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1、1.2半导体二极管半导体二极管1.2.1 二极管的结构、符号二极管的结构、符号1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数第第 1 章章半导体二极管半导体二极管1.2.4 半导体二极管的模型分析法半导体二极管的模型分析法1.2.3 二极管的识别与使用注意事项二极管的识别与使用注意事项第第 1 章章半导体二极管半导体二极管1.2.1 半导体二极管的结构、符号半导体二极管的结构、符号构成：构成：PN 结结+引线引线+管壳管壳=二极管二极管(Diode)符号：符号：正极正极负极负极分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管 正向导通电压正向导通电压0.5
2、0.50.7V0.7V锗二极管锗二极管 正正向导通电压向导通电压0.20.20.3V0.3V 按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型第第 1 章章半导体二极管半导体二极管点接触型点接触型正极正极引线引线触丝触丝N 型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线负极引线负极引线 面接触型面接触型N型锗型锗PN 结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金正极正极引线引线负极负极引线引线集成电路中平面型集成电路中平面型PNP 型支持衬底型支持衬底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。往往用于集成电路制造工艺中。PN
3、 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。第第 1 章章半导体二极管半导体二极管一、二极管的正反向伏安特性一、二极管的正反向伏安特性OuD/ViD/mA正向特性正向特性Uth死区死区电压电压iD=0Uth=0.5 V 0.1 V(硅管硅管)(锗管锗管)U UthiD 急剧上升急剧上升0 U Uth UD(on)=(0.6 0.8)V硅管硅管 0.7 V(0.1 0.3)V 锗管锗管 0.2 V反向特性反向特性ISU(BR)反反向向击击穿穿U(BR)U 0 iD=IS 0.1 A(硅硅)几十几十 A(锗锗)U U(BR)反向电流急剧增大反向电流急剧增大(反向击穿反向击穿)第第 1 章半导体二极
4、管章半导体二极管实际电路中二极管正向压降用UD(on)反向击反向击穿电压穿电压1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性反向击穿类型：反向击穿类型：电击穿电击穿热击穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因：齐纳击穿齐纳击穿：(Zener)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 6 V，正，正温度系数温度系数)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。第第 1 章半导体二极管章半导体二极管第第 1 章半导体二极管章半导体二极管硅管的伏安特性硅管的伏安特性锗管的伏安特性锗管的伏安特性604020 0.02 0.040
5、 0.4 0.82550iD/mAuD/ViD/mAuD/V0.20.4 25 50510150.010.020硅管导通电压取0.7V锗管导通电压取0.2V小功率硅管小于0.1uA小功率锗管为几十微安三、二极管的伏安方程三、二极管的伏安方程反向饱和反向饱和电流，电流，A温度的电压当温度的电压当量量电子电量电子电量,q1.61019C玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数,K1.3801023 J/K当当 T=300(27 C)：UT =26 mV第第 1 章半导体二极管章半导体二极管热力学温度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 C
6、T 升高时，升高时，UD(on)以以(2 2.5)mV/C 下降下降第第 1 章半导体二极管章半导体二极管1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数1.IF 最大整流电流最大整流电流。二极管长期工作允许通过的最大正向平均极管长期工作允许通过的最大正向平均 电流，如超过电流，如超过，二极管将过热而烧毁。，二极管将过热而烧毁。2.URM 最大反向工作电压最大反向工作电压 。二极管允许的最大反向工作电二极管允许的最大反向工作电 压压，通常取击穿电压的一半作为通常取击穿电压的一半作为M U(BR)/2 3.IR 反向电流。反向电流。二极管未击穿时的反向电流值。此值越小二极管未击穿时的反向电流值。此值
7、越小,二二 极管的单向极管的单向 导电性越好。由于反向电流是由少数载流子形导电性越好。由于反向电流是由少数载流子形 成成,所以所以值受温度的影响很大值受温度的影响很大，越小单向导电性越好越小单向导电性越好。4.fM 最高工作频率最高工作频率(超过时单向导电性变差超过时单向导电性变差)。的值主要取决的值主要取决 于结结电容的大小于结结电容的大小,结电容越大结电容越大,则二极管允许的最高则二极管允许的最高 工作频率越低。工作频率越低。第第 1 章半导体二极管章半导体二极管iDuDU(BR)I FURMO影响工作频率的原因影响工作频率的原因 PN 结的电容效应结的电容效应 结论：结论：1.低频低频时
8、，因结电容很小，对时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。结影响很小。高频高频时，因容抗增大，使时，因容抗增大，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。第第 1 章章 半导体二极管半导体二极管一、理想模型一、理想模型特性特性uDiD符号及符号及等效模型等效模型SS二、恒压源模型二、恒压源模型uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7 V(Si)0.2 V(Ge)UD(on)实际电路中当二极管正向压降远小于和它串连的电压，反向电流远小于实际电路中当二极管正向压降远小于和它串连的电压，反向电流远小于和
9、它并联时，认为二极管是理想的和它并联时，认为二极管是理想的1.2.4 半导体二极管电路的模型分析法半导体二极管电路的模型分析法小小 结结理想二极管理想二极管：正偏导通，电压降为零，相当于开关合上；正偏导通，电压降为零，相当于开关合上；反偏截止，电流为零，相当于开关断开。反偏截止，电流为零，相当于开关断开。恒压降模型恒压降模型：当所加电压远大于二极管正向电压是，可看当所加电压远大于二极管正向电压是，可看成是理想二极管成是理想二极管 当所加电压接近二极管正向电压时，可当所加电压接近二极管正向电压时，可看成恒压降模型看成恒压降模型 三三 图解法图解法一、二极管电路的直流图解分析一、二极管电路的直流图
10、解分析 VDDuDRuD=VDD iDRiD=f(uD)1.2 V100 iD/mA128400.30.6uD/V1.20.9MN直流负载线直流负载线斜率斜率 1/R静态工作点静态工作点也可取也可取 UQ=0.7 VIQ=(VDD UQ)/R=5(mA)二极管直流电阻二极管直流电阻 RD斜率斜率1/RDiDQIQUQiD/mAuD/VO二、交流图解法二、交流图解法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,二极管中二极管中含交、直流含交、直流成分成分VDDuiuDRCiDC 隔直流隔直流 通交流通交流当当 ui=0 时时iD=IQUQ=0.7 V(硅硅)，0.2 V(锗锗)设
11、设 ui=sin tVDDVDD/RQIQ tOuiUQiD/mA tOid斜率斜率1/rdrd=UT/IQ=26 mV/IQ当当 ui 幅度较小时，幅度较小时，二极管伏安特性在二极管伏安特性在Q点附近近似为直线点附近近似为直线三、微变等效电路分析法三、微变等效电路分析法对于交流信号对于交流信号电路可等效为电路可等效为例例 11 ui=5sin t(mV)，VDD=4 V，R=1 k，求，求 iD 和和 uD。解解 1.静态分析静态分析令令 ui=0，取，取 UQ 0.7 VIQ=(VDD UQ)/R=3.3 mA2.动态分析动态分析 rd=26/IQ=26/3.3 8()Idm=Udm/rd=5/8 0.625(mA)，id=0.625 sin t3.总电压、电流总电压、电流=(0.7+0.005 sin t)V=(3.3+0.625 sin t)mAVDDuiuDRCiDuiudRidrd第第 1 章章半导体二极管半导体二极管