1、2.4 半導(dǎo)體二極管,2.4.1 二極管的結(jié)構(gòu)類型,二極管的結(jié)構(gòu)示意圖,(a) 點(diǎn)接觸型 (b) 面接觸型 (c) 平面型,2.4.2 二極管的伏安特性,二極管的伏安特性曲線,(a) 測(cè)試電路 (b) 特性曲線,伏安特性方程,正向特性,在正向區(qū)，加入正向電壓后，二極管并沒有出現(xiàn)電流，有一個(gè)死區(qū)。當(dāng)正向電壓加到一個(gè)被稱為開啟電壓Uth后，正向電流開始出現(xiàn)，正向特性曲線非線性較大，當(dāng)正向電流較大時(shí)，特性曲線也具有一定線性度。,硅二極管和鍺二極管的正向特性有所不同，主要表現(xiàn)在開啟電壓不同，硅二極管的Uth大約在0.5V；鍺二極管的Uth 大約在0.1V。,反向特性,在反向區(qū)，硅二極管和鍺二極管的特性

2、有所不同。硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽和電流很小；鍺二極管的反向擊穿特性比較軟，過渡比較圓滑，反向飽和電流較大。,從擊穿機(jī)理上看，當(dāng)硅二極管|UBR|7V時(shí)，主要是雪崩擊穿；當(dāng)|UBR|4V時(shí)，則主要是齊納擊穿。當(dāng)|UBR|在4V7V之間時(shí)，兩種擊穿都有。,2.4.3 二極管的主要參數(shù),(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正向平均電流。,(2) 最大反向工作電壓URM 二極管安全工作時(shí)，所能承受的最大反向電壓。一般URM約為反向擊穿電壓UBR的一半。,(3) 反向電流IR 一般是指二極管未擊穿時(shí)的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)

3、級(jí)；鍺二極管在微安(A)級(jí)。 IR值越小，二極管單向?qū)щ娦栽胶谩?(4) 最高工作頻率fM 二極管工作的上限頻率，由PN結(jié)的結(jié)電容大小決定。二極管的工作頻率超過fM時(shí)，單向?qū)щ娦宰儾睢?2.4.4 二極管的等效模型,理想模型,二極管正向?qū)〞r(shí)，其正向壓降為零；二極管反向截止時(shí)，認(rèn)為反向電阻為無窮大，反向電流為零，稱為理想二極管。此時(shí)理想二極管相當(dāng)于理想開關(guān)。 該模型主要用于信號(hào)幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二極管的正向壓降，可以忽略二極管正向壓降和反向電流的電路中。,1. 理想模型,恒壓降模型,認(rèn)為二極管的正向壓降為常數(shù)、反向電阻為無窮大、反向電流為零。此時(shí)二極管可以用一個(gè)理想二極管串聯(lián)一個(gè)恒壓源UD表示。硅管

4、的正向壓降UD為0.7V。,2. 恒壓降模型,折線化模型,在正向曲線上選取一點(diǎn)Q(UD,ID)，連接Q點(diǎn)和(Uth,0)點(diǎn)。注意rD不是動(dòng)態(tài)電阻rd，因?yàn)樾本€不是切線。折線模型不固定，與Q點(diǎn)的選取有關(guān)。,3. 折線化模型,Q,Q,二極管的動(dòng)態(tài)電阻屬于交流參數(shù)，是二極管對(duì)它兩端交流電壓呈現(xiàn)出的電阻值。rd可以用二極管伏安特性曲線斜率的倒數(shù)來表示，rd的大小和工作點(diǎn)Q有關(guān)。,二極管的動(dòng)態(tài)電阻的物理意義,4. 小信號(hào)模型,小信號(hào)模型,用于計(jì)算UD, ID在Q點(diǎn)附近的微小變化。注意，一定要先提供一個(gè)工作點(diǎn)Q ！,4. 小信號(hào)模型,2.4.5 二極管基本應(yīng)用電路,半波整流電路和輸入輸出波形,1. 整流電

5、路,(a) 電路圖 (b) 輸入輸出波形,2. 限幅電路,(a) (b),3. 開關(guān)電路,二極管與門,與門輸入輸出電壓關(guān)系,2.5 穩(wěn)壓二極管,2.5.1 穩(wěn)壓二極管的伏安特性,穩(wěn)壓二極管的符號(hào)與伏安特性,穩(wěn)壓二極管的伏安特性與普通二極管相似，其正向特性為指數(shù)曲線。當(dāng)穩(wěn)壓二極管外加反向電壓時(shí)，當(dāng)反向電壓增大到反向擊穿電壓時(shí)，穩(wěn)壓二極管反向擊穿。此時(shí)如果反向電流在一定范圍內(nèi)，其反向擊穿特性陡直，幾乎平行于縱軸，呈現(xiàn)很好的穩(wěn)壓特性。,2.5.2 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù),(1) 穩(wěn)定電壓UZ 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。,(2) 動(dòng)態(tài)電阻rZ,其概念與一般二極管的動(dòng)態(tài)電阻相

6、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曲線上求取的。rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 rZ =UZ /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 PZM= UZ 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 IZMAX = PZMAX/UZ 而IZMIN對(duì)應(yīng)UZMIN，即反向特性曲線剛剛擊穿處對(duì)應(yīng)的IZ。若工作電流IZIZMIN則不能穩(wěn)壓。,(5) 穩(wěn)定電壓UZ的溫度系數(shù),溫度的變化將使UZ改變，在穩(wěn)壓管中當(dāng)|UZ| 7 V時(shí)，UZ具有正溫度系數(shù) 0，反向擊穿是雪崩擊穿。 當(dāng)|UZ|4V時(shí)，UZ具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。 當(dāng)4V|UZ| 7 V時(shí)，正、負(fù)溫度系數(shù)互相抵消，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，提供十分穩(wěn)定的直流電壓。,2.5.3 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路,穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路,1. 穩(wěn)壓原理,2. 限流電阻確定,已知UImax、UImin、ILmax、ILmin、IZmax、IZmin,IZ在UImax、ILmin時(shí)取得最大值，則,IZ在UImin、ILmax時(shí)取得最小值，則,【例