半導體二極管及其應用電路

1、電子技術概貌：電子技術概貌：電子技術應用領域：電子技術應用領域： 廣播通信：發(fā)射機、接收機、擴音、錄音、程控交換機、電廣播通信：發(fā)射機、接收機、擴音、錄音、程控交換機、電話、手機話、手機 網絡：路由器、網絡：路由器、ATM交換機、收發(fā)器、調制解調器交換機、收發(fā)器、調制解調器 工業(yè)：鋼鐵、石油化工、機加工、數控機床工業(yè)：鋼鐵、石油化工、機加工、數控機床 交通：飛機、火車、輪船、汽車交通：飛機、火車、輪船、汽車 軍事：雷達、電子導航軍事：雷達、電子導航 航空航天：衛(wèi)星定位、監(jiān)測航空航天：衛(wèi)星定位、監(jiān)測 醫(yī)學：醫(yī)學：刀、刀、CT、B超、微創(chuàng)手術超、微創(chuàng)手術 消費類電子：家電（空調、冰箱、電視、音響、

2、攝像機、照消費類電子：家電（空調、冰箱、電視、音響、攝像機、照相機、電子表）、電子玩具、各類報警器、保安系統(tǒng)相機、電子表）、電子玩具、各類報警器、保安系統(tǒng)電子器件發(fā)展歷程：電子器件發(fā)展歷程：電子管電子管晶體管晶體管集成電路集成電路大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路1904年年電子管問世電子管問世1947年年晶體管誕生晶體管誕生1958年集成電年集成電路研制成功路研制成功電子管、晶體管、集成電路比較電子管、晶體管、集成電路比較 1947年年 貝爾實驗室貝爾實驗室第一只晶體管第一只晶體管 1958年年 德州儀器公司德州儀器公司第一塊集成電路第一塊集成電路 1969年年 大

3、規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路 1975年年 超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路 第一片集成電路只有第一片集成電路只有4個晶體管，而個晶體管，而1997年一片集成電路年一片集成電路中有中有40億個晶體管。有科學家預測，集成度還將按億個晶體管。有科學家預測，集成度還將按10倍倍/6年年的速度增長，到的速度增長，到2015或或2020年達到飽和。年達到飽和?，F代電子器件的鼻祖現代電子器件的鼻祖第一只晶體管的發(fā)明者第一只晶體管的發(fā)明者（by John Bardeen , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab） 他們在他們在1947年年11月底發(fā)

4、明了晶月底發(fā)明了晶體管，并在體管，并在12月月16日正式宣布日正式宣布“晶晶體管體管”誕生。誕生。1956年獲諾貝爾物理年獲諾貝爾物理學獎。巴因所做的超導研究于學獎。巴因所做的超導研究于1972年第二次獲得諾貝爾物理學獎。年第二次獲得諾貝爾物理學獎。第一個集成電路及其發(fā)明者第一個集成電路及其發(fā)明者（ Jack Kilby from TI ） 1958年年9月月12日，在德州儀器公司日，在德州儀器公司的實驗室里，實現了把電子器件集成的實驗室里，實現了把電子器件集成在一塊半導體材料上的構想。在一塊半導體材料上的構想。42年以年以后，后， 2000年獲諾貝爾物理學獎。年獲諾貝爾物理學獎。 “為為現代

5、信息技術奠定了基礎現代信息技術奠定了基礎”。 模電與數電：模電與數電：自然界中的物理量有兩大類：模擬量和數字量自然界中的物理量有兩大類：模擬量和數字量tttu？模擬量模擬量模擬信號模擬信號模擬電路模擬電路模擬電子技術模擬電子技術tu？數字量數字量數字信號數字信號數字電路數字電路數字電子技術數字電子技術混頻級混頻級中頻放大級中頻放大級檢波級檢波級功率放大級功率放大級超外差式無線電收音機原理框圖超外差式無線電收音機原理框圖放大放大濾波濾波采樣采樣-保持保持模模-數轉換數轉換生產控制系統(tǒng)生產控制系統(tǒng)微處理機系統(tǒng)微處理機系統(tǒng)數數-模轉換模轉換電壓電壓-電流轉換電流轉換檢測與傳感檢測與傳感執(zhí)行機構執(zhí)行機

