半导体二极管课件

杨君玲 第一章 半导体二极管和三极管第一章 半导体二极管和三极管1杨君玲 第一章 半导体二极管和三极管1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 1.3 晶体三极管晶体三极管第一章 半导体二极管和三极管1.1 半导体基础知识1.2杨君玲 2 半导体二极管一、二极管的组成一、二极管的组成二、二极管的伏安特性及电流方程二、二极管的伏安特性及电流方程三、二极管的等效电路三、二极管的等效电路四、二极管的主要参数四、二极管的主要参数五、稳压二极管五、稳压二极管2 半导体二极管一、二极管的组成二、二极管的伏安特性及电3杨君玲 一、二极管的组成将将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。结封装，引出两个电极，就构成了二极管。小功率小功率二极管二极管大功率大功率二极管二极管稳压稳压二极管二极管发光发光二极管二极管 一、二极管的组成将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管4杨君玲 一、二极管的组成点接触型：结面积小，点接触型：结面积小，结电容小，故结允许结电容小，故结允许的电流小，最高工作的电流小，最高工作频率高。频率高。面接触型：结面积大，面接触型：结面积大，结电容大，故结允许结电容大，故结允许的电流大，最高工作的电流大，最高工作频率低。频率低。平面型：结面积可小、平面型：结面积可小、可大，小的工作频率可大，小的工作频率高，大的结允许的电高，大的结允许的电流大。流大。一、二极管的组成点接触型：结面积小，结电容小，故结允许的电5杨君玲 二、二极管的伏安特性及电流方程材料材料开启电压开启电压导通电压导通电压反向饱和电流反向饱和电流硅硅Si0.5V0.50.8V1A以下锗锗Ge0.1V0.10.3V几十A开启开启电压电压反向饱反向饱和电流和电流击穿击穿电压电压温度的温度的电压当量电压当量二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。二、二极管的伏安特性及电流方程材料开启电压导通电压反向饱和6杨君玲 半导体二极管课件7杨君玲 利用Multisim测试二极管伏安特性利用Multisim测试二极管伏安特性8杨君玲 从二极管的伏安特性可以反映出：从二极管的伏安特性可以反映出：1.单向导电性单向导电性2.伏安特性受温度影响伏安特性受温度影响T（）在电流不变情况下管压降在电流不变情况下管压降u 反向饱和电流反向饱和电流IS，U(BR)T（）正向特性左移正向特性左移，反向特性下移，反向特性下移正向特性为正向特性为指数曲线指数曲线反向特性为横轴的平行线反向特性为横轴的平行线增大增大1倍倍/10从二极管的伏安特性可以反映出：1.单向导电性2.9杨君玲 三、二极管的等效电路理想理想二极管二极管近似分析近似分析中最常用中最常用理想开关理想开关导通时导通时 UD0截止时截止时IS0导通时导通时UDUon截止时截止时IS0导通时导通时i与与u成线性关系成线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路！应根据不同情况选择不同的等效电路！1.将伏安特性折线化？100V？5V？1V？三、二极管的等效电路理想近似分析中最常用理想开关导通时UD10杨君玲 2.微变等效电路Q越高，越高，rd越小。越小。当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。ui=0时直流电源作用时直流电源作用小信号作用小信号作用静态电流静态电流2.微变等效电路Q越高，rd越小。当二极管在静态基11杨君玲 四、二极管的主要参数最大整流电流最大整流电流IF：最大平均值：最大平均值最大反向工作电压最大反向工作电压UR：最大瞬时值：最大瞬时值反向电流反向电流 IR：即：即IS最高工作频率最高工作频率fM：因：因PN结有电容效应结有电容效应第四版第四版P20四、二极管的主要参数最大整流电流IF：最大平均值第四版P12杨君玲 讨论：解决两个问题解决两个问题如何判断二极管的工作状态？如何判断二极管的工作状态？什么情况下应选用二极管的什么等效电路？什么情况下应选用二极管的什么等效电路？讨论：解决两个问题如何判断二极管的工作状态？13杨君玲 【练习【练习【练习【练习1 1】：判断电路中二极管的工作状态，求解输出电压。判断电路中二极管的工作状态，求解输出电压。判断二极管工作状态的方法？