半導(dǎo)體二極管及其基本應(yīng)用

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（邵陽學(xué)院電氣工程系）主講：XXX辦公室：電話:E-mail:1.本課程的性質(zhì)

是一門技術(shù)基礎(chǔ)課2.研究內(nèi)容工程性質(zhì)、實(shí)踐性很強(qiáng)模擬電子電路處理模擬信號(hào)的電子電路稱為模擬電路什么是模擬信號(hào)？導(dǎo)言模擬信號(hào)舉例：注：聲音信號(hào)、速度信號(hào)、溫度信號(hào)等都是模擬信號(hào).模擬信號(hào)：時(shí)間連續(xù)、數(shù)值連續(xù)的信號(hào)tu0ut0tu0u0t數(shù)字電路：處理數(shù)字信號(hào)的電子電路數(shù)字信號(hào)：一種離散的信號(hào)（包括時(shí)間離散和幅值離散兩種情況）電子信息系統(tǒng)D/A轉(zhuǎn)換提取出的信號(hào)：弱信號(hào)、噪聲大、易受干擾。傳感器、接收器預(yù)處理：隔離、濾波、阻抗變換、放大。加工：運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、比較等。驅(qū)動(dòng)與執(zhí)行：功率放大、阻抗匹配、負(fù)載驅(qū)動(dòng)。模擬電路數(shù)字電路信號(hào)提取信號(hào)的預(yù)處理信號(hào)的加工信號(hào)的驅(qū)動(dòng)與執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)或其它數(shù)字處理系統(tǒng)2.研究內(nèi)容

電子元器件的工作原理（二極管、三極管和集成運(yùn)放）

基本單元電路－放大器的構(gòu)成原理及互聯(lián)

電子電路的分析方法

以器件為基礎(chǔ)、以“放大”為主線，以傳遞“模擬信號(hào)”為目的，研究各種模擬電子電路的工作原理、特點(diǎn)及性能指標(biāo)等。3.教學(xué)目標(biāo)

能夠?qū)σ话阈缘摹⒊Ｓ玫碾娮与娐愤M(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)較簡單的單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.學(xué)習(xí)方法

重點(diǎn)掌握基本概念、基本電路的結(jié)構(gòu)、基本分析方法，在此基礎(chǔ)上拓展知識(shí)面，拓寬思路。抓住“模電”的幾個(gè)特點(diǎn)，可以事半功倍：5.教材及參考書教材：胡宴如，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第四版），高等教育出版社參考書：康華光主編，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（模擬部分）（第四版），高等教育出版社

線性要求和非線性器件的矛盾（概念、分析方法）

器件少、電路多（找出各電路之間的規(guī)律，可舉一反三）

工程估算

④分立是基礎(chǔ)、集成是應(yīng)用4集成運(yùn)算放大電路2基本放大電路1常用半導(dǎo)體器件3多級(jí)放大電路5放大電路的頻率響應(yīng)6放大電路中的反饋7信號(hào)的運(yùn)算和處理8波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換9功率放大電路10直流電源課程教學(xué)內(nèi)容簡介

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認(rèn)真聽講，有問題及時(shí)提出

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按時(shí)獨(dú)立完成作業(yè)，答題須有解題步驟，一周交一次作業(yè)（每周二交）

*認(rèn)真做好試驗(yàn)，充分利用實(shí)驗(yàn)來消化、理解課程的理論內(nèi)容

要求：課時(shí)安排：總課時(shí)：64學(xué)時(shí)其中：理論課：56學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)：8學(xué)時(shí)課程總成績組成：

期末考85％＋實(shí)驗(yàn)成績15％考試方式：閉卷第一章常用半導(dǎo)體器件1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.2半導(dǎo)體二極管1.3晶體三極管1.4場(chǎng)效應(yīng)管1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1本征半導(dǎo)體1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.3PN結(jié)1.1.1本征半導(dǎo)體

概論半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。

半導(dǎo)體的電阻率為10-3～109cm。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。一、概論1、定義：半導(dǎo)體——導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)2、半導(dǎo)體的特殊性質(zhì)熱敏性:半導(dǎo)體受熱時(shí)，其導(dǎo)電能力增強(qiáng)。光敏性:半導(dǎo)體光照時(shí)，其導(dǎo)電能力增強(qiáng)。摻雜性:在純凈的半導(dǎo)體材料中，摻雜微量雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)。（可增加幾十萬至幾百萬倍）

