半導(dǎo)體二極管及其電路ppt課件

1、第第2 2章章 半導(dǎo)體二極管及其電路半導(dǎo)體二極管及其電路本章內(nèi)容本章內(nèi)容2.12.1半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管2.22.2穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管2.32.3其他類型二極管其他類型二極管2.12.1半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1 .1 .半導(dǎo)體二極管的構(gòu)造半導(dǎo)體二極管的構(gòu)造2.2.二極管的伏安特性二極管的伏安特性3 .3 .二極管的參數(shù)二極管的參數(shù)4.4.二極管的等效模型二極管的等效模型5.5.二極管運用電路二極管運用電路本節(jié)要掌握以下五個內(nèi)容本節(jié)要掌握以下五個內(nèi)容 在在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按構(gòu)造分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。極

2、管按構(gòu)造分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1) 點接觸型二極管點接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高檢波和變頻等高頻電路。頻電路。(a)(a)點接觸型點接觸型 二極管的構(gòu)造表示圖二極管的構(gòu)造表示圖(3) 平面型二極管平面型二極管 往往用于集成往往用于集成電路制造藝中。電路制造藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電于高頻整流和開關(guān)電路中。路中。(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積結(jié)面積大，用于工頻大大，用于工頻大電流整流電路。電流整流電路。(b)(b)面接觸型面接觸型(c)(c)平面型平面型陰極陰極引線引線

3、陽極陽極引線引線PNP 型支持襯底型支持襯底(4) 二極管的代表符號二極管的代表符號(d) 代表符號代表符號k 陰極陰極陽極陽極 a半導(dǎo)體二極管圖片2.1.2 半導(dǎo)體二極管的伏安特性半導(dǎo)體二極管的伏安特性 硅管硅管00. 8反向特性反向特性正向特性正向特性擊擊穿穿特特性性mA/DiV/Du00. 8反向特性反向特性鍺管鍺管正向特性正向特性mA/DiV/DuuDiD)(DDufi (1) 近似呈現(xiàn)為指數(shù)曲線，即近似呈現(xiàn)為指數(shù)曲線，即TUuIiDeSD (2) 有死區(qū)有死區(qū)iD0的區(qū)域的區(qū)域)1正向特性正向特性死區(qū)電壓約為死區(qū)電壓約為硅管硅管0.5 V0.5 V鍺管鍺管0.1 V0.1 VOiD正

4、向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U ( BR)反向特性反向特性uD(3) 導(dǎo)通后即導(dǎo)通后即uD大于死區(qū)電壓后大于死區(qū)電壓后TTUuUiUIdudiTDSDD1eD 管壓降管壓降uD 約為約為硅管硅管0.60 .8 V鍺管鍺管0.20.3 V通常近似取通常近似取uD 硅管硅管0.7 V鍺管鍺管0.2 VOiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U ( BR)反向特性反向特性uD即即 uD略有升高，略有升高， iD急劇增大。急劇增大。2反向特性反向特性 IS=硅管小于硅管小于0.10.1微安微安鍺管幾十到幾百微安鍺管幾十到幾百微安OiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)

5、死區(qū)電壓電壓U ( BR)反向特性反向特性uD(BR)DUu (1) 當(dāng)當(dāng)SDIi 時，時，。(2) 當(dāng)當(dāng)(BR)DUu 時，時，反向電流急劇增大，反向電流急劇增大，擊穿的類型擊穿的類型根據(jù)擊穿可逆性分為根據(jù)擊穿可逆性分為電擊穿電擊穿熱擊穿熱擊穿二極管發(fā)生反向擊穿。二極管發(fā)生反向擊穿。OiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U ( BR)反向特性反向特性uD降低反向電壓，二極管仍能正常任務(wù)。降低反向電壓，二極管仍能正常任務(wù)。PN結(jié)被燒壞，呵斥二極管永久性的損壞。結(jié)被燒壞，呵斥二極管永久性的損壞。二極管發(fā)生反向擊穿后，假設(shè)二極管發(fā)生反向擊穿后，假設(shè)a. 功耗功耗PD( = |UDI

6、D| )不大不大b. PN結(jié)的溫度小于允許的最高結(jié)溫結(jié)的溫度小于允許的最高結(jié)溫硅管硅管150200oC150200oC鍺管鍺管75100oC75100oC熱擊穿熱擊穿電擊穿電擊穿) 1(TVVseII溫度每升高溫度每升高1度，正度，正向壓降減小向壓降減小22.5mV溫度每升高溫度每升高10度，反度，反相飽和電流添加相飽和電流添加1倍倍sTsTIIVIIVVlg.ln32溫度對伏安特性的影響溫度對伏安特性的影響溫度對半導(dǎo)體二極管特性的影響溫度對半導(dǎo)體二極管特性的影響1. 當(dāng)溫度上升時，死區(qū)電壓、正向管壓降降低。當(dāng)溫度上升時，死區(qū)電壓、正向管壓降降低。uD/ uD/ T = T = 22.522.

