半导体二极管726512.pptx

1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.1 二极管的组成二极管的组成1.2.2 二极管的伏安特性及电流方程二极管的伏安特性及电流方程1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数1.2.4 二极管的等效电路二极管的等效电路1.2.5 稳压二极管稳压二极管 1.2.1 二极管的组成二极管的组成将将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。1.二极管符号二极管符号2.二极管分类二极管分类按结构分：点接触型、面接触型、平面型。按结构分：点接触型、面接触型、平面型。按用途分：整流二极管、检波二极管、稳压二极管按用途分：整流二极管、检波二极管、稳压二极管。按材料分：硅二极管、锗二极管。按材料分：硅二极管、锗二极管。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用途用途:用于检波和变频用于检波和变频等高频电路。等高频电路。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用途用途:用于低频大电流用于低频大电流整流电路。整流电路。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用途用途:用于高频整流和用于高频整流和开关电路。开关电路。点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型半导体二极管图片半导体二极管图片1.2.2 二极管的伏安特性及电流方程二极管的伏安特性及电流方程二极管的电流与其端电压的关系曲线称为伏安特性。二极管的电流与其端电压的关系曲线称为伏安特性。一、二极管的伏安特性一、二极管的伏安特性击穿击穿电压电压反向饱反向饱和电流和电流开启开启电压电压1.正向特性正向特性 外加正向电压大于开启电外加正向电压大于开启电压时，正向电流随电压呈指数压时，正向电流随电压呈指数规律增大。规律增大。2.反向特性反向特性 外加反向电压较小时，随电外加反向电压较小时，随电压增大反向电流增大；当电压足压增大反向电流增大；当电压足够大时，反向电流基本不变，称够大时，反向电流基本不变，称为反向饱和电流。为反向饱和电流。外加反向电压太大，超过击穿电压后，反向电流急剧增加。外加反向电压太大，超过击穿电压后，反向电流急剧增加。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Si0.5V0.60.8V0.1A以下锗锗Ge0.1V0.10.3V几十A二、二极管的电流方程二、二极管的电流方程温度的温度的电压当量电压当量开启电压开启电压反向饱和电流反向饱和电流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，击穿电压变小，反向特性下移，击穿电压变小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1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数最大整流电流最大整流电流IF：二极管长期使用时，允许流过二极管的：二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。最大正向平均电流。最高反向工作电压最高反向工作电压UR：二极管工作时，允许外加的最大反：二极管工作时，允许外加的最大反向电压，向电压，一般一般UR为击穿电压为击穿电压U(BR)的一半。的一半。反向电流反向电流 IR：是二极管未：是二极管未击穿时的击穿时的反向电流，即反向电流，即IS。反向。反向电流越小，单向导电性越好。反向电流对温度十分敏感，电流越小，单向导电性越好。反向电流对温度十分敏感，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。向电流要比硅管大几十到几百倍。最高工作频率最高工作频率fM：是二极管工作的上限频率。：是二极管工作的上限频率。超过此值时，超过此值时，由于结电容的作用，二极管的单向导电性变坏。由于结电容的作用，二极管的单向导电性变坏。在一定的条件下，可用线性元件构成的电路来代替二在一定的条件下，可用线性元件构成的电路来代替二极管，称为二极管的极管，称为二极管的等效模型等效模型（或（或等效电路等效电路）。根据二极）。根据二极管的伏安特性，将其折线化。对应于不同的应用场合，可管的伏安特性，将其折线化。对应于不同的应用场合，可建立不同的等效模型。建立不同的等效模型。