關于半導體二極管

關于半導體二極管學習內(nèi)容1.形形色色的二極管2.半導體3.半導體二極管的結構和類型4.二極管的伏安特性曲線5.二極管的主要參數(shù)6.二極管的檢測方法7.二極管的等效電路及應用8.穩(wěn)壓二極管9.發(fā)光二極管第2頁,共63頁，2024年2月25日，星期天普通二極管整流管開關管形形色色的二極管第3頁,共63頁，2024年2月25日，星期天阻尼二極管高頻二極管金屬封裝整流二極管形形色色的二極管第4頁,共63頁，2024年2月25日，星期天發(fā)光二極管形形色色的二極管第5頁,共63頁，2024年2月25日，星期天發(fā)光二極管形形色色的二極管第6頁,共63頁，2024年2月25日，星期天形形色色的二極管第7頁,共63頁，2024年2月25日，星期天快恢復二極管肖特基二極管形形色色的二極管第8頁,共63頁，2024年2月25日，星期天二極管的封裝

用于電視機、收音機、電源裝置等電子產(chǎn)品中的各種不同外形的二極管如下圖所示。二極管通常用塑料、玻璃或金屬材料作為封裝外殼，外殼上一般印有標記以便區(qū)別正負電極。黑環(huán)為負極白環(huán)為負極螺栓端為負極金屬封裝二極管玻璃封裝二極管塑料封裝二極管第9頁,共63頁，2024年2月25日，星期天半導體幾個概念1.絕緣體2.導體3.半導體4.舉例說明（學生回答）干木頭、導線等第10頁,共63頁，2024年2月25日，星期天半導體二極管的結構和類型

半導體二極管是由一個PN結及它所在的半導體再加上電極引線和管殼構成。結構類型按材料分類按結構分類按用途分類硅管，鍺管點接觸型普通二極管、整流二極管、開關二極管、發(fā)光二極管、穩(wěn)壓二極管、檢波二極管、混頻二極管、光敏二極管、便容二極管、光電二極管等面接觸型硅平面型半導體二極管第11頁,共63頁，2024年2月25日，星期天常用二極管的符號、結構陽極陰極金屬支架正極引線負極引線金銻合金P型硅鋁合金小球N型硅片陽極引線陰極引線N型鍺片金屬觸絲管殼二氧化硅保護層負極引線陽極引線N型硅P型硅符號面接觸型點接觸型硅平面型第12頁,共63頁，2024年2月25日，星期天面接觸型二極管特點：結面積大、結電容大，允許通過較大的電流，適用于低頻整流。硅平面型二極管特點：結面積大的可用于大功率整流；結面積小的，結電容大，適用于脈沖數(shù)字電路，作為開關管使用。點接觸型二極管特點：結面積小，因此結電容小，允許通過的電流也小，適用于高頻電路的檢波或小電流的整流。特點第13頁,共63頁，2024年2月25日，星期天RWVRDRWVRD測正向特性測反向特性二、二極管的伏安特性正向電壓：陽極高電位陰極低電位反向電壓：陰極高電位陽極低電位PN正向電流反向電流第14頁,共63頁，2024年2月25日，星期天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(小于0.5V)，正向電流非常小，只有當正向電壓超過某一數(shù)值時，才有明顯的正向電流，這個電壓稱為死區(qū)電壓，亦稱開啟電壓。CD段，當正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流近似以指數(shù)規(guī)律迅速增長，二極管呈現(xiàn)充分導通狀態(tài)。1

正向特性ADCBiDuDOUBR第15頁,共63頁，2024年2月25日，星期天ADCBiDuDoUBROB段稱為反向特性。這時二極管加反向電壓，反向電流很小。當溫度升高時，半導體中本征激發(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二極管外加反向電壓大于一定數(shù)值時，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16頁,共63頁，2024年2月25日，星期天小結：二極管的伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導通。

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：非線性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI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)。

半導體二極管第17頁,共63頁，2024年2月25日，星期天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~iDouD-200-10020406080100-10-30-2075℃20℃(mA)(v)(μA)12