7、5mV/ mV/ C C2. 溫度升高，反向飽和電流增大。溫度升高，反向飽和電流增大。)(2)(0S10S0TITITT 即即 溫度每升高溫度每升高1 1C C，管壓降降低，管壓降降低22.522.5mVmV。即即 平均溫度每升高平均溫度每升高1010C C，反向飽和電流增大一倍。，反向飽和電流增大一倍。不講不講2.1.4 半導(dǎo)體二極管的主要電參數(shù)半導(dǎo)體二極管的主要電參數(shù)1. 額定整流電流額定整流電流IF2. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓U(BR)管子長期運轉(zhuǎn)所允許經(jīng)管子長期運轉(zhuǎn)所允許經(jīng)過的電流平均值。過的電流平均值。 二極管能接受的最高反二極管能接受的最高反向電壓。向電壓。OiD正向特性正向特性

8、擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U ( BR)反向特性反向特性uD4. 反向電流反向電流IR3. 最高允許反向任務(wù)電壓最高允許反向任務(wù)電壓UR為了確保管子平安任務(wù)，所為了確保管子平安任務(wù)，所允許的最高反向電壓。允許的最高反向電壓。室溫下加上規(guī)定的反向電室溫下加上規(guī)定的反向電壓時測得的電流。壓時測得的電流。OiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U ( BR)反向特性反向特性uDUR=1/22/3U(BR)反向電流大，闡明管子的單導(dǎo)游電性差，因此反向電流反向電流大，闡明管子的單導(dǎo)游電性差，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫

9、度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。大幾十到幾百倍。4.4.最高任務(wù)頻率最高任務(wù)頻率fMfM 最高任務(wù)頻率是二極管任務(wù)的上限截止頻率，超越此值時，由于結(jié)電容的作用，二極管不能很好的表達(dá)單導(dǎo)游電性。 以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的運用是以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的運用是主要利用它的單導(dǎo)游電性，主要運用于整流、限幅、主要利用它的單導(dǎo)游電性，主要運用于整流、限幅、維護等等。維護等等。000DDDDv v v vov壓降為二極管開路時的外加二極管的壓降 O/V 斜斜率率 D/VonDonDonDDVvV

10、v Vv vov壓降為二極管開路時的外加二極管的壓降 O/VVon 斜斜率率 I/VVonV 70on.硅V硅二極管典型值硅二極管典型值V 20on.鍺V鍺鍺 二極管典型值二極管典型值導(dǎo)通壓降：3 3折線模型折線模型: : 折線模型以為二極管的管壓降不是恒定的，而是隨著經(jīng)過二極管電流的添加而添加，所以在模型中用一個電池和一個電阻rD來作進一步的近似。其中電池的電壓為二極管的門坎電壓Vth或者說導(dǎo)通電壓VD(on)。rD的值，可以這樣來確定，如當(dāng)二極管的導(dǎo)通電流為1mA時，管壓降為07V那么：rD=07 V-05 V/1mA=200 4. 4. 小信號模型小信號模型 二極管任務(wù)在正向特性的某一小

11、范圍內(nèi)時，二極管任務(wù)在正向特性的某一小范圍內(nèi)時，其正向特性可以等效成一個微變電阻。其正向特性可以等效成一個微變電阻。DDdivr 即即)1(/SDD TVveIi根據(jù)根據(jù)得得Q點處的微變電導(dǎo)點處的微變電導(dǎo)QdvdigDDd QVvTTeVI/SD TVID dd1gr 那那么么DIVT 常溫下常溫下T=300K)mA()mV(26DDdIIVrT 四種模型比較：四種模型比較：1 1、理想模型誤差大、理想模型誤差大2 2、折線模型誤差最小、折線模型誤差最小4 4、小信號模型只適用于二極管處于正導(dǎo)游通、小信號模型只適用于二極管處于正導(dǎo)游通且信號變化幅度較小的情況且信號變化幅度較小的情況3 3、恒壓

