第二節(jié)半導(dǎo)體二極管

1、第二節(jié)第二節(jié) 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 2.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)與分類：按結(jié)構(gòu)分類分為點(diǎn)接觸型和面接觸型二極管的結(jié)構(gòu)與分類：按結(jié)構(gòu)分類分為點(diǎn)接觸型和面接觸型點(diǎn)接觸型：接觸面小，允許通過的電流小，同時所呈現(xiàn)的電點(diǎn)接觸型：接觸面小，允許通過的電流小，同時所呈現(xiàn)的電容效應(yīng)小，常用于高頻檢波、小電流整流、開關(guān)容效應(yīng)小，常用于高頻檢波、小電流整流、開關(guān)電路等等電路等等面接觸型：接觸面大，允許通過的電流大，所呈現(xiàn)的電容效面接觸型：接觸面大，允許通過的電流大，所呈現(xiàn)的電容效應(yīng)較大，主要用于低頻大功率整流應(yīng)較大，主要用于低頻大功率整流 常見的二極管2.2.2 二極管的伏安特性 二極管伏安特性測試電路二極管伏安

2、特性測試電路二極管伏安特性曲線二極管伏安特性曲線2.2.2 二極管的伏安特性 1、正向特性：、正向特性：正向特性的起始部分，由于正向特性的起始部分，由于正向電壓小，外電場不足以克服正向電壓小，外電場不足以克服PN結(jié)的內(nèi)電場，結(jié)的內(nèi)電場，故此，正向電流很小（幾乎為零），二極管呈故此，正向電流很?。◣缀鯙榱悖O管呈現(xiàn)一個大電阻；只有當(dāng)正向電壓超過某一個值現(xiàn)一個大電阻；只有當(dāng)正向電壓超過某一個值時才顯著增加，這一電壓稱為導(dǎo)通電壓或門坎時才顯著增加，這一電壓稱為導(dǎo)通電壓或門坎電壓（死區(qū)電壓），這個值與器件的材料相關(guān)，電壓（死區(qū)電壓），這個值與器件的材料相關(guān)，Si： 0.6-0.8V，Ge：0.1-

3、0.3V。 二極管伏安特性曲線二極管伏安特性曲線詳細(xì)解釋：詳細(xì)解釋：（1）當(dāng)正向電壓很低時，正向電流很小，二極管屬于微導(dǎo)通狀態(tài)，這一區(qū)）當(dāng)正向電壓很低時，正向電流很小，二極管屬于微導(dǎo)通狀態(tài)，這一區(qū)域稱為死區(qū)，只有當(dāng)外加電壓超過這個數(shù)值時，電流才會有明顯的增加，這域稱為死區(qū)，只有當(dāng)外加電壓超過這個數(shù)值時，電流才會有明顯的增加，這個電壓稱為死區(qū)電壓（門坎電壓、閾值電壓）；實際運(yùn)用中，這一個區(qū)域通個電壓稱為死區(qū)電壓（門坎電壓、閾值電壓）；實際運(yùn)用中，這一個區(qū)域通常認(rèn)為二極管不導(dǎo)通。常認(rèn)為二極管不導(dǎo)通。 （2）正向電壓大于門坎電壓后，正向電流明顯增大，且隨著正向電壓的加）正向電壓大于門坎電壓后，正向電

4、流明顯增大，且隨著正向電壓的加大，電流增長很快，二極管呈現(xiàn)出導(dǎo)通狀態(tài)。大，電流增長很快，二極管呈現(xiàn)出導(dǎo)通狀態(tài)。 （3）當(dāng)正向電壓繼續(xù)增大，實際特性比理論曲線更接近于直線，此時，）當(dāng)正向電壓繼續(xù)增大，實際特性比理論曲線更接近于直線，此時，P、N區(qū)的體電阻及導(dǎo)線電阻成為二極管電阻的主要部分，它不隨工作電流改變。區(qū)的體電阻及導(dǎo)線電阻成為二極管電阻的主要部分，它不隨工作電流改變。 2.2.2 二極管的伏安特性 2、反向特性、反向特性 ：P區(qū)和區(qū)和N區(qū)的少子在反向電壓的作用區(qū)的少子在反向電壓的作用下漂移過下漂移過PN結(jié)，其值很小小功率硅結(jié)，其值很小小功率硅管：低于管：低于0.1A， 鍺管為幾十鍺管為幾十

5、A。 二極管伏安特性曲線二極管伏安特性曲線詳細(xì)解釋：詳細(xì)解釋：（）加反向電壓時，反向電流很小，由于二極管表面漏電流的影響，（）加反向電壓時，反向電流很小，由于二極管表面漏電流的影響，實際電流較理論計算值大，并且隨電壓的增大而略有增大，其值與材實際電流較理論計算值大，并且隨電壓的增大而略有增大，其值與材料有關(guān)，硅管要小于鍺管料有關(guān)，硅管要小于鍺管 （2）反向電壓高于一定數(shù)值，反向電流劇增，這個區(qū)域是反向擊穿；）反向電壓高于一定數(shù)值，反向電流劇增，這個區(qū)域是反向擊穿；普通二極管是不允許工作在這個區(qū)域的。普通二極管是不允許工作在這個區(qū)域的。 3、反向擊穿：、反向擊穿：同同PN結(jié)的反向擊穿特性，一般在

