1、1,主 要 內(nèi) 容,一、半導(dǎo)體及其特性 二、N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體 三、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?四、二極管的結(jié)構(gòu)與圖形符號 五、二極管的單向?qū)щ娦?六、二極管的伏安特性 七、二極管的型號及識別 八、二極管的主要參數(shù) 九、二極管的檢測 十、其他類型的二極管,2,1.自然界中的物質(zhì)，按照導(dǎo)電能力的不同，可分為 、 和 。,一、半導(dǎo)體及其特性,稱為半導(dǎo)體。,3.常用的半導(dǎo)體材料有 、 等。,4.半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力對 、 、 、 電場、磁場等反應(yīng)敏感。,導(dǎo)體,半導(dǎo)體,絕緣體,硅（Si）,鍺（Ge）,2.導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì),溫度,光照,摻入的雜質(zhì),3,2、利用半導(dǎo)體對溫度十分敏感的特性，制成

2、了工業(yè)自動控制裝置中常用的 。,1、當(dāng)溫度升高時(shí)，大多數(shù)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力 ，當(dāng)溫度下降時(shí)，這些半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力 。,顯著增強(qiáng),顯著下降,熱敏電阻,3、當(dāng)有光線照射在某些半導(dǎo)體上時(shí)，這些半導(dǎo)體就像導(dǎo)體一樣，導(dǎo)電能力很強(qiáng)；當(dāng)沒有光線照射時(shí)，這些半導(dǎo)體就像絕緣體一樣不導(dǎo)電，這種特性稱為 。,完全純凈的半導(dǎo)體,5、 稱為本征半導(dǎo)體。,4、利用“光敏”特性可制成光敏電阻、光電二極管、光電三極管及光電池等光電器件。,“光敏”特性,6、在純凈的半導(dǎo)體中，摻入適量的雜質(zhì)，會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力 。,顯著增強(qiáng),4,1、半導(dǎo)體器件適合存放在高溫和強(qiáng)烈的光照環(huán)境中嗎？為什么？,2、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能如何？,思考：,

3、5,在純凈的半導(dǎo)體硅或鍺中摻入適量的 元素，可形成帶 電的自由電子參與導(dǎo)電，故被稱為 ，簡稱N型半導(dǎo)體。,二、N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體,在純凈的半導(dǎo)體硅或鍺中摻入適量的 元素，可形成帶 電的空穴參與導(dǎo)電，故被稱為 ，簡稱P型半導(dǎo)體。,五價(jià)磷,負(fù),電子型半導(dǎo)體,三價(jià)硼,空穴型半導(dǎo)體,正,N型半導(dǎo)體：,P型半導(dǎo)體：,6,三、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，在結(jié)合處會形成一個(gè)特殊的薄層，這個(gè)薄層稱為PN結(jié)。,電流只能從 流向 ，,P端,N端,PN結(jié)：,PN結(jié)的導(dǎo)電特性：,而不能從N端流向P端。,單向?qū)щ娦裕?7,（一）二極管的結(jié)構(gòu)與圖形符號,1、結(jié)構(gòu)：普通二極管是由一個(gè)PN結(jié)

4、加上兩條電極引線做成管芯，從P區(qū)引出的電極作為正極，從N區(qū)引出的電極作為負(fù)極，并且用塑料、玻璃或金屬等材料作為管殼封裝起來，這樣就構(gòu)成了二極管。,2、極性標(biāo)識方法：,體積較小時(shí)，在其中的一端用一個(gè)色環(huán)表示負(fù)極；無色環(huán)一端就是正極。,體積較大時(shí)，常在殼體上印有標(biāo)明正極和負(fù)極的符號。,3、圖形符號：,四、二極管,8,（二）二極管的單向?qū)щ娦?實(shí)驗(yàn)過程可以說明：,（1）加正向電壓二極管導(dǎo)通,（2）加反向電壓二極管截止,將二極管的正極接電路中的高電位，負(fù)極接低電位，稱為 此時(shí)二極管內(nèi)部呈現(xiàn)較小的電阻，有較大的電流通過，二極管的這種狀態(tài)稱為正向?qū)顟B(tài)。,正向偏置（正偏）。,將二極管的正極接電路中的低電