12、降模型運用最普遍、恒壓降模型運用最普遍RLuiuouiuott1 1、二極管半波整流：、二極管半波整流：2、 限幅電路限幅電路任務(wù)原理任務(wù)原理a. 當(dāng)當(dāng)ui較小使二極管較小使二極管D1 、D2截止時截止時iiiiuRRRu 電路正常放大電路正常放大FiUu b. 當(dāng)當(dāng)ui使二極管使二極管D1 或或D2導(dǎo)通時導(dǎo)通時RD2ARi+iu D1+iu例題例題1 1不講不講uitO輸入電壓波形輸入電壓波形RD2ARi+iu D1+iu輸入端電壓波形輸入端電壓波形uitOiu 2UFRD2ARi+iu D1+iuVi VRVi VR時，二極管導(dǎo)通，時，二極管導(dǎo)通，vo=vivo=vi。Vi VRVi VR

13、時，二極管截止，時，二極管截止， vo=VRvo=VR。 例2：理想二極管電路中 vi= Vm sint V，求輸出波形v0。解：利用二極管的利用二極管的單導(dǎo)游電性可單導(dǎo)游電性可作為電子開關(guān)作為電子開關(guān)vI1 vI2二極管任務(wù)形狀D1 D2v00V 0V導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止 導(dǎo)通截止 截止0V 5V5V 0V5V 5V0V0V0V5V例例1111：求：求vI1vI1和和vI2vI2不同值組合時不同值組合時的的v0v0值二極管值二極管為理想模型。為理想模型。解：解：4、在檢波電路中的運用無線通訊、在檢波電路中的運用無線通訊用音頻信號去控制用音頻信號去控制高頻信號的幅值高頻信號的幅值音頻信號音

14、頻信號高頻信號高頻信號載波信號載波信號調(diào)制的過程調(diào)制的過程Otuu1tOu2Ot音頻放大器音頻放大器話筒話筒高頻振蕩器高頻振蕩器調(diào)調(diào) 制制 器器發(fā)發(fā) 射射 器器u2u1u不講不講2.2 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管2.2.1穩(wěn)壓二極管的伏安特性穩(wěn)壓二極管的伏安特性特點特點a. 正向特性與普通管類似正向特性與普通管類似穩(wěn)壓管通常任務(wù)于反穩(wěn)壓管通常任務(wù)于反向電擊穿形狀向電擊穿形狀伏安特性伏安特性+ +iZuZuZQBAOUZiZIZ UZ IZ符號符號b. 反向擊穿特性很陡反向擊穿特性很陡(1) (1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓VZVZ(2) (2) 動態(tài)電阻動態(tài)電阻rZrZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向任務(wù)在規(guī)定的穩(wěn)壓管

15、反向任務(wù)電流電流IZIZ下，所對應(yīng)的反向任務(wù)電下，所對應(yīng)的反向任務(wù)電壓。壓。rZ =rZ =VZ /VZ /IZIZ(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZMPZM(4)(4)最大穩(wěn)定任務(wù)電流最大穩(wěn)定任務(wù)電流 IZmax IZmax 和最小穩(wěn)定任務(wù)電流和最小穩(wěn)定任務(wù)電流 IZminIZmin穩(wěn)壓條件：穩(wěn)壓條件：IZmin IZ IZmaxIZmin IZ 6V管子出現(xiàn)雪崩擊穿，管子出現(xiàn)雪崩擊穿，U 為正；為正；UZ 4V 出現(xiàn)齊納擊穿，出現(xiàn)齊納擊穿，U 為負(fù)為負(fù);4V UZ 6V，U能夠為正，也能夠為負(fù)。能夠為正，也能夠為負(fù)。U 5溫度系數(shù)溫度系數(shù) 定義：定義： 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓

16、電路不講不講不講不講負(fù)載電阻負(fù)載電阻 。要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生20%20%動搖時，負(fù)載電壓根本不變。動搖時，負(fù)載電壓根本不變。穩(wěn)壓二極管的運用舉例穩(wěn)壓二極管的運用舉例5mA 20mA, V,10minmaxzzzWIIU穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù)穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù): : k2LR解：令輸入電壓到達(dá)上限時，流過穩(wěn)壓管的電解：令輸入電壓到達(dá)上限時，流過穩(wěn)壓管的電流為流為Izmax Izmax 。求：電阻求：電阻R R和輸入電壓和輸入電壓 ui ui 的正常值。的正常值。mA25maxLZWzRUIi102521RUiRu.zWi方程方程1 1令輸入電壓降到下限令輸入電壓降到下限時

