第三章第二节_半导体二极管及其应用电路

半导体二极管半导体二极管的结构和类型二极管的伏安特性曲线二极管的主要参数二极管的等效电路及应用稳压二极管第三章半导体二极管是由一个PN结及它所在的半导体再加上电极引线和管壳构成。结构类型按材料分类按结构分类按用途分类硅管，锗管点接触型普通二极管，整流二极管，开关二极管，稳压二极管等面接触型硅平面型第二节阳极阴极金属支架正极引线负极引线金锑合金P型硅铝合金小球N型硅片阳极引线阴极引线N型锗片金属触丝管壳二氧化硅保护层负极引线阳极引线N型硅P型硅第二节阳极阴极第二节面接触型二极管特点：结面积大、结电容大，允许通过较大的电流，适用于低频整流。硅平面型二极管特点：结面积大的可用于大功率整流；结面积小的，结电容大，适用于脉冲数字电路，作为开关管使用。点接触型二极管特点：结面积小，因此结电容小，允许通过的电流也小，适用于高频电路的检波或小电流的整流。第二节mAVRWVRDmAVRWVRD伏安特性方程：第二节OD段称为正向特性。OC段，正向电压较小，正向电流非常小，只有当正向电压超过某一数值时，才有明显的正向电流，这个电压称为死区电压，亦称开启电压。CD段，当正向电压大于死区电压后，正向电流近似以指数规律迅速增长，二极管呈现充分导通状态。1正向特性第二节ADCBiDuDOUBRADCBiDuDoUBROB段称为反向特性。这时二极管加反向电压，反向电流很小。当温度升高时，半导体中本征激发增加，是少数载流子增多，故反向电流增大，特性曲线向下降。3反向击穿特性BA段称为反向击穿特性当二极管外加反向电压大于一定数值时，反向电流突然剧增，称为二极管反向击穿。2反向特性第二节iDouD20406080100(mA)(v)-40-80-0.1-0.20.40.8~第二节iDouD-200-10020406080100-10-30-2075℃20℃(mA)(v)(μA)12材料开启电压（V）导通电压（V）反向饱和电流（μA）硅（Si）≈0.50.6~10.1锗（Ge）≈0.10.2~0.5几十二极管的伏安特性对温度很敏感，温度升高时，正向特性曲线向左移，反向特性曲线向下移。二、重点掌握伏安特性硅管0.5V,锗管0.1V。反向击穿电压U(BR)导通压降外加电压＞死区电压二极管才能导通。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。正向特性反向特性特点：非线性硅0.6~0.8V锗0.1~0.3VUI死区电压PN+–PN–+反向电流在一定电压范围内保持常数。参数对器件性能的定量描述器件使用的极限条件两大类半导体二极管的主要参数最大整流电流IF最大反向工作电压UR反向电流IR最大工作频率fM第二节二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。管子使用时允许加的最大反向电压。二极管未发生击穿时的反向电流值。二极管单向导电作用开始明显退化时的交流信号的频率。为简化分析计算，在一定的条件下可以近似用某些线性电路来等效实际的二极管。（一）理想二极管等效电路当外加正向电压时，二极管导通，正向压降uD=0,相当于开关闭合；iDuD0D特性曲线的近似等效电路第二节当外加反向电压时，二极管截止，反向电流IR=0，相当于开关断开。(二）考虑正向压降的等效电路DKUD在二极管充分导通且工作电流不是很大时，可以近似认为UD为常数，用一个直流电压源UD来等效正向导通的二极管。当外加正向电压大于UD时，二极管导通，开关闭合，二极管两端压降为UD；当外加电压小于UD时，二极管截止，开关断开。特性曲线的近似等效电路第二节iDuDUD0（三）二极管电路的分析方法分析方法图解法计算分析法第二节二极管具有单向导电性，利用它可以进行四个二极管D1~D4结成电桥形式D1D2D3D4RLABu0+-+-u交流电到直流电的转换。第二节当交流电源u0时，二极管D1、D3导通，相当于开关闭合；D2、D4截止；相当于开关断开。D1D4D2D3+-AB+-u0RLuuuO第二节u0时oi当u0时，二极管D2、D4导通，D1、D3截止。