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1、1,构成：,PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode),符号：,A,(anode),C,(cathode),分类：,按材料分,硅二极管,锗二极管,按结构分,点接触型,面接触型,平面型,1.3 半导体二极管,1.3.1 半导体二极管的结构及分类,2,(1) 点接触型二极管,PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。,3,(2) 面接触型二极管,PN结面积大，用于工频大电流整流电路。,5,1)二极管的伏安方程,反向饱和电流,温度的 电压当量,电子电量,玻尔兹曼常数,当 T = 300(27C)：,UT = 26 mV,1.3.2 二极管的特性,6,2) 二极管的伏安特性,正向特
2、性,Uth,死区 电压,iD = 0,Uth = 0.5 V,0.1 V,(硅管),(锗管),U Uth,iD 急剧上升,0 U Uth,UD(on) = (0.6 0.8) V,硅管 0.7 V,(0.1 0.3) V,锗管 0.2 V,反向特性,IS,U (BR),反向击穿,U(BR) U 0,iD = IS, 0.1 A(硅),几十 A (锗),U U(BR),反向电流急剧增大,(反向击穿),定性,单向导电性,7,正向特性,硅二极管的死区电压Vth=0.5 V左右， 锗二极管的死区电压Vth=0.1 V左右。,当0VVth时，正向电流为零，Vth称为死区电压或开启电压。,当V0即处于正向
3、特性区域。 正向区又分为两段：,当VVth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。,8,反向特性,当V0时，即处于反向特性区域。 反向区也分两个区域：,当VBRV0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS 。,当VVBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压 。,9,3）硅、锗二极管的伏安特性曲线,正向特性,反向特性,反向击穿特性,10,二极管的特性对温度很敏感, 温度升高, 正向特性曲线向左移, 反向特性曲线向下移。 其规律是：在室温附近, 在同一电流下, 温度每升高, 正向压降减小.V；温度每升高, 反向电流约增大 1 倍。,4) 二极管的
4、温度特性：,11,(1) 最大整流电流。它是二极管允许通过的最大正向平均电流。工作时应使平均工作电流小于, 如超过, 二极管将过热而烧毁。此值取决于结的面积、材料和散热情况。 (2) 最大反向工作电压。这是二极管允许的最大工作电压。当反向电压超过此值时, 二极管可能被击穿。为了留有余地, 通常取击穿电压的一半作为。 ,1.3.3 二极管的参数,12,(3) 反向电流。指二极管未击穿时的反向电流值。此值越小, 二极管的单向导电性越好。由于反向电流是由少数载流子形成, 所以值受温度的影响很大。 (4) 最高工作频率。的值主要取决于结结电容的大小, 结电容越大, 则二极管允许的最高工作频率越低。,1
5、3,(5) 二极管的直流电阻。加到二极管两端的直流电压与流过二极管的电流之比, 称为二极管的直流电阻, 即 此值可由二极管特性曲线求出, 如图示。工作点电压为.V, 电流, 则,14,图 求直流电阻,15,(6) 二极管的交流电阻。在二极管工作点附近, 电压的微变值与相应的微变电流值之比, 称为该点的交流电阻, 即,从其几何意义上讲, 当时,16,就是工作点处的切线斜率倒数。显然, 也是非线性的, 即工作电流越大, 越小。交流电阻也可从特性曲线上求出, 如图 - 所示。过点作切线, 在切线上任取两点、 , 查出这两点间的和, 则得,17,图1-15 求交流电阻,18,4. 微变电阻 rD,uD
6、,rD 是二极管特性曲线上工作点Q 附近电压的变化与电流的变化之比：,显然，rD是对Q附近的微小变化区域内的电阻。,19,交流电阻rd也可利用PN结的电流方程求出。,即,式中, IDQ为二极管工作点的电流,单位取mA。式(1- 5)的近似等式在室温条件下(T=300 K)成立。 对同一工作点而言, 直流电阻RD大于交流电阻rd；对不同工作点而言,工作点愈高, RD和rd愈低。,取I的微分可得:,20,部分国产半导体高频二极管参数表,参数,型号,部分国产半导体整流二极管参数表,参数,型号,21,特性,符号及 等效模型,正偏导通，uD = 0；反偏截止， iD = 0 U(BR) = ,1.3.4
7、 半导体二极管的等效模型,线性化：用线性电路的方法来处理，将非线性器件用恰当的元件进行等效，建立相应的模型。,（1）理想二极管模型：相当于一个理想开关，正 偏时二极管导通管压降为0V，反偏时电阻无穷大，电流为零。,22,UD(on),uD = UD(on),0.7 V (Si),0.2 V (Ge),（2）理想二极管串联恒压降模型： 二极管导通后，其管压降认为是恒定的，且不随电流而变，典型值为0.7V。该模型提供了合理的近似，用途广泛。 注意：二极管电流近似等于或大于1mA正确。,23,UD(on),斜率1/ rD,rD1,UD(on),（3）折线模型：修正恒压降模型，认为二极管的管压降不是恒
8、定的，而随二极管的电流增加而增加，模型中用一个电池和电阻 rD来作进一步的近似。,电池的电压选定为二极管的门坎电压Vth，约为0.5V； 至于rD的值，可以这样来确定，即当二极管的导通电流为1mA时，管压降为0.7V，于是rD的值可计算如下：,由于二极管的分散性，Vth、rD的值不是固定的。,24,1. 理想模型,3. 折线模型,2. 恒压降模型,25,(4) 小信号模型,二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。,即,根据,得Q点处的微变电导,则,常温下（T=300K）,26,应用举例,1. 二极管的静态工作情况分析,理想模型,恒压模型,（硅二极管典型值）,折线