判断二极管工作状态的方法？【练习1】：判断电路中二极管的工作状态，求解输出电压14杨君玲 【练习【练习【练习【练习2 2】：下图是二极管限幅电路，二极管下图是二极管限幅电路，二极管D的正向压降的正向压降可忽略不计，可忽略不计，ui=6 sin t V，E=3 V，试画出，试画出 uo 波形波形。【解解】在在ui正半周正半周,且且ui E时，时，D导通，导通，uo=E=3 V；在在ui正半周，但正半周，但ui E 及及 ui 负半周时，负半周时，D 均截止，均截止，uo=ui。DE3VRuiuo+t t ui/Vuo/V63300 2 2 6【练习2】：下图是二极管限幅电路，二极管D的正向压降可忽略15杨君玲 课堂练习：课堂练习：P 67 三三 ；P69 1.2课堂练习：P 67 三 ；P69 1.216杨君玲 五、稳压二极管1.伏安特性进入稳压区的最小电流进入稳压区的最小电流不至于损坏的最大电流不至于损坏的最大电流 由一个由一个PN结组结组成，反向击穿后成，反向击穿后在一定的电流范在一定的电流范围内端电压基本围内端电压基本不变，为稳定电不变，为稳定电压。压。2.主要参数稳定电压稳定电压UZ、稳定电流、稳定电流IZ最大功耗最大功耗PZM IZM UZ动态电阻动态电阻rzUZ/IZ 若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的限流电阻！流的限流电阻！限流电阻限流电阻斜率？斜率？五、稳压二极管1.伏安特性进入稳压区的最小电流不至于损坏17杨君玲 由于制造工艺的不同，其反向击穿电压一般比普通二极管低很多（普通由于制造工艺的不同，其反向击穿电压一般比普通二极管低很多（普通二极管为数百伏，一般硅稳压管为几伏至几十伏）。二极管为数百伏，一般硅稳压管为几伏至几十伏）。（1）工作在反向击穿状态，即伏安特性曲线中的第三象限。）工作在反向击穿状态，即伏安特性曲线中的第三象限。稳压管的工作特点稳压管的工作特点:（2）反向击穿是可逆的，当去掉反向电压时，稳压管恢复正常。）反向击穿是可逆的，当去掉反向电压时，稳压管恢复正常。（3）反向击穿特性曲线很陡。）反向击穿特性曲线很陡。（4）稳压管在使用时要串联适当数值的限流电阻，防止造成热击穿而损坏。）稳压管在使用时要串联适当数值的限流电阻，防止造成热击穿而损坏。含稳压管电路的分析含稳压管电路的分析:（1）施加正向电压，稳压管（）施加正向电压，稳压管（PN结）处于导通状态；结）处于导通状态；（2）施加反向电压且小于反向击穿电压，稳压管处于截至状态；）施加反向电压且小于反向击穿电压，稳压管处于截至状态；（3）施加反向击穿电压，稳压管处于稳压状态。）施加反向击穿电压，稳压管处于稳压状态。由于制造工艺的不同，其反向击穿电压一般比普通18杨君玲 【练习【练习【练习【练习3 3】图中通过稳压管的电流图中通过稳压管的电流 IZ 等于多少？等于多少？R 是限流电阻，是限流电阻，其值是否合适？其值是否合适？IZDZ+20VR=1.6 k UZ=12V IZMAX=18 mAIZIZ IZMAX，电阻值合适。，电阻值合适。【解解】:【练习3】图中通过稳压管的电流 IZ 等于多少？R 是限流19杨君玲 六、变容二极管（a）符号）符号 （b）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）六、变容二极管（a）符号 （b）结电容与电压的关系（纵20杨君玲 七、肖特基二极管（a）符号）符号 （b）正向）正向V-I特性特性七、肖特基二极管（a）符号 （b）正向V-I特性21杨君玲 八、光电子器件八、光电子器件（a）符号）符号 （b）电路模型）电路模型 （c）特性曲线）特性曲线1.1.光电二极管光电二极管 八、光电子器件（a）符号 （b）电路模型 （c）22杨君玲 八、光电子器件八、光电子器件2.2.发光二极管发光二极管符号符号光电传输系统光电传输系统 八、光电子器件2.发光二极管符号光电传输系统 23杨君玲 八、光电子器件八、光电子器件3.3.激光二极管激光二极管（a a）物理结构）物理结构 （b b）符号）符号 八、光电子器件3.激光二极管（a）物理结构 （b）符24杨君玲 小结二极管的主要特性二极管的主要特性:单向导电性单向导电性二极管的伏安特性曲线。二极管的伏安特性曲线。二极管的三种等效模型。什么情况下应选用二极管的三种等效模型。什么情况下应选用二极管的什么等效模型？二极管的什么等效模型？二极管工作状态的判断？二极管工作状态的判断？小结二极管的主要特性:单向导电性25