制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱為“九個(gè)9”。

它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。二、半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的、具有單晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。慣性核

原子由帶正電荷的原子核和分層圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子組成。其中處于最外層的電子稱為價(jià)電子，它受原子核的束縛力最小。

價(jià)電子數(shù)決定了物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)也與價(jià)電子數(shù)有關(guān)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

硅和鍺是四價(jià)元素，在原子最外層軌道上的四個(gè)電子為價(jià)電子。它們分別與周圍的四個(gè)原子的價(jià)電子形成共價(jià)鍵。共價(jià)鍵中的價(jià)電子為這些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排列有序的晶體。這種結(jié)構(gòu)的立體和平面示意圖如圖所示。(c)

(a)硅晶體的空間排列(b)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

當(dāng)本征半導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0K和沒有外界影響時(shí)，它的價(jià)電子束縛在共價(jià)鍵中，不存在自由運(yùn)動(dòng)的電子，此時(shí)它是良好的絕緣體。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子能量增高，有的價(jià)電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。

自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負(fù)電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個(gè)空位為空穴。（動(dòng)畫1-1）

這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的，稱為電子空穴對(duì)。

自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成了電子電流，空穴的定向運(yùn)動(dòng)形成空穴電流，它們的方向相反。只不過空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空穴來實(shí)現(xiàn)的。（動(dòng)畫1-2）

空穴的移動(dòng)

空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空穴來實(shí)現(xiàn)的。為了區(qū)別于自由電子的運(yùn)動(dòng)，就把價(jià)電子的運(yùn)動(dòng)虛擬為空穴運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)方向相反。從這個(gè)意義上來說，可將空穴看成一個(gè)帶正電的粒子。本征半導(dǎo)體中的兩種載流子負(fù)電荷載流子正電荷載流子自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成電子電流空穴的定向運(yùn)動(dòng)形成空穴電流皆為載流子，所帶電量相等電荷極性相反相同點(diǎn)：不同點(diǎn)：自由電子：空穴：運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子載流子的濃度載流子復(fù)合：自由電子與空穴在熱運(yùn)動(dòng)中相遇，使兩者同時(shí)消失的現(xiàn)象。載流子的動(dòng)態(tài)平衡：在一定溫度下，單位時(shí)間內(nèi)本征激發(fā)所產(chǎn)生的自由電子-空穴對(duì)的數(shù)目與復(fù)合而消失的自由電子-空穴對(duì)的數(shù)目相等，就達(dá)到了載流子的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，使本征半導(dǎo)體中載流子的濃度一定。載流子的濃度當(dāng)溫度一定時(shí)，激發(fā)和復(fù)合會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。這時(shí)，載流子的濃度可用公式表示為：可見本征載流子濃度和溫度有關(guān)，溫度升高，本征載流子濃度就增加，當(dāng)溫度一定時(shí)，對(duì)固定的一塊半導(dǎo)體材料，本征載流子濃度是一定的。T為熱力學(xué)溫度,k為玻爾茲曼常數(shù)，EG0為熱力學(xué)零度時(shí)破壞共價(jià)鍵所需的能量，K1為與半導(dǎo)體材料載流子有效質(zhì)量、有效能級(jí)密度有關(guān)的常量

（1）空穴與電子成對(duì)出現(xiàn)。

（2）自由電子在晶格中運(yùn)動(dòng)，空穴在共價(jià)鍵內(nèi)運(yùn)動(dòng)。（4）溫度升高時(shí)，載流子濃度增大，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，因此，本征半導(dǎo)體可以制成熱敏元件和光敏元件。本征激發(fā)小結(jié)：

（3）溫度一定時(shí)，激發(fā)和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體

N型半導(dǎo)體

P型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。

一、N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，可形成N型半導(dǎo)體,也稱電子型半導(dǎo)體。

在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,由本征激發(fā)形成。提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。(2)P型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成了P型半導(dǎo)體，也稱為空穴型半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成；