6、構生產設備生產設備物理系統(tǒng)物理系統(tǒng)電子系統(tǒng)電子系統(tǒng)電子系統(tǒng)：電子系統(tǒng)：從電路板產生來看學習要求與教學環(huán)節(jié)從電路板產生來看學習要求與教學環(huán)節(jié)確定電路功能與要求確定電路功能與要求電路結構設計電路結構設計電路參數計算電路參數計算元件選型元件選型電路可行性分析電路可行性分析計算機仿真計算機仿真制板制作制板制作調試與測試調試與測試掌握電子技術基本概念掌握電子技術基本概念掌握各功能電路結構掌握各功能電路結構掌握各類定性分析方法掌握各類定性分析方法掌握各類參數估算方法掌握各類參數估算方法熟悉各類元器件外特性熟悉各類元器件外特性熟悉熟悉EDA軟件軟件熟悉制板軟件熟悉制板軟件,培養(yǎng)動手操作能力培養(yǎng)動手操作能力熟

7、悉電子儀器儀表熟悉電子儀器儀表課堂教學課堂教學實驗教學實驗教學電子實習電子實習課程設計課程設計第第1 1章章 半導體二極管及半導體二極管及其應用電路其應用電路1.1半導體基礎知識半導體基礎知識1.2半導體二極管半導體二極管小小 結結1.3穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管1.4二極管典型應用電路二極管典型應用電路1.5輔修內容輔修內容包含半導體元件包含半導體元件等等等等是半導體元件之一，應用廣泛是半導體元件之一，應用廣泛你想知道嗎？你想知道嗎？什么是半導體？什么是半導體？PN結是怎樣形成的？結是怎樣形成的？二極管是干什么用的？二極管是干什么用的？電子電路電子電路你知道嗎？你知道嗎？1.1.1半導體材料及其特

8、性半導體材料及其特性1.1.2雜質半導體雜質半導體1.1.3PN結結1.1.1 半導體材料及其特性半導體材料及其特性半導體半導體 導電能力介于導體和絕緣體之間的物質。導電能力介于導體和絕緣體之間的物質。本征半導體本征半導體 純凈的半導體。如硅、鍺單晶體。純凈的半導體。如硅、鍺單晶體。共價鍵共價鍵 相鄰原子共有價電子所形成的束縛。相鄰原子共有價電子所形成的束縛。從導電性來分類，物體可分為：從導電性來分類，物體可分為：共價鍵結構共價鍵結構2. 本征半導體的共價鍵結構本征半導體的共價鍵結構導體、絕緣體、半導體導體、絕緣體、半導體1. 半導體的特殊性質半導體的特殊性質熱敏性、光敏性、摻雜性熱敏性、光敏

9、性、摻雜性硅硅( (鍺鍺) )的原子結構的原子結構簡化模型簡化模型原子核原子核硅硅( (鍺鍺) )的共價鍵結構的共價鍵結構價電子價電子( (束縛電子束縛電子) )硅硅鍺鍺本征半導體的晶體結構本征半導體的晶體結構空空穴穴自由電子和空穴在自由電子和空穴在運動中相遇重新結合成運動中相遇重新結合成對消失的過程。對消失的過程。在室溫或光照下價在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由共價鍵的束縛成為自由電子，并在共價鍵中留電子，并在共價鍵中留下一個下一個空穴空穴的過程。的過程。3. 本征半激發(fā)與復合本征半激發(fā)與復合空穴可在共空穴可在共價鍵內移動價鍵內移動自自由由電電子子

