半导体二极管解析ppt课件

1,第二节 半导体二极管,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.2 晶体二极管,晶体二极管及其电路分析,稳压管及其电路分析,总目录,下页,特殊二极管,主要内容,学习目标：,掌握各种二极管的认知规律、特性和电路的分析方法。,2.2 晶体二极管晶体二极管及其电路分析稳压管及其电路分,2.2,晶体二极管(,Semiconductor diode,),一、二极管,(Diode)结构,常用二极管图片,普通小功率二极管,大功率二极管,各种发光二极管,下页,上页,首页,2.2 晶体二极管(Semiconductor diode,一、晶体二极管,(Diode),1、半导体二极管结构、图形、符号,由一个,PN,结加电极引线与外壳制成。,D,P,N,阳极或正极,阴极或负极,阳极或正极,anode,阴极或负极,cathode,D,下页,上页,首页,对应P区,对应N区,一、晶体二极管(Diode)1、半导体二极管结构、图形、,从材料分：,硅二极管和锗二极管。,按,PN,结接触面的大小分：,PN,结,接触面小,点接触型：,PN,结接触面小，不能通过大电流但其结电容小，常用于高频检波及小电流整流，使用时不能承受较高的反向电压和大电流。,面接触型：,PN,结接触面积大，通过的正向电流比点接触型大，常用作整流管，但结电容大，适用于低频电路。,PN,结,接触面大,下页,上页,首页,半导体二极管类型,按用途分：,普通、整流、开关型二极管等。,从材料分：硅二极管和锗二极管。按PN结接触面的大小分：PN,晶体,二极管的结构类型:,在PN结上加上引线和封装，组成一个二极管,二极管按结构分,点接触型,面接触型,平面型,PN结面积小，结电容小，,用于检波和变频等高频电路,PN结面积大，用,于工频大电流整流电路,可用于集成电路制造工艺中。,PN 结面积,可大可小,，常用于,高频整流和开关电路中。,晶体二极管的结构类型:在PN结上加上引线和封装，组成一个二,半导体二极管的型号,国家标准对半导体器件型号的命名举例,下页,上页,首页,查阅手册,半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例下页上,30,20,10,I,/mA,U,/V,0.5 1.0 1.5,20 10,2,4,-,I,/,O,正向特性,死区电压,I,s,U,BR,反向特性,+,-,U,D,I,2.二极管的伏安特性,下页,上页,首页,伏安特性：,二极管的端电压与电流之间的关系。,伏安特性曲线：,描述二极管的端电压与电流之间的关系曲线。,302010I/mAU/V0.5 1.0,正向伏安特性测试电路,mA,V,D,E,R,U,+,W,I,2、二极管的伏安特性,OA,正向死区,U,r,AB,正向导通区,硅0.5V左右,锗0.1V左右,硅0.5V-0.7V,锗0.1V-0.3V,死区电压,正向特性,0.5 1.0 1.5,10,20,30,U,/V,I,/mA,0,二极管正向特性曲线,正向特性,电流与电压关系近似指数关系。,死区电压,导通压降,下页,上页,首页,若,U,U,T,则,U,r,正向伏安特性测试电路mAVDERU+WI2、二极管的伏安,反向伏安特性测试电路,E,A,V,D,R,U,+,W,I,OC,反向截止区,CD,反向击穿区,硅-nA级,锗-A级,反向特性,2、二极管的伏安特性,I,S,反向特性,U,BR,反向饱和电流,反向击穿电压,-2,-4,-,I,/,A,I,/mA,U,/V,-20 -10,0,C,D,下页,上页,首页,说明：,反偏时，反向电流很小，反向电阻很大，反向电压超过,U,BR,则被击穿。,U0，若|,U,|,U,T,则,I,-,I,S,理想化的伏安特性：,死区电压、导通压降、反向电流等于零。,反向伏安特性测试电路EAVDRU+WIOC反向截止区硅,1.单向导电。,2.正偏：起始部分存在一个死区或门坎，称为,门限电压,。