電子是少數(shù)載流子，由本征激發(fā)形成?？昭ê苋菀追@電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖本征半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)元素構(gòu)成雜質(zhì)半導(dǎo)體。綜上：在常溫下，雜質(zhì)原子均已電離，載流子濃度就大大增加，使半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力大大提高。摻雜是提高半導(dǎo)體導(dǎo)電能力的有效方法。多數(shù)載流子的濃度主要取決于摻入的雜質(zhì)濃度；而少數(shù)載流子的濃度主要取決于溫度。在雜質(zhì)半導(dǎo)體中：2、兩種濃度不等的載流子：多子——由摻雜形成（主要取決于摻入的雜質(zhì)濃度）少子——由熱激發(fā)形成（主要取決于溫度）N型半導(dǎo)體中，多子為自由電子，少子為空穴；3、微量摻雜就可形成大量的多子。故雜質(zhì)半導(dǎo)體導(dǎo)電率高。4、雜質(zhì)半導(dǎo)體呈電中性。在N型半導(dǎo)體中，自由電子數(shù)（摻雜+熱激發(fā)）=空穴數(shù)（熱激發(fā)）+正離子數(shù)在P型半導(dǎo)體中，空穴數(shù)（摻雜+熱激發(fā)）=自由電子數(shù)（熱激發(fā)）+負(fù)離子數(shù)雜質(zhì)半導(dǎo)體小結(jié)：

1、兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體：

N型——本征硅或鍺摻微量五價(jià)雜質(zhì)元素

P型——本征硅或鍺摻微量三價(jià)雜質(zhì)元素P型半導(dǎo)體中，多子為空穴，少子為自由電子。PN結(jié)的形成PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.1.3PN結(jié)PN結(jié)的伏安特性及其表達(dá)式PN結(jié)的擊穿特性及電容效應(yīng)1、PN結(jié)的形成PN結(jié)的形成過程

（動(dòng)畫1-3）

在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程:

因濃度差（電子和空穴）

多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)

內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移

內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散

在出現(xiàn)了空間電荷區(qū)后，由于正負(fù)電荷間的相互作用，在空間電荷區(qū)中形成了一個(gè)電場(chǎng)，稱為內(nèi)電場(chǎng)，其方向是從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)。

最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)?？臻g電荷區(qū)也稱耗盡層。PN結(jié)的形成過程擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：由濃度高到濃度低（多子的運(yùn)動(dòng)）漂移運(yùn)動(dòng)：載流子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)（少子的運(yùn)動(dòng)）PN結(jié)：穩(wěn)定后的空間電荷區(qū)2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況（動(dòng)畫1-4）

a、PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況

外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)。于是,內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。（動(dòng)畫1-4）PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況外電場(chǎng)削弱了內(nèi)電場(chǎng)PN結(jié)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)

PN結(jié)導(dǎo)通當(dāng)外加正向電壓時(shí)：

b、PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況

（動(dòng)畫1-5）

外加的反向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi) 電場(chǎng)方向相同，加強(qiáng) 了內(nèi)電場(chǎng)，內(nèi)電場(chǎng)對(duì) 多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙 增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大 減小。此時(shí)PN結(jié)區(qū)的 少子在內(nèi)電場(chǎng)的作用 下形成的漂移電流大 于擴(kuò)散電流，可忽略 擴(kuò)散電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況當(dāng)外加反向電壓時(shí)：外電場(chǎng)加強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)PN結(jié)少子的漂移運(yùn)動(dòng)進(jìn)行

PN結(jié)截止

（動(dòng)畫1-5）

在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個(gè)電流也稱為反向飽和電流。

PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況

（動(dòng)畫1-5）

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流，PN處于導(dǎo)通狀態(tài)；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流，PN處于截止?fàn)顟B(tài)。結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?、PN結(jié)的伏安特性及其表達(dá)式

