半導(dǎo)體極管及實(shí)際有效應(yīng)用電路

半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型二極管的伏安特性曲線二極管的主要參數(shù)二極管的等效電路及應(yīng)用穩(wěn)壓二極管第二節(jié)第三章第二節(jié)半導(dǎo)體二極管一、半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型

半導(dǎo)體二極管是由一個(gè)PN結(jié)及它所在的半導(dǎo)體再加上電極引線和管殼構(gòu)成。結(jié)構(gòu)類型按材料分類按結(jié)構(gòu)分類按用途分類硅管，鍺管點(diǎn)接觸型普通二極管，整流二極管，開(kāi)關(guān)二極管，穩(wěn)壓二極管等面接觸型硅平面型第二節(jié)常用二極管的符號(hào)、結(jié)構(gòu)陽(yáng)極陰極金屬支架正極引線負(fù)極引線金銻合金P型硅鋁合金小球N型硅片陽(yáng)極引線陰極引線N型鍺片金屬觸絲管殼二氧化硅保護(hù)層負(fù)極引線陽(yáng)極引線N型硅P型硅符號(hào)面接觸型點(diǎn)接觸型硅平面型第二節(jié)陽(yáng)極陰極二極管外形示意圖第二節(jié)面接觸型二極管特點(diǎn)：結(jié)面積大、結(jié)電容大，允許通過(guò)較大的電流，適用于低頻整流。硅平面型二極管特點(diǎn)：結(jié)面積大的可用于大功率整流；結(jié)面積小的，結(jié)電容大，適用于脈沖數(shù)字電路，作為開(kāi)關(guān)管使用。點(diǎn)接觸型二極管特點(diǎn)：結(jié)面積小，因此結(jié)電容小，允許通過(guò)的電流也小，適用于高頻電路的檢波或小電流的整流。特點(diǎn)第二節(jié)mAVRWVRDmAVRWVRD測(cè)正向特性測(cè)反向特性二、二極管的伏安特性伏安特性方程：第二節(jié)二極管理論伏安特性曲線OD段稱為正向特性。OC段，正向電壓較小，正向電流非常小，只有當(dāng)正向電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，才有明顯的正向電流，這個(gè)電壓稱為死區(qū)電壓，亦稱開(kāi)啟電壓。CD段，當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流近似以指數(shù)規(guī)律迅速增長(zhǎng)，二極管呈現(xiàn)充分導(dǎo)通狀態(tài)。1

正向特性第二節(jié)ADCBiDuDOUBRADCBiDuDoUBROB段稱為反向特性。這時(shí)二極管加反向電壓，反向電流很小。當(dāng)溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體中本征激發(fā)增加，是少數(shù)載流子增多，故反向電流增大，特性曲線向下降。3反向擊穿特性BA段稱為反向擊穿特性當(dāng)二極管外加反向電壓大于一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然劇增，稱為二極管反向擊穿。2反向特性二極管理論伏安特性曲線第二節(jié)iDouD20406080100(mA)(v)-40-80-0.1-0.20.40.82AP15的伏安特性曲線2CP1020的伏安特性曲線~第二節(jié)iDouD-200-10020406080100-10-30-2075℃20℃(mA)(v)(μA)12

材料開(kāi)啟電壓（V）導(dǎo)通電壓（V）反向飽和電流（μA）硅（Si）≈0.50.6~1<0.1鍺（Ge）≈0.10.2~0.5

幾十二極管的伏安特性對(duì)溫度很敏感，溫度升高時(shí)，正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移。二、重點(diǎn)掌握伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降外加電壓＞死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。

外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦?。正向特性反向特性特點(diǎn)：非線性硅0.6~0.8V鍺0.1~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+

