述半導(dǎo)體二極管講解材料

第三講半導(dǎo)體二極管

模擬電路第三講半導(dǎo)體二極管一、二極管的組成二、二極管的伏安特性及電流方程三、二極管的等效電路四、二極管的主要參數(shù)五、穩(wěn)壓二極管

一、二極管的組成將PN結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管。點接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小故結(jié)允許的電流小最高工作頻率高面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大故結(jié)允許的電流大最高工作頻率低平面型：結(jié)面積可小、可大小的工作頻率高大的結(jié)允許的電流大半導(dǎo)體二極管外形

二、二極管的伏安特性及電流方程

二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性材料開啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.5~0.8V1μA以下鍺Ge0.1V0.1~0.3V幾十μA開啟電壓反向飽和電流擊穿電壓溫度的電壓當量從二極管的伏安特性可以反映出：

1.單向?qū)щ娦?.伏安特性受溫度影響T（℃）↑→在電流不變情況下管壓降u↓→反向飽和電流IS↑，U(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移正向特性為指數(shù)曲線反向特性為橫軸的平行線三、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！三、二極管的等效電路Q越高，rd越小。

當二極管在靜態(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.微變等效電路四、二極管的主要參數(shù)最大整流電流IF：最大平均值最大反向工作電壓UR：最大瞬時值反向電流IR：即IS最高工作頻率fM：因PN結(jié)有電容效應(yīng)結(jié)電容為擴散電容（Cd）與勢壘電容（Cb）之和。擴散路程中電荷的積累與釋放空間電荷區(qū)寬窄的變化有電荷的積累與釋放二極管的單向?qū)щ娦?.二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負）時，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。2.二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負、陰極接正）時，二極管處于反向截止狀態(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。

3.外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?.二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大?！睢睢顝亩O管的主要參數(shù)中可得出二極管單向?qū)щ娦允〉膱龊霞霸?/p>

☆☆☆1、正向偏壓太低。（不足以克服死區(qū)電壓）2、正向電流太大。（會使PN結(jié)溫度過高燒毀）3、反向偏壓太高。（造成反向擊穿）4、工作頻率太高。（使結(jié)電容容抗下降而反向不截止）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0.6~0.7V鍺0.2~0.3V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。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于斷開。電路如圖，求：UABV陽=－6VV陰=－12VV陽>V陰二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：

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。在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3k

BAUAB+–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。V1陽=－6V，V2陽=0V，V1陰=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V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。BD16V12V3k

AD2UAB+–ui>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例3：二極管的用途：

整流、檢波、限幅、鉗位、開關(guān)、元件保護、溫度補償?shù)取i18V參考點二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––動畫例1：二極管構(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。例題（2）如果ui為幅度±4V的交流三角波，波形如圖所示，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。波形如右所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V

②采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析，波形如右所示。五、穩(wěn)壓二極管1.符號UZIZIZM

UZ

IZ2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO3.主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù)

ｕ環(huán)境溫度每變化1

C引起穩(wěn)壓值變化的百分數(shù)。(3)動態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR

設(shè)UI一定，負載RL變化UO

基本不變IR

(IRR)基本不變

UO

(UZ

)

IZ

1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUI

UZ

設(shè)負載RL一定，UI變化UO

基本不變IRR

IZ

IR

1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例VoiZDZRiLiViRL穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):解：令輸入電壓達到上限時，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmax——方程1要求當輸入電壓由正常值發(fā)生20%波動時，負載電壓基本不變。求：電阻R和輸入電壓Vi的正常值。令輸入電壓降到下限時，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmin?！匠?聯(lián)立方程1、2，可得：例3：兩個穩(wěn)壓管,穩(wěn)定電壓分別為5.5V和8.5V,正向?qū)▔航刀际?.5V,如果要得到0.5V、3V、6V、9V和14V應(yīng)如何連接?解:電路如下列所示，分別可以得到題意要求的穩(wěn)壓值：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~幾十mA。發(fā)光二極管六光電器件1.4.2發(fā)光二極管當在發(fā)光二極管（LED）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。1.4.3光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換為電流信號