10、本證激發(fā)與復合是一對相反的運動！本證激發(fā)與復合是一對相反的運動！半導體中有兩種載流子半導體中有兩種載流子自由電子自由電子和和空穴空穴兩種載流子的運動：兩種載流子的運動：自由電子自由電子( (在共價鍵以外在共價鍵以外) )的運動的運動空穴空穴( (在共價鍵以內在共價鍵以內) )的運動的運動載流子載流子 運載電荷的粒子（帶電粒子）運載電荷的粒子（帶電粒子）本征半導體中的電流是兩個電流之和本征半導體中的電流是兩個電流之和電子電流、空穴電流電子電流、空穴電流自由電子帶負電，空穴帶正電。自由電子帶負電，空穴帶正電。 結論結論：1. 本征半導體中電子空穴成對出現，且數量少；本征半導體中電子空穴成對出現，且

11、數量少； 2. 半導體中有電子和空穴兩種載流子參與導電；半導體中有電子和空穴兩種載流子參與導電； 3. 本征半導體導電能力弱，并與溫度有關本征半導體導電能力弱，并與溫度有關。4.、 溫度對本征半導體中載流子的影響溫度對本征半導體中載流子的影響載流子的濃度隨溫度的升高而增加。載流子的濃度隨溫度的升高而增加。動態(tài)平衡動態(tài)平衡本征激發(fā)與復合運動最本征激發(fā)與復合運動最終要達到動態(tài)平衡。終要達到動態(tài)平衡。N 型型+5+4+4+4+4+4磷原子磷原子多余電子多余電子載流子數載流子數 電子數電子數1. N 型半導體型半導體在本征半導體中摻入微量的在本征半導體中摻入微量的5價雜質元素價雜質元素空穴空穴少子（少

12、數載流子）少子（少數載流子）電子電子多子（多數載流子）多子（多數載流子）多余電子多余電子雜質原子為施主原子雜質原子為施主原子正離子正離子帶正電，不能移動帶正電，不能移動1.1.2 雜質半導體雜質半導體P 型型+3+4+4+4+4+4硼原子硼原子空位空位空穴空穴多子（多數載流子）多子（多數載流子）電子電子少子（少數載流子）少子（少數載流子）載流子數載流子數 空穴數空穴數2. P 型半導體型半導體在本征半導體中摻入微量的在本征半導體中摻入微量的3價雜質元素價雜質元素空位空位電中性電中性雜質原子為受主原子雜質原子為受主原子負離子負離子帶負電，不能移動帶負電，不能移動區(qū)分區(qū)分N型半導體和型半導體和P型

13、半導體！型半導體！4. 雜質半導體的導電作用雜質半導體的導電作用IIPINI = IP + INN 型半導體型半導體 I INP 型半導體型半導體 I IP3. 雜質半導體中載流子的濃度雜質半導體中載流子的濃度5. P 型與型與N 型半導體的簡化示意圖型半導體的簡化示意圖P型型N型型少數載流子（少子）自由電子多數載流子（多子）（空穴）負離子多數載流子（多子）自由電子少數載流子（少子）空穴正離子【問題引導】【問題引導】N型、型、P型半導體多子是什么，少子是什么？型半導體多子是什么，少子是什么？負離子、或正離子是怎么形成的？負離子、或正離子是怎么形成的？N型P型1.1.3 PN 結結1. PN 結

14、結( (PN Junction) )的形成的形成擴散運動擴散運動由于載流子濃度差而引起的運動由于載流子濃度差而引起的運動復合復合使交界面形成空間電荷區(qū)使交界面形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)、耗盡層、阻擋層、空間電荷區(qū)、耗盡層、阻擋層、PNPN結結內電場內電場漂移運動漂移運動載流子在電場力作用下的運動載流子在電場力作用下的運動擴散和漂移達到擴散和漂移達到動態(tài)平衡：動態(tài)平衡：擴散電流擴散電流 等于漂移電流，等于漂移電流， 總電流總電流 I = 0。PN結是怎么形成的？結是怎么形成的？P 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)內電場內電場外電場外電場外電場抵消內電場外電場抵消內電場使空間電荷區(qū)變窄使空間電荷區(qū)變窄有利于擴散運動有利