D1D2D4D3ABu0RL+--+uuuOoi第二节u0时uo(io）0π2π3πωt0π2π3πωtuuoioD4D1D2D3u+-uo+-RLio0π2π3πωtiDiD1,iD3iD2,iD4第二节uo(io）0П2П3Пωtuoio桥式全波整流输出电压uO的平均值UO为:UUttdUUm9.022sin10OU为交流电源u的有效值负载电阻RL中流过的电流iO的平均值IO为:第二节流过每个二极管的平均电流ID为IO的一半。即每个二极管在截止时，它的两端承受的最大反向电压就是交流电源电压u的峰值。记为：设计选择二极管时必须满足下列条件UUURUII245.0DRRLDFu+-uo+-RLio第二节限幅电路及波形限幅电路常用于有选择地传输信号波形的一部分。当uUR+UD时，二极管D导通,uO=UR+UD。当uUR+UD时，二极管D截止,uO=u。在u的最大值及UR都远远大于UD的条件下采用理想二极管等效电路来分析。!uuu+-+-RRURURDK0.7vUDuOuO++--uOUR+UDωt0第二节工程中常用的符号新规定的符号稳压管是利用PN结的反向击穿特性来实现稳定电压作用的。第二节当稳压管反向击穿后，有较大的电流增量∆IZ。相应的管子两端的反向击穿电压（即稳压管的稳定电压UZ）只有很小的变化量∆UZ。0IU∆UZUZIZIZM∆IZ第二节稳压管的主要参数1.稳定电压UZ。2.动态电阻rZ。3.稳定电流IZ。4.额定功耗PZM及最大稳定电流IZM5.电压温度系数参数第二节1.稳定电压UZUZ是当稳压管中的电流为规定的测试电流时，稳压管两端的电压。稳定电流是稳压管工作时的参考电流值，通常把手册上给定的稳压电流值看成稳压管正常工作时的电流下限。2.稳定电流IZ0IU∆UZUZIZIZM∆IZ第二节rZ=∆UZ/∆IZrZ越小，则反向击穿特性曲线越陡，稳压作用越好。3.动态电阻rZ4.额定功耗PZM及最大稳定电流IZMPZM是由管子允许温升限定的最大功率损耗IZM=PZM/UZ0IU∆UZUZIZIZM∆IZI(mA)04481216812rZ(Ω)2CW1ZI第二节rZ是稳压管在稳定工作范围内，管子两端电压的变化量与相应的电流变化量之比，即：5.电压温度系数132工作时一个管子处于正向导通状态，具有负温度系数；另一个管子处于反向击穿状态，具有正温度系数，二者互相补偿。电压温度系数越小，温度稳定性越好。温度变化1℃时，稳定电压变化的百分数第二节稳压管的主要参数1.稳定电压UZ2.动态电阻rZ3.稳定电流IZ4.额定功耗PZM及最大稳定电流IZM5.电压温度系数参数第二节RZ++--IUUZDZUZKUZ0iu特性曲线的近似等效电路微变等效电路外加反向电压小于UZ时，稳压管截止、开关断开；外加反向电压大于UZ时，稳压管反向击穿稳压，开关闭合，两端电压为UZ。∆IZ∆UZ+-rZ第二节稳压管稳压条件当UUZ时，稳压管DZ击穿稳压。必须适当选择RZ的阻值，使流过稳压管的电流在管子的参数——稳定电流IZ和最大稳定电流IZM之间RZ++--IUUZDZ第二节例4-1在如图所示的稳压管稳压电路中，已知稳压管的稳定电压UZ=6V，最小稳定电流IZmin=5mA，最大稳定电流IZmax=25mA；负载电阻RL=600Ω。求解限流电阻R的取值范围。DZ+-UI=10VIRRRLILIDZUO+-解：IR=IDZ+ILUR=UI-UZ=10-6=4V所以限流电阻R的取值范围为114~227Ω.第二节所以IR=(15~35)mA其中IDZ=(5~25)mAIL=UZ/RL=6/600=10mA1.伏安特性方程：ADCBiDuDoUBR本节知识要点一、二极管的伏安特性2.伏安特性曲线二极管加正向电压时，产生扩散电流，电流和电压成指数关系；加反向电压时，产生漂移电流，其数值很小；体现出单向导电性。当反向电压加到足够大时，会产生反向击穿。利用击穿特性，可制成稳压管。二极管的伏安特性对温度很敏感，温度升高时，正向特性曲线向左移，反向特性曲线向下移。第二节第二节二、二极管的主要参数1、最大整流电流IF；2、最大反向工作电压UR；3、反向电流IR；4、最大工作频率fM。三、二极管的等效电路1、理想二极管等效电路当外加正向电压时，二极管导通，正向压降uD=0；外加反向电压时，二极管截止，反向电流IR=0。DKUD当外加正向电压大于UD时，二极管导通，开关闭合，二极管两端压降为UD；当外加电压小于UD时，二极管截止，开关断开。2、考虑正向压降的等效电路二极管的两种等效电路K