第3章半导体二极管及其基本电路课件

第第3 3章章 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路 3.3半导体二极管半导体二极管 3.1半导体的基本知识半导体的基本知识 3.2PN 结的形成及特性结的形成及特性 3.4二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法 3.5特殊二极管特殊二极管学习顺序：材料学习顺序：材料P、NPN结结二极管二极管电路电路主要内容：半导体二极管的电特性、基本电路应用主要内容：半导体二极管的电特性、基本电路应用3.1 3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识一、半导体材料一、半导体材料一、半导体材料一、半导体材料二、半导体的共价键结构二、半导体的共价键结构二、半导体的共价键结构二、半导体的共价键结构三、本征半导体、空穴及其导电作用三、本征半导体、空穴及其导电作用三、本征半导体、空穴及其导电作用三、本征半导体、空穴及其导电作用四、杂质半导体四、杂质半导体四、杂质半导体四、杂质半导体一、半导体材料半导体的特点：半导体的特点：半导体的特点：半导体的特点：热敏性热敏性热敏性热敏性光敏性光敏性光敏性光敏性掺杂性掺杂性掺杂性掺杂性 晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子硅、锗的晶体结构硅、锗的晶体结构硅、锗的晶体结构硅、锗的晶体结构共价键共价键共价键共价键 相邻原子共有价电子所形成的束缚。相邻原子共有价电子所形成的束缚。相邻原子共有价电子所形成的束缚。相邻原子共有价电子所形成的束缚。二、半导体的共价键结构除去价电子除去价电子后的原子后的原子三、本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体 完全完全完全完全纯净纯净纯净纯净的、具有的、具有的、具有的、具有晶体结构晶体结构晶体结构晶体结构的半导体的半导体的半导体的半导体。如硅如硅如硅如硅、锗单晶体。锗单晶体。锗单晶体。锗单晶体。自由电子自由电子自由电子自由电子 价电子价电子价电子价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）在获得一定能量（温度升高或受光照）在获得一定能量（温度升高或受光照）在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为后，即可挣脱原子核的束缚，成为后，即可挣脱原子核的束缚，成为后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子自由电子自由电子自由电子（带负电）（带负电）（带负电）（带负电）空空空空 穴穴穴穴 自由电子的产生使共价键中留下一个空自由电子的产生使共价键中留下一个空自由电子的产生使共价键中留下一个空自由电子的产生使共价键中留下一个空位，称为位，称为位，称为位，称为空穴空穴空穴空穴（带正电的载流子）（带正电的载流子）（带正电的载流子）（带正电的载流子）。Si Si Si Si价电子价电子空穴空穴温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子自由电子本征激发本征激发本征激发本征激发 这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。本征半导体中，自由电子和本征半导体中，自由电子和本征半导体中，自由电子和本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，数目相同空穴成对出现，数目相同空穴成对出现，数目相同空穴成对出现，数目相同 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。当于正电荷的移动）。当于正电荷的移动）。当于正电荷的移动）。当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流电流电流电流 ：(1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流电子电流电子电流 (2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流运载电荷的粒子称为运载电荷的粒子称为载流子载流子。自由电子自由电子自由电子自由电子和和和和空穴空穴空穴空穴都称为载流子。都称为载流子。都称为载流子。都称为载流子。注意：注意：注意：注意：(1)(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)温度愈高，温度愈高，温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目维持一定的数目维持一定的数目维持一定的数目；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。增多，自由电子与空穴对的浓度加大。增多，自由电子与空穴对的浓度加大。增多，自由电子与空穴对的浓度加大。自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。复合：复合：空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。