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(gè)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(hào)

二極管的符號(hào)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(diǎn)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(hào)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)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(shí)別和檢測(cè)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(chǎng)不足以克服內(nèi)電場(chǎng),電流很小外電場(chǎng)不足以克服內(nèi)電場(chǎng),電流很小(1)正向特性u(píng)EiVmA(2)反向特性u(píng)EiVuA特點(diǎn)：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(yùn)動(dòng)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(shí),其反向電流突然增大,反向擊穿。溫度對(duì)二極管伏安特性的影響在環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向特性將？？移，反向特性將？？移。二極管的特性對(duì)溫度很敏感，具有負(fù)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(zhǎng)期使用時(shí)，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(shí)的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，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(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)管子所用的場(chǎng)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(shí)UD＝0截止時(shí)IS＝0導(dǎo)通時(shí)UD＝Uon截止時(shí)IS＝0導(dǎo)通時(shí)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(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)，則可將二極管等效為一個(gè)電阻，稱為動(dòng)態(tài)電阻，也就是微變等效電路。ui=0時(shí)直流電源作用小信號(hào)作用靜態(tài)電流2.微變等效電路(低頻交流小信號(hào)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(fù)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(fù)(反向偏置)，二極管截止若二極管是理想的，正向?qū)〞r(shí)正向管壓降為零，反向截止時(shí)二極管相當(dāng)于斷開。兩個(gè)二極管的陰極接在一起取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，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(shí)，判斷出二極管D導(dǎo)通,直流電流為c.V=10V時(shí)，1.V＝2V、5V、10V時(shí)二極管中的直流電流各為多少？a.V＝2V時(shí)，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(jì)算IR10VE1kΩIR10VE1kΩ例：串聯(lián)電壓源模型測(cè)量值9.32mA相對(duì)誤差理想二極管模型RI10VE1kΩ相對(duì)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(diǎn)越高，二極管的動(dòng)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(fù)半周，D截止，承受反向電壓，為u2；uO=0。基本應(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(gè)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(jí)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(hào)為ui。

(1)若ui為4V的直流信號(hào)，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(jì)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(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)?。ui18V參考點(diǎn)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(hào)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(hào),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(hào)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(hào)u1,u2均小于E。表面上看似乎V1,V2都能導(dǎo)通，但實(shí)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(shí)，V1,V2才能都導(dǎo)通。

可見，該電路能選出任意時(shí)刻兩路信號(hào)中的低電平信號(hào)。當(dāng)u1,u2為方波時(shí)，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(shí)，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(fù)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u(píng)1<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(shí)V1才能導(dǎo)通；(u0-u2)>0.65V時(shí)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?yàn)閡1<u2<u0，對(duì)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(hào)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(shí),其兩端電壓近似為常數(shù).穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)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(fù)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(dòng)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(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)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(duì)限流電阻R要合理選擇,計(jì)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(lán)、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(diǎn)式LED字段式LED點(diǎn)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(hào)光的顏色視發(fā)光材料的波長(zhǎng)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(shí)，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(diǎn)陣LED七段LED,LEDLED的類型按形狀分：字段式、點(diǎn)式、光柱式、點(diǎn)陣式按發(fā)光顏色分：紅、橙、黃、綠、雙色、三色按發(fā)光強(qiáng)度分：普通亮度、高亮度特性u(píng)/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(hào)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(zhǎng)(A)帶寬

(A)光強(qiáng)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(cè)量LED極性和好壞5VLED極性的判別和檢測(cè)將測(cè)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(cè)量的阻值均為，則該LED已壞。What‘swrong？good！

滬產(chǎn)LED燈將使奧運(yùn)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(dá)的近50萬顆LED燈已被安裝在奧運(yùn)場(chǎng)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(lán)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(zhǎng)，沒有污染，而且還能實(shí)現(xiàn)智能化控制，展現(xiàn)出全光譜的絢麗色彩。奧運(yùn)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(shí)這個(gè)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(gè)高級(jí)二極管，組成了這樣一個(gè)36×12.5米的巨型五環(huán)。實(shí)際上它提早升上了半空，并在瞬間通過感應(yīng)元件點(diǎn)亮。于是在兩邊的觀眾就以為，五環(huán)是瞬間出現(xiàn)的，其實(shí)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(dòng)的?溫慶林總監(jiān)介紹：“一張紙、一個(gè)大屏幕、一個(gè)五環(huán)、一個(gè)地球是開幕式的四大重點(diǎn)，這四個(gè)重點(diǎn)由兩個(gè)畫軸串聯(lián)成，必須把他們有機(jī)融合在一起才能串起整場(chǎng)開幕式。從觀眾的角度看這兩個(gè)畫軸在美麗地轉(zhuǎn)動(dòng)著，實(shí)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(diǎn)亮的原理，制造成旋轉(zhuǎn)的效果。同時(shí)，為了達(dá)到更加逼真的效果，畫軸里面的木芯確實(shí)是在轉(zhuǎn)的，這就減輕了負(fù)載的重量。”一、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(jià)元素，可將其改型為P型半導(dǎo)體。()(2)因?yàn)镹型半導(dǎo)體的多子是自由電子，所以它帶負(fù)電。()(3)PN結(jié)在無光照、無外加電壓時(shí)，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(shí)，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