模電第2章 半導體二極管及其電路

第2章半導體基礎及二極管（2）武漢理工大學信息工程學院電子技術基礎課程組電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

半導體二極管將PN結用外殼封裝起來，并加上電極引線就構成了半導體二極管，簡稱二極管

PNPN符號陽極陰極電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎半導體二極管的類型按半導體材料分：有硅二極管、鍺二極管等。按PN結結構分：有點接觸型和面接觸型二極管。

點接觸型二極管因其結面積小，不能承受較大的電流和反向電壓，但其結電容較小，一般在１PF以下，工作頻率高，可達100MHZ以上，因此適應于高頻電路和小功率整流電路，也適應于開關電路。

面接觸型二極管其結面積大，能夠通過較大的電流，但其結電容大，因而只能在較低頻率下工作，一般用于工頻大電流整流電路。按用途分：有整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、開關二極管、發(fā)光二極管、變容二極管等。

半導體二極管電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎圖1半導體二極管的結構和符號（a）點接觸型（b）面接觸型（c）集成電路中的平面型（d）代表符號

半導體二極管電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎幾種常見的二極管外形

半導體二極管電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎幾種常見的二極管外形

半導體二極管電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎幾種常見的二極管外形

半導體二極管二極管的型號國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。器件的類型，P為普通管，Z為整流管，K為開關管器件的材料，A為N型鍺(Ge)，B為P型鍺Ge，C為N型硅(Si)，D為P型硅Si。2代表二極管，3代表三極管。電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎二極管的V-I特性－與PN結一樣，二極管具有單向導電性反向擊穿電壓V(BR)–50I/mAV/V0.20.4–2551015

0圖2硅管的伏安特性圖3鍺管的伏安特性

半導體二極管電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎二極管的伏安特性vDiD導通壓降:硅管0.6~0.8V,鍺管0.1~0.3V。反向擊穿電壓U(BR)死區(qū)電壓硅管0.5V,鍺管0.2V。反向漏電流Is（很小，

A級）電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎二極管主要參數(shù)為描述二極管的性能，常引用如下幾個主要參數(shù)：

—1.最大整流電流IFIF是指二極管長期運行時允許通過的最大正向平均電流。其值與PN結面積以及外部散熱條件有關。在規(guī)定的散熱條件下，二極管正向平均電流若超過此值，則將因結溫升高而燒壞。

—2.反向擊穿電壓VBR和最高反向工作電壓VRMVBR是指二極管反向擊穿時的電壓值。二極管反向擊穿時，反向電流劇增，二極管的單向導電性被破壞，甚至因過熱而燒壞。

VRM

是指二極管工作時允許外加的最大反向電壓。超過此值時，二極管有可能因反向擊穿而損壞，其值通常為反向擊穿電壓的一半。

—3.反向電流IR

IR是指二極管未被擊穿時的反向電流。其值愈小，二極管的單向導電性愈好，但其對溫度非常敏感，使用二極管時，要注意溫度的影響。

—4.最高工作頻率fM

fM是二極管工作的上限截止頻率。其值主要取決于PN結結電容的大小。結電容愈大，二極管允許的最高工作頻率愈低。超過此值時，由于結電容的作用，二極管將不能很好的體現(xiàn)單向導電性。電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

二極管基本電路二極管等效模型圖4理想模型圖5恒壓降模型圖6折線模型（a）V-I特性（b）代表符號電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

二極管基本電路理想模型圖中的虛線表示實際二極管的V-I特性，圖b為它的代表符號。由圖a可見，正向偏置時，其管壓降為0V，當二極管處于反向偏置時，認為它的電阻為無窮大，電流為零。在實際的電路中，當電源電壓遠比二極管的管壓降大時，利用此法來近似分析是可行的。圖4理想模型電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

二極管基本電路恒壓降模型正向偏置時，其管壓降認為是恒定的，且不隨電流而變，典型值為硅管0.7V、鍺管0.2V。不過這只有當二極管的電流近似等于或大于1mA時才是正確的。圖5恒壓降模型電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