,硅：Ur=0.5-0.7v;锗：Ur=0.1-0.2v,I,随,U,，呈指数规率,3.,反偏：额定电压时，相同温度下：,I,s,硅,(nA,10,-9,)E,G(Ge）,),I,=-,I,s,基本不变,4.当反压增大超过U,BR,时，发生反向击穿，U,BR,称为实际反向击穿电压。,实测伏安特性，,5.温度对二极管的影响18页：,I,s：,一倍/10,U,:22.5mV/1,小结：,1.单向导电。实测伏安特性，5.温度对二极管的影响18,回顾：,0、绪论,1、半导体的导电机理,2、PN结及其单向导电性,3、二极管的结构、符号、电路图形、伏安特性,什么是N型半导体？什么是P型半导体？将两种半导体制作在一起时会产生什么现象？,思考：,回顾：0、绪论什么是N型半导体？什么是P型半导体？将两种半导,N P结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？为什么具有单向导电性？,两种半导体制作在一起时会产生电流吗？,在N P结加反向电压时真没有电流吗？,二极管具有什么特性？导通区伏安特性的变化规律？截止区伏安特性的变化规律？还有什么工作区域？,二极管与PN结的联系？,N P结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？为什么具有单向导电,结论：,二极管具有单向导电性,二极管伏安方程：,U0，若|,U,|,U,T,则,I,-,I,S,式中：,I,S,为反向饱和电流,U,T,是温度电压当量，,常温下,U,T,近似为,26mV。,若,U,U,T,则,下页,上页,首页,+,-,U,D,I,正向导通,+,-,U,D,I,S,反向截止,结论：二极管具有单向导电性二极管伏安方程：U0，若|U|,结论：,二极管具有单向导电性,二极管的正常工作区：,正向正向导通区,；反向截止区。,下页,上页,首页,+,-,U,D,I,正向导通,+,-,U,D,I,S,反向截止,理想化的伏安特性：,死区电压、导通压降、反向电流等于零。,结论：二极管具有单向导电性二极管的正常工作区：下页上页首页+,4、二极管的主要参数,最大整流电流,I,F,：,指二极管长期运行时，允许通过管子的最大正向平均电流。,I,F,由二极管允许的温升所限定。,下页,上页,首页,反向电流,I,R：,二极管两端加规定反向电压时，流过管子的,反向电流。,I,R,值愈小愈好。,I,R,受温度的影响很大。,最高工作频率,f,M ：,f,M,值主要决定于,PN,结结电容的大小。结电容愈大，则二极管允许的最高工作频率愈低。,最高反向工作电压,U,R：,工作时二极管两端的反向电压不得超过此值，否则二极管可能被击穿。为了留有余地，通常将实际击穿电压,U,BR,的一半定为,U,R,。,结电容：,势垒电容,C,b,扩散电容,C,d,4、二极管的主要参数最大整流电流 IF：指二极管长期运行,正向电压：,(1).,Q点,正向电阻R正比于,tg,。,(2).,R,与,Q,有关，,Q,不同,R,也不同,反向电压：,I,很小，,R,很大,。,U,D,I,D,VD,0,I,U,Q,U,D,I,D,为非线性电阻：用静态电阻和动态电阻描述,直流电阻：,3,.二极管的等效电阻：,定义：,R,=,U,D,/,I,D,;,工作点,tg,=,U,D,/,I,D,二极管的正,向伏安特性,正向电压：UDIDVD0IUQUDID为非线性电阻：用静态,(1).,MN,为直流负载线,(2).,MN,的斜率,tg,=,NO,/,OM,=-1/R,L,I,D,E,D,D,R,L,U,D,E,D,/,R,L,U,D,=,E,D,-,I,D,R,L,;,I,D,=,f,(,U,D,),两条曲线的交点为静态工作点Q：,静态工作点Q,：,Q,(3).Q点的直流电阻:,R=,U,D,/,I,D,0,U,D,I,D,E,D,M,N,Q,U,D,I,D,(1).MN为直流负载线IDEDDRLUDED/RLUD=,作Q的切线，则有,:,r,D,=,U,/,I,;,或r,D,=d,u,/d,i,因为,i,D,=I,s,(,e,U,D/,U,T,-1);,交流电导,g=d,I,/d,U,=,I,D,/U,T,(19页）,交流电阻：,r=1/g=,U,T,/,I,D,室温下,：,U,T,=26mv,交流电阻,：,r,D,=26mv/,I,D,(mA),I,Q,0,U,U,I,二极管工作时既有直流，又有交流,。