15、于擴散運動不利于漂移運動不利于漂移運動 IF限流電阻，可以不要嗎？限流電阻，可以不要嗎？擴散運動加強形成正向電流擴散運動加強形成正向電流 IF2. PN 結的結的單向單向導電性導電性(1) PN結外加結外加正向正向電壓電壓時處于導通狀態(tài)時處于導通狀態(tài)正向電壓、正向接法、正向偏置、正偏正向電壓、正向接法、正向偏置、正偏P 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)IRPN 結的結的單向導電性單向導電性：正偏導通，呈小電阻，電流較大正偏導通，呈小電阻，電流較大;反偏截止，電阻很大，電流近似為零反偏截止，電阻很大，電流近似為零。漂移運動加強形成反向電流漂移運動加強形成反向電流 IRIR = I少子少子 0(2) PN結外加結外加

16、反向反向電壓電壓時處于截止狀態(tài)時處于截止狀態(tài)反向電壓、反向接法、反向偏置、反偏反向電壓、反向接法、反向偏置、反偏反向飽和電流反向飽和電流 Is 內電場內電場外電場外電場外電場與內電場同向外電場與內電場同向使空間電荷區(qū)變寬使空間電荷區(qū)變寬有利于漂移運動有利于漂移運動 不利于擴散運動不利于擴散運動【問題引導】【問題引導】什么是什么是PN結的單向導電性？結的單向導電性？3. PN 結的伏安特性結的伏安特性)1e (T/S UuII反向飽反向飽和電流和電流溫度溫度電壓當量電壓當量qkTUT 電子電量電子電量玻爾茲曼玻爾茲曼常數常數當當 T = 300( (27 C) )：UT = 26 mVOu /V

17、I /mA正向特性正向特性反向擊穿反向擊穿加正向電壓時加正向電壓時加反向電壓時加反向電壓時 iISISPN結具有單向導電性！結具有單向導電性！該常數非常重要！該常數非常重要！反向擊穿，反向擊穿電壓反向擊穿，反向擊穿電壓 雪崩擊穿雪崩擊穿當耗盡層寬度較寬時，耗盡層的電場當耗盡層寬度較寬時，耗盡層的電場使少子加快漂移速度，從而與共價鍵中的價電子使少子加快漂移速度，從而與共價鍵中的價電子相碰撞，把價電子撞擊出共價鍵，產生電子空穴相碰撞，把價電子撞擊出共價鍵，產生電子空穴對，載流子雪崩式地倍增，致使電流急劇增加。對，載流子雪崩式地倍增，致使電流急劇增加。內電場內電場P型N型自由電子漂移自由電子漂移 撞

18、擊價電子撞擊價電子內電場內電場P型N型價電子被拉出變成自由電子價電子被拉出變成自由電子 齊納擊穿齊納擊穿當耗盡層寬度很小時，不大的反向電當耗盡層寬度很小時，不大的反向電壓就可以在耗盡層形成很強的電場，而直接破壞壓就可以在耗盡層形成很強的電場，而直接破壞共價鍵，使價電子脫離共價鍵束縛，產生電子空共價鍵，使價電子脫離共價鍵束縛，產生電子空穴對，致使電流急劇增加。穴對，致使電流急劇增加。4. PN結的電容效應結的電容效應 Cj=Cb+Cd 勢壘電容勢壘電容Cb空間電荷區(qū)的寬度和空間電荷的空間電荷區(qū)的寬度和空間電荷的數量隨外加電壓而變化，如同電容的充放電過數量隨外加電壓而變化，如同電容的充放電過程。程

19、。 外加反向電壓時，勢壘電容占主導。外加反向電壓時，勢壘電容占主導。內電場內電場P型N型等效電容極板等效電容極板等效充電電荷等效充電電荷常把常把PN結當電容使用！結當電容使用！4. PN結的電容效應結的電容效應 Cj=Cb+Cd內電場內電場P型N型等效電容極板等效電容極板等效充電電荷等效充電電荷 擴散電容擴散電容CdPN結在正偏時，在外電場的作用下，靠近結在正偏時，在外電場的作用下，靠近耗盡層交界面的地方，少子的濃度高，且向遠離耗盡層的耗盡層交界面的地方，少子的濃度高，且向遠離耗盡層的地方擴散。擴散區(qū)內電荷的積累與釋放如同電容的充放電地方擴散。擴散區(qū)內電荷的積累與釋放如同電容的充放電過程。過程