根據(jù)半導(dǎo)體物理的原理，從理論上可分析得到PN結(jié)的伏安特性表達(dá)式：

式中IS在數(shù)值上等于反向飽和電流，U為PN結(jié)所加端電壓，UT=kT/q

稱為溫度電壓當(dāng)量，k為玻耳茲曼常數(shù)，q

為電子電荷量，T為熱力學(xué)溫度。對(duì)于室溫（相當(dāng)T=300K），則有UT=26mV。PN結(jié)的伏安特性4、PN結(jié)的擊穿特性及電容效應(yīng)

當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。(1)PN結(jié)的反向擊穿反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿反向擊穿原因：齊納擊穿：

反向電場(chǎng)太強(qiáng)，將電子強(qiáng)行拉出共價(jià)鍵。

(摻雜濃度高，擊穿電壓

<6V，負(fù)溫度系數(shù))雪崩擊穿：反向電場(chǎng)使電子加速，動(dòng)能增大，撞擊使自由電子數(shù)突增?！狿N結(jié)未損壞，斷電即恢復(fù)。—PN結(jié)燒毀。(摻雜濃度低，擊穿電壓

>6V，正溫度系數(shù))擊穿電壓在

6V左右時(shí)，溫度系數(shù)趨近零。

勢(shì)壘電容示意圖電容是電荷在兩個(gè)極板間的積累效應(yīng)。外加電壓變化勢(shì)壘層寬度變化積累在勢(shì)壘層的電荷變化勢(shì)壘電容Cb

：當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。正偏和反偏時(shí)都有Cb。(2)

PN結(jié)的電容效應(yīng)擴(kuò)散電容示意圖擴(kuò)散電容Cd：擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。載流子向?qū)Ψ絽^(qū)域的擴(kuò)散，必須有濃度差，即P(N)區(qū)有電荷的積累。外加電壓變化P(N)區(qū)濃度差變化正偏時(shí)才存在Cd。正向電流越大，Cd越大Cj=Cb+Cd1.2半導(dǎo)體二極管1.2.1半導(dǎo)體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)1.2.2二極管的伏安特性1.2.3二極管的主要參數(shù)1.2.4二極管電路分析1.2.5穩(wěn)壓二極管1.2.6其它類型二極管1.2.1半導(dǎo)體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)

在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。1、點(diǎn)接觸型二極管—PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(a)點(diǎn)接觸型二極管的結(jié)構(gòu)示意圖2、面接觸型二極管—PN結(jié)面積大，用于工作頻率低，大電流整流電路。(b)面接觸型二極管符號(hào)：(c)平面型3、平面型二極管—

往往用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于大功率整流和開關(guān)電路中。按PN結(jié)結(jié)構(gòu)分：有點(diǎn)接觸型和面接觸型二極管。點(diǎn)接觸型管子中不允許通過較大的電流，因結(jié)電容小，可在高頻下工作。面接觸型二極管

PN結(jié)的面積大，允許流過的電流大，但只能在較低頻率下工作。按用途劃分：有整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、發(fā)光二極管、變?nèi)荻O管等。按半導(dǎo)體材料分：有硅二極管、鍺二極管等。2.二極管的類型1.2.2二極管的伏安特性

處于第一象限的是正向伏安特性曲線，處于第三象限的是反向伏安特性曲線。I=f(U)二極管的伏安特性1、正向特性

硅二極管的死區(qū)電壓Uth=0.5V左右，

鍺二極管的死區(qū)電壓Uth=0.2V左右。

當(dāng)0＜U＜Uth時(shí)，正向電流為零，Uth稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。

當(dāng)U＞0即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段：

當(dāng)U＞Uth時(shí)，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。2、反向特性當(dāng)U＜0時(shí)，即處于反向特性區(qū)域反向區(qū)也分兩個(gè)區(qū)域：

當(dāng)UBR＜U＜0時(shí)，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時(shí)的反向電流也稱反向飽和電流IS

。

當(dāng)U≥UBR時(shí)，反向電流急劇增加，UBR稱為反向擊穿電壓

在反向區(qū)，硅二極管和鍺二極管的特性有所不同。

硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽和電流也很??；鍺二極管的反向擊穿特性比較軟，過渡比較圓滑，反向飽和電流較大。

反向電流特點(diǎn)：1、隨溫度的上升增長很快。2、在反向電壓不超過一定范圍時(shí)，反向電流的大小基本恒定，而與反向電壓的高低無關(guān)。二極管長期工作時(shí)，允許通過二極管的最大正向平均電流。1.2.3二極管的主要參數(shù)