,二极管的,交流等效电阻,r,D,u,i,交流电阻很小，约为几欧姆到几十欧姆。结论见19页。,作Q的切线，则有:rD=U/I;IQ0UU,5、二极管的模型,2)折线模型（20页）,3)交流小信号模型（21页）,r,S,r,d,C,j,i,u,U,r,u,D,r,D,i,D,VD,i,D,Q,0,u,D,u,D,i,D,i,D,0,u,D,U,r,1)理想二极管开关模型20页）,i,D,0,u,D,U,r,=0,S,I,S,=,0,大信号模型,小信号模型,5、二极管的模型2)折线模型（20页）3)交流小信号模型（2,例1已知理想,二极管电路,u,I,=,U,m,sin,t,，,画出,u,O,、,i,o,和,u,D,的波形。,D,R,+,-,+,-,u,I,u,O,+,-,u,D,i,O,U,m,t,u,o,O,t,u,D,O,u,I,0,时二极管导通，,u,O,=,u,I,u,D,=,0,u,I,0,时二极管截止，,u,D,=,u,I,u,O,=,0,-U,m,i,o,U,m,t,u,I,O,下页,上页,首页,二极管应用例题,作用？,整流,U,DC,=0.45U,I,U,R,=?I,F,=?,例1已知理想二极管电路uI=Umsin t，画出,【,例,2,】,电路,如图所示，已知,E,5V,，输入信号为正弦波,u,i,10sin,t,V,，二极管的正向导通电压为,0.6V,，画出输出电压信号的波形图。,这个电路仍是分析二极管的导通与否，图中二极管的正极接信号电压,u,i,，二极管的负极接电源,E,的正极，两个量进行比较，确定二极管的导通与否。,分析方法：,【,解,】,上页,首页,二极管应用例题(非理想）,【例2】电路如图所示，已知E5V，输入信号为正弦波ui,当,u,i,E,0.6V（导通电压）时，二极管截止，此时二极管无电流通过，,u,o,u,i,【,例,2,】,分析方法：,【,解,】,当,u,i,E,0.6V（导通电压）时，二极管导通，,u,o,E,0.6V5.6V。,输出电压波形图,虚线为输入电压波形。,u,i,E,0.6V,u,i,E,0.6V,上页,首页,作用？,限幅,已知,E,5V,当ui E0.6V（导通电压）时，二极管截,【,例,3,】,在所示电路中，已知输入端A的电位,V,A,3.6V，输入端B的电位,V,B,0.3V，电阻,R,10 k,，V,E,9V，二极管的导通电压为0.2V，,求输出端,F,的电位和流过,R,的电流,I,。,分析方法：,【,解,】,上页,首页,D,A,导通，D,B,截止。,V,F,3.60.2=3.4V,当数个二极管的,负极,（,正极,）并联在一点，而加在这些二极管的,正极,（,负极,）电位各不相同，且都,高于负极,（,低于正极,）电位时，,正极最高,（,负极最低,）的二极管先导通。,流过,R,中的电流为,作用？,钳位,隔离,【例3】在所示电路中，已知输入端A的电位VA3.6V,例：26页 箝位电路,设,t,=0时电容上的初始电压为零;,t,=0+时，,u,i,=,U,m,电容也被充上了大小为,U,m,的电压，极性如图。此刻,u,o,=0并且,u,o,=0将一直保持到,t,=,t,1,。,此后，,u,i,突降到,U,m,二极管截止，如果电阻和电容再足够大，RC时间常数远大与输入信号周期,则C上的充电电压一直保持,U,m,于是输出电压为,u,o,=,u,i,U,m,=2,U,m,并一直保持到t,2,;,显然，输出信号总不会出现正值，所以称为正向箝位电路。,工作原理:,例：26页 箝位电路设t=0时电容上的初始电压为零;此后，,6、稳压管,(Zener diode),+,-,I,U,O,稳压管的伏安特性和符号,U,I,值很小,有稳压特性,