二極管基本電路折線模型此模型認為二極管的管壓降不是恒定的，而是隨著通過二極管電流的增加而增加，在模型中用一個電池和一個電阻rD來作進一步的近似。恒壓源的電壓選定為二極管的門坎電壓Vth（Von），硅管約為0.5V、鍺管0.1V。圖6折線模型電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

二極管基本電路小信號模型圖7小信號模型即常溫下（T=300K）電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

二極管基本電路二極管應用電路整流電路限幅電路低壓穩(wěn)壓電路開關電路電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

二極管基本電路整流電路利用二極管的單向導電性把交流電轉換成單向脈動的直流電的過程稱為整流。下圖所示電路為一種最簡單的單向半波整流電路。圖8半波整流電路（a）電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

二極管基本電路整流電路設二極管為理想模型。當vi為正半周時，二極管正向偏置，此時二極管導通，vo＝vi；當vi為負半周時，二極管反向偏置，此時二極管截止，vo＝0

，輸出波形如右圖所示。該電路稱為半波整流電路。圖8半波整流電路（b）電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

二極管基本電路限幅電路下圖所示電路是一種簡單的雙向限幅電路，R為限流電阻。圖9限幅電路電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

二極管基本電路限幅電路設二極管為恒壓降模型。當輸入信號vi小于二極管的導通電壓（0.7v）時，二極管截止，vo≈vi

；當vi值超過0.7v后，二極管導通。二極管導通后，其伏安特性類似于恒壓特性，所以其兩端電壓vo被限制在±0.7v附近。該電路常作為限幅保護電路。圖9限幅電路（b）電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

二極管基本電路低壓穩(wěn)壓電路利用二極管正向導通時的恒壓特性可以用作某些電路的低壓穩(wěn)壓電路，如下圖所示。設D1、D2為硅二極管，合理選取電路參數(shù)，可以獲得Vo＝2VD＝1.4v（VD＝0.7v）的輸出電壓。圖9限幅電路電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

二極管基本電路開關電路在開關電路中，利用二極管的單向導電性可以接通或斷開電路，這在數(shù)字電路中得到廣泛的應用。在分析這種電路時，應當掌握一條基本原則，即判斷電路中的二極管是處于導通或截止狀態(tài)，可以先將二級管斷開，然后分析正、負兩極間是正電壓還是負電壓，若是前者則二極管導通，否則二極管截止。

開關電路

二極管電路如圖所示，利用二極管理想模型，當vI1和vI2為0V或5V時，求vI1和vI2的值在不同組合情況下，輸出電壓vo的值。開關電路習慣畫法開關電路理想模型VCC電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎二極管基本電路開關電路vi1vi2

二極管工作狀態(tài)voD1D2圖10開關電路0V0V導通導通0V0V5V導通截止0V5V0V5V5V截止導通0V截止截止5V電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

特殊二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管光電二極管變容二極管肖特基二極管電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

特殊二極管穩(wěn)壓管的伏安特性圖11穩(wěn)壓管的符號及伏安特性

穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài),當工作電流IZ在Izmax和Izmin之間時,其兩端電壓近似為常數(shù)電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎(1)穩(wěn)定電壓VZ(2)動態(tài)電阻rZ

在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應的反向工作電壓。rZ=

VZ/

IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最大穩(wěn)定工作電流

IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)——

VZ

穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎穩(wěn)壓電路正常穩(wěn)壓時VO=VZ#

穩(wěn)壓條件是什么？IZmin

≤IZ≤IZmax#不加R可以嗎？#上述電路VI為正弦波，且幅值大于VZ

，VO的波形是怎樣的？電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎VDZR使用穩(wěn)壓管需要注意的幾個問題

穩(wěn)壓管電路UOIO+IZIRUI+

1.

外加電源的正極接管子的N區(qū)，電源的負極接P區(qū)，保證管子工作在反向擊穿區(qū)；RL

2.

穩(wěn)壓管應與負載電阻RL并聯(lián)；

3.

必須限制流過穩(wěn)壓管的電流IZ，不能超過規(guī)定值，以免因過熱而燒毀管子。電子技術基礎精品課程——模擬電子技術基礎

特殊二極管發(fā)光二極管發(fā)光二極管（LED）包括可見光、