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1、1.4.21.4.2 二极管的特性和主要参数二极管的特性和主要参数 1.4.31.4.3 二极管的电路模型二极管的电路模型1.4.41.4.4 稳压二极管稳压二极管 1.4.11.4.1 PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性1.4 1.4 1.4 1.4 晶体二极管晶体二极管晶体二极管晶体二极管电工电子技术 第十八讲第1章1.4.11.4.1 PNPNPNPN结及其单向导电特性结及其单向导电特性结及其单向导电特性结及其单向导电特性0 0. . 半导体半导体 从导电特性来看，物质可分为三大类：从导电特性来看，物质可分为三大类：1.导导 体：如银、铜、铝、铁等体：如银、铜、铝、铁等1.绝缘体：
2、如橡胶、塑料、陶瓷、云母等绝缘体：如橡胶、塑料、陶瓷、云母等1.半导体：半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间导电能力介于导体和绝缘体之间 常用的半导体材料常用的半导体材料1.硅、锗、硒、砷化镓以及金属的氧化物和硫硅、锗、硒、砷化镓以及金属的氧化物和硫化物等化物等 半导体的特性半导体的特性a)热敏特性热敏特性b)光敏特性光敏特性c)掺杂特性掺杂特性半导体的电阻率随温度变化会发生明显的改变。半导体的电阻率随温度变化会发生明显的改变。例如纯锗，温度每升高例如纯锗，温度每升高10，电阻率就减小到原理，电阻率就减小到原理的二分之一。的二分之一。半导体的电阻率对光的变化敏感。半导体的电阻率对光的变化敏感。
3、例如硫化镉，无光照电阻高达几十例如硫化镉，无光照电阻高达几十M，受到光照，受到光照电阻降到几十电阻降到几十K。在纯净的半导体中，掺入极微量的杂质元素，就会在纯净的半导体中，掺入极微量的杂质元素，就会使电阻率发生极大的变化。使电阻率发生极大的变化。例如，纯硅中掺入百万分之一的硼，其电阻率会从例如，纯硅中掺入百万分之一的硼，其电阻率会从214000cm减小到减小到0.4cm。1 1. .本征半导体本征半导体 完全纯净的具有晶体结构的半导体称为本征本征半导体半导体 。它具有共价键结构。 锗和硅的原子结构锗和硅的原子结构锗和硅的原子结构锗和硅的原子结构单晶硅中的共价键结构单晶硅中的共价键结构单晶硅中的
4、共价键结构单晶硅中的共价键结构价价电电子子硅原子硅原子第1章 在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电。空穴和自由电子都称为载流子。载流子。它们成对出现，成对消失。在常温下自由电子和空穴的形成在常温下自由电子和空穴的形成复合自由电子自由电子本征本征激发激发第1章空穴空穴2.2. N N型半导体和型半导体和P P型半导体型半导体原理图P自由电子自由电子结构图结构图磷原子磷原子正离子正离子P+ 在硅或锗中掺在硅或锗中掺入少量的五价元入少量的五价元素，如磷或砷、素，如磷或砷、锑，则形成锑，则形成N型型半导体。半导体。多余价电子多余价电子少子少子多子多子正离子正离子在在N N型半导体中，电子是多子，空
5、穴是少子型半导体中，电子是多子，空穴是少子第1章 N N型半导体型半导体 P P型半导体型半导体 在硅或锗中在硅或锗中掺入三价元素，掺入三价元素，如硼或铝、镓，如硼或铝、镓，则形成则形成P P型半导型半导体。体。原理图原理图BB- 硼原子硼原子负离子负离子空穴空穴填补空位填补空位结构图结构图在在P P型半导体中，空穴是多子，电子是少子。型半导体中，空穴是多子，电子是少子。多子多子少子少子负离子负离子第1章 用专门的制用专门的制造工艺在同一造工艺在同一块半导体单晶块半导体单晶上，形成上，形成P P型半型半导体区域和导体区域和N N型型半导体区域，半导体区域，在这两个区域在这两个区域的交界处就形的
6、交界处就形成一个成一个PNPN结结 。P 区区N N 区区P区的空穴向区的空穴向N区扩散并与电子复合区扩散并与电子复合N区的电子向区的电子向P区扩散并与空穴复合区扩散并与空穴复合空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向 3 3. . PNPNPNPN结的形成结的形成结的形成结的形成第1章空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向 在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡动态平衡。P区区N区区多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移第1章 在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡，空间电荷区在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定
7、。的宽度基本上稳定。内电场阻挡多子的扩散运动，推动少子的漂移运动。内电场阻挡多子的扩散运动，推动少子的漂移运动。空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向PN多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移结结 论论 ：在在PN结中同时存在多子的扩散运动和少子的漂移运动。结中同时存在多子的扩散运动和少子的漂移运动。第1章4.4. PN结的单向导电性结的单向导电性P区区N区区内电场内电场外电场外电场EI空间电荷区变窄空间电荷区变窄 P P区的空穴进入空间电荷区区的空穴进入空间电荷区和一部分负离子中和和一部分负离子中和 N N区电子进入空间电荷区电子进入空间电荷 区和一部分正区和一部分正 离子中和离子中和扩散运动增
