(A)光強分布角(度)FG11200110050

10FG11210210050

520

2

100

100650020015FG11210430205FG1121051007010從外觀判別極性通電判別極性和好壞用萬用表擋測量LED極性和好壞5VLED極性的判別和檢測將測量擋切換到R10k,用萬用表的LED的正、反向電阻，阻值偏小的的一次，黑表筆所接觸的為正極。若兩次測量的阻值均為，則該LED已壞。What‘swrong？good！

滬產(chǎn)LED燈將使奧運期間的“水立方”變幻出飛龍、游魚。昨天，從上海市科委傳出消息，來自上海廣茂達的近50萬顆LED燈已被安裝在奧運場館“水立方”上。這些奇異的上海小燈將使“水立方”的原本晶瑩剔透的藍色“氣泡”展示另一種美麗，變幻出不同色彩和圖案。LED燈的中文名字叫“半導(dǎo)體照明”，是不需要鎢絲和燈管的顆粒狀發(fā)光器件。相比白熾燈和熒光燈，LED燈不但節(jié)能，壽命超長，沒有污染，而且還能實現(xiàn)智能化控制，展現(xiàn)出全光譜的絢麗色彩。奧運期間，“水立方”景觀燈將演繹各種主題的圖案。疑問：升起的五環(huán)怎么能瞬間出現(xiàn)?侯軍祥總監(jiān)告訴記者：“其實這個五環(huán)是由LED燈組成，也就是可發(fā)光二極管，總共用了4萬多個高級二極管，組成了這樣一個36×12.5米的巨型五環(huán)。實際上它提早升上了半空，并在瞬間通過感應(yīng)元件點亮。于是在兩邊的觀眾就以為，五環(huán)是瞬間出現(xiàn)的，其實是燈光的效果。到最后五環(huán)突然立起來了，也是這樣的原理?！币蓡?巨型畫卷是怎么轉(zhuǎn)動的?溫慶林總監(jiān)介紹：“一張紙、一個大屏幕、一個五環(huán)、一個地球是開幕式的四大重點，這四個重點由兩個畫軸串聯(lián)成，必須把他們有機融合在一起才能串起整場開幕式。從觀眾的角度看這兩個畫軸在美麗地轉(zhuǎn)動著，實際并不是這樣的，它們根本沒有旋轉(zhuǎn)，只是平移，像兩扇門一樣。為了造成旋轉(zhuǎn)的效果，技術(shù)人員通過不同線束在不同狀態(tài)下發(fā)光的原理，用LED燈漸次熄滅和點亮的原理，制造成旋轉(zhuǎn)的效果。同時，為了達到更加逼真的效果，畫軸里面的木芯確實是在轉(zhuǎn)的，這就減輕了負載的重量?！币?、判斷下列說法是否正確，用“×”和“√”表示判斷結(jié)果填入空內(nèi)。(1)在N型半導(dǎo)體中如果摻入足夠量的三價元素，可將其改型為P型半導(dǎo)體。()(2)因為N型半導(dǎo)體的多子是自由電子，所以它帶負電。()(3)PN結(jié)在無光照、無外加電壓時，結(jié)電流為零。()二、選擇正確答案填入空內(nèi)。(l)PN結(jié)加正向電壓時，空間電荷區(qū)將

。A.變窄B.基本不變C.變寬(2)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓區(qū)是其工作在

。A.正向?qū)˙.反向截止C.反向擊穿三、寫出圖Tl.3所示各電路的輸出電壓值，設(shè)二極管導(dǎo)通電壓UD=0.7V。解：UO1=1.3V,UO2=0V,UO3=-1.3V,UO4=2V,UO5=1.3V,UO6=-2V。四、已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ=6V，穩(wěn)定電流的