材料開啟電壓（V）導通電壓（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溫度很敏感，溫度升高時，正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移。第18頁,共63頁，2024年2月25日，星期天三、二極管的主要參數(shù)參數(shù)對器件性能的定量描述器件使用的極限條件兩大類半導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二極管長期運行時允許通過的最大正向平均電流。管子使用時允許加的最大反向電壓。二極管未發(fā)生擊穿時的反向電流值。二極管單向?qū)щ娮饔瞄_始明顯退化時的交流信號的頻率。第19頁,共63頁，2024年2月25日，星期天四、二極管的使用常識1、二極管的型號2AP1

二極管N型鍺材料普通管器件序號二極管型號的讀識第20頁,共63頁，2024年2月25日，星期天2．二極管的選用

按材料分類，二極管主要有鍺二極管和硅二極管兩大類。前者內(nèi)部多為點接觸型結構，允許的工作溫度較低，只能在100℃以下工作；后者內(nèi)部多為面接觸型或平面型結構，允許的工作溫度較高，有的可達150~200℃。

普通二極管（如2AP等系列）的IFM較小，fM一般較高，主要用于信號檢測、取樣、小電流整流等

整流二極管（2CZ、2DZ等系列）的IFM較大，fM很低，廣泛使用在各種電源設備中作整流元件

開關二極管（2AK、2CK等系列）一般IFM較小，fM較高，用于數(shù)字電路和控制電路中。

半導體二極管四、二極管的使用常識第21頁,共63頁，2024年2月25日，星期天五、二極管的檢測方法MF47型萬用表檢測方法歐姆檔R×10、R×100、R×1K說明：紅為負，黑為正數(shù)字萬用表檢測使用方法檢測二極管位置說明：紅為正，黑為負第22頁,共63頁，2024年2月25日，星期天五、二極管的檢測用萬用表判斷二極管極性示意圖如圖所示1、先將萬用表電阻擋旋鈕置于R×100或R×1k擋。2、用萬用表紅、黑表筆任意測量二極管兩引腳間的電阻值。3、交換萬用表表筆再測量一次。如果二極管是好的話，兩次測量結果必定一大一小。4、以阻值較小的一次測量為準，黑表筆所接的二極管一端為正極，紅表筆所接的二極管一端為負極。第23頁,共63頁，2024年2月25日，星期天用萬用表檢測普通二極管的好壞

測試圖如圖所示1、萬用表置于R×1k擋。測量正向電阻時，萬用表的黑表筆接二極管的正極，紅表筆接二極管的負極。2、萬用表置于R×1k擋。測量反向電阻時，萬用表的紅表筆接二極管的正極，黑表筆接二極管的負極。3、根據(jù)二極管正、反向電阻阻值變化判斷二極管的質(zhì)量好壞。五、二極管的檢測第24頁,共63頁，2024年2月25日，星期天總結：萬用表檢測普通二極管的好壞

將萬用表撥到電阻擋的R×100或R×1k，，將萬用表的紅、黑表筆分別接在二極管兩端，若測得電阻比較小(幾kΩ以下)，再將紅、黑表筆對調(diào)后連接在二極管兩端，而測得的電阻比較大(幾百kΩ)，說明二極管具有單向?qū)щ娦?，質(zhì)量良好。測得電阻小的那一次黑表筆接的是二極管的正極。

如果測得二極管的正、反向電阻都很小，甚至為零，表示管子內(nèi)部已短路。

如果測得二極管的正、反向電阻都很大，則表示內(nèi)部已斷路。第25頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

六、特殊二極管

整流二極管、檢波二極管、開關二極管具有相似的伏安特性曲線，均屬于普通二極管。為了適應各種不同功能的要求，許多特殊二極管應運而生，如穩(wěn)壓管、發(fā)光管、光電管等。

6.1穩(wěn)壓管

1．工作特性及應用

穩(wěn)壓管又稱齊納二極管，實物外形見下圖。通常用文字“V”代表，它是一種用特殊工藝制造的硅二極管，只要反向電流不超過極限電流，管子工作在擊穿區(qū)并不會損壞，屬可逆擊穿，這與普通二極管破壞性擊穿是截然不同的。穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)域時，利用其陡峭的反向擊穿特性在電路中起穩(wěn)定電壓作用。