20、。 外加正向電壓時，擴散電容占主導；外加正向電壓時，擴散電容占主導；5. PN節(jié)的溫度特性節(jié)的溫度特性無論是正偏還是反偏，當溫度升高時，電流增加無論是正偏還是反偏，當溫度升高時，電流增加1.2.1 二極管的結構類型二極管的結構類型1.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性1.2.4 二極管的主要參數二極管的主要參數1.2.3 二極管的勢壘電容與擴散電容二極管的勢壘電容與擴散電容1.2.5 二極管等效電路二極管等效電路1.2.1 二極管的結構與類型二極管的結構與類型構成：構成： PN 結結 + 引線引線 + 管殼管殼 = 二極管二極管( (Diode) )符號：符號：A ( (anode) )

21、C( (cathode) )分類：分類：按材料分按材料分硅二極管硅二極管鍺二極管鍺二極管按結構分按結構分點接觸型點接觸型面接觸型面接觸型平面型平面型陽極陽極陰極陰極陽極陽極陰極陰極點接觸型點接觸型正極正極引線引線觸絲觸絲N 型鍺片型鍺片外殼外殼負極負極引線引線負極引線負極引線 面接觸型面接觸型N型鍺型鍺PN 結結 正極引線正極引線鋁合金鋁合金小球小球底座底座金銻金銻合金合金正極正極引線引線負極負極引線引線集成電路中平面型集成電路中平面型PNP 型支持襯底型支持襯底點接觸型：結面積小，點接觸型：結面積小，結電容小，故結允許結電容小，故結允許的電流小，最高工作的電流小，最高工作頻率高。頻率高。面接

22、觸型：結面積大，面接觸型：結面積大，結電容大，故結允許結電容大，故結允許的電流大，最高工作的電流大，最高工作頻率低。頻率低。平面型：結面積可小、平面型：結面積可小、可大，小的工作頻率可大，小的工作頻率高，大的結允許的電高，大的結允許的電流大。流大。小功率小功率二極管二極管大功率大功率二極管二極管穩(wěn)壓穩(wěn)壓二極管二極管發(fā)光發(fā)光二極管二極管1.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性1. 二極管結電流方程二極管結電流方程)1e (TD/SD UuIi反向飽反向飽和電流和電流溫度溫度電壓當量電壓當量qkTU T電子電量電子電量玻爾茲曼玻爾茲曼常數常數當當 T = 300( (27 C) )：UT =

23、26 mV二極管實質就是一個二極管實質就是一個PN結！結！2. 二極管的伏安特性曲線二極管的伏安特性曲線OuD /ViD /mA正向特性正向特性Uth開啟開啟電壓電壓U Uth時，時， iD 急劇上升急劇上升0 U Uth時時 ，iD = 0反向特性反向特性ISU (BR)反向擊穿反向擊穿U(BR) U 0時時, iD = IS U U(BR) 時，反向電流急劇增大時，反向電流急劇增大(反向擊穿反向擊穿)IS 材料材料開啟電壓開啟電壓Uth 導通電壓導通電壓UD(on) 反向飽和電流反向飽和電流硅硅Si0.5V0.60.8V（通常取通常取0.7V）1A以下鍺鍺Ge0.1V0.10.3V（通常取

24、通常取0.3V）幾十A反向反向飽和飽和電流電流擊穿擊穿電壓電壓記得對二極管限流！記得對二極管限流！不要讓二極管擊穿了！不要讓二極管擊穿了！反向擊穿類型：反向擊穿類型：電擊穿電擊穿熱擊穿熱擊穿反向擊穿原因反向擊穿原因： 齊納擊穿齊納擊穿：( (Zener) )反向電場太強，將電子強行拉出共價鍵。反向電場太強，將電子強行拉出共價鍵。 ( (擊穿電壓擊穿電壓 6 V，正，正溫度系數溫度系數) )擊穿電壓在擊穿電壓在 6 V 左右時，溫度系數趨近零。左右時，溫度系數趨近零。硅管的伏安特性硅管的伏安特性鍺管的伏安特性鍺管的伏安特性604020 0.02 0.040 0.4 0.82550iD / mAu