17、，流過穩(wěn)壓管的電時，流過穩(wěn)壓管的電流為流為Izmin 。mA10minLZWzRUIi101080RUiRu.zWi方程方程2uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程聯(lián)立方程1、2，可解得：，可解得：k50V7518.R,.ui一、一、 發(fā)光二極管發(fā)光二極管有正向電流流過有正向電流流過時，發(fā)出一定波長時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的紅外到可見波段的光，它的電特性與光，它的電特性與普通二極管類似。普通二極管類似。二、二、 光電二極管光電二極管反向電流隨光照強度的添加而上升。反向電流隨光照強度的添加而上升。IU照度添加照度添加三、變?nèi)荻O

18、管三、變?nèi)荻O管(varicap)(varicap) 利用二極管的結(jié)電容以及該電容大小與外利用二極管的結(jié)電容以及該電容大小與外接電壓有關(guān)的特點制成接電壓有關(guān)的特點制成. .四、肖特基二極管四、肖特基二極管(SBD)(SBD) 金屬與金屬與N N型半導(dǎo)體接觸構(gòu)成勢壘，不存在少數(shù)載型半導(dǎo)體接觸構(gòu)成勢壘，不存在少數(shù)載流子在流子在PNPN結(jié)附近積累和散失過程，電容效應(yīng)非常適宜結(jié)附近積累和散失過程，電容效應(yīng)非常適宜高頻。高頻。電阻量程電阻量程 1 1 10 10 100 100 1k1k測得電阻值測得電阻值 31 210 1.1 k 31 210 1.1 k 11.5 k11.5 k例例1 用萬用表丈量

19、二極管的正向直流電阻用萬用表丈量二極管的正向直流電阻RF，選用，選用的量程不同，測得的電阻值相差很大。現(xiàn)用的量程不同，測得的電阻值相差很大?，F(xiàn)用MF30 型型萬用表丈量某二極管的正向電阻，結(jié)果如下表，試分萬用表丈量某二極管的正向電阻，結(jié)果如下表，試分析所得阻值不同的緣由。析所得阻值不同的緣由。例題例題例例2:設(shè)二極管設(shè)二極管D1、D2為理想二極管，判別它們在圖為理想二極管，判別它們在圖1中是導(dǎo)通中是導(dǎo)通還是截止？并求還是截止？并求 Uo 解：假設(shè)解：假設(shè)D1、D2斷開斷開D1的陽極為的陽極為0V，陰極為，陰極為-9V;D2的陽極為的陽極為-12V，陰極為，陰極為-9V;D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2截止

20、，輸出電壓截止，輸出電壓=0例例3：在圖：在圖a和和b所示的電路中，假設(shè)所示的電路中，假設(shè)D是理想的，其輸入信號為是理想的，其輸入信號為Ui=10sint(v)。分別畫出它們的輸出波形和傳輸特性。分別畫出它們的輸出波形和傳輸特性Uo=f(ui)。解：假設(shè)解：假設(shè)D斷開，圖斷開，圖a，D的陽極的陽極5V，當(dāng)，當(dāng)Ui5V時，時，D截止，截止，Uo=5V。 圖圖b，D的陰極的陰極5V，Ui5V時，時，D導(dǎo)通，導(dǎo)通， Uo=5V；Ui0.7V,D1vi0.7V,D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，vo=0.7Vvo=0.7V；VDvi-0.7V,D2vi-0.7V,D2導(dǎo)通導(dǎo)通,vo=-0.7V,vo=-0.7V；-0.7Vvi0.7V, D1-0.7Vvi0.7V, D1、D2D2均截止均截止,vo=vi,vo=vi。Rvi(t)vo(t)D1 D2例例5：雙向限幅電路：如以下圖，設(shè)：雙向限幅電路：如以下圖，設(shè)vi(t)=3sint , Vth=0.5V，R=1K, rD=200,利用折線模型，畫出輸出波形。利用折線模型，畫出輸出波形。解：假折線模型電路為：解：假折線模型電路為：0.923-30.5-0.5 假設(shè)假設(shè)D1D1、D2D2斷開，斷開，D1D1陰極陰極0.5V0.5V，D2D2陽極陽極-0.5V-0.5V，-0.92Vth vi-0.5V,D2 vi-0.5V,D2導(dǎo)通導(dǎo)通,vo= =