5、位，負(fù)極接高電位，稱為 此時(shí)二極管內(nèi)部呈現(xiàn)很大的電阻，幾乎沒有電流通過，二極管的這種狀態(tài)稱為反向截止?fàn)顟B(tài)。,反向偏置（反偏）。,9,（三）二極管的伏安特性,1.正向特性,2.反向特性,10,11,重復(fù)16次，標(biāo)號依次加1,元件旋轉(zhuǎn)角度22.5,元件圓形排列,12,13,14,15,三、元件自動布局及手工調(diào)整,1.元件自動布局 在進(jìn)行自動布局前，必須在禁布層（Keep out Layer）上規(guī)劃PCB的電氣邊界，然后才能載入網(wǎng)絡(luò)表文件，預(yù)布局的元件必須設(shè)定為鎖定狀態(tài)。 執(zhí)行菜單“工具”“放置元件”“自動布局”，屏幕彈出“自動布局”對話框，如圖6-12、6-13所示。,在元件較少的電路中使用,在元

6、件較多的電路中使用,需設(shè)置參數(shù),16,自動布局的效果都不是很理想，存在較多不合理的地方，因此在自動布局后還要進(jìn)行手工布局調(diào)整。 本電路采用分組布局，選中【快速元件布局】復(fù)選框，布局效果如圖6-14所示，各元件之間存在網(wǎng)絡(luò)飛線，體現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間連接關(guān)系，但它不是實(shí)際連線，布線時(shí)要用印制導(dǎo)線來代替。 2.手工布局調(diào)整 手工布局調(diào)整主要是通過移動元件、旋轉(zhuǎn)元件等方法合理地調(diào)整元件的位置，減少網(wǎng)絡(luò)飛線的交叉。 對于處于鎖定狀態(tài)的元件必須先在“元件屬性”中去除鎖定狀態(tài)才能移動。 布局調(diào)整結(jié)束后，執(zhí)行菜單“查看”“顯示三維PCB板”，顯示元件布局的3D視圖，觀察元件布局是否合理。 手工布局調(diào)整后的流水燈電路如圖

7、6-15所示 。,17,自動布局的效果都不是很理想，存在較多不合理的地方，因此在自動布局后還要進(jìn)行手工布局調(diào)整。 本電路采用分組布局，選中【快速元件布局】復(fù)選框，布局效果如圖6-14所示，各元件之間存在網(wǎng)絡(luò)飛線，體現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間連接關(guān)系，但它不是實(shí)際連線，布線時(shí)要用印制導(dǎo)線來代替。 2.手工布局調(diào)整 手工布局調(diào)整主要是通過移動元件、旋轉(zhuǎn)元件等方法合理地調(diào)整元件的位置，減少網(wǎng)絡(luò)飛線的交叉。 對于處于鎖定狀態(tài)的元件必須先在“元件屬性”中去除鎖定狀態(tài)才能移動。 布局調(diào)整結(jié)束后，執(zhí)行菜單“查看”“顯示三維PCB板”，顯示元件布局的3D視圖，觀察元件布局是否合理。 手工布局調(diào)整后的流水燈電路如圖6-15所示

