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1、模拟电子技术基础安徽理工大学电气工程系主讲 ：黄友锐第二讲1.3 半导体二极管1.3.1半导体二极管的结构类型1.3.2半导体二极管的伏安特性曲线1.3.3 半导体二极管的参数1.3.4半导体二极管的温度特性1.3.5半导体二极管的型号1.3.6 稳压二极管1.3.1 半导体二极管的结构类型在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面 型三大类。它们的结构示意图如图01.11所示。(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。(a)点接触型 图 01.11 二极管的结构示意图(3) 平面型二极管往往用于集成电路制造工 艺中。P
2、N 结面积可大可小， 用于高频整流和开关电路中。(2) 面接触型二极管PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。(b)面接触型二极管符号图 01.11 二极管的结构示意图(c)平面型1.3.2 半导体二极管的伏安特性曲线式中IS 为反向饱和电流，V 为二极管两端的电 压降，VT =kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳兹 曼常数，q 为电子电荷量，T 为热力学温度。对于 室温（相当T=300 K），则有VT=26 mV。半导体二极管的伏安特性曲线如图 01.12 所示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处 于第三象限的是反向伏安特性曲线。根据理论推 导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示:(1.1
3、)图 01.12 二极管的伏安特性曲线图示(1) 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。(2) 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 。在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。硅二极管的反向击穿特性比较硬、比
4、较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。 从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|7V时,主要是雪崩击穿；若|VBR|4V时, 则主要是齐纳击穿。当在4V7V之间两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。1.3.3 半导体二极管的参数半导体二极管的参数包括最大整流电流IF、 反向击穿电压VBR、最大反向工作电压VRM、反向 电流IR、最高工作频率fmax和结电容Cj等。几个主 要的参数介绍如下：(1) 最大整流电流IF二极管长期连续工 作时，允许通过二 极管的最大整流 电流的平均值。(2) 反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM二极管反向电流 急剧
5、增加时对应的反向 电压值称为反向击穿 电压VBR。为安全计，在实际 工作时，最大反向工作电压 VRM一般只按反向击穿电压 VBR的一半计算。(3) 反向电流IR(4) 正向压降VF(5) 动态电阻rd在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大 反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流 一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。 小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下，约 0.60.8V；锗二极管约0.20.3V。反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。显然， rd与工作电流的大小有关，即rd =VF /IF1.3.4 半导体二极管的温度特性温度对二
6、极管的性能有较大的影响，温度升高时，反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管温度每增加8，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加12，反向电流大约增加一倍。另外，温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加1，正向压降VF(VD)大约减小2mV，即具有负的温度系数。这些可以从图01.13所示二极管的伏安特性曲线上看出。图 01.13 温度对二极管伏安特性曲线的影响1.3.5 半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片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。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一
7、样，稳压二极管伏安特性曲线的反向区、符号和典型应用电路如图01.14所示。图 01.14 稳压二极管的伏安特性 (a)符号 (b) 伏安特性 (c)应用电路(b)(c)(a)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 /IZ(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
8、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对应于VZmin。若IZIzmin，则不能起稳压作用。(5)稳定电压温度系数VZ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VZ 4 V时， VZ具有负温度系数，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。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
9、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。1. 1. 光电二极管光电二极管利用半导体的光敏特性，其反向电流 随光照强度的增加而上升。I V照度增加符号1.3.7 特殊二极管简介2. 2. 发光二极管发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到 可见波段的光，它的电特性与一般二极管 类似，正向电压较一般二极管高，电流为 几 几十mA符号二极管电路分析举例 定性分析：判断二极管的工作状态导通 截止否则，正向管压降硅0.60.7V 锗0.20.3V分析方法：将二极管断开，分析
10、二极管两端电位的 高低或所加电压UD的正负。若 V阳 V阴或 UD为正，二极管导通（正向偏置）若 V阳 V阴 ，二极管导通，若忽略管压降，二极管可看作短 路，UAB = 6V。实际上， UAB低于6V一个管压降，为 6.3或6.7V例1：取B 点作为参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。D D6V6V 12V12V3k3kB BA AU UABAB+ + 例2: 电路如图，求：UAB若忽略二极管正向压降，二极管VD2可看作短路，UAB = 0 V ，VD1截止。VD6V 12V3kBAVD2U UABAB+ + 取 B 点作参考点，V1 阳 =6 V，V2 阳 =0 V ，V1 阴 = V2 阴 ，由于V2 阳电压高，因此VD2导通。 ui 8V 二极管导通，可看作短路 uo = 8Vui 8V 二极管截止，可看作开路 uo = ui已知：二极管是理想的，试 画出 uo 波形。 u218V参考点8V例3二极管的用途：整流、检波、限幅、箝位、开关、 元器件保护、温度补偿等。D D8V8VR Ru uo ou ui i+ + +