穩(wěn)壓管的外形及電路符號第26頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

穩(wěn)壓管的伏安特性曲線如的正向特性與普通二極管相同。

反向特性曲線在擊穿區(qū)域比普通二極管更陡直，這表明穩(wěn)壓管擊穿后，通過管子的電流變化(ΔIz)很大，而管子兩端電壓變化(ΔVz)很小，或說管子兩端電壓基本保持一個固定值。

穩(wěn)壓管在電路中主要功能是起穩(wěn)壓作用。

穩(wěn)壓管的伏安特性曲線正向特性擊穿特性第27頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

2．穩(wěn)壓管主要參數(shù)

穩(wěn)定電壓VZ

指穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。

穩(wěn)定電流IZ

指管子在正常工作時的參考電流值，其值在穩(wěn)壓區(qū)域的最大電流IZmax與最小電流IZmin之間。當流過管子的電流小于IZmin時管子不能起穩(wěn)壓作用。

最大穩(wěn)定電流IZmax

指穩(wěn)壓管最大工作電流，超過IZmax時，管子將過熱損壞。

耗散功率PZM

指管子不致因熱擊穿而損壞的最大耗散功率。它近似等于穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流的乘積，即PZM=VZ·IZmax。

動態(tài)電阻rZ

反映穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能，動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能越好。

溫度系數(shù)k

溫度系數(shù)反映由溫度變化引起的穩(wěn)定電壓變化。

第28頁,共63頁，2024年2月25日，星期天3．穩(wěn)壓二極管的檢測

（1）檢測方法與普通二極管相同，但穩(wěn)壓二極管的正向電阻比普通二極管的正向電阻要大一些（2）若需要對穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓做精確測量，則可用晶體管特性圖示儀測量。第29頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

6.2發(fā)光二極管

發(fā)光二極管是一種把電能變成光能的半導體器件。發(fā)光二極管由磷化鎵、砷化鎵等半導體材料制成，電路符號和實物照片見下圖。

當給發(fā)光二極管加上偏壓，有一定的電流流過時二極管就會發(fā)光，這是由于PN結的電子與空穴直接復合放出能量的結果。發(fā)光二極管的種類很多，按發(fā)光的顏色可分為：紅色、藍色、黃色、綠色，還有三色變色發(fā)光二極管和眼睛看不見的紅外光二極管；按外形可分為：圓形、方形等。它們被廣泛運用于電路的狀態(tài)顯示、信息顯示、裝飾工程、照明等領域。

通常，發(fā)光二極管通過10mA電流時，就可以發(fā)出強度令人滿意的光線，高強度的發(fā)光二極管只需5mA左右電流就能正常發(fā)光。發(fā)光二極管電路符號發(fā)光二極管實物圖第30頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

1）極性判別

方法1：由管子的引腳長短識別，電極長的引腳為正極，短的引腳為負極。

方法2：用指針式萬用表R×10k電阻擋測量，測得電阻小的（約幾十千歐），其黑表筆接的引腳是正極，紅表筆接的引腳是負極，同時可仔細觀察到發(fā)光二極管發(fā)出的微弱光線。

2）質(zhì)量的簡易判別方法1：將指針式萬用表置于R×10k電阻擋，測量其正向電阻應在幾十千歐之內(nèi)，反向電阻應大于幾百千歐（通常為無窮大）為正常。方法2：將發(fā)光二極管長引腳（正極）插入萬用表的NPN型“c極”插孔，短引腳（負極）插入“e極”插孔，則發(fā)光二極管正常發(fā)光。3）正、反電壓降測量將數(shù)字萬用表置于二極管擋，紅表筆接二極管正極，黑表筆接負極，顯示屏顯示電壓在1.8V左右，調(diào)換表筆再測試，顯示為1V，則表示被測管合格。發(fā)光二極管的檢測

