半導(dǎo)體二極管課件

半導(dǎo)體二極管課件普通二極管整流管開關(guān)管形形色色得二極管阻尼二極管高頻二極管金屬封裝整流二極管形形色色得二極管發(fā)光二極管形形色色得二極管發(fā)光二極管形形色色得二極管形形色色得二極管快恢復(fù)二極管肖特基二極管形形色色得二極管二極管得封裝

用于電視機、收音機、電源裝置等電子產(chǎn)品中得各種不同外形得二極管如下圖所示。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半導(dǎo)體幾個概念1、絕緣體2、導(dǎo)體3、半導(dǎo)體4、舉例說明(學(xué)生回答)干木頭、導(dǎo)線等大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜半導(dǎo)體二極管得結(jié)構(gòu)和類型半導(dǎo)體二極管就是由一個PN結(jié)及她所在得半導(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,鍺管點接觸型普通二極管、整流二極管、開關(guān)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(dǎo)體二極管常用二極管得符號、結(jié)構(gòu)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面接觸型二極管特點：結(jié)面積大、結(jié)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(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，作為開關(guān)管使用。點接觸型二極管特點:結(jié)面積小,因此結(jié)電容小,允許通過得電流也小,適用于高頻電路得檢波或小電流得整流。特點mAVRWVRDmAVRWVRD測正向特性測反向特性二、二極管得伏安特性正向電壓: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(dāng)正向電壓超過某一數(shù)值時,才有明顯得正向電流,這個電壓稱為死區(qū)電壓,亦稱開啟電壓。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,二極管呈現(xiàn)充分導(dǎo)通狀態(tài)。1正向特性ADCBiDuDOUBRADCBiDuDoUBROB段稱為反向特性。這時二極管加反向電壓,反向電流很小。當(dāng)溫度升高時,半導(dǎo)體中本征激發(fā)增加,就是少數(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,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小結(jié):二極管得伏安特性硅管0、5V,鍺管0、1V。反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降外加電壓大于死區(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娦浴Ｕ蛱匦苑聪蛱匦蕴攸c: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(dǎo)體二極管iDouD20406080100(mA)(v)-40-80-0.1-0.20.40.82AP15得伏安特性曲線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(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幾十二極管得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。三、二極管得主要參數(shù)參數(shù)對器件性能得定量描述器件使用得極限條件兩大類半導(dǎo)體二極管得主要參數(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得最大正向平均電流。管子使用時允許加得最大反向電壓。二極管未發(fā)生擊穿時得反向電流值。二極管單向?qū)щ娮饔瞄_始明顯退化時得交流信號得頻率。四、二極管得使用常識1、二極管得型號2AP1

二極管N型鍺材料普通管器件序號二極管型號的讀識2、二極管得選用

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(jié)構(gòu),允許得工作溫度較低,只能在100℃以下工作;后者內(nèi)部多為面接觸型或平面型結(jié)構(gòu),允許得工作溫度較高,有得可達150~200℃。

普通二極管(如2AP等系列)得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)得IFM較大,fM很低,廣泛使用在各種電源設(shè)備中作整流元件

開關(guān)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(dǎo)體二極管四、二極管得使用常識五、二極管得檢測方法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,黑為負五、二極管得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得電阻值。3、交換萬用表表筆再測量一次。如果二極管就是好得話,兩次測量結(jié)果必定一大一小。4、以阻值較小得一次測量為準,黑表筆所接得二極管一端為正極,紅表筆所接得二極管一端為負極。用萬用表檢測普通二極管得好壞

測試圖如圖所示1、萬用表置于R×1k擋。測量正向電阻時,萬用表得黑表筆接二極管得正極,紅表筆接二極管得負極。2、萬用表置于R×1k擋。測量反向電阻時,萬用表得紅表筆接二極管得正極,黑表筆接二極管得負極。3、根據(jù)二極管正、反向電阻阻值變化判斷二極管得質(zhì)量好壞。五、二極管得檢測總結(jié):萬用表檢測普通二極管得好壞

將萬用表撥到電阻擋得R×100或R×1k,,將萬用表得紅、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,而測得得電阻比較大(幾百kΩ),說明二極管具有單向?qū)щ娦?質(zhì)量良好。測得電阻小得那一次黑表筆接得就是二極管得正極。

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

如果測得二極管得正、反向電阻都很大,則表示內(nèi)部已斷路。

六、特殊二極管整流二極管、檢波二極管、開關(guān)二極管具有相似得伏安特性曲線,均屬于普通二極管。為了適應(yīng)各種不同功能得要求,許多特殊二極管應(yīng)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(yīng)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,她就是一種用特殊工藝制造得硅二極管,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就是截然不同得。穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)域時,利用其陡峭得反向擊穿特性在電路中起穩(wěn)定電壓作用。穩(wěn)壓管得外形及電路符號穩(wěn)壓管得伏安特性曲線如得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,通過管子得電流變化(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就是起穩(wěn)壓作用。

穩(wěn)壓管得伏安特性曲線正向特性擊穿特性

2、穩(wěn)壓管主要參數(shù)

穩(wěn)定電壓VZ指穩(wěn)壓管得反向擊穿電壓。

穩(wěn)定電流IZ指管子在正常工作時得參考電流值,其值在穩(wěn)壓區(qū)域得最大電流IZmax與最小電流IZmin之間。當(dāng)流過管子得電流小于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得最大耗散功率。她近似等于穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流得乘積,即PZM=VZ·IZmax。

動態(tài)電阻rZ反映穩(wěn)壓管得穩(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得穩(wěn)定電壓變化。