两种载流子两种载流子两种载流子两种载流子电子电子电子电子(自由电子自由电子自由电子自由电子)空穴空穴空穴空穴两种载流子的运动两种载流子的运动两种载流子的运动两种载流子的运动自由电子自由电子自由电子自由电子(在共价键以外在共价键以外在共价键以外在共价键以外)的运动的运动的运动的运动空穴空穴空穴空穴(在共价键以内在共价键以内在共价键以内在共价键以内)的运动的运动的运动的运动 结论结论：1.1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；2.2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；3.3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关。本征半导体导电能力弱，并与温度有关。本征半导体导电能力弱，并与温度有关。本征半导体导电能力弱，并与温度有关。掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，种半导体的主要导电方式，种半导体的主要导电方式，种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或称为电子半导体或称为电子半导体或称为电子半导体或N N型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电子五价磷五价磷原子原子失去一个电子失去一个电子变为正离子变为正离子自由电子是自由电子是自由电子是自由电子是多数多数多数多数载流子，载流子，载流子，载流子，空穴是空穴是空穴是空穴是少数少数少数少数载流子。载流子。载流子。载流子。1.N 1.N 型半导体型半导体型半导体型半导体 （N Negative egative 负）负）负）负）载流子数载流子数 电子数电子数在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子在本征半导体中掺入微量的杂质在本征半导体中掺入微量的杂质在本征半导体中掺入微量的杂质在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）。（某种元素）。（某种元素）。（某种元素）。四、杂质半导体2.P 2.P 2.P 2.P 型半导体（型半导体（型半导体（型半导体（P P P Positivositivositivositiv正）正）正）正）掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或 P P型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si空穴是空穴是空穴是空穴是多数多数多数多数载流子，载流子，载流子，载流子，自由电子是自由电子是自由电子是自由电子是少数少数少数少数载流子。载流子。载流子。载流子。B三价硼原三价硼原子子接受一个电接受一个电接受一个电接受一个电子变为负离子变为负离子变为负离子变为负离子子子子空穴空穴无论无论无论无论N N型或型或型或型或P P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。载流子数载流子数 空穴数空穴数1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。2.2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。3.3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 （a.a.减少、减少、减少、减少、b.b.不变、不变、不变、不变、c.c.增多）。增多）。增多）。增多）。a ab bc c4.4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P P 型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是主要是主要是 ，N N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。（a.a.电子电流、电子电流、电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）空穴电流）空穴电流）b ba aIIPINI I=I IP P+I IN NN N 型半导体型半导体型半导体型半导体 I I I IN NP P 型半导体型半导体型半导体型半导体 I I I IP P3.3.3.3.杂质半导体的导电作用杂质半导体的导电作用杂质半导体的导电作用杂质半导体的导电作用1.1.PNPNPNPN结结结结(PN Junction)(PN Junction)的形成的形成的形成的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P P 型半导体型半导体型半导体型半导体N N 型半导体型半导体型半导体型半导体 内电场越强，漂内电场越强，漂内电场越强，漂内电场越强，漂移运动越强，而漂移运动越强，而漂移运动越强，而漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变移使空间电荷区变移使空间电荷区变移使空间电荷区变薄。薄。薄。薄。扩散扩散扩散扩散的结果的结果的结果的结果使空间使空间使空间使空间电荷区电荷区电荷区电荷区变宽。变宽。变宽。