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1、第二章 半导体二极管及其电路,信息工程学院 电子技术基础课程组,2019/4/21,TAKE A REST,2. 半导体二极管及其基本电路,半导体基本知识,PN结的形成和特性,半导体二极管(diode),特殊二极管,http:/en.wikipedia.org/wiki/Diode,术语,http:/en.wikipedia.org/wiki/PN_junction,http:/en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_device,作业,2019/4/21,半导体二极管,一、二极管的结构,二极管 = PN结 + 管壳 + 引线,结构,符号,二、二极管的伏安特性,
2、三、二极管的主要参数,分类,型号,四、二极管的等效模型和应用电路,2019/4/21,二极管分类（按管芯结构）,1. 点接触型二极管,N型锗,正极引线,负极引线,外壳,金属触丝,PN结面积小，结电容小，只允许通过较小电流（不超过几十毫安） 用于检波和变频等高频小电流电路。 eg. 锗1N34A,2. 平面型二极管,用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于开关、脉冲和高频电路中。,3. 面接触型二极管,PN结面积大，允许通过较大电流（几到几十安）用于工频大电流整流电路,2019/4/21,二极管的型号,国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：,2AP9,用数字代表同类器件的不同规格。,
3、器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管,器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge， C为N型Si， D为P型Si。,2代表二极管，3代表三极管。,2019/4/21,二极管的伏安特性,硅：0.5 V,1. 正向特性,导通压降,2. 反向特性,死区 电压,实验曲线,硅：(0.60.8) V,锗：0.1 V,锗：(0.10.3V),2019/4/21,二极管的主要参数,1. 最大整流电流IF：,2. 反向击穿电压VBR和最高反向工作电压VRM ：,3. 反向电流IR：,室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。,二极管长期连续工作时，允许通
4、过二极管的最大正向电流的平均值。,二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值，反向击穿时的电压值。,极间电容Cd、反向恢复时间TRR等,4. 最高工作频率fM：,2019/4/21,二极管基本电路及分析方法,一、*简单二极管电路的图解分析法,二、二极管电路的简化模型分析法（简单有效、工程近似）,二极管基于VI特性的模型,模型分析法应用举例 整流电路 静态工作情况分析 限幅电路 开关电路 低电压稳压电路 小信号工作情况分析,2019/4/21,图解分析法,应用场合：电路中非线性器件的特性曲线已知,例1 电路以及二极管伏安特性曲线如图，已知电源VDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流i
5、D。,复杂、局限性,Q：工作点,2019/4/21,二极管简化模型1,1理想模型,正偏：,二极管电源电压远大于二极管的正向管压降,2019/4/21,二极管简化模型2,2恒压降模型（ID1mA ）,3折线模型,0.7V,2019/4/21,二极管简化模型3,4小信号模型,2019/4/21,二极管简化模型4,5PN结高频电路模型(康华光五版P77),高频或开关状态运用,rs ：半导体体电阻,rd ：结电阻,CD ：扩散电容,CB ：势垒电容,Cd ：结电容，包括势垒电容与扩散电容的总效果,PN结正向偏置： rd 阻值较小；Cd 主要取决于扩散电容,PN结反向偏置： rd 阻值很大；Cd 主要取
6、决于势垒电容,2019/4/21,整流电路,例2 二极管基本电路如图所示，已知vs为正弦波。试利用二极管理想模型，定性地绘出vo的波形。,半波整流电路,2019/4/21,静态工作情况分析,例3 设简单硅二极管基本电路及习惯画法如图所示，R=10k。对于下列两种情况，求电路的ID和VD的值：,（1）VDD=10V； （2） VDD=1V,2019/4/21,限幅电路,例4 一限幅电路如图所示，R=1k，VREF=3V，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型：,（1）求解vI=0V、4V、6V时相应的输出电压vO之值； （2）绘出当vI=6sint（V）相应的输出电压波形,2019/4/2
7、1,开关电路,例5 二极管电路如图所示，利用二极管理想模型求解:当vI1和vI2为0V或5V 时，求vI1和vI2的值不同组合情况下，输出电压vo的值。,开关电路习惯画法,开关电路理想模型,VCC,2019/4/21,低电压稳压电路,例6 低电压稳压电路如图所示，利用二极管的正向压降特性，合理选取电路参数，对于硅二极管可以获得输出电压vO（=VD）近似等于0.7V，若采用几只二极管串联，则可获得1V以上的输出电压。,2019/4/21,小信号工作情况分析,例7 如图所示二极管电路中，VDD=5V ，R=5k，恒压降模型的VD=0.7V，vs=0.1sint （V）：,（1）求输出电压vO的交流