半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)包括最大整流電流IF、反向擊穿電壓UBR、最大反向工作電壓UR、反向峰值電流IR等。1、最大整流電流IF——2、反向擊穿電壓UBR———和最大反向工作電壓UR使器件損壞的參數(shù)使器件的某個(gè)特性消失的參數(shù)主要參數(shù)極限參數(shù)特征參數(shù)二極管長期工作時(shí)，允許通過二極管的最大正向平均電流。1.2.3二極管的主要參數(shù)

半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)包括最大整流電流IF、反向擊穿電壓UBR、最大反向工作電壓UR、反向峰值電流IR等。1、最大整流電流IF——2、反向擊穿電壓UBR———和最大反向工作電壓UR

二極管反向電流急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓UBR。

保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓使器件損壞的參數(shù)使器件的某個(gè)特性消失的參數(shù)主要參數(shù)極限參數(shù)特征參數(shù)

3、反向峰值電流IR4、正向壓降UF

在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級(jí)；鍺二極管在微安(A)級(jí)。

在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。小電流硅二極管的正向壓降在中等電流水平下，約0.6～0.8V；鍺二極管約0.2～0.3V。5、最高工作頻率fM

fM

值主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。使用時(shí)，如果信號(hào)頻率超過fM

，二極管的單向?qū)щ娦詫⒆儾?，甚至不?fù)存在。結(jié)電容越大，則二極管允許的最高工作頻率越低。半導(dǎo)體二極管圖片半導(dǎo)體二極管圖片半導(dǎo)體二極管圖片1.2.4二極管的等效電路二極管的應(yīng)用范圍很廣。主要都是利用它的單向?qū)щ娦?。它可以用于整流、檢波、元件保護(hù)及在數(shù)字電路中作為開關(guān)元件。非線性元件的認(rèn)識(shí)（1）線性元件回顧電阻：元件兩端的電壓是元件通過的電流的線性函數(shù)ivR（3）半導(dǎo)體二極管的非線性伏安特性（2）線性電阻的伏安特性即是歐姆定律數(shù)學(xué)模型方法圖解分析方法模型簡化方法－折線化或其他簡化模型小信號(hào)線性化方法（4）含非線性元件的電路一般分析方法其本質(zhì)是對(duì)非線性元件伏安特性的模型再構(gòu)建1、二極管U-I特性的建模設(shè)有如右圖含二極管的非線性電路，電路分析要解出iD

和vD

(1)采用數(shù)學(xué)模型方法，需解非線性方程

（3）應(yīng)用簡化模型方法①

由伏安特性折線化得到的等效電路(a)理想二極管(b)正向?qū)〞r(shí)端電壓為常量(c)正向?qū)〞r(shí)端電壓與電流成線性關(guān)系一、二極管電路的直流圖解分析

M（VDD,0）N（

0,

VDD/R）直流負(fù)載線直流工作點(diǎn)參數(shù)為：UQ=0.7V，IQ=5mA二極管直流電阻uDVDDR1.2V100iD直流工作點(diǎn)QIQUQiD

/mA128400.30.6uD/V1.20.9uD

=VDD

iDRiD

=f(uD)求解可得二極管電流、電壓Q點(diǎn)越高，二極管直流電阻越小。1.3.2圖解分析法和小信號(hào)模型分析法二、交流圖解分析當(dāng)US變化時(shí)，負(fù)載線的橫軸截點(diǎn)（VDD+us，0）將隨之變化，而負(fù)載線的斜率保持-1/R不變。設(shè)us=Usmsin

wt，當(dāng)us=0時(shí)，畫出負(fù)載線（實(shí)線），當(dāng)us=Usm時(shí)，畫出負(fù)載線（虛線上）當(dāng)us=-Usm時(shí)，畫出負(fù)載線（虛線下），在us變化時(shí)，負(fù)載線在兩條虛線間平移，工作點(diǎn)在Q”Q’之間移動(dòng)，uD,id也發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)us很小時(shí)，Q”Q’近似一條直線。這個(gè)時(shí)候二極管可以看成是線性器件，iD