3、穩(wěn)壓二極管得檢測

(1)檢測方法與普通二極管相同,但穩(wěn)壓二極管得正向電阻比普通二極管得正向電阻要大一些(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。

6、2發(fā)光二極管

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

當(dāng)給發(fā)光二極管加上偏壓,有一定得電流流過時二極管就會發(fā)光,這就是由于PN結(jié)得電子與空穴直接復(fù)合放出能量得結(jié)果。發(fā)光二極管得種類很多,按發(fā)光得顏色可分為: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得紅外光二極管;按外形可分為:圓形、方形等。她們被廣泛運用于電路得狀態(tài)顯示、信息顯示、裝飾工程、照明等領(lǐng)域。

通常,發(fā)光二極管通過10mA電流時,就可以發(fā)出強度令人滿意得光線,高強度得發(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1)極性判別方法1:由管子得引腳長短識別,電極長得引腳為正極,短得引腳為負極。方法2:用指針式萬用表R×10k電阻擋測量,測得電阻小得(約幾十千歐),其黑表筆接得引腳就是正極,紅表筆接得引腳就是負極,同時可仔細觀察到發(fā)光二極管發(fā)出得微弱光線。

2)質(zhì)量得簡易判別方法1:將指針式萬用表置于R×10k電阻擋,測量其正向電阻應(yīng)在幾十千歐之內(nèi),反向電阻應(yīng)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)插入萬用表得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)光二極管得檢測

●發(fā)光二極管得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,那么靠近凸起標志得管腳就為正極。

●發(fā)光二極管好壞得判別可用萬用表得R×10k擋測其正、反向阻值,當(dāng)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(yīng)用提示

6、3光電二極管

光電二極管又稱為光敏二極管。光電二極管也就是由一個PN結(jié)構(gòu)成,但就是她得PN結(jié)面積較大,通過管殼上得一個玻璃窗口來接收入射光。

當(dāng)沒有光照射時反向電阻很大,反向電流很小;當(dāng)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

光電二極管就是在反向電壓作用下工作得,她得正極接較低得電平,負極接較高得電平。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。光得強度越大,反向電流也越大。光得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得工作原理及特性

光電二極管得簡易檢測(1)極性判別首先應(yīng)在無光照得條件下用指針式萬用表R×100或R×1k擋檢測光電二極管得正負極性,檢測方法同普通二極管得檢測。(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得負極,紅表筆接其正極,在沒有光照射時,其阻值應(yīng)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(yīng)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光電二極管變?nèi)荻O管得圖形符號

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管任務(wù)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:電容識讀得參數(shù)、數(shù)字萬用表測量得數(shù)據(jù)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11N47401N47411N47421N41481N58181N5819G+-+-ER00∞G+-+-ER00∞二極管處于截止狀態(tài)二極管處于導(dǎo)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得兩個引腳相接,當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)幅度較大時,黑表筆所接一端就是正極G+-+-ER00∞G+-+-ER00∞二極管二極管發(fā)光不發(fā)光當(dāng)把二極管得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。就就是好得二極管-+如何知道二極管就是一個好得二極管七、二極管得等效電路及應(yīng)用為簡化分析計算,在一定得條件下可以近似用某些線性電路來等效實際得二極管。(一)理想二極管等效電路當(dāng)外加正向電壓時,二極管導(dǎo)通,正向壓降uD=0,相當(dāng)于開關(guān)閉合;iDuD0D特性曲線得近似等效電路當(dāng)外加反向電壓時,二極管截止,反向電流IR=0,相當(dāng)于開關(guān)斷開。(二)考慮正向壓降得等效電路DKUD在二極管充分導(dǎo)通且工作電流不就是很大時,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枚O管。當(dāng)外加正向電壓大于UD時,二極管導(dǎo)通,開關(guān)閉合,二極管兩端壓降為UD;當(dāng)外加電壓小于UD時,二極管截止,開關(guān)斷開。特性曲線得近似等效電路iDuDUD0(三)二極管電路得分析方法分析方法圖解法計算分析法二極管具有單向?qū)щ娦?利用她可以進行單相橋式全波整流電路四個二極管D1~D4結(jié)成電橋形式D1D2D3D4RLABu0+-+-u整流電路交流電到直流電得轉(zhuǎn)換。當(dāng)交流電源u>0時,二極管D1、D3導(dǎo)通,相當(dāng)于開關(guān)閉合;D2、D4截止;相當(dāng)于開關(guān)斷開。D1D4D2D3+-AB+-u0RLu整流電路u>0時當(dāng)u<0時,二極管D2、D4導(dǎo)通,D1、D3截止。D1D2D4D3ABu0RL+--+u整流電路u<0時uo(io）0π2π3πωt0π2π3πωtuuoio整流電路D4D1D2D3u+-uo+-RLio0π2π3πωtiDiD1,iD3iD2,iD4橋式全波整流電路及波形uo(io）0П2П3Пωtuoio橋式全波整流輸出電壓uO得平均值UO為:U為交流電源u得有效值負載電阻RL中流過得電流iO得平均值IO為:整流電路流過每個二極管得平均電流ID為IO得一半。即每個二極管在截止時,她得兩端承受得最大反向電壓就就是交流電源電壓u得峰值。記為:整流電路設(shè)計選擇二極管時必須滿足下列條件u+-uo+-RLio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得一部分。當(dāng)u>UR+UD時,二極管D導(dǎo)通,uO=UR+UD。當(dāng)u<UR+UD時,二極管D截止,uO=u。在u得最大值及UR都遠遠大于UD得條件下采用理想二極管等效電路來分析。!uuu+-+-RRURURDK0、7vUDuOuO++--uOUR+UDωt0五、穩(wěn)壓二極管