9、模型,（硅二极管典型值）,设,27,2. 试求电路中电流 I1、I2、IO和输出电压UO的值。,解：假设二极管断开,UP = 15V,UP UN,二极管导通,等效为0.7 V 的恒压源,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),P,N,第1章 半导体二极管,28,3. 二极管构成“门”电路，设V1、V2均为理想 二极管，当输入电压UA、UB为低
10、电压0V和高电压 5V的不同组合时，求输出电压UO的值。,0V,0V,正偏 导通,正偏 导通,0V,0V,5V,正偏 导通,反偏 截止,0V,5V,0V,反偏 截止,正偏 导通,0V,5V,5V,正偏 导通,正偏 导通,5V,第1章 半导体二极管,29,4. 画出硅二极管构成的桥式整流电路在 ui =15 sint (V)作用下输出 uO的波形。,(按理想模型),第1章 半导体二极管,30,5. ui = 2 sin t (V), 分析二极管的限幅作用。,ui 较小，宜采用恒压降模型,ui 0.7V,V1、V2均截止,uO ui,uO 0.7V,ui 0.7V,V2导通V截止,ui 0.7V,
11、V1导通V2截止,uO 0.7V,思考题:,V1、V2支路各串联恒压源， 输出波形如何？,第1章 半导体二极管,31,uD= VDD iDR,iD = f (uD),1.2V,100 ,M,N,斜率 1/R,静态工作点,也可取 UQ = 0.7V,IQ= (VDD UQ) / R = 5 (mA),二极管直流电阻 RD,斜率1/RD,iD,1.3.5 二极管电路的分析方法,1）二极管电路的直流图解分析,32,电路中含直流和小信号交流电源时,二极管中含交、直流成分,C 隔直流 通交流,当 ui = 0 时,iD = IQ,UQ= 0.7V (硅)，0.2V (锗),设 ui = sinwt,VD
12、D,VDD/ R,Q,IQ,UQ,id,斜率1/rD,rd = UT / IQ= 26 mV / IQ,当 ui 幅度较小时， 二极管伏安特性在 Q点附近近似为直线,2）交流图解法,33,对于交流信号 电路可等效为,例1.3.6 ui = 5sint (mV)，VDD= 4 V，R = 1 k，求 iD和uD,解,1. 静态分析,令 ui = 0, 取 UQ 0.7 V,IQ= (VDDUQ) / R = 3.3 mA,2. 动态分析,rd = 26 / IQ = 26 / 3.3 8 (),Idm= Udm/ rd= 5 /8 0.625 (mA),id = 0.625 sint,3. 总电
13、压、电流,= (0.7 + 0.005 sint ) V,= (3.3 + 0.625 sint ) mA,3）微变等效电路分析法,34,1.3.6 稳压二极管,稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。,伏安特性,应用电路,电路符号,1）原理利用PN结的反向击穿特性（雪崩击穿和齐纳击穿）,35,从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极管的参数。,(1) 稳定电压VZ ,(2) 动态电阻rZ ,在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。,其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。 rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 rZ =VZ
14、 /IZ,2）稳压二极管的参数,36,(3) 最大耗散功率 PZM ,稳压管的最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向工作时PN结的功率损耗为 PZ= VZ IZ，由 PZM和VZ可以决定IZmax。,(4) 最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作 电流IZmin ,稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax =VZIZmax 。而Izmin对应VZmin。 若IZIZmin则不能稳压。,37,(5)稳定电压温度系数温度的变化将使VZ改变,温度的变化将使VZ改变，在稳压管中： 当VZ 7 V时，VZ具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。 当VZ4 V时， VZ具有负温
15、度系数，反向击穿是齐纳击穿。 当4 VVZ 7 V时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。,38,稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。 电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。,39,3）几种稳压管的参数,由表可以看出2CW7C的性能比较好。温度系数小。其结构如下：,40,4）简单稳压电路的工作原理，R为限流电阻。,IR = IZ + IL,UO= UI IR R,当UI 波动时(RL不变),反之亦然,当 RL 变化时（ UI 不变）,反之
16、亦然,41,负载电阻 。,要求当输入电压由正常值发生20%波动时，负载电压基本不变。,5）稳压二极管的应用举例,稳压管的技术参数:,解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为Izmax 。,求：电阻R和输入电压 ui 的正常值。,方程1,42,令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为Izmin 。,方程2,联立方程1、2，可解得：,43,国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：,1.3.7 半导体二极管的测试,1) 半导体器件型号命名方法,44,2) 半导体二极管的识别与检测,(1) 目测判别极性,45,(2) 用万用表检测二极管,在 R1k 挡进行测量，,红表笔是(表内)负极 , 黑表笔是(表内)正极,测量时手不要接触引脚,1. 用万用表指针式检测,一般硅管正向电阻为几千欧 锗管正向电阻为几百欧,正反电阻相差不大为劣质管,正反电阻都是无穷大或零 则二极管内部断路或短路,46,二