/mAuD/VOVDDVDD/RQIQUQiD

/mAwtO靜態(tài)靜態(tài)分析靜態(tài)工作點(diǎn)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)分析總量=靜態(tài)量+動(dòng)態(tài)量：,二、二極管電路的交流圖解分析C對(duì)交流信號(hào)近似短路VDDuiuDRCiD

ui

=Uimsin

wt，Uim很小id二、二極管電路的交流圖解分析wtO

uD

ud=ui三、二極管電路的小信號(hào)模型分析法UQ=UD(on)工程中，動(dòng)態(tài)分析采用小信號(hào)模型分析法靜態(tài)分析采用估算法：三、小信號(hào)模型vs

=Vmsint

時(shí)（Vm<<VDD）,將Q點(diǎn)附近小范圍內(nèi)的V-I特性線性化，得到小信號(hào)模型，即以Q點(diǎn)為切點(diǎn)的一條直線。

得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)常溫下（T=300K）②

小信號(hào)模型

二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí)，其正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。二極管的微變等效電路圖交流電阻rd很小。IQ越大，rd越小例1.3.7圖示為硅二極管低電壓穩(wěn)壓電路，輸入電壓UI為10V，試分析當(dāng)UI變化

±1V時(shí)輸出電壓UO的相應(yīng)變化量和輸出電壓值。

UI有變化時(shí)的等效電路

1.靜態(tài)分析：求UI為10V、變化量為零時(shí)的UO、IQ

2.動(dòng)態(tài)分析:

求UI變化

±1V時(shí)相應(yīng)變化量ΔUO

rd=26mV/IQmA=26/3.18.39例1.3.7電路解：例1.3.7電路的小信號(hào)等效電路UO=UQ0.7V,IQ=(100.7)V/3k

=3.1mA圖示為硅二極管低電壓穩(wěn)壓電路，輸入電壓UI為10V，試分析當(dāng)UI變化

±1V時(shí)輸出電壓UO的相應(yīng)變化量和輸出電壓值。

UO=UQ0.7V,IQ=(100.7)V/3k

=3.1mA2.動(dòng)態(tài)分析:

求UI變化

±1V時(shí)相應(yīng)變化量ΔUO

rd=26mV/IQmA=(26/3.1)8.39例1.3.7電路U'O＝UO＋ΔUO＝700mV±2.79mV3.綜合分析:利用二極管的正向恒壓特性可進(jìn)行穩(wěn)壓，但一般只用于3~4V以下。

1.靜態(tài)分析：求UI為10V、變化量為零時(shí)的UO、IQ

解：例1.3.7二極管電路分析舉例（1）含二極管電路的分析方法確定二極管的工作狀態(tài)

根據(jù)工作狀態(tài)用不同的模型代替二極管在等效后的線性電路中作相應(yīng)的分析若二極管工作在截止?fàn)顟B(tài)則可等效為斷開的開關(guān)若二極管工作在導(dǎo)通狀態(tài)則可等效為導(dǎo)通的開關(guān)UONID或電壓為UON的電壓源二極管電路分析舉例（2）如何判斷二極管的工作狀態(tài)？步驟1、假設(shè)二極管截止，即將二極管斷開。2、計(jì)算二極管兩端的電壓

UD=V陽-V陰3、判斷：若

UD>0，則二極管工作于導(dǎo)通狀態(tài)

若

UD<0，則二極管工作于截止?fàn)顟B(tài)2、二極管電路分析例題1：已知：求：的波形解：求解這類電路的思路是確定二極管D在信號(hào)作用下所處的狀態(tài)。只有當(dāng)時(shí)，D導(dǎo)通否則，D截止，二極管削波（限幅）作用解：分析此電路的關(guān)鍵是判斷二極管是否導(dǎo)通。判斷的方法是將二極管拿開，通過比較兩個(gè)二極管的正向開路電壓的大小來判斷二極管是否導(dǎo)通，正向開路電壓大的二極管搶先導(dǎo)通。例題2：如圖所示電路，輸入端A的電位B的電位，求輸出端F的電位電阻R接負(fù)電壓-12V。由此，二極管A優(yōu)先導(dǎo)通。如果二極管的正向壓降是0.3V，則F端的電壓為2.7V。當(dāng)二級(jí)管A導(dǎo)通后，二極管B上加的是反向電壓，因而截止。在這里，二極管A起鉗位作用。它將F端的電壓鉗在2.7V；二極管B起隔離作用，把輸入端B和輸出端F隔離開來。例3：試求電路中電流I1、I2、IO和輸出電壓