6、結(jié)的反向擊穿特性，一般在幾十伏以上，高反壓管可達(dá)幾千伏幾十伏以上，高反壓管可達(dá)幾千伏 2.2.3二極管的溫度特性 實驗證明：實驗證明：隨溫度的升高，正向隨溫度的升高，正向特性曲線左移，反向特性曲線左移，反向特性下移特性下移二極管的溫度特性二極管的溫度特性實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：在室溫附近，在室溫附近， T 1 正向壓降正向壓降 2 - 2.5 mV ，而，而反向反向電流電流 1倍。倍。 2.2.4二極管的電容效應(yīng) 1、勢壘電容、勢壘電容CB：勢壘電容是反映空降電荷區(qū)的寬度隨外加電：勢壘電容是反映空降電荷區(qū)的寬度隨外加電壓的改變所產(chǎn)生的電容效應(yīng)。壓的改變所產(chǎn)生的電容效應(yīng)。 二極管外加

7、電壓，則在其二極管外加電壓，則在其PN結(jié)的空間電荷區(qū)中會產(chǎn)生電荷變結(jié)的空間電荷區(qū)中會產(chǎn)生電荷變化量，它是反映小信號所呈現(xiàn)的電容，定義為：化量，它是反映小信號所呈現(xiàn)的電容，定義為： 2、擴(kuò)散電容、擴(kuò)散電容CD：擴(kuò)散電容反映在外加電壓作用下，載流子在：擴(kuò)散電容反映在外加電壓作用下，載流子在擴(kuò)散過程中積累的情況。擴(kuò)散過程中積累的情況。 VQCB3、對電容效應(yīng)分析的基本結(jié)論、對電容效應(yīng)分析的基本結(jié)論 A、在高頻運(yùn)用時，必須考慮、在高頻運(yùn)用時，必須考慮PN結(jié)電容的影響結(jié)電容的影響 B、當(dāng)二極管正偏時，結(jié)電容主要取決于擴(kuò)散電容；在反偏時，、當(dāng)二極管正偏時，結(jié)電容主要取決于擴(kuò)散電容；在反偏時， 主要考慮勢壘

8、電容。主要考慮勢壘電容。 2.2.5二極管的主要參數(shù) 1、最大整流電流、最大整流電流IF：指二極管長期運(yùn)行時，允許通過的最大平：指二極管長期運(yùn)行時，允許通過的最大平 均電流，這個參數(shù)由均電流，這個參數(shù)由PN結(jié)結(jié)面積和散熱條結(jié)結(jié)面積和散熱條 件所決定的。件所決定的。3、反向電流、反向電流IR：二極管未擊穿時的反向電流值。（越小越好）：二極管未擊穿時的反向電流值。（越小越好） 4、最高工作頻率、最高工作頻率fm：由于：由于PN結(jié)的電容效應(yīng)使單向?qū)щ娦阅芡私Y(jié)的電容效應(yīng)使單向?qū)щ娦阅芡?化，這個參數(shù)就是指二極管的單向?qū)щ娀?，這個參數(shù)就是指二極管的單向?qū)щ?性能明顯退化時所對應(yīng)的交流信號頻率。性能明顯退

9、化時所對應(yīng)的交流信號頻率。 5、正向壓降：二極管通過最大整流電流時，兩端的正向電壓、正向壓降：二極管通過最大整流電流時，兩端的正向電壓 一般情況下：一般情況下： Si： 0.60.8 Ge：0.10.3 2、最大反壓、最大反壓VBR：二極管能夠承受的最大反向擊穿電壓。：二極管能夠承受的最大反向擊穿電壓。 2.2.5二極管的等效電路 對二極管采用三種方式進(jìn)行等效對二極管采用三種方式進(jìn)行等效 （1）理想二極管等效）理想二極管等效 （2）折線等效電路）折線等效電路用折線等效電阻、死區(qū)用折線等效電阻、死區(qū)電壓、理想二極管等效電壓、理想二極管等效 二極管折線等效電路二極管折線等效電路IVrd折線等效電阻

10、：2.2.5二極管的等效電路 3）微變等效電路）微變等效電路(用于小信號下的二極管等效用于小信號下的二極管等效) 二極管二極管微變微變等效電路等效電路只考慮二極管兩端的電壓在工作電只考慮二極管兩端的電壓在工作電壓值附近作微小變化時所引起的電壓值附近作微小變化時所引起的電流變化，可以用該點(diǎn)處曲線的切線流變化，可以用該點(diǎn)處曲線的切線來近似，此時，二極管的等效電路來近似，此時，二極管的等效電路時一個微變等效電阻時一個微變等效電阻rd，其定義為：，其定義為： 動態(tài)電阻ivrd由伏安特性：由伏安特性： IVrVIrdVdIgeIITdTddVVST）知（112.2.6穩(wěn)壓二極管 工作原理：利用二極管的反

