二极管伏安特性

长江职业学院二、PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)P区N区内电场+UR外电场外电场使多子向PN结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。IF限流电阻扩散运动加强形成正向电流IF。IF=I多子I少子I多子2.外加反向电压(反向偏置)P区N区+UR内电场外电场外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。IRPN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;反偏截止，电阻很大，电流近似为零。漂移运动加强形成反向电流IRIR=I少子0正偏反偏长江职业学院3、PN结单向导电的数学表达式)1e(/SDTUuIi反向饱和电流温度的电压当量qkTUT电子电量玻尔兹曼常数当T=300(27C)：UT=26mV长江职业学院1.2二极管及其应用1.2.1二极管的结构1.2.2二极管的伏安特性1.2.3二极管的主要参数长江职业学院1.2.1半导体二极管的结构和类型构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)符号：正极负极分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型点接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线负极引线面接触型N型锗PN结正极引线铝合金小球底座金锑合金平面型正极引线负极引线集成电路中平面型PNP型支持衬底长江职业学院长江职业学院1.2.2二极管的伏安特性一、PN结的伏安方程)1e(/SDDTUuIi反向饱和电流温度的电压当量qkTUT电子电量玻尔兹曼常数当T=300(27C)：UT=26mV长江职业学院二、二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性UthUD(on)死区电压iD=0Uth=0.5V0.1V(硅管)(锗管)UUthiD急剧上升0UUthUD(on)=(0.60.8)V硅管0.7V(0.10.3)V锗管0.2V反向特性ISU(BR)反向击穿U(BR)U0iD=IS0.1A(硅)几十A(锗)UU(BR)反向电流急剧增大(反向击穿)导通电压长江职业学院反向击穿类型：电击穿热击穿反向击穿原因：齐纳击穿：(Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。(击穿电压6V，负温度系数)雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。—PN结未损坏，断电即恢复。—PN结烧毁。(击穿电压6V，正温度系数)击穿电压在6V左右时，温度系数趋近零。长江职业学院硅管的伏安特性锗管的伏安特性604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD/mAuD/ViD/mAuD/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.020结论：锗管比硅管易导通，硅管比锗管反向饱和电流小得多，所以硅管的单向导电性和温度稳定性较好长江职业学院温度对二极管特性的影响604020–0.0200.4–25–50iD/mAuD/V20C90CT升高时，由本征激发产生的少子浓度增加，导致PN结内建电位差UB减小。UD(on)以(22.5)mV/C下降思考：为什么温度过高，将导致PN结失效？长江职业学院1.2.3二极管的主要参数1.IF—最大整流电流(最大正向平均电流)2.URM—最高反向工作电压，为U(BR)/23.IR—反向电流(越小单向导电性越好)4.fM—最高工作频率(超过时单向导电性变差)iDuDU(BR)IFURMO长江职业学院影响工作频率的原因—PN结的电容效应结论：1.低频时，因结电容很小，对PN结影响很小。高频时，因容抗变小，使结电容分流，导致单向导电性变差。2.结面积小时结电容小，工作频率高。长江职业学院1.3二极管电路的分析方法1.3.1理想二极管及二极管特性的折线近似*1.3.2图解法和微变等效电路法长江职业学院1.3.1理想二极管及二极管特性的折线近似一、理想二极管特性uDiD符号及等效模型SS正偏导通，uD=0；反偏截止，iD=0U(BR)=二、二极管的恒压降模型uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7V(Si)0.2V(Ge)UD(on)三、二极管的折线近似模型uDiDUD(on)UIIUrD斜率1/rDrDUD(on)长江职业学院UD(on)例1.3.1硅二极管，R=2k，分别用二极管理想模型和恒压降模型求出VDD=2V和VDD=10V时IO和UO的值。UOVDDIORUOVDDIOR[解]VDD=2V理想IO=VDD/R=2/2=1(mA)UO=VDD=2V恒压降UO=VDD–UD(on)=20.7=1.3(V)IO=UO/R=1.3/2=0.65(mA)VDD=10V理想UO=VDD=10VIO=VDD/R=10/2=5(mA)恒压降UO=100.7=9.3(V)IO=9.3/2=4.65(mA)UOVDDIORVDD大，采用理想模型VDD小，采用恒压降模型长江职业学院例1.3.2试求电路中电流I1、I2、IO和输出电压UO的值。解：假设二极管断开UP=15V(V)912313NUUPUN二极管导通等效为0.7V的恒压源UO=VDD1UD(on)=150.7=14.3(V)IO=UO/RL=14.3/3=4.8(mA)I2=(UOVDD2)/R=(14.312)/1=2.3(mA)I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(mA)VDD1VDD2UORLR1k3kIOI1I215V12VPN