25、D / ViD / mAuD / V0.20.4 25 50510150.010.0203. 溫度對二極管特性的影響溫度對二極管特性的影響604020 0.0200.42550iD / mAuD / V20 C90 CT 升高時，升高時，UD(on)以以 (2 2.5) mV/ C 下降下降【問題引導】【問題引導】溫度變化會導致半導體元件的一些參數發(fā)生變化！溫度變化會導致半導體元件的一些參數發(fā)生變化！Cj=Cb+Cd（1）勢壘電容）勢壘電容Cb空間電荷區(qū)的寬度和空間電荷空間電荷區(qū)的寬度和空間電荷的數量隨外加電壓而變化，如同電容的充放電的數量隨外加電壓而變化，如同電容的充放電過程。過程。 外加反

26、向電壓時，勢壘電容占主導。外加反向電壓時，勢壘電容占主導。內電場內電場P型N型等效電容極板等效電容極板等效充電電荷等效充電電荷1.2.3 二極管的二極管的勢壘電容與擴散電容勢壘電容與擴散電容4. PN結的電容效應結的電容效應 Cj=Cb+Cd內電場內電場P型N型等效電容極板等效電容極板等效充電電荷等效充電電荷（2）擴散電容）擴散電容CdPN結在正偏時，在外電場的作結在正偏時，在外電場的作用下，靠近耗盡層交界面的地方，少子的濃度高，用下，靠近耗盡層交界面的地方，少子的濃度高，且向遠離耗盡層的地方擴散。擴散區(qū)內電荷的積且向遠離耗盡層的地方擴散。擴散區(qū)內電荷的積累與釋放如同電容的充放電過程。累與釋放

27、如同電容的充放電過程。 外加正向電壓時，擴散電容占主導。外加正向電壓時，擴散電容占主導。1.2.4 二極管的主要參數二極管的主要參數1. IF 最大整流電流最大整流電流 ( (最大正向最大正向平均平均電流電流) )2. URM 最高反向工作電壓最高反向工作電壓， 為為 U(BR) / 2 3. IR 反向電流反向電流( (越小單向導電性越好越小單向導電性越好) )2. fM 最高工作頻率最高工作頻率 ( (超過時單向導電性變差超過時單向導電性變差) )4. RD 直流電阻直流電阻1. rd 交流電阻交流電阻iDuDU (BR)I FURMOUDIDQ)(26DDTDDd IIUdiduIUr直

28、流參數：直流參數：交流參數：交流參數：影響工作頻率的原因影響工作頻率的原因 PN 結的電容效應結的電容效應 結論：結論：1. 低頻低頻時，因結電容很小，容抗很大，時，因結電容很小，容抗很大， 結電容對結電容對 二極管影響很小。二極管影響很小。 高頻高頻時，因結電容容抗減小，使時，因結電容容抗減小，使結電容分流結電容分流， 導致二極管導致二極管單向導電性變差。單向導電性變差。2. 結面積小時結電容小，工作頻率高。結面積小時結電容小，工作頻率高。高頻信號時，必須考慮二極管的電容效應！高頻信號時，必須考慮二極管的電容效應！1.2.5 二極管等效電路二極管等效電路1. 理想二極管模型理想二極管模型特性

29、特性uDiD符號及符號及等效模型等效模型SS正偏導通，正偏導通，uD = 0, rd = 0反偏截止，反偏截止， iD = 0 , rd = 2. 二極管的恒壓降模型（理想二極管串聯(lián)電壓源模型）二極管的恒壓降模型（理想二極管串聯(lián)電壓源模型）uDiDUD(on)uD = UD(on)0.7 V (Si)0.3 V (Ge)導通時導通時3. 二極管的折線化模型二極管的折線化模型uDiDUonUIIUrD 斜率斜率1/ rdrDUon導通時導通時 uD=Uon+rdid截止時截止時 id=0二極管的動態(tài)電阻二極管的動態(tài)電阻4. 二極管的低頻小信號模型二極管的低頻小信號模型二極管的動態(tài)電阻反映了靜態(tài)工

