第二講半導(dǎo)體二極管一、二極管的組成二、二極管的伏安特性及電流方程三、二極管的等效電路四、二極管的主要參數(shù)五、穩(wěn)壓二極管將PN結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管?！?.2

半導(dǎo)體二極管NP陽極+陰極-符號：

1.2.1、二極管的組成(1)點接觸型二極管

PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路?！?.2

半導(dǎo)體二極管1.2.1基本結(jié)構(gòu)(3)平面型二極管

用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。(2)面接觸型二極管

PN結(jié)面積大，用于低頻大電流整流電路。半導(dǎo)體二極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。代表器件的類型，P為普通管，Z為整流管，K為開關(guān)管。代表器件的材料，A為N型Ge，B為P型Ge，C為N型Si，D為P型Si。2代表二極管，3代表三極管。

1.2.2伏安特性：)(ufi=二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性1.正向特性當(dāng)正向電壓比較小時，正向電流很小，幾乎為零。相應(yīng)的電壓叫開啟（死區(qū)）電壓。范圍稱死區(qū)。開啟電壓與材料和溫度有關(guān)，硅管約0.5V左右，鍺管約0.1V左右。正向特性死區(qū)電壓60402000.40.8I/mAU/V當(dāng)正向電壓超過開啟電壓后，隨著電壓的升高，正向電流迅速增大。

1.2.2伏安特性：2.反向特性–0.02–0.040–25–50I/mAU/V反向特性當(dāng)電壓超過零點幾伏后，反向電流不隨電壓增加而增大，即飽和；二極管加反向電壓，反向電流很小；如果反向電壓繼續(xù)升高，大到一定數(shù)值時，反向電流會突然增大；反向飽和電流這種現(xiàn)象稱擊穿，對應(yīng)電壓叫反向擊穿電壓。擊穿并不意味管子損壞，若控制擊穿電流，電壓降低后，還可恢復(fù)正常。擊穿電壓U(BR)

1.2.2伏安特性：材料開啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.6~0.8V0.7V

nA級鍺Ge0.1V0.1~0.3V0.3V幾～幾十μA開啟電壓反向飽和電流擊穿電壓mV)26(

)1e(TST=-=UIiUu常溫下溫度的電壓當(dāng)量死區(qū)導(dǎo)通壓降正向特性反向特性從二極管的伏安特性可以反映出：

1.單向?qū)щ娦?。，則若反向電壓；，則若正向電壓STSTTeIiUuIiUuUu->>>>)1e(TS-=UuIi2.

伏安特性受溫度影響T（℃）↑→在電流不變情況下管壓降u↓→IS↑，U(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移正向特性為指數(shù)曲線反向特性為橫軸的平行線結(jié)論：

1)二極管具有單向?qū)щ娦?。加正向電壓時導(dǎo)通，呈現(xiàn)很小的正向電阻，如同開關(guān)閉合；加反向電壓時截止，呈現(xiàn)很大的反向電阻，如同開關(guān)斷開。

2)從二極管伏安特性曲線可以看出:二極管的電壓與電流變化不呈線性關(guān)系，其內(nèi)阻不是常數(shù)，所以二極管屬于非線性器件。1.2.3、二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流IF二極管長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。2.最高反向工作電壓UR工作時允許加在二極管兩端的反向電壓值。通常將擊穿電壓UBR的一半定義為UR。3.反向電流IR通常希望IR

值愈小愈好。4.最高工作頻率fM

fM

值主要決定于PN結(jié)結(jié)電容的大小。結(jié)電容愈大，二極管允許的最高工作頻率愈低。問題：小好？大好？由少子形成？多子形成？受溫度的影響大？?。?.2.4、二極管的等效電路

1.

將伏安特性折線化理想二極管近似分析中最常用理想開關(guān)導(dǎo)通時UD＝0截止時IS＝0導(dǎo)通時UD＝Uon截止時IS＝0導(dǎo)通時i與u成線性關(guān)系應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！1.2.4

、二極管的等效電路Q越高，rd越小。

當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動態(tài)信號作用時，則可將二極管等效為一個電阻，稱為動態(tài)電阻，也就是微變等效電路。ui=0時直流電源作用小信號作用靜態(tài)電流2.

微變等效電路二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止通常正向管壓降硅0.7V鍺0.2V

分析方法：1)將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負(fù)。

理想二極管，正向壓降為零，反向截止。

V陽

=－6VV陰=－12V例1：電路如圖，求：UAB解：取B為參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。

在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3kBAUAB+–V陽>V陰二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V考慮管壓降，UAB為－6.2Ｖ或－6.7V兩個二極管的陰極接在一起取B為參考點，斷開二極管，分析其陽極和陰極的電位。V1陽

=－6V，若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例2:D1承受反向電壓為－6V流過D2

的電流為求：UAB

D2鉗位作用，D1隔離作用。BD16V12V3kAD2UAB+–V2陽=0V，V1陰

=V2陰=－12V，UD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。

問題：D2、D1方向?qū)φ{(diào)UAB

＝？電源極性對調(diào)呢？3、二極管的模型及近似分析計算例：IR10VE1kΩD—非線性器件iuRLC—線性器件二極管的模型DU串聯(lián)電壓源模型UD二極管的導(dǎo)通壓降。硅管0.7V；鍺管0.3V。理想二極管模型正偏反偏導(dǎo)通壓降二極管的V—A特性二極管的近似分析計算：IR10VE1kΩIR10VE1kΩ例：串聯(lián)電壓源模型測量值9.32mA相對誤差理想二極管模型RI10VE1kΩ相對誤差0.7V例3二極管門電路圖1-23二極管“與”門電路二極管“或”門電路1.整流二極管的應(yīng)用（單向?qū)щ娦裕?.檢波3.限幅典型電路：限幅電路1.整流1.2.4二極管的應(yīng)用（單向?qū)щ娦裕?.檢波VDui＋－uo＋－RE