8、。,自動布局效果不好,18,四、PCB預(yù)布線,19,頂層露銅,底層覆銅,20,4.鎖定預(yù)布線 有些電路在自動布線前已經(jīng)針對某些網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了預(yù)布線，如果要在自動布線時(shí)保留這些預(yù)布線，可以在自動布線器選項(xiàng)中設(shè)置鎖定所有預(yù)布線。 執(zhí)行菜單“自動布線”“設(shè)定”，屏幕彈出“Situs布線策略”對話框，選中對話框下方的【鎖定全部預(yù)布線】復(fù)選框，鎖定全部預(yù)布線，單擊“OK”按鈕退出設(shè)置狀態(tài)。,21,五、自動布線規(guī)則設(shè)置,設(shè)計(jì)規(guī)則列表欄,設(shè)計(jì)詳細(xì)內(nèi)容欄,22,1.電氣設(shè)計(jì)規(guī)則（Electrical） 電氣設(shè)計(jì)規(guī)則是PCB布線過程中所遵循的電氣方面的規(guī)則，主要用于DRC電氣校驗(yàn)。共包含了4個(gè)子規(guī)則。 Cleara

9、nce（安全間距規(guī)則設(shè)置） 安全間距規(guī)則用于設(shè)置PCB上不同網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)線、焊盤、過孔及覆銅等導(dǎo)電圖形之間的最小間距。通常情況下安全間距越大越好，但是太大的安全間距會造成電路布局不夠緊湊，增加PCB的尺寸，提高制板成本。 安全間距通常設(shè)置為10mil20mil（0.254mm0.508mm）。 用鼠標(biāo)左鍵單擊圖6-19中的【Clearance】規(guī)則，系統(tǒng)默認(rèn)一個(gè)名稱為“Clearance”的子規(guī)則，單擊該規(guī)則名稱，顯示該規(guī)則的屬性設(shè)置信息，可以進(jìn)行設(shè)置。,設(shè)置最小間距,設(shè)置適用范圍,23,Short-Circuit（短路約束規(guī)則設(shè)置） 短路約束規(guī)則用于設(shè)置PCB上的導(dǎo)線等對象是否允許短路。單擊圖6

10、-19中的【Short-Circuit】規(guī)則，系統(tǒng)默認(rèn)一個(gè)名稱為“Short Circuit”的子規(guī)則，單擊該規(guī)則名稱，顯示該規(guī)則的屬性設(shè)置信息，如圖6-21所示。 系統(tǒng)默認(rèn)的短路約束規(guī)則是不允許短路。但在一些特殊的電路中，如帶有模擬地和數(shù)字地的模數(shù)混合電路，在設(shè)計(jì)時(shí)，這兩個(gè)地是屬于不同網(wǎng)絡(luò)的，但在電路設(shè)計(jì)完成之前，設(shè)計(jì)者必須將這兩個(gè)地在某一點(diǎn)連接起來，這就需要允許短路存在。為此可以針對兩個(gè)地線網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)設(shè)置一個(gè)允許短路的規(guī)則，在兩個(gè)【匹配對象的位置】區(qū)中分別選中數(shù)字地和模擬地，然后選中【允許短回路】復(fù)選框即可。,不選中表示不允許短路,24,2.布線設(shè)計(jì)規(guī)則（Routing） 在PCB規(guī)則和約束

11、編輯器的規(guī)則列表欄單擊【Routing】項(xiàng)，系統(tǒng)展開所有的布線設(shè)計(jì)規(guī)則列表，共包含了7個(gè)子規(guī)則，主要的子規(guī)則說明如下。 Width（導(dǎo)線寬度限制規(guī)則） 導(dǎo)線寬度限制規(guī)則用于設(shè)置自動布線時(shí)印制導(dǎo)線的寬度范圍，可以定義最小寬度（Min Width）、最大寬度（Max Width）和優(yōu)選尺寸（Preferred Width），單擊每個(gè)寬度欄并鍵入數(shù)值即可對其進(jìn)行設(shè)置，如圖6-22所示。 在實(shí)際使用中，通常會針對不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置不同的線寬限制規(guī)則，特別是地線網(wǎng)絡(luò)的線寬，此時(shí)可以建立新的線寬限制規(guī)則。,25,設(shè)置適用范圍,設(shè)置線寬大小限制,26,27,1.Clearance Constraint（間距限制