11、向擊穿特性，并采用限流措施，實現(xiàn)穩(wěn)壓效果。工作原理：利用二極管的反向擊穿特性，并采用限流措施，實現(xiàn)穩(wěn)壓效果。 穩(wěn)壓管的參數(shù)：穩(wěn)壓管的參數(shù)：（1）穩(wěn)定電壓）穩(wěn)定電壓Vz：穩(wěn)壓管反向擊穿后的穩(wěn)定工作電壓值。：穩(wěn)壓管反向擊穿后的穩(wěn)定工作電壓值。 （2）穩(wěn)定電流）穩(wěn)定電流Iz：穩(wěn)壓管工作時的參考電流值。：穩(wěn)壓管工作時的參考電流值。 實際工作中：實際工作中： 工作電流工作電流 小于小于 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 穩(wěn)壓效果差穩(wěn)壓效果差 工作電流工作電流 大于大于 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 穩(wěn)壓效果好穩(wěn)壓效果好（3）動態(tài)電阻：穩(wěn)壓管兩端電壓和通過的電流的變化量之比，其值愈小愈好。）動態(tài)電阻：穩(wěn)壓管兩端電壓和通過的電流的變化

12、量之比，其值愈小愈好。（4）額定功耗：由穩(wěn)壓管溫升限定下的最大功耗。）額定功耗：由穩(wěn)壓管溫升限定下的最大功耗。穩(wěn)壓值額定功耗最大穩(wěn)定電流 （5）電壓溫度系數(shù)：指溫度變化）電壓溫度系數(shù)：指溫度變化1時，穩(wěn)定電壓變化的百分比，該值愈小愈好。時，穩(wěn)定電壓變化的百分比，該值愈小愈好。 使用中以使用中以6V為界，高于此值的穩(wěn)壓管具有正溫度系數(shù)，為界，高于此值的穩(wěn)壓管具有正溫度系數(shù)， 低于此值的具有負(fù)溫度系數(shù)，而在低于此值的具有負(fù)溫度系數(shù)，而在6V的穩(wěn)壓管，其溫度系數(shù)最小的穩(wěn)壓管，其溫度系數(shù)最小 2.2.7應(yīng)用舉例 EX1：下列各圖中，穩(wěn)壓管D1、D2的穩(wěn)壓值分別是7V和13V，試確定各電路的輸出電壓VE

13、X2：穩(wěn)壓管電路如圖，已知穩(wěn)壓管：穩(wěn)壓管電路如圖，已知穩(wěn)壓管2CW17的穩(wěn)定電壓值的穩(wěn)定電壓值為為10V，穩(wěn)定電流為，穩(wěn)定電流為5mA，動態(tài)電阻為，動態(tài)電阻為20，額定功耗為，額定功耗為250mW，試回答下列問題：，試回答下列問題：（1）E=6V、E=8V時，時，Vo、I、VR分別是多少？分別是多少？（2）E=15V、E=20V時，時，Vo、I、VR分別又是多少？分別又是多少？（3）分析上述結(jié)果，在什么情況下能夠穩(wěn)定輸出？在什么）分析上述結(jié)果，在什么情況下能夠穩(wěn)定輸出？在什么情況下又有比較好的效果？情況下又有比較好的效果？ （4）為使電路正常工作，）為使電路正常工作，Emax是多少？是多少？

14、解答：解答： （1）由于E=6V和E=8V，則E小于VZ，故 Vo=0、I=0、VR=0 （2）由于E=15V、E=20V，則E大于VZ， 當(dāng)E=15V時，有 當(dāng)E=20V時，同理有 I=10mA，V=10， VR=10V VRVVVmAKI510511015，（3）分析上述情況，當(dāng)E大于10V時， 電路開始穩(wěn)壓，而E大于15V時， 才有比較好的效果 解答：解答： （4）求出Emax: 則可得到如下概圖 mAVmWIR2510250maxVRVVRIEVmVVmAaxIVrd4 .354 . 01025max4 . 0400max20Im20故而則EX3EX3二極管特性如圖，當(dāng)輸入電壓在二極管特性如圖，當(dāng)輸入電壓在5 515V15V之間之間變化時，變化時，VoVo為多少？為多少？ EX3EX3二極管特性如圖，當(dāng)輸入電壓在二極管特性如圖，當(dāng)輸入電壓在5 515V15V之間之間變化時，變化時，VoVo為多少？為多少？ 解解 ：由圖知，門檻電壓為：由圖知，門檻電壓為0.6V 則有：則有：（1）當(dāng)）當(dāng)Vi小于小于0.6V時，二極管截止，時，二極管截