反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。三、二極管的主要參數(shù)參數(shù)對(duì)器件性能的定量描述器件使用的極限條件兩大類半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)最大整流電流IF最大反向工作電壓UR反向電流IR最大工作頻率fM第二節(jié)二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)允許通過(guò)的最大正向平均電流。管子使用時(shí)允許加的最大反向電壓。二極管未發(fā)生擊穿時(shí)的反向電流值。二極管單向?qū)щ娮饔瞄_(kāi)始明顯退化時(shí)的交流信號(hào)的頻率。四、二極管的等效電路及應(yīng)用為簡(jiǎn)化分析計(jì)算，在一定的條件下可以近似用某些線性電路來(lái)等效實(shí)際的二極管。（一）理想二極管等效電路當(dāng)外加正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，正向壓降uD=0,相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合；iDuD0D特性曲線的近似等效電路第二節(jié)當(dāng)外加反向電壓時(shí)，二極管截止，反向電流IR=0，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。(二）考慮正向壓降的等效電路DKUD在二極管充分導(dǎo)通且工作電流不是很大時(shí)，可以近似認(rèn)為UD為常數(shù)，用一個(gè)直流電壓源UD來(lái)等效正向?qū)ǖ亩O管。當(dāng)外加正向電壓大于UD時(shí)，二極管導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)閉合，二極管兩端壓降為UD；當(dāng)外加電壓小于UD時(shí)，二極管截止，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。特性曲線的近似等效電路第二節(jié)iDuDUD0（三）二極管電路的分析方法分析方法圖解法計(jì)算分析法第二節(jié)二極管具有單向?qū)щ娦?，利用它可以進(jìn)行單相橋式全波整流電路四個(gè)二極管D1~D4結(jié)成電橋形式D1D2D3D4RLABu0+-+-u整流電路交流電到直流電的轉(zhuǎn)換。第二節(jié)當(dāng)交流電源u>0時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合；D2、D4截止；相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。D1D4D2D3+-AB+-u0RLu整流電路第二節(jié)u>0時(shí)當(dāng)u<0時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止。D1D2D4D3ABu0RL+--+u整流電路第二節(jié)u<0時(shí)uo(io）0π2π3πωt0π2π3πωtuuoio整流電路D4D1D2D3u+-uo+-RLio0π2π3πωtiDiD1,iD3iD2,iD4橋式全波整流電路及波形第二節(jié)uo(io）0П2П3Пωtuoio橋式全波整流輸出電壓uO的平均值UO為:U為交流電源u的有效值負(fù)載電阻RL中流過(guò)的電流iO的平均值IO為:整流電路第二節(jié)流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流ID為IO的一半。即每個(gè)二極管在截止時(shí)，它的兩端承受的最大反向電壓就是交流電源電壓u的峰值。記為：整流電路設(shè)計(jì)選擇二極管時(shí)必須滿足下列條件u+-uo+-RLio第二節(jié)限幅電路及波形限幅電路限幅電路常用于有選擇地傳輸信號(hào)波形的一部分。當(dāng)u>UR+UD時(shí)，二極管D導(dǎo)通,uO=UR+UD。當(dāng)u<UR+UD時(shí)，二極管D截止,uO=u。在u的最大值及UR都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于UD的條件下采用理想二極管等效電路來(lái)分析。!uuu+-+-RRURURDK0.7vUDuOuO++--uOUR+UDωt0第二節(jié)五、穩(wěn)壓二極管工程中常用的符號(hào)新規(guī)定的符號(hào)穩(wěn)壓管是利用PN結(jié)的反向擊穿特性來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電壓作用的。第二節(jié)穩(wěn)壓管當(dāng)穩(wěn)壓管反向擊穿后，有較大的電流增量?IZ。相應(yīng)的管子兩端的反向擊穿電壓（即穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ）只有很小的變化量?UZ

。穩(wěn)壓管的特性曲線0IU?UZUZIZIZM?IZ第二節(jié)穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ。2.動(dòng)態(tài)電阻rZ。3.穩(wěn)定電流IZ。4.額定功耗PZM及最大穩(wěn)定電流IZM5.電壓溫度系數(shù)參數(shù)第二節(jié)1.穩(wěn)定電壓UZUZ是當(dāng)穩(wěn)壓管中的電流為規(guī)定的測(cè)試電流時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的電壓。參數(shù)穩(wěn)定電流是穩(wěn)壓管工作時(shí)的參考電流值，通常把手冊(cè)上給定的穩(wěn)壓電流值看成穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的電流下限。2.穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)壓管的特性曲線0IU?UZUZIZIZM?IZ第二節(jié)rZ=?UZ/?IZrZ越小，則反向擊穿特性曲線越陡，穩(wěn)壓作用越好。3.動(dòng)態(tài)電阻rZ4.額定功耗PZM及最大穩(wěn)定電流IZMPZM是由管子允許溫升限定的最大功率損耗IZM=PZM/UZ0IU?UZUZIZIZM?IZI(mA)04481216812rZ(?)2CW1穩(wěn)壓管r-曲線ZI穩(wěn)壓管的特性曲線第二節(jié)rZ是穩(wěn)壓管在穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)的電流變化量之比，即：5.電壓溫度系數(shù)132工作時(shí)一個(gè)管子處于正向?qū)顟B(tài)，具有負(fù)溫度系數(shù)；另一個(gè)管子處于反向擊穿狀態(tài)，具有正溫度系數(shù)，二者互相補(bǔ)償。具有溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓管電壓溫度系數(shù)越小，溫度穩(wěn)定性越好。溫度變化1℃時(shí)，穩(wěn)定電壓變化的百分?jǐn)?shù)第二節(jié)穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ2.動(dòng)態(tài)電阻rZ3.穩(wěn)定電流IZ4.額定功耗