8、量和总量； （2）绘出vO的波形,直流通路,交流通路,2019/4/21,稳压管（齐纳二极管） 面结型硅半导体二极管 稳定电压为反向击穿（齐纳）电压VZ 代表符号、V-I特性、反向击穿时的模型 主要参数：VZ、 IZ（min）、 IZ（max）、rZ、PZM、 并联式稳压电路 应用举例,VZ0,特殊二极管1,代表符号,IZT,Q,VZ,IZ(min),2019/4/21,特殊二极管2(了解),变容二极管(varicap) 结电容随外加反向电压的增加而减小 符号(P89图3.5.5a) 结电容与电压的关系曲线(P89图3.5.5b),肖特基二极管(SBD) 金属-半导体结二极管(表面势垒二极管)
9、 符号(阳极连接金属、阴极连接N型半导体) 正向V-I特性(P89图3.5.6) 多子导电，电容效应小（抗饱和），工作速度快 正向导通门坎电压和正向压降都比PN结二极管小 反向击穿电压较小，反向漏电流比PN结二极管大,光电子器件 光电二极管：反向电流与照度成正比，光电转换 发光二极管：电子与空穴复合，显示器件、电光转换 激光二极管（半导体激光器）：发射带宽极窄的同调光(coherent light),2019/4/21,并联式稳压电路,例8 稳压电路如图所示，设R=180，VI=10V，RL=1k，稳压管的VZ=6.8V，IZT=10mA，r ZT=20，IZ（min）=5mA。试分析当VI出
10、现 1V的变化时，VO的变化是多少？,2019/4/21,稳压管应用举例1,例9 设计一个稳压管稳压电路，作为车载收音机的供电电源。已知收音机直流电源为9V，音量最大时应供给功率0.5W。汽车上的供电电源在1213.6V之间波动。要求选用合适的稳压管（IZ（min）、 IZ（max）、VZ、PZM），以及合适的限流电阻（阻值、额定功率）,2019/4/21,稳压管应用举例2,例2.2.1 如图所示稳压管稳压电路中，稳压管的稳定电压VZ=6V，最小稳定电流 IZ（min）=5mA，最大稳定电流 IZ（max）=25mA，负载电阻RL=600，求限流电阻R的取值范围。,2019/4/21,常见二极
11、管外形,2019/4/21,晶体二极管(猫须),4/19/2019,Types of semiconductor diode,Diode,Schottky diode,Zener diode,Tunnel diode,Light-emitting diode,Photodiode,Varicap,Silicon controlled rectifier,4/19/2019,术语1,Diode：anode（阳极）、cathode （阴极） thermionic diodes：热游离二极管（真空管） rectifying property：整流特性（rectifiers） varicap：变容二极
12、管（电子式的可调电容器） unidirectional electric current property：单向电流特性/单向导电性 forward biased condition：正向偏置条件 reverse biased condition：反向偏置条件 non-linear electrical characteristic：非线性特性 silicon or germanium：硅或锗 “cats whisker” crystals devices：猫须晶体器件 vacuum tube devices：真空管 semiconductor p-n junctions：半导体PN结 Sch
13、ottky diode：肖特基二极管 currentvoltage characteristic, or IV curve：伏安特性 Carriers：载流子 depletion layer or depletion region：耗尽层,4/19/2019,术语2,conduction band (mobile) electrons ：束缚电子 donor and acceptor impurities：杂质半导体 peak inverse voltage：峰值反向电压 avalanche diode：雪崩二极管 zener diode：齐纳二极管 Light-emitting diode：
14、发光二极管 Photodiode：光电二极管 Silicon controlled rectifier：可控硅 Tunnel diode：隧道二极管 Schottky diode：肖特基二极管 Varicap diode：变容二极管 Radio demodulation：解调、检波 Power conversion：能量变换 Over-voltage protection：过压保护 Logic gates：逻辑门 Ionising radiation detectors： Current steering：,4/19/2019,作业,半导体二极管：2.1.2、2.1.6 稳压二极管： 2.2.4、 2.2.5、 2.3.1,4/19/2019,