UO的值(二極管采用恒壓源模型)。解：假設(shè)二極管斷開UP=15VUP>UN二極管導(dǎo)通等效為0.7V的恒壓源UO=VDD1

UD(on)=14.3(V)IO=UO/RL=14.3/3

=4.8(mA)I2=(UOVDD2)/R=(14.312)/1

=2.3(mA)I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(mA)3、二極管的應(yīng)用（1）單相半波整流電路電路結(jié)構(gòu)及工作原理正的半個(gè)周期：二極管導(dǎo)通負(fù)的半個(gè)周期：二極管截止正的半個(gè)周期：二極管導(dǎo)通負(fù)的半個(gè)周期：二極管截止交流電壓單向脈動(dòng)電壓（2）單相橋式整流電路電路結(jié)構(gòu)及工作原理

當(dāng)正半周時(shí)二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。

在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。

當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。作業(yè):P32:1.2、P1.31.41.4特殊二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管和光電二極管變?nèi)荻O管和肖特基二極管硅穩(wěn)壓管及其伏安特性穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1.4.1穩(wěn)壓二極管硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1、硅穩(wěn)壓管及其伏安特性

穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的面結(jié)型硅半導(dǎo)體二極管（齊納二極管）。它是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊的硅二極管。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與硅二極管的伏安特性曲線完全一樣，穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線的反向區(qū)、符號(hào)和典型應(yīng)用電路如圖所示。圖見下頁穩(wěn)壓管的伏安特性和等效電路(a)伏安特性(b)符號(hào)和等效電路

從穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線上可以確定穩(wěn)壓二極管的參數(shù)。

(1)穩(wěn)定電壓UZ——(2)動(dòng)態(tài)電阻rZ

——

在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。rZ=UZ/IZrZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。2、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)

(3)最大耗散功率

PZM

——

穩(wěn)壓管的最大功率損耗取決于PN結(jié)的面積和散熱等條件。反向工作時(shí)PN結(jié)的功率損耗為

PZ=UZIZ，由

PZM和UZ可以決定IZmax。

(4)最大穩(wěn)定工作電流IZmax

和最小穩(wěn)定工作電流IZmin

——

穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即PZmax

=UZIZmax

。而Izmin對(duì)應(yīng)UZmin。若IZ＜IZmin則不能穩(wěn)壓。3、硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路（1）電路結(jié)構(gòu)UIUO+UR

它是利用穩(wěn)壓管的反向擊穿特性穩(wěn)壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會(huì)引起較小的電壓變化。（2）工作原理當(dāng)輸入電壓變化時(shí)如何穩(wěn)壓

輸入電壓VI的增加，必然引起UO的增加，即UZ增加，從而使IZ增加，IR增加，使UR增加，從而使輸出電壓UO減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：UIUO+URUI↑→UO↑→UZ↑→IZ↑→IR↑→UR↑→UO↓

這里UO減小應(yīng)理解為，由于輸入電壓UI的增加，在穩(wěn)壓管的調(diào)節(jié)下，使UO的增加沒有那么大而已。UO還是要增加一點(diǎn)的，這是一個(gè)有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)如何穩(wěn)壓

負(fù)載電流IL的增加，必然引起IR的增加，即UR增加，從而使UZ=UO減小，IZ減小。IZ的減小必然使IR減小，UR減小，從而使輸出電壓UO增加。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：

IL↑→IR↑→UR↑→UZ↓（UO↓）→IZ↓→IR↓→UR↓→UO↑UIUO+UR

穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)應(yīng)反接，并串入一只電阻。電阻的作用一是起限流作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號(hào)以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。（3）穩(wěn)壓電阻的計(jì)算

穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓管擊穿特性的動(dòng)態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