变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称空间电荷区也称空间电荷区也称 PN PN 结结结结 扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移这一对相反的这一对相反的这一对相反的这一对相反的运动最终达到运动最终达到运动最终达到运动最终达到动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。度固定不变。度固定不变。+复合使交界面复合使交界面复合使交界面复合使交界面形成空间电荷形成空间电荷形成空间电荷形成空间电荷区区区区扩散电流扩散电流扩散电流扩散电流 等于漂移电流等于漂移电流等于漂移电流等于漂移电流 总电流总电流总电流总电流 I I=0=03.23.2 PN 结的形成及特性2.PN2.PN结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性1 1）PN PN 结加正向电压结加正向电压结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF 内电场被削内电场被削内电场被削内电场被削弱，多子的扩弱，多子的扩弱，多子的扩弱，多子的扩散加强，形成散加强，形成散加强，形成散加强，形成较大的扩散电较大的扩散电较大的扩散电较大的扩散电流。流。流。流。PN PN 结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结变窄，正向电流较大，正向结变窄，正向电流较大，正向结变窄，正向电流较大，正向结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，电阻较小，电阻较小，电阻较小，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+2 2）PN PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 P接负、接负、N接正接正 内电场内电场内电场内电场P PN N+PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽外电场外电场外电场外电场 内电场被加内电场被加内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。向电流。向电流。IR P接负、接负、N接正接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PN PN 结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，反向电阻结变宽，反向电流较小，反向电阻结变宽，反向电流较小，反向电阻结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，较大，较大，较大，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+反向饱反向饱和电流和电流温度的温度的电压当量电压当量电子电量电子电量玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数当当当当 T T=300=300(2727 C C，常温下，常温下，常温下，常温下)：U UT T =26 mV=26 mV3.PN 3.PN 结的伏安特性（结的伏安特性（结的伏安特性（结的伏安特性（V-IV-I特性）特性）特性）特性）-单向导电性单向导电性单向导电性单向导电性热力学温热力学温度度其中，其中，当当当当 PNPN结外加正向电压，且结外加正向电压，且结外加正向电压，且结外加正向电压，且UUUUT T时：时：时：时：Ou/VI/mA正向特性正向特性反反 向向 击击 穿穿当当当当 PNPN结外加结外加结外加结外加反反反反向电压，且向电压，且向电压，且向电压，且|U|U|U|UT T时：时：时：时：U U（BRBR）加正向电压加正向电压加反向电压加反向电压IsIs4.PN 4.PN 结的反向击穿性结的反向击穿性结的反向击穿性结的反向击穿性一、一、半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型二、二、二极管的伏安（二极管的伏安（V-I）特性）特性三、三、二极管的主要参数二极管的主要参数3.3 3.3 半导体二极管半导体二极管构成：构成：构成：构成：PN PN 结结结结 +引线引线引线引线 +管壳管壳管壳管壳 =二极管二极管二极管二极管(DiodeDiode)符号：符号：符号：符号：分类：分类：分类：分类：按材料分按材料分按材料分按材料分硅二极管硅二极管硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分按结构分按结构分点接触型点接触型点接触型点接触型面接触型面接触型面接触型面接触型平面型平面型平面型平面型阴极阴极阳极阳极D一、半导体二极管的结构和类型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a )点接触型点接触型二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图用于小功率整流和高频电路用于小功率整流和高频电路用于小功率整流和高频电路用于小功率整流和高频电路用于工频大电流整流电路用于工频大电流整流电路用于工频大电流整流电路用于工频大电流整流电路(较低较低较低较低频电路频电路频电路频电路)铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b )面接触型面接触型结面积小，结电容小结面积小，结电容小故结允许的电流小故结允许的电流小最高工作频率高最高工作频率高结面积大，结电容大结面积大，结电容大故结允许的电流大故结允许的电流大最高工作频率低最高工作频率低二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P 型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型常用于集成电路制造工艺中，常用于集成电路制造工艺中，常用于集成电路制造工艺中，常用于集成电路制造工艺中，PNPN结面积可大可小，用于高频结面积可大可小，用于高频结面积可大可小，用于高频结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中整流和开关电路中整流和开关电路中整流和开关电路中结面积可小、可大结面积可小、可大小的工作频率高小的工作频率高大的结允许的电流大大的结允许的电流大功率二极管功率二极管特点：非线性特点：非线性特点：非线性特点：非线性UIPN+二极管的电流与其端电压的关系称为二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性伏安特性P PN N+正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向特性反向特性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二、二极管的V-I特性U U U Uonononon:0.5V 0.5V(硅管硅管硅管硅管)0 0.1V(.1V(锗管锗管锗管锗管)外加电压大于开启电外加电压大于开启电外加电压大于开启电外加电压大于开启电压二极管才能导通。压二极管才能导通。压二极管才能导通。压二极管才能导通。U:0U:0U:0U:0.60.8(.60.8(硅硅硅硅)0 0.10.3(10.3(锗锗锗锗)UIPN+iD=00 U Uon U Uoni iD D 急剧上升急剧上升急剧上升急剧上升开启电压开启电压U Uonon导通压降导通压降U1.1.正向特性正向特性正向特性正向特性外加电压大于反向击穿电压，二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压，二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压，二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压，二极管被击穿，失去单向导电性。向导电性。向导电性。向导电性。U UI IP PN N+开启电压开启电压U Uonon导通压降导通压降U反向饱反向饱和电流和电流IsIs反向击穿反向击穿电压电压U(BR)2.2.反向特性反向特性反向特性反向特性反向击穿类型：反向击穿类型：反向击穿类型：反向击穿类型：电击穿电击穿电击穿电击穿热击穿热击穿热击穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因反向击穿原因反向击穿原因：齐纳击穿齐纳击穿齐纳击穿齐纳击穿：(ZenerZener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。(击穿电压击穿电压击穿电压击穿电压 6 V 6 V 6 V，正正正正温度系数温度系数温度系数温度系数)击穿电压在击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。左右时，温度系数趋近零。温度对二极管特性的影响温度对二极管特性的影响温度对二极管特性的影响温度对二极管特性的影响604020 0.0200.42550iD/mAuD/V20 C90 CT 升高时升高时，UD(on)以以(2 2.5)mV/C 下降下降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T2T2T1T1T2T1T2T11.1.1.1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。较大。较大。较大。2.2.2.2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时，）时，）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。很小。很小。很小。3.3.3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。性。性。性。4.4.4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。大。大。大。二极管二极管二极管二极管的单向导电性的单向导电性的单向导电性的单向导电性1.1.最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 I IF F二极管长期使用时，允许流过二极二极管长期使用时，允许流过二极二极管长期使用时，允许流过二极二极管长期使用时，允许流过二极管的管的管的管的最大正向平均电流最大正向平均电流最大正向平均电流最大正向平均电流。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压U URMRM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压极管反向击穿电压极管反向击穿电压极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二的一半或三分之二的一半或三分之二的一半或三分之二。