半導體極管及實際有效應用電路

半導體二極管半導體二極管的結(jié)構(gòu)和類型二極管的伏安特性曲線二極管的主要參數(shù)二極管的等效電路及應用穩(wěn)壓二極管第二節(jié)第三章第二節(jié)半導體二極管一、半導體二極管的結(jié)構(gòu)和類型

半導體二極管是由一個PN結(jié)及它所在的半導體再加上電極引線和管殼構(gòu)成。結(jié)構(gòu)類型按材料分類按結(jié)構(gòu)分類按用途分類硅管，鍺管點接觸型普通二極管，整流二極管，開關二極管，穩(wěn)壓二極管等面接觸型硅平面型第二節(jié)常用二極管的符號、結(jié)構(gòu)陽極陰極金屬支架正極引線負極引線金銻合金P型硅鋁合金小球N型硅片陽極引線陰極引線N型鍺片金屬觸絲管殼二氧化硅保護層負極引線陽極引線N型硅P型硅符號面接觸型點接觸型硅平面型第二節(jié)陽極陰極二極管外形示意圖第二節(jié)面接觸型二極管特點：結(jié)面積大、結(jié)電容大，允許通過較大的電流，適用于低頻整流。硅平面型二極管特點：結(jié)面積大的可用于大功率整流；結(jié)面積小的，結(jié)電容大，適用于脈沖數(shù)字電路，作為開關管使用。點接觸型二極管特點：結(jié)面積小，因此結(jié)電容小，允許通過的電流也小，適用于高頻電路的檢波或小電流的整流。特點第二節(jié)mAVRWVRDmAVRWVRD測正向特性測反向特性二、二極管的伏安特性伏安特性方程：第二節(jié)二極管理論伏安特性曲線OD段稱為正向特性。OC段，正向電壓較小，正向電流非常小，只有當正向電壓超過某一數(shù)值時，才有明顯的正向電流，這個電壓稱為死區(qū)電壓，亦稱開啟電壓。CD段，當正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流近似以指數(shù)規(guī)律迅速增長，二極管呈現(xiàn)充分導通狀態(tài)。1

正向特性第二節(jié)ADCBiDuDOUBRADCBiDuDoUBROB段稱為反向特性。這時二極管加反向電壓，反向電流很小。當溫度升高時，半導體中本征激發(fā)增加，是少數(shù)載流子增多，故反向電流增大，特性曲線向下降。3反向擊穿特性BA段稱為反向擊穿特性當二極管外加反向電壓大于一定數(shù)值時，反向電流突然劇增，稱為二極管反向擊穿。2反向特性二極管理論伏安特性曲線第二節(jié)iDouD20406080100(mA)(v)-40-80-0.1-0.20.40.82AP15的伏安特性曲線2CP1020的伏安特性曲線~第二節(jié)iDouD-200-10020406080100-10-30-2075℃20℃(mA)(v)(μA)12

材料開啟電壓（V）導通電壓（V）反向飽和電流（μA）硅（Si）≈0.50.6~1<0.1鍺（Ge）≈0.10.2~0.5

幾十二極管的伏安特性對溫度很敏感，溫度升高時，正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移。二、重點掌握伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導通壓降外加電壓＞死區(qū)電壓二極管才能導通。

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?。正向特性反向特性特點：非線性硅0.6~0.8V鍺0.1~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+