8、强，形成较大的正向电流。扩散运动增强，形成较大的正向电流。第1章外加正向电压外加正向电压外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走空间电荷区变宽空间电荷区变宽 内电场内电场外电场外电场少子越过少子越过PN结形成结形成很小的反向电流很小的反向电流IRE第1章 外加反向电压外加反向电压N区区P区区二极管二极管的单向导电性的单向导电性 1. 1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负极接负极接负极接负 ）时，）时，）时，）时，
9、 二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。向电阻较小，正向电流较大。向电阻较小，正向电流较大。向电阻较小，正向电流较大。 2. 2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正极接正极接正极接正 ）时，）时，）时，）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，
10、反向电流很小。向电阻较大，反向电流很小。向电阻较大，反向电流很小。向电阻较大，反向电流很小。 3. 3. 3. 3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。去单向导电性。去单向导电性。去单向导电性。 4. 4. 4. 4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。向电流愈大。向电流愈大。向电流愈大。由上述分析可知由上述分析可知：1
11、.4.2 1.4.2 1.4.2 1.4.2 二极管的特性和主要参数二极管的特性和主要参数二极管的特性和主要参数二极管的特性和主要参数 1.1.1.1.结构结构结构结构 表示符号表示符号 面面接触型接触型点接触型点接触型引线引线触丝触丝外壳外壳N N型锗片型锗片N型硅型硅阳极引线阳极引线PNPN结结阴极引线阴极引线金锑合金金锑合金底座底座铝合金小球铝合金小球第1章阴极阳极D第1章几种二极管外观图几种二极管外观图小功率小功率二极管二极管大功率大功率二极管二极管 发光发光二极管二极管2.2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性-40-20OU/VI/mA604020-50-250.40.8正向正向反向
12、反向击穿电压击穿电压死区死区电压电压U(BR)硅管的伏安特性I/A第1章上页下页返回-20-40-250.40.2-5010O155I/mAU/V锗管的伏安特性I/A死区死区电压电压死区电压：硅管约为死区电压：硅管约为：0.5V,锗管约为锗管约为：0.1V。导通时的正向压降：硅导通时的正向压降：硅管约为管约为:0.6V0.8V,锗管锗管约为约为:0.2V0.3V。常温下，反向饱和电流常温下，反向饱和电流很小很小. .当当PNPN结温度升高时，结温度升高时，反向电流明显增加反向电流明显增加。注 意:3 3. . . . 二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数-40-20
13、OI/mA604020-50-250.40.8正向正向反向反向击穿电压击穿电压死区死区电压电压U(BR)I/AU/V第1章上页下页最大正向电流最大正向电流最大正向电流最大正向电流I I I IFMFMFMFM 最高反向电压最高反向电压最高反向电压最高反向电压U U U URMRMRMRM 最高工作频率最高工作频率最高工作频率最高工作频率f f f fM M M M 最大反向电流最大反向电流最大反向电流最大反向电流I I I IRMRMRMRM 返回二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定性分析：判断二极管的工作状态定性分析：判断二极管的工作状态导通导通截止截
14、止否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0.60.8V锗锗0.20.3V 分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压的高低或所加电压UD的正负。的正负。若若若若 V V阳阳阳阳 VV阴阴阴阴或或或或 U UD D为正为正为正为正( ( 正向偏置正向偏置正向偏置正向偏置 ) )，二极管导通，二极管导通，二极管导通，二极管导通若若若若 V V阳阳阳阳 VVV阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极
15、管可看作短路，U UABAB = = 6V6V否则，否则，否则，否则， U UABAB低于低于低于低于6V6V一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为6.7V6.7V 或或或或6.36.3例例1： 取取取取 B B 点作参考点，点作参考点，点作参考点，点作参考点，断开二极管，分析二断开二极管，分析二断开二极管，分析二断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电位。位。位。位。 在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。 D6V12V3k BAUAB+两个二极管的阴极接在一
16、起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取取取 B B 点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极的电位。的电位。的电位。的电位。V V1 1阳阳阳阳 = =6 V6 V，V V2 2阳阳阳阳=0 V=0 V，V V1 1阴阴阴阴 = = V V2 2阴阴阴阴= = 12 V12 VU UD1D1 = 6V = 6V，U UD2D2 =12V =12V U UD2D2 U UD1D1 D D2 2 优先导通，优先导通，优先导通