二极管击穿后单向。二极管击穿后单向。二极管击穿后单向。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。导电性被破坏，甚至过热而烧坏。导电性被破坏，甚至过热而烧坏。导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.3.反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流I IRMRM指二极管加指二极管加指二极管加指二极管加最高反向工作电压最高反向工作电压最高反向工作电压最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，时的反向电流。反向电流大，时的反向电流。反向电流大，时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，说明管子的单向导电性差，说明管子的单向导电性差，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的影响，温度越高反向受温度的影响，温度越高反向受温度的影响，温度越高反向受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。管的几十到几百倍。管的几十到几百倍。管的几十到几百倍。iDuDU(BR)I FURMO三、二极管的主要参数 在规定的正向电流下，二极管的正向压降，既导通电在规定的正向电流下，二极管的正向压降，既导通电在规定的正向电流下，二极管的正向压降，既导通电在规定的正向电流下，二极管的正向压降，既导通电压。通常情况下：压。通常情况下：压。通常情况下：压。通常情况下：4.4.正向压降正向压降正向压降正向压降U UF F影响工作频率的原因影响工作频率的原因影响工作频率的原因影响工作频率的原因 PN PN 结的电容效应结的电容效应结的电容效应结的电容效应 结论：结论：1.低频低频时，因时，因结电容很小，对结电容很小，对 PN 结影响很小。结影响很小。高频高频时，因时，因容抗增大，使容抗增大，使结电容分流，结电容分流，导致导致单向单向 导电性变差。导电性变差。2.结面积小时结电容小，工作频率高。结面积小时结电容小，工作频率高。1 1）理想二极管）理想二极管）理想二极管）理想二极管特性特性特性特性u uD Di iD D符号及符号及符号及符号及等效模型等效模型等效模型等效模型S SS S正偏导通，正偏导通，正偏导通，正偏导通，u uD D=0=0；反偏截止，反偏截止，反偏截止，反偏截止，i iD D=0=0 U U(BR)(BR)=1.1.1.1.理想二极管及二极管特性的折线近似理想二极管及二极管特性的折线近似理想二极管及二极管特性的折线近似理想二极管及二极管特性的折线近似3.4 二极管基电路及其分析方法u uD Di iD DU UD(on)D(on)u uD D=U UD(on)D(on)0.7 V(0.7 V(SiSi)0.3 V(0.3 V(GeGe)2 2 2 2）二极管的恒压降模型）二极管的恒压降模型）二极管的恒压降模型）二极管的恒压降模型恒压降模型，指二极管在正向导通时，恒压降模型，指二极管在正向导通时，恒压降模型，指二极管在正向导通时，恒压降模型，指二极管在正向导通时，其管压降为恒定值，且不随电流而变化。其管压降为恒定值，且不随电流而变化。其管压降为恒定值，且不随电流而变化。其管压降为恒定值，且不随电流而变化。硅二极管为硅二极管为硅二极管为硅二极管为0.7V0.7V0.7V0.7V，锗二极管为，锗二极管为，锗二极管为，锗二极管为0.3V0.3V0.3V0.3V。在实际应用中，此模型应用非常广泛在实际应用中，此模型应用非常广泛在实际应用中，此模型应用非常广泛在实际应用中，此模型应用非常广泛uDiDUD(on)UI斜率斜率1/rDrD1UD(on)3 3）二极管的折线近似模型）二极管的折线近似模型）二极管的折线近似模型）二极管的折线近似模型UD(on)硅硅硅硅二二二二极极极极管管管管，R R=2 2 k k ，分分分分别别别别用用用用二二二二极极极极管管管管理理理理想想想想模模模模型型型型和和和和恒恒恒恒压压压压降降降降模模模模型型型型求求求求出出出出 V VDD DD=2 2 V V 和和和和 V VDD DD=10 10 V V 时时时时 I IO O 和和和和 U UO O 的值。的值。的值。的值。例例例例 1 1理想模型理想模型恒压恒压降模型降模型 解解 VDD=2 V 理想理想IO=VDD/R=2/2 =1(mA)UO=VDD=2 V恒压降恒压降 UO=VDD UD(on)=2 0.7=1.3(V)IO=UO/R=1.3/2=0.65(mA)VDD=10 V 理想理想IO=VDD/R=10/2=5(mA)恒压降恒压降UO=10 0.7=9.3(V)IO=9.3/2=4.65(mA)VDD 大，大，采用理想模型采用理想模型VDD 小，小，采用恒压降模型采用恒压降模型电路如图，求：电路如图，求：电路如图，求：电路如图，求：U UABAB V V阳阳阳阳 =6 V 6 V V V阴阴阴阴 =12 V12 V V V阳阳阳阳VV阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB=6V6V否则，否则，否则，否则，U UABAB低于低于低于低于6V6V一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为6.36.3或或或或6.7V6.7V例例2：取取取取 B B 点作参考点，断开点作参考点，断开点作参考点，断开点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极二极管，分析二极管阳极二极管，分析二极管阳极二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。