述半導(dǎo)體二極管講解材料

第三講半導(dǎo)體二極管

模擬電路第三講半導(dǎo)體二極管一、二極管的組成二、二極管的伏安特性及電流方程三、二極管的等效電路四、二極管的主要參數(shù)五、穩(wěn)壓二極管

一、二極管的組成將PN結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小故結(jié)允許的電流小最高工作頻率高面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大故結(jié)允許的電流大最高工作頻率低平面型：結(jié)面積可小、可大小的工作頻率高大的結(jié)允許的電流大半導(dǎo)體二極管外形

二、二極管的伏安特性及電流方程

二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性材料開(kāi)啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.5~0.8V1μA以下鍺Ge0.1V0.1~0.3V幾十μA開(kāi)啟電壓反向飽和電流擊穿電壓溫度的電壓當(dāng)量從二極管的伏安特性可以反映出：

1.單向?qū)щ娦?.伏安特性受溫度影響T（℃）↑→在電流不變情況下管壓降u↓→反向飽和電流IS↑，U(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移正向特性為指數(shù)曲線反向特性為橫軸的平行線三、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(kāi)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！三、二極管的等效電路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.微變等效電路四、二極管的主要參數(shù)最大整流電流IF：最大平均值最大反向工作電壓UR：最大瞬時(shí)值反向電流IR：即IS最高工作頻率fM：因PN結(jié)有電容效應(yīng)結(jié)電容為擴(kuò)散電容（Cd）與勢(shì)壘電容（Cb）之和。擴(kuò)散路程中電荷的積累與釋放空間電荷區(qū)寬窄的變化有電荷的積累與釋放二極管的單向?qū)щ娦?.二極管加正向電壓（正向偏置，陽(yáng)極接正、陰極接負(fù)）時(shí)，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。2.二極管加反向電壓（反向偏置，陽(yáng)極接負(fù)、陰極接正）時(shí)，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。

3.外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?.二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大?！睢睢顝亩O管的主要參數(shù)中可得出二極管單向?qū)щ娦允〉膱?chǎng)合及原因

☆☆☆1、正向偏壓太低。（不足以克服死區(qū)電壓）2、正向電流太大。（會(huì)使PN結(jié)溫度過(guò)高燒毀）3、反向偏壓太高。（造成反向擊穿）4、工作頻率太高。（使結(jié)電容容抗下降而反向不截止）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0.6~0.7V鍺0.2~0.3V分析方法：將二極管斷開(kāi)，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負(fù)。若V陽(yáng)>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導(dǎo)通若V陽(yáng)<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(kāi)。電路如圖，求：UABV陽(yáng)=－6VV陰=－12VV陽(yáng)>V陰二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個(gè)管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：

取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3k

BAUAB+–兩個(gè)二極管的陰極接在一起取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。V1陽(yáng)=－6V，V2陽(yáng)=0V，V1陰=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例2:D1承受反向電壓為－6V流過(guò)D2

的電流為求：UAB在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3k

AD2UAB+–ui>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開(kāi)路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫(huà)出uo

波形。8V例3：二極管的用途：

整流、檢波、限幅、鉗位、開(kāi)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++––動(dòng)畫(huà)例1：二極管構(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。例題（2）如果ui為幅度±4V的交流三角波，波形如圖所示，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(huà)出相應(yīng)的輸出電壓波形。解：①采用理想二極管模型分析。波形如右所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V

②采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析，波形如右所示。五、穩(wěn)壓二極管1.符號(hào)UZIZIZM

UZ

IZ2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓使用時(shí)要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO3.主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù)

ｕ環(huán)境溫度每變化1

C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。(3)動(dòng)態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR

設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化UO

基本不變IR

(IRR)基本不變

UO

(UZ

)

IZ

1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUI

UZ

設(shè)負(fù)載RL一定，UI變化UO

基本不變IRR

IZ

IR

1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例VoiZDZRiLiViRL穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流為Izmax——方程1要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。求：電阻R和輸入電壓Vi的正常值。令輸入電壓降到下限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流為Izmin?！匠?聯(lián)立方程1、2，可得：例3：兩個(gè)穩(wěn)壓管,穩(wěn)定電壓分別為5.5V和8.5V,正向?qū)▔航刀际?.5V,如果要得到0.5V、3V、6V、9V和14V應(yīng)如何連接?解:電路如下列所示，分別可以得到題意要求的穩(wěn)壓值：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~幾十mA。發(fā)光二極管六光電器件1.4.2發(fā)光二極管當(dāng)在發(fā)光二極管（LED）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(jiàn)的光。這是由于電子與空穴復(fù)合而釋放能量的結(jié)果。1.4.3光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)