12、規(guī)則） 圖7-27中選中Clearance Constraint，進(jìn)入間距限制規(guī)則設(shè)置。該規(guī)則用來限制具有導(dǎo)電特性的圖件之間的最小間距，在對話框的右下角有三個(gè)按鈕。 Add按鈕。用于新建間距限制規(guī)則，單擊后出現(xiàn)圖7-28所示的對話框。左邊一欄用于設(shè)置規(guī)則適用的范圍，右邊一欄是設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)則的參數(shù)，Connective下拉列表框設(shè)置適用網(wǎng)絡(luò)。 設(shè)置完畢，單擊OK按鈕，完成間距設(shè)計(jì)規(guī)則的設(shè)定，設(shè)定好的內(nèi)容將出現(xiàn)在設(shè)計(jì)規(guī)則對話框下方的具體內(nèi)容一欄中。 Delete按鈕。用于刪除選取的規(guī)則。 Properties按鈕。用于修改設(shè)計(jì)規(guī)則參數(shù)，修改后的內(nèi)容會出現(xiàn)在具體內(nèi)容欄中。,28,適用范圍 GND,線寬

13、大小0.75mm,29,30,31,雙面布線,若單面布線,則只選中Bottom Layer,32,33,34,本例中布線設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置主要內(nèi)容如下。 安全間距規(guī)則設(shè)置：0.254mm，適用于全部對象； 短路約束規(guī)則：不允許短路； 導(dǎo)線寬度限制規(guī)則：GND的線寬為0.75mm，VCC的線寬為0.65mm，其它信號線的線寬為0.5mm，優(yōu)先級依次降低； 布線層規(guī)則：雙面布線； 布線轉(zhuǎn)角規(guī)則：45拐彎； 其它規(guī)則選擇默認(rèn)。,35,在PCB設(shè)計(jì)界面中，執(zhí)行菜單“自動布線”“全部對象”，屏幕彈出“Situs布線策略”對話框，如圖6-33所示。,六、自動布線及手工調(diào)整,36,37,38,布線時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求

14、設(shè)置布線層的走線方式，如采用單面布線，設(shè)置Bottom Layer為Any（底層任意方向布線）、其它層Not Used（不使用）；采用雙面布線時(shí)，設(shè)置Top Layer為Vertical（垂直布線），Bottom Layer層為Horizontal（水平布線），其它層Not Used（不使用）。 一般在兩層以上的PCB布線中，布線層的走線方式可以選擇Automatic，系統(tǒng)會自動設(shè)置相鄰層采用正交方式走線。,39,40,41,5.手工布線調(diào)整 調(diào)整布線常常需要拆除以前的布線，PCB編輯器中提供有自動拆線功能和撤消功能，當(dāng)設(shè)計(jì)者對自動布線的結(jié)果不滿意時(shí)，可以使用該工具拆除電路板圖上的銅膜線而只剩

15、下網(wǎng)絡(luò)飛線。 撤消操作 自動拆線 自動拆線的菜單命令在“工具”“取消布線”的子菜單中,可以針對全部對象、網(wǎng)絡(luò)、連接、元件、Room空間拆除與元件連接的銅膜線。 手工布線調(diào)整后的流水燈PCB如圖6-41所示。,42,43,七、淚滴使用,所謂淚珠滴，就是在印制導(dǎo)線與焊盤或過孔相連時(shí)，為了增強(qiáng)連接的牢固性，在連接處逐漸加大印制導(dǎo)線寬度。采用淚珠滴后，印制導(dǎo)線在接近焊盤或過孔時(shí)，線寬逐漸放大，形狀就象一個(gè)淚珠，如圖6-42所示。 添加淚珠滴時(shí)要求焊盤要比線寬大，一般在印制導(dǎo)線比較細(xì)時(shí)可以添加淚珠滴。,淚珠滴,44,45,參數(shù)設(shè)置完畢，單擊“確認(rèn)”按鈕，系統(tǒng)自動添加淚珠滴。圖6-44所示為添加淚珠滴的流水燈PCB，圖中針對所有焊盤添加導(dǎo)線型淚珠滴。,46,八、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）,