17、，优先导通， D D1 1截止。截止。截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB = 0 V= 0 V例例2:D D1 1承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为6 V6 V流过流过流过流过 D D2 2 的电流为的电流为的电流为的电流为求：求：求：求：U UABAB 在这里，在这里，在这里，在这里， D D2 2 起起起起钳位作用，钳位作用，钳位作用，钳位作用， D D1 1起起起起隔离作用。隔离作用。隔离作用。隔离作用。 BD16V12V3k AD2UAB+u u
18、i i 8V 8V，二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路 u uo o = 8V = 8V u ui i 8V 8V，二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路 u uo o = = u ui i已知：已知：已知：已知： 二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 u uo o 波形。波形。波形。波形。8V8V例例例例3 3：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途： 整流、检波、整流、检波、整流、检波、整流、检波、限幅、钳位、开限幅、钳
19、位、开限幅、钳位、开限幅、钳位、开关、元件保护、关、元件保护、关、元件保护、关、元件保护、温度补偿等。温度补偿等。温度补偿等。温度补偿等。u ui i18V18V参考点参考点参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 V8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i+ + + 第1章上页返回下页1.4.3 1.4.3 1.4.3 1.4.3 二极管的电路模型二极管的电路模型二极管的电路模型二极管的电路模型 1.1.二极管的工作点二极管的工作点EERUQIQER- -D- -UQU = E RI工作点：QIUO第1章上页返回下页二极管的静态电阻和动态电阻
20、二极管的静态电阻和动态电阻静态电阻：静态电阻：UQIQRD=动态电阻：动态电阻：rD =UI IIUUQIQQIUO第1章上页返回下页IU2.2.二极管特性的折线近似及模型二极管特性的折线近似及模型QU0NOPU = UON + rD I二极管的电路模型二极管的电路模型+UONrDDi2.4.42.4.4、稳压二极管、稳压二极管1. 1. 符号符号符号符号 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作时加反向电压时加反向电压时加反向电压时加反向电压使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿稳压管反向击穿稳压管反向击穿稳压管反向击穿后，电
21、流变化很大，后，电流变化很大，后，电流变化很大，后，电流变化很大，但其两端电压变化但其两端电压变化但其两端电压变化但其两端电压变化很小，利用此特性，很小，利用此特性，很小，利用此特性，很小，利用此特性，稳压管在电路中可稳压管在电路中可稳压管在电路中可稳压管在电路中可起稳压作用。起稳压作用。起稳压作用。起稳压作用。_+UZIZIZM UZ IZ2. 2. 伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性UIO2. 2. 主要参数主要参数主要参数主要参数(1) (1) (1) (1) 稳定电压稳定电压稳定电压稳定电压U UZ Z 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作( (反向击穿反向击穿反向击
22、穿反向击穿) )时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。(2) (2) (2) (2) 电压温度系数电压温度系数电压温度系数电压温度系数 环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化1 1 1 1 C C引起引起引起引起稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数百分数百分数。(3) (3) (3) (3) 动态电阻动态电阻动态电阻动态电阻(4) (4) (4) (4) 稳定电流稳定电流稳定电流稳定电流 I IZ Z 、最大稳定电流最大稳定电流最大稳定电流最大稳定电流 I IZMZM(5) (5) (5) (5) 最大允许耗散功率最大
23、允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率 P PZM ZM = = U UZ Z I IZMZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。4. 稳压管稳压电路稳压原理稳压工作时的模型Ui 或或RL Uo (UZ )IZ IR UR Uzrz5.稳压管稳压电路分析：（1）确定工作状态（2）选择模型（3）求不同输入下的输出。输入电压变化对输出电压的影响求光电二极管光电二极管光电二极管光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。IU 照度增加照度增加照度增加照度增加符号符号发光二极管发光二极管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，电流为几高，电流为几 几十几十mA光电二极管光电二极管光电二极管光电二极管发光二极管发光二极管发光二极管发光二极管实物图示实物图示光电二极管及结构原理图发光二极管作业：1.4.1，1.4.3思考：1.4.5