30、作點二極管的動態(tài)電阻反映了靜態(tài)工作點附近微變電壓和微變電流的動態(tài)關系附近微變電壓和微變電流的動態(tài)關系根據根據TD/sDeUuIi 得得)(26DDTDDDDd IIUdiduiurIDmAiD=ID+idiD全電流全電流ID直流分量直流分量id交流分量交流分量步驟：步驟：1. 設定工作電壓設定工作電壓( (如如 0.7 V；2 V ( (LED) )；UZ ) )2. 確定工作確定工作電流電流( (如如 1 mA；10 mA；5 mA) )3. 根據歐姆定律求電阻根據歐姆定律求電阻 R = (UI UD)/ ID( (R 要選擇要選擇標稱值標稱值) )1.2.6 選擇二極管限流電阻選擇二極管限

31、流電阻記得對二極管限流！記得對二極管限流！ 半導體二極管的型號半導體二極管的型號（補充）（補充） 國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下： 2 A P 9 用數字代表同類型器件的不同型號用數字代表同類型器件的不同型號 用字母代表器件的類型，用字母代表器件的類型，P代表普通管代表普通管 用字母代表器件的材料，用字母代表器件的材料，A代表代表N型型Ge B代表代表P型型Ge，C代表代表N型型Si，D代表代表P型型Si 2代表二極管，代表二極管，3代表三極管代表三極管1.3.1 穩(wěn)壓二極管的工作原理穩(wěn)壓二極管的工作原理1.3.2 穩(wěn)壓二極管的主要參數穩(wěn)壓二極管

32、的主要參數1.3.3 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路符號符號工作條件：工作條件：反向擊穿反向擊穿iZ /mAuZ/VO UZ IZ IZM UZ IZ iZ+-uZ1.3.1 穩(wěn)壓二極管的工作原理穩(wěn)壓二極管的工作原理伏安特性伏安特性【問題引導】【問題引導】穩(wěn)壓二極管的工作區(qū)是？穩(wěn)壓二極管的工作區(qū)是？穩(wěn)壓二極管起穩(wěn)壓作用是工作在反向擊穿區(qū)！穩(wěn)壓二極管起穩(wěn)壓作用是工作在反向擊穿區(qū)！進入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流進入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流不至于損壞的最大電流不至于損壞的最大電流1.3.2 穩(wěn)壓二極管的主要參數穩(wěn)壓二極管的主要參數1. 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 UZ流過規(guī)定電流時流過規(guī)定電流時穩(wěn)壓管兩端的反向電壓值。穩(wěn)壓管兩端的反向電壓值

33、。2. 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZ 越大穩(wěn)壓效果越好越大穩(wěn)壓效果越好小于小于 IZ 時不穩(wěn)壓。時不穩(wěn)壓。3. 最大工作電流最大工作電流 IZM 最大耗散功率最大耗散功率 PZMP ZM = UZ IZM4. 動態(tài)電阻動態(tài)電阻 rZrZ = UZ / IZ 越小穩(wěn)壓效果越好。越小穩(wěn)壓效果越好。幾幾 幾十幾十 iZ /mAuZ/VO UZIZIZM UZ IZ5. 穩(wěn)定電壓溫度系數穩(wěn)定電壓溫度系數 CT%100ZZT TUUCUZ 4 V，CTV 7 V，CTV 0 ( (為雪崩擊穿為雪崩擊穿) )具有正溫度系數；具有正溫度系數；4 V UZ UN二極管導通二極管導通采用恒壓降模型，二極管等效為采用恒

34、壓降模型，二極管等效為 0.7 V 的恒壓源的恒壓源 PN記得先判斷：二極管導通嗎？記得先判斷：二極管導通嗎？UO = VDD1 UD(on)= 15 0.7 = 14.3 (V)IO = UO / RL= 14.3 / 3 = 4.8 (mA)I2 = (UO VDD2) / R = (14.3 12) / 1 = 2.3 (mA)I1 = IO + I2 = 4.8 + 2.3 = 7.1 (mA)0.7V例例C 畫出硅二極管構成的橋式整流電路在畫出硅二極管構成的橋式整流電路在ui = 15sin t (V) 作用下輸出作用下輸出 uO 的波形。的波形。( (按理想模型按理想模型) )Ot