第31頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

●發(fā)光二極管的管腳引線以較長者為正極，較短者為負極。如管帽上有凸起標志，那么靠近凸起標志的管腳就為正極。

●發(fā)光二極管好壞的判別可用萬用表的R×10k擋測其正、反向阻值，當正向電阻小于50kΩ，反向電阻大于200kΩ時均為正常。如正、反向電阻均為無窮大，表明此管已壞。

應用提示

第32頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

6.3光電二極管

光電二極管又稱為光敏二極管。光電二極管也是由一個PN結構成，但是它的PN結面積較大，通過管殼上的一個玻璃窗口來接收入射光。

當沒有光照射時反向電阻很大，反向電流很小；當有光照射時，反向電阻減小，反向電流增大。

光電二極管電路符號光電二極管元件外形

第33頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

光電二極管是在反向電壓作用下工作的，它的正極接較低的電平，負極接較高的電平。工作電路如圖所示。沒有光照時，反向電流極其微弱，稱為暗電流；有光照時，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為亮電流。光的強度越大，反向電流也越大。光的變化引起光電二極管電流變化，該電流流經(jīng)負載，產(chǎn)生輸出電壓UO，由此可以把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，故將其稱為光電傳感器件。光電二極管工作電路

6.3光電二極管光電二極管的工作原理及特性

第34頁,共63頁，2024年2月25日，星期天光電二極管的簡易檢測

（1）極性判別首先應在無光照的條件下用指針式萬用表R×100或R×1k擋檢測光電二極管的正負極性，檢測方法同普通二極管的檢測。

（2）性能檢測使光電二極管處于反向工作狀態(tài)，即萬用表黑表筆接光電二極管的負極，紅表筆接其正極，在沒有光照射時，其阻值應在數(shù)十k?至數(shù)百k?，該電阻值稱為暗電阻。再將光電二極管移到光線明亮處，其阻值應會大大降低，萬用表指示值通常只有數(shù)k?，該電阻值稱為亮電阻。檢測示意圖如圖所示檢測示意圖

6.3光電二極管第35頁,共63頁，2024年2月25日，星期天變?nèi)荻O管的圖形符號

變?nèi)荻O管像穩(wěn)壓二極管一樣，工作于反向偏置狀態(tài)。實物及圖形符號如圖所示

。6.4變?nèi)荻O管第36頁,共63頁，2024年2月25日，星期天任務1、用指針式萬用表測二極管正反向電阻記錄方法：型號、正反向電阻2、用數(shù)字萬用表測二極管正反向壓降記錄方法：型號、正反向壓降3、用數(shù)字萬用表測電容大小記錄方法：電容識讀的參數(shù)、數(shù)字萬用表測量的數(shù)據(jù)第37頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1、用指針式萬用表測二極管正反向電阻

記錄方法：型號、正反向電阻1N4007正向電阻9K反向電阻20M以上正向壓降0.565V反向壓降11N4728正向電阻13反向電阻20M以上正向壓降0.678V反向壓降1.589V1N4733正向電阻14K反向電阻20M以上正向壓降0.678V反向壓降11N4735正向電阻9K反向電阻20M以上正向壓降0.710V反向壓降11N4738正向電阻13K反向電阻20M以上正向壓降0.690V反向壓降1第38頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1N47401N47411N47421N41481N58181N5819第39頁,共63頁，2024年2月25日，星期天G+-+-ER00∞G+-+-ER00∞二極管處于截止狀態(tài)二極管處于導通狀態(tài)二極管二極管-