并聯(lián)二極管上限幅電路3.限幅O(b)EOEw

t

w

t

ui

uO

O(c)-E-EOw

t

w

t

ui

uO

(a)OOw

t

w

t

ui

uO

Um

-Um

提問：如果二極管方向相反，波形？1.整流2.檢波

并聯(lián)二極管上限幅電路3.限幅并聯(lián)下限幅電路VDui＋－uO＋－ER1.2.4二極管的應(yīng)用（單向?qū)щ娦裕￢Dui＋－uo＋－RE圖1-21串聯(lián)限幅電路歸納：不論二極管串聯(lián)限幅還是并聯(lián)限幅，只要P端接輸出,就是上限幅;N端接輸出，就是下限幅。VD1ui＋－uo＋－RE1VD2E2＋－－＋圖1-22(a)上限幅VDui＋－uo＋－RE(b)下限幅VDui＋－uO＋－RE雙向限幅反向飽和電流Is：Si:nA級,Ge:μA級溫度特性

復(fù)習(xí)死區(qū)電壓：

Si＝？,Ge＝？導(dǎo)通電壓Uon：Si＝？,Ge＝？

二極管的伏安特性表達(dá)式

I=?PN結(jié)的其它名稱？二極管最重要的特性？TUon-?mV/℃TIs增?倍/增?℃作業(yè)：P691.2，1.3思考1.4預(yù)習(xí)1.3節(jié)題解：1.4電路如圖P1.4所示，二極管導(dǎo)通電壓UD＝0.7V，常溫下UT≈26mV，電容C對交流信號可視為短路；ui為正弦波，有效值為10mV。試問二極管中流過的交流電流有效值。解：二極管的直流電流

ID＝（E－UD）/R

=（2-0.7）/0.5=2.6mA其動態(tài)電阻

rD≈UT/ID＝26/2.6=10Ω故交流電流有效值

Id＝Ui/rD=10/10=1mAE圖P1.4解題要求（1）抄題、抄圖（描圖）（2）各電壓、電流要標(biāo)明位置、方向（3）公式——代入數(shù)值——結(jié)果2.5穩(wěn)壓二極管1.伏安特性最小維持電流最大允許電流

由一個PN結(jié)組成，反向擊穿后在一定的電流范圍內(nèi)端電壓基本不變，為穩(wěn)定電壓。a)伏安特性b)符號和等效電路圖穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。

主要參數(shù)2.5穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓UZ：是在規(guī)定的電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓穩(wěn)定電流IZ：是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時的參考電流。最大功耗PZM：PZM＝

IZMUZ動態(tài)電阻rz：是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)時，端電壓的變化量與其電流變化量之比，即rz

＝ΔUZ

/ΔIZ

rZ

愈小愈好。對于同一個穩(wěn)壓管，工作電流愈大，rZ

值愈小。

電壓溫度系數(shù)U穩(wěn)壓管電流不變時，環(huán)境溫度每變化1℃引起穩(wěn)定電壓變化的百分比。

(1)

UZ>7V,U>0；UZ<4V，U<0；

(2)

UZ

在4~7V之間，U

值比較小，性能比較穩(wěn)定。

2CW17：UZ=9~10.5V，U=0.09

%/℃

2CW11：UZ=3.2~4.5V，U=-(0.05~0.03)%/℃2.5穩(wěn)壓二極管VDZR使用穩(wěn)壓管需要注意的幾個問題：圖1.2.13穩(wěn)壓管電路UOIO+IZIRUI+

1.

外加電源的正極接管子的N區(qū)，電源的負(fù)極接P區(qū)，保證管子工作在反向擊穿區(qū)；RL

2.

穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)載電阻RL

并聯(lián)；

3.

必須限制流過穩(wěn)壓管的電流IZ，不能超過規(guī)定值，以免因過熱而燒毀管子。例：穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用RLuiuORDZiiziLUZ已知：穩(wěn)壓二極管UZ=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，輸入ui=12V，限流R=200。問：若負(fù)載RL變化范圍1.5k~4k，是否還能穩(wěn)壓？RLuiuORDZiiziLUZUZ=10V,ui=12VR=200Izmax=12mA,Izmin=2mARL=1.5k~4ki=（ui-UZ）/R=（12-10）/0.2=10（mA）

RL=1.5k,iL=10/1.5=6.7（mA）,iZ=10-6.7=3.3（mA）RL=4k,iL=10/4=2.5（mA）,iZ=10-2.5=7.5（mA）負(fù)載變化,但iZ仍在12mA和2mA之間,所以穩(wěn)壓管仍能起穩(wěn)壓作用

1.2.6其它二極管光電二極管發(fā)光二極管有正向電流流過時，發(fā)出從紅外光到可見光，其電特性與一般二極管類似，正向電壓1.5～2V，電流為幾~幾十mA。發(fā)光二極管光電二極管反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升圖1-26光電耦合器件圖