1.2.4 二极管的等效电路二极管的等效电路理想模型理想模型恒压降模型恒压降模型折线模型折线模型一、将一、将伏安特性折线化得到的等效电路伏安特性折线化得到的等效电路1 理想模型理想模型 实线表示理想二极管的伏安特性，虚线表示实际二实线表示理想二极管的伏安特性，虚线表示实际二极管的伏安特性。理想二极管正向导通时，其端电压为极管的伏安特性。理想二极管正向导通时，其端电压为零，相当于短路；反向截止时，电流为零，相当于开路。零，相当于短路；反向截止时，电流为零，相当于开路。理想二极管相当于一个理想开关（导通时理想二极管相当于一个理想开关（导通时 UD0，截止，截止时时IS0）。理想模型理想模型恒压降模型恒压降模型折线模型折线模型理想理想二极管二极管理想二极理想二极管符号管符号 在电路中，不能把二极管的正向特性当作完全短路来在电路中，不能把二极管的正向特性当作完全短路来处理，可认为二极管处理，可认为二极管正向导通时压降恒定为正向导通时压降恒定为Uon，小于导通小于导通压降，电流为零。压降，电流为零。二极管的电路等效模型为二极管的电路等效模型为一理想二极管一理想二极管和一恒压源和一恒压源Uon相串联（相串联（导通时导通时UDUon，截止时，截止时IS0）。2恒压降模型恒压降模型理想模型理想模型恒压降模型恒压降模型折线模型折线模型近似分析近似分析中最常用中最常用硅管：硅管：0.7V锗管：锗管：0.2V理想模型理想模型恒压降模型恒压降模型折线模型折线模型3折线模型折线模型 为了进一步改善电路模型的准确度，在恒压降模型的基为了进一步改善电路模型的准确度，在恒压降模型的基础上，作一定的修正。当础上，作一定的修正。当二极管正向压降大于二极管正向压降大于Uon后后，用一，用一斜线来描述电压和电流的关系，斜线的斜率为实际二极管特斜线来描述电压和电流的关系，斜线的斜率为实际二极管特性曲线的斜率性曲线的斜率1/1/r rD D，r rD D=U/I。等效模型为。等效模型为一理想二极管一理想二极管和恒压源和恒压源Uon及正向电阻及正向电阻r rD D相串联相串联。导通时导通时i与与u成成线性关系线性关系Q越高，越高，ID越大，越大，rd越小。越小。在二极管的伏安特性曲线上，由直流电压和电流所决定的在二极管的伏安特性曲线上，由直流电压和电流所决定的Q点点，称为，称为静态工作点。静态工作点。若在若在Q点基础上外加微小的变化量时，点基础上外加微小的变化量时，则可用以则可用以Q点的切线来近似微小变化的曲线，点的切线来近似微小变化的曲线，即将二极管等效即将二极管等效为一个动态电阻，称为二极管的微变等效电路为一个动态电阻，称为二极管的微变等效电路。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二、二、微变等效电路微变等效电路利用二极管的电流方程求得动态电阻利用二极管的电流方程求得动态电阻r rd d：首先，取首先，取iD对对uD的微分，得微变电导的微分，得微变电导然后，然后，求得动态电阻求得动态电阻式中式中,ID为静态工作点为静态工作点Q的电流的电流。1.2.5 稳压二极管稳压二极管1.稳压二极管的伏安特性稳压二极管的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 稳定管与普通二极管有类似的稳定管与普通二极管有类似的伏安特性。当反向击穿后，在一定伏安特性。当反向击穿后，在一定的电流范围内端电压基本不变（几的电流范围内端电压基本不变（几乎平行于纵轴），为稳定电压。乎平行于纵轴），为稳定电压。符号符号等效电路等效电路曲线越陡，曲线越陡，电压越稳定电压越稳定2.稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数(1)稳定电压稳定电压UZ:在规定电流下稳压管的反向击穿电压。在规定电流下稳压管的反向击穿电压。(3)最大功耗最大功耗PZM:PZM Izmax UZ(4)动态电阻动态电阻rz:rzUZ/IZ(2)稳定电流稳定电流IZ、最大稳定电流最大稳定电流IZmax、最小稳定电流最小稳定电流IZmin :稳压管工作在稳压状态时稳压管工作在稳压状态时 IZmin IZ Izmax。(5)限流电阻限流电阻R:在稳压电路中串联一个电阻在稳压电路中串联一个电阻R限制电流，限制电流，保证其正常工作。保证其正常工作。例例1 判断二极管工作状态的一般方法判断二极管工作状态的一般方法：断开二极管，并以：断开二极管，并以它的两个极作为端口，利用戴维宁定理求解端口电压，若它的两个极作为端口，利用戴维宁定理求解端口电压，若该电压使二极管正偏，则导通；若反偏，则截止。该电压使二极管正偏，则导通；若反偏，则截止。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。UD0.7。例例1.2.2 计算限流电阻计算限流电阻R稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？IZmin IZ IZmax