反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。三、二極管的主要參數(shù)參數(shù)對器件性能的定量描述器件使用的極限條件兩大類半導體二極管的主要參數(shù)最大整流電流IF最大反向工作電壓UR反向電流IR最大工作頻率fM第二節(jié)二極管長期運行時允許通過的最大正向平均電流。管子使用時允許加的最大反向電壓。二極管未發(fā)生擊穿時的反向電流值。二極管單向?qū)щ娮饔瞄_始明顯退化時的交流信號的頻率。四、二極管的等效電路及應用為簡化分析計算，在一定的條件下可以近似用某些線性電路來等效實際的二極管。（一）理想二極管等效電路當外加正向電壓時，二極管導通，正向壓降uD=0,相當于開關閉合；iDuD0D特性曲線的近似等效電路第二節(jié)當外加反向電壓時，二極管截止，反向電流IR=0，相當于開關斷開。(二）考慮正向壓降的等效電路DKUD在二極管充分導通且工作電流不是很大時，可以近似認為UD為常數(shù)，用一個直流電壓源UD來等效正向?qū)ǖ亩O管。當外加正向電壓大于UD時，二極管導通，開關閉合，二極管兩端壓降為UD；當外加電壓小于UD時，二極管截止，開關斷開。特性曲線的近似等效電路第二節(jié)iDuDUD0（三）二極管電路的分析方法分析方法圖解法計算分析法第二節(jié)二極管具有單向?qū)щ娦裕盟梢赃M行單相橋式全波整流電路四個二極管D1~D4結(jié)成電橋形式D1D2D3D4RLABu0+-+-u整流電路交流電到直流電的轉(zhuǎn)換。第二節(jié)當交流電源u>0時，二極管D1、D3導通，相當于開關閉合；D2、D4截止；相當于開關斷開。D1D4D2D3+-AB+-u0RLu整流電路第二節(jié)u>0時當u<0時，二極管D2、D4導通，D1、D3截止。D1D2D4D3ABu0RL+--+u整流電路第二節(jié)u<0時uo(io）0π2π3πωt0π2π3πωtuuoio整流電路D4D1D2D3u+-uo+-RLio0π2π3πωtiDiD1,iD3iD2,iD4橋式全波整流電路及波形第二節(jié)uo(io）0П2П3Пωtuoio橋式全波整流輸出電壓uO的平均值UO為:U為交流電源u的有效值負載電阻RL中流過的電流iO的平均值IO為:整流電路第二節(jié)流過每個二極管的平均電流ID為IO的一半。即每個二極管在截止時，它的兩端承受的最大反向電壓就是交流電源電壓u的峰值。記為：整流電路設計選擇二極管時必須滿足下列條件u+-uo+-RLio第二節(jié)限幅電路及波形限幅電路限幅電路常用于有選擇地傳輸信號波形的一部分。當u>UR+UD時，二極管D導通,uO=UR+UD。當u<UR+UD時，二極管D截止,uO=u。在u的最大值及UR都遠遠大于UD的條件下采用理想二極管等效電路來分析。!uuu+-+-RRURURDK0.7vUDuOuO++--uOUR+UDωt0第二節(jié)五、穩(wěn)壓二極管工程中常用的符號新規(guī)定的符號穩(wěn)壓管是利用PN結(jié)的反向擊穿特性來實現(xiàn)穩(wěn)定電壓作用的。第二節(jié)穩(wěn)壓管當穩(wěn)壓管反向擊穿后，有較大的電流增量?IZ。相應的管子兩端的反向擊穿電壓（即穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ）只有很小的變化量?UZ

。穩(wěn)壓管的特性曲線0IU?UZUZIZIZM?IZ第二節(jié)穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ。2.動態(tài)電阻rZ。3.穩(wěn)定電流IZ。4.額定功耗PZM及最大穩(wěn)定電流IZM5.電壓溫度系數(shù)參數(shù)第二節(jié)1.穩(wěn)定電壓UZUZ是當穩(wěn)壓管中的電流為規(guī)定的測試電流時，穩(wěn)壓管兩端的電壓。參數(shù)穩(wěn)定電流是穩(wěn)壓管工作時的參考電流值，通常把手冊上給定的穩(wěn)壓電流值看成穩(wěn)壓管正常工作時的電流下限。2.穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)壓管的特性曲線0IU?UZUZIZIZM?IZ第二節(jié)rZ=?UZ/?IZrZ越小，則反向擊穿特性曲線越陡，穩(wěn)壓作用越好。3.動態(tài)電阻rZ4.額定功耗PZM及最大穩(wěn)定電流IZMPZM是由管子允許溫升限定的最大功率損耗IZM=PZM/UZ0IU?UZUZIZIZM?IZI(mA)04481216812rZ(?)2CW1穩(wěn)壓管r-曲線ZI穩(wěn)壓管的特性曲線第二節(jié)rZ是穩(wěn)壓管在穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應的電流變化量之比，即：5.電壓溫度系數(shù)132工作時一個管子處于正向?qū)顟B(tài)，具有負溫度系數(shù)；另一個管子處于反向擊穿狀態(tài)，具有正溫度系數(shù)，二者互相補償。具有溫度補償?shù)姆€(wěn)壓管電壓溫度系數(shù)越小，溫度穩(wěn)定性越好。溫度變化1℃時，穩(wěn)定電壓變化的百分數(shù)第二節(jié)穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ2.動態(tài)電阻rZ3.穩(wěn)定電流IZ4.額定功耗