+將多用電表調(diào)至R×1K檔，將紅、黑表筆分別于晶體二極管的兩個引腳相接，當指針偏轉(zhuǎn)幅度較大時，黑表筆所接一端是正極第40頁,共63頁，2024年2月25日，星期天G+-+-ER00∞G+-+-ER00∞二極管二極管發(fā)光不發(fā)光當把二極管的兩個腳分別接在紅黑表筆之間電阻很大，兩腳反至接在紅黑表筆之間電阻很小。就是好的二極管-+如何知道二極管是一個好的二極管第41頁,共63頁，2024年2月25日，星期天七、二極管的等效電路及應用為簡化分析計算，在一定的條件下可以近似用某些線性電路來等效實際的二極管。（一）理想二極管等效電路當外加正向電壓時，二極管導通，正向壓降uD=0,相當于開關閉合；iDuD0D特性曲線的近似等效電路當外加反向電壓時，二極管截止，反向電流IR=0，相當于開關斷開。第42頁,共63頁，2024年2月25日，星期天(二）考慮正向壓降的等效電路DKUD在二極管充分導通且工作電流不是很大時，可以近似認為UD為常數(shù)，用一個直流電壓源UD來等效正向?qū)ǖ亩O管。當外加正向電壓大于UD時，二極管導通，開關閉合，二極管兩端壓降為UD；當外加電壓小于UD時，二極管截止，開關斷開。特性曲線的近似等效電路iDuDUD0第43頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（三）二極管電路的分析方法分析方法圖解法計算分析法第44頁,共63頁，2024年2月25日，星期天二極管具有單向?qū)щ娦?，利用它可以進行單相橋式全波整流電路四個二極管D1~D4結成電橋形式D1D2D3D4RLABu0+-+-u整流電路交流電到直流電的轉(zhuǎn)換。第45頁,共63頁，2024年2月25日，星期天當交流電源u>0時，二極管D1、D3導通，相當于開關閉合；D2、D4截止；相當于開關斷開。D1D4D2D3+-AB+-u0RLu整流電路u>0時第46頁,共63頁，2024年2月25日，星期天當u<0時，二極管D2、D4導通，D1、D3截止。D1D2D4D3ABu0RL+--+u整流電路u<0時第47頁,共63頁，2024年2月25日，星期天uo(io）0π2π3πωt0π2π3πωtuuoio整流電路D4D1D2D3u+-uo+-RLio0π2π3πωtiDiD1,iD3iD2,iD4橋式全波整流電路及波形第48頁,共63頁，2024年2月25日，星期天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的有效值負載電阻RL中流過的電流iO的平均值IO為:整流電路第49頁,共63頁，2024年2月25日，星期天流過每個二極管的平均電流ID為IO的一半。即每個二極管在截止時，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：整流電路設計選擇二極管時必須滿足下列條件u+-uo+-RLio第50頁,共63頁，2024年2月25日，星期天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波形的一部分。當u>UR+UD時，二極管D導通,uO=UR+UD。當u<UR+UD時，二極管D截止,uO=u。在u的最大值及UR都遠遠大于UD的條件下采用理想二極管等效電路來分析。!uuu+-+-RRURURDK0.7vUDuOuO++--uOUR+UDωt0第51頁,共63頁，2024年2月25日，星期天五、穩(wěn)壓二極管工程中常用的符號新規(guī)定的符號穩(wěn)壓管是利用PN結的反向擊穿特性來實現(xiàn)穩(wěn)定電壓作用的。第52頁,共63頁，2024年2月25日，星期天穩(wěn)壓管當穩(wěn)壓管反向擊穿后，有較大的電流增量?IZ。相應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53頁,共63頁，2024年2月25日，星期天穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ。2.動態(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54頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1.穩(wěn)定電壓UZUZ是當穩(wěn)壓管中的電流為規(guī)定的測試電流時，穩(wěn)壓管兩端的電壓。參數(shù)穩(wěn)定電流是穩(wěn)壓管工作時的參考電流值，通常把手冊上給定的穩(wěn)壓電流值看成穩(wěn)壓管正常工作時的電流下限。2.穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)壓管的特性曲線0IU?UZUZIZIZM?IZ第55頁,共63頁，2024年2月25日，星期天rZ=?UZ/?IZrZ越小，則反向擊穿特性曲線越陡，穩(wěn)壓作用越好。3.動態(tài)電阻rZ

4.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的電流變化量之比，即：第56頁,共63頁，2024年2月25日，星期天5.電壓溫度系數(shù)132工作時一個管子處于正向?qū)顟B(tài)，具有負溫度系數(shù)；另一個管子處于反向擊穿狀態(tài)，具有正溫度系數(shù)，二者互相補償。具有溫度補償?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，穩(wěn)定電壓變化的百分數(shù)第57頁,共63頁，2024年2月25日，星期天穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ2.動態(tài)電阻rZ3.穩(wěn)定電流IZ4.