35、ui / V15RLD1D2D3D4uiBAuOOtuO/ V15Otui / V15RLD1D2D3D4uiBAuO例例D ui = 2 sin t (V)，分析二極管的限幅作用。，分析二極管的限幅作用。ui 較小，宜采用恒壓降模型較小，宜采用恒壓降模型ui 0.7 VD1、D2 均截止均截止uO = uiuO = 0.7 Vui 0.7 VD2 導通導通 D截止截止ui 0.7 VD1 導通導通 D2 截止截止 uO = 0.7 V思考題思考題:【問題引導】【問題引導】若在若在D1、D2 支路各串聯(lián)恒壓源，輸出支路各串聯(lián)恒壓源，輸出波形如何？波形如何？OtuO/ V0.7Otui / V2

36、 0.7例例F 分析簡單穩(wěn)壓電路的工作原理，分析簡單穩(wěn)壓電路的工作原理， R 為限流電阻。為限流電阻。IR = IZ + ILUO= UI IR RUIUORRLILIRIZ練習：已知練習：已知 ui = 4 sin t (V)，二極管為理想，二極管為理想二極管，畫出二極管，畫出uo的波形。的波形。 1.5.1 發(fā)光二極管發(fā)光二極管1.5.2. 光電二極管光電二極管1.5.1 發(fā)光二極管發(fā)光二極管 LED ( (Light Emitting Diode) )1. 符號和特性符號和特性工作條件：工作條件：正向偏置正向偏置一般工作電流幾十一般工作電流幾十 mA， 導通電壓導通電壓 (1 2) V符

37、號符號u /Vi /mAO2特性特性外形外形符號符號應用應用2. 主要參數主要參數電學參數：電學參數：I FM ，U(BR) ，IR光學參數：光學參數：峰值波長峰值波長 P，亮度亮度 L，光通量光通量 發(fā)光類型：發(fā)光類型： 可見光：可見光：紅、黃、綠紅、黃、綠顯示類型：顯示類型： 普通普通 LED ，不可見光：不可見光：紅外光紅外光點陣點陣 LED七段七段 LED ,1.5.2 光電二極管光電二極管1符號和特性符號和特性符號符號特性特性uiO暗電流暗電流E = 200 lxE = 400 lx工作條件：工作條件：反向偏置反向偏置2. 主要參數主要參數電學參數：電學參數：暗電流，光電流，最高工作

38、范圍暗電流，光電流，最高工作范圍光學參數：光學參數：光譜范圍，靈敏度，峰值波長光譜范圍，靈敏度，峰值波長實物照片實物照片輔修：輔修： 圖解法和微變等效電路法圖解法和微變等效電路法一、二極管電路的直流圖解分析一、二極管電路的直流圖解分析 uD = VDD iDRiD = f (uD) 1.2 V100 iD / mA128400.30.6uD / V1.20.9MN直流負載線直流負載線斜率斜率 1/R靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點斜率斜率1/RDiDQIQUQ也可取也可取 UQ = 0.7 VIQ= (VDD UQ) / R = 5 (mA) 二極管直流電阻二極管直流電阻 RD ( 140)k( 14. 05/7 . 0QQDIUR1.2 V100 iD / mA128400.30.6uD / V1.20.9MN直流負載線直流負載線斜率斜率 1/R靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點iDQIQUQiDiD / mAuD /VO二、交流圖解法二、交流圖解法電路中含直流和小信號交流電源時電路中含直流和小信號交流電源時, ,二極管中二極管中含交、直流含交、直流成分成分C 隔直流隔直流 通交流通交流當當 ui = 0 時時iD = IQUQ= 0.7 V (硅硅)，0.3 V (鍺鍺)RUVIQDDQ 設設 ui = sin tVDDVDD/ RQIQ tOuiUQ斜率斜率1/rdi