和阴极的电位。和阴极的电位。和阴极的电位。在这里，二极管起钳位作用在这里，二极管起钳位作用在这里，二极管起钳位作用在这里，二极管起钳位作用-把高电位拉到低电位把高电位拉到低电位把高电位拉到低电位把高电位拉到低电位 D6V12V3k BAUAB+两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取取取 B B 点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。V V1 1阳阳阳阳 =6 V6 V，V V2 2阳阳阳阳=0 V=0 V，V V1 1阴阴阴阴 =V V2 2阴阴阴阴=12 V12 VU UD1D1=6V=6V，U UD2D2=12V=12V U UD2D2 U UD1D1 D D2 2 优先导通，优先导通，优先导通，优先导通，D D1 1截止。截止。截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路若忽略管压降，二极管可看作短路若忽略管压降，二极管可看作短路若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB =0 V=0 V例例3:D D1 1承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为6 V6 V流过流过流过流过 D D2 2 的电流为的电流为的电流为的电流为求：求：求：求：U UABAB 在这里，在这里，在这里，在这里，D D2 2 起钳位作用，起钳位作用，起钳位作用，起钳位作用，D D1 1起隔离作用。起隔离作用。起隔离作用。起隔离作用。BD16V12V3k AD2UAB+u ui i 8V 8V，二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路 u uo o=8V=8V u ui i 8V 8V，二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路 u uo o=u ui i已知：已知：已知：已知：二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 u uo o 波形。波形。波形。波形。8V8V例例例例4 4：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：整流、检波、整流、检波、整流、检波、整流、检波、限幅、钳位、开限幅、钳位、开限幅、钳位、开限幅、钳位、开关、元件保护、关、元件保护、关、元件保护、关、元件保护、温度补偿等。温度补偿等。温度补偿等。温度补偿等。u ui i18V18V参考点参考点参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 V8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i+a.a.二极管的直流等效电路二极管的直流等效电路二极管的直流等效电路二极管的直流等效电路u uD D=V VDD DD i iD DR Ri iD D=f f(u uD D)1.2 V1.2 V100 100 i iD D /mAmA12128 84 40 00.30.30.60.6u uD D/V/V1.21.20.90.9MMN N直流负载线直流负载线直流负载线直流负载线斜率斜率斜率斜率 1/1/R R静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点i iD DQ QI IQQU UQQ取取取取 U UQQ=0.7 V=0.7 VI IQQ=(=(V VDD DD U UQQ)/)/R R=5=5(mAmA)二极管直流电阻二极管直流电阻二极管直流电阻二极管直流电阻 R RD D 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，称为管等效为一个电阻，称为管等效为一个电阻，称为管等效为一个电阻，称为动态电阻动态电阻动态电阻动态电阻，也就是微变等效电路。，也就是微变等效电路。，也就是微变等效电路。，也就是微变等效电路。4 4）小信号模型）小信号模型）小信号模型）小信号模型i iD D /mAmAu uD D/V/VO O电路中含直流和小信号交流电源时电路中含直流和小信号交流电源时电路中含直流和小信号交流电源时电路中含直流和小信号交流电源时,二极管中二极管中二极管中二极管中含交、直流含交、直流含交、直流含交、直流成分成分成分成分当交流电源当交流电源当交流电源当交流电源 u ui i =0=0 时时时时i iD D=I IQQU UQQ=0.7 V=0.7 V(硅硅硅硅)，0.3 V 0.3 V(锗锗锗锗)V VDDDDV VDDDD/R RQ QI IQQU UQQb.b.