1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ),安徽理工大學(xué)電氣工程系,主講 ：黃友銳,第二講,1.3 半導(dǎo)體二極管,1.3.1,半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)類型,1.3.2,半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線,1.3.3,半導(dǎo)體二極管的參數(shù),1.3.4,半導(dǎo)體二極管的溫度特性,1.3.5,半導(dǎo)體二極管的型號(hào),1.3.6,穩(wěn)壓二極管,1.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)類型,在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。它們的結(jié)構(gòu)示意圖如圖01.11所示。,(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。,(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

2、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 于工頻大電流整流電路。,(b)面接觸型,二極管符號(hào),1.3.2 半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線,式中IS 為反向飽和電流，V 為二極管兩端的電壓降，VT =kT/q 稱為溫度的電壓當(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=300 K），則有VT=26 mV。,半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線如圖 01.12 所示。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。根據(jù)理論推導(dǎo)，二極管的伏安特性曲線可用下式表示:,(1.1),(1) 正向特性,硅二極管的死區(qū)電壓Vth=0.

3、5 V左右， 鍺二極管的死區(qū)電壓Vth=0.1 V左右。,當(dāng)0VVth時(shí)，正向電流為零，Vth稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。,當(dāng)V0即處于正向特性區(qū)域。 正向區(qū)又分為兩段：,當(dāng)VVth時(shí)，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。,(2) 反向特性,當(dāng)V0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)VBRV0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)VVBR時(shí)，反向電流急劇增加，VBR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，反向飽和電流也很小；鍺二極管的反向擊穿特性比較軟，過渡比較圓滑，

4、反向飽和電流較大。,從擊穿的機(jī)理上看，硅二極管若|VBR|7V時(shí),主要是雪崩擊穿；若|VBR|4V時(shí), 則主要是齊納擊穿。當(dāng)在4V7V之間兩種擊穿都有，有可能獲得零溫度系數(shù)點(diǎn)。,1.3.3 半導(dǎo)體二極管的參數(shù),半導(dǎo)體二極管的參數(shù)包括最大整流電流IF、反向擊穿電壓VBR、最大反向工作電壓VRM、反向電流IR、最高工作頻率fmax和結(jié)電容Cj等。幾個(gè)主要的參數(shù)介紹如下：,(1) 最大整流電流IF,二極管長(zhǎng)期連續(xù)工 作時(shí)，允許通過二 極管的最大整流 電流的平均值。,(2) 反向擊穿電壓VBR 和最大反向工作電壓VRM,(3) 反向電流IR,(4) 正向壓降VF,(5) 動(dòng)態(tài)電阻rd,在室溫下，在規(guī)定

5、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0.60.8V；鍺二極管約0.20.3V。,反映了二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。顯然， rd與工作電流的大小有關(guān)，即 rd =VF /IF,1.3.4 半導(dǎo)體二極管的溫度特性,溫度對(duì)二極管的性能有較大的影響，溫度升高時(shí)，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加，如硅二極管溫度每增加8，反向電流將約增加一倍；鍺二極管溫度每增加12，反向電流大約增加一倍。,另外，溫度升高時(shí)，二極管的正向壓降將減小，每增加1，正向壓

6、降VF(VD)大約減小2mV，即具有負(fù)的溫度系數(shù)。這些可以從圖01.13所示二極管的伏安特性曲線上看出。,1.3.5 半導(dǎo)體二極管的型號(hào),國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：,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,1.3.6 穩(wěn)壓二極管,穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊硅二極管。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01.14所示。,圖 01.14 穩(wěn)壓二極管的伏安特性,(a)符號(hào) (b) 伏安特性 (c)應(yīng)用電路,(b),(c),(a),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

7、) 穩(wěn)定電壓VZ ,(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。,其概念與一般二極管的動(dòng)態(tài)電阻相同，只不過穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。 rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 rZ =VZ /IZ,(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= VZ IZ，由 PZM和VZ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 =VZIZmax 。而Izmin對(duì)應(yīng)于VZmin。

8、若IZIzmin，則不能起穩(wěn)壓作用。,(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)VZ,溫度的變化將使VZ改變，在穩(wěn)壓管中當(dāng)VZ 7 V時(shí)，VZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。 當(dāng)VZ 4 V時(shí)， VZ具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。 當(dāng)4 VVZ 7 V時(shí)，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。,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。,光電二極管,利用半導(dǎo)體的光敏特性，其反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。,符號(hào),1.

9、3.7 特殊二極管簡(jiǎn)介,2. 發(fā)光二極管,有正向電流流過時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似，正向電壓較一般二極管高，電流為幾 幾十mA,符號(hào),二極管電路分析舉例,分析方法：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)。,若 V陽 V陰或 UD為正，二極管導(dǎo)通（正向偏置） 若 V陽 V陰或 UD為負(fù)，二極管截止（反向偏置）,電路如圖，求：UAB,V陽 =6 V，V陰 =12 V，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。 實(shí)際上， UAB低于6V一個(gè)管壓降，為6.3或6.7V,例1：,取B 點(diǎn)作為參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。,例2: 電路如圖，求：UAB,若忽略二極管正向壓降，二極管VD2可看作短路，UAB = 0 V ，VD1截止。,取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn)，V1 陽 =6 V，V2 陽 =0 V ，V1 陰 = V2 陰 ，由于V2 陽電壓高