二极管的交流等效电路二极管的交流等效电路二极管的交流等效电路二极管的交流等效电路V VDDDDi iD D /mAmAu uD D/V/VO OV VDDDDV VDDDD/R RQ QI IQQw w w wt tO Ou ui iU UQQi iD D /mAmAw w w wt tO Oi id d斜率斜率斜率斜率1/1/r rd dr rd d=U UT T/I IQQ=26 mV/=26 mV/I IQQ当当 ui 幅幅度度较较小小时时，二二极极管管伏伏安安特特性性在在Q点点附附近近近近似为直线似为直线设设设设 u ui i =sin=sin w w w wt tu uD D=(=(V VDDDD+u ui i)i iD DR Ri iD D=f f(u uD D)V VDDDDQQQQ3.5 特殊二极管一、稳压二极管一、稳压二极管一、稳压二极管一、稳压二极管二、发光二极管二、发光二极管二、发光二极管二、发光二极管 LED(Light Emitting Diode)LED(Light Emitting Diode)三、光敏二极管三、光敏二极管三、光敏二极管三、光敏二极管符号符号 1.1.伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作时加反向电压时加反向电压时加反向电压时加反向电压使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电流变化很大，但其两端电流变化很大，但其两端电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，压变化很小，利用此特性，压变化很小，利用此特性，压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压稳压管在电路中可起稳压稳压管在电路中可起稳压稳压管在电路中可起稳压作用。作用。作用。作用。_+一、稳压二极管稳压电路稳压电路稳压电路稳压电路把握两点：把握两点：把握两点：把握两点：1.1.稳压管接反向电压稳压管接反向电压稳压管接反向电压稳压管接反向电压2.2.使用时加限流电阻使用时加限流电阻使用时加限流电阻使用时加限流电阻 R R1 1）稳定电压）稳定电压）稳定电压）稳定电压 U UZ Z 流过规定电流时稳压管流过规定电流时稳压管流过规定电流时稳压管流过规定电流时稳压管 两端的反向电压值。两端的反向电压值。两端的反向电压值。两端的反向电压值。2 2）稳定电流）稳定电流）稳定电流）稳定电流 I IZ Z 越大稳压效果越好，越大稳压效果越好，越大稳压效果越好，越大稳压效果越好，小于小于小于小于 I Iminmin 时不稳压。时不稳压。时不稳压。时不稳压。3 3）最大工作电流最大工作电流最大工作电流最大工作电流 I IZMZM 最大耗散功率最大耗散功率最大耗散功率最大耗散功率 P PZMZMP P ZM ZM=U UZ Z I IZMZM4 4）动态电阻动态电阻动态电阻动态电阻 r rZ Zr rZ Z =U UZ Z/I IZ Z 越小稳压效果越好。越小稳压效果越好。越小稳压效果越好。越小稳压效果越好。几几几几 几十几十几十几十 2 2、主要参数、主要参数、主要参数、主要参数5 5）电压温度系数电压温度系数电压温度系数电压温度系数 环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化1 1 1 1 C C引起引起引起引起稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数百分数百分数。1.符号和特性符号和特性工作条件：工作条件：正向偏置正向偏置一般工作电流几十一般工作电流几十 mA，导通电压导通电压(1 2)V符号符号u/Vi /mAO2特性特性二、发光二极管二、发光二极管 LED(Light Emitting Diode)LED(Light Emitting Diode)电学参数：电学参数：电学参数：电学参数：I I FMFM ，U U(BR)(BR)，I IR R光学参数：光学参数：光学参数：光学参数：峰值波长峰值波长峰值波长峰值波长 P P，亮度亮度亮度亮度 L L，光通量光通量光通量光通量 发光类型：发光类型：发光类型：发光类型：可见光：可见光：可见光：可见光：红、黄、绿红、黄、绿红、黄、绿红、黄、绿显示类型：显示类型：显示类型：显示类型：普通普通普通普通 LED LED，不可见光：不可见光：不可见光：不可见光：红外光红外光红外光红外光点阵点阵点阵点阵 LEDLED七段七段七段七段 LED,LED,2.2.主要参数主要参数主要参数主要参数1 1符号和特性符号和特性符号和特性符号和特性符号符号符号符号增加光照度增加光照度增加光照度增加光照度u ui iO O暗电流暗电流暗电流暗电流E E=200 lx=200 lxE E=400 lx=400 lx工作条件：工作条件：工作条件：工作条件：反向偏置反向偏置反向偏置反向偏置2.2.主要参数主要参数主要参数主要参数电学参数：电学参数：电学参数：电学参数：暗电流，光电流，最高工作范围暗电流，光电流，最高工作范围暗电流，光电流，最高工作范围暗电流，光电流，最高工作范围光学参数：光学参数：光学参数：光学参数：光谱范围，灵敏度，峰值波长光谱范围，灵敏度，峰值波长光谱范围，灵敏度，峰值波长光谱范围，灵敏度，峰值波长实物照片实物照片实物照片实物照片三、光敏二极管判断二极管工作状态的方法？判断二极管工作状态的方法？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。练 习 作 业：3.4.1,3.4.1,3.4.1,3.4.1,3.4.23.4.23.4.23.4.2，3.4.3,3.4.6,3.4.93.4.3,3.4.6,3.4.93.4.3,3.4.6,3.4.93.4.3,3.4.6,3.4.9