《模拟电子技术基础-第二章常用半导体器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术基础-第二章常用半导体器.ppt（59页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第二章第二章半导体二极管及其半导体二极管及其基本电路基本电路2.1 半导体的基本知识2.1.1 本征半导体及其导电性2.1.2 杂质半导体2.1.3 半导体的温度特性 物质按导电能力物质按导电能力(电阻率电阻率)分分:导体、绝缘体和半导体。导体、绝缘体和半导体。半导体的电阻率为半导体的电阻率为1010-3-310109 9 cm。例如例如:硅硅Si和和锗锗Ge以及以及砷化镓砷化镓GaAs等。等。半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成
2、温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性掺杂性掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性光敏性光敏性光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力
3、明显变化当受到光照时，导电能力明显变化 (可做可做可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等)。热敏性热敏性热敏性热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强2.1.1 本征半导体及其导电性(1)本征半导体的共价键结构(2)电子空穴对(3)空穴的移动 本征半导体本征半导体化学成分纯净的半导体。化学成分纯净的半导体。制制造
4、造半半导导体体器器件件的的半半导导体体材材料料的的纯纯度度要要达达到到99.9999999%，常称为，常称为“九个九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。它在物理结构上呈单晶体形态。(1）本征半导体的共价键结构 硅和锗是四价元素，有四个价电子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。这种结构的立体和平面示意图见图01.01。图2.01 硅原子空间排列及共价键结构平面示意图(a)硅晶体的空间排列 (b)共价键结构平面示意图(c)（2）电子空穴对 当当温温度度0K时时，半半导导体体中中没没有有自自由由电电子子。当当温温度
5、度升升高高或或受受到到光光照照时时，价价电电子子能能量量增增高高，有有的的可可挣挣脱脱原原子子核核的的束束缚缚，而而参参与与导导电，成为电，成为自由电子自由电子。自由电子产生的同时，在其原来的共价自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子呈现出键中就出现了一个空位，原子呈现出正正电性，电性，其正电量与电子的负电量相等，称呈现正电其正电量与电子的负电量相等，称呈现正电性的这个空位为性的这个空位为空穴空穴。这一现象称为本征激发，也称热激发。热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为现的，称为电子空穴对电子空穴对。游离的部分自由电子游
6、离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为也可能回到空穴中去，称为复合，复合，如图如图01.02所所示。本征激发和复合在一定温度下会达到动态示。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。平衡。图2.02 本征激发和复合的过程（动画2-1）(3)空穴的移动 自自由由电电子子的的定定向向运运动动形形成成了了电电子子电电流流，空空穴穴的的定定向向运运动动也也可可形形成成空空穴穴电电流流，它它们们的的方方向向相相反反。只只不不过过空空穴穴的的运运动动是是靠靠相相邻邻共共价价键键中中的的价价电电子子依依次次充充填填空空穴穴来来实实现现的。的。（动画2-2）图2.03 空穴在晶格中的移动 杂质半导体(1)N
7、型半导体(2)P型半导体 在本征半导体中掺入某些在本征半导体中掺入某些微量元素微量元素作作为为杂质杂质，可使半导体的导电性发生显著变，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体杂质半导体。(1）N型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成成 N型半导体型半导体,也称也称电子型半导体电子型半导体。因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个
8、价电子导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。因无共价键束缚而很容易形成自由电子。在在N型半导体中型半导体中自由自由电子是多数载流子电子是多数载流子,它主要由它主要由杂质原子提供杂质原子提供；空穴是少数载流子空穴是少数载流子,由热激发形成。由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子正离子，因此五价杂质原子也称为，因此五价杂质原子也称为施主杂质施主杂质。N型半导型半导体的结构示意图如图体的结构示意图如图2.04所示。所示。图2.04 N型半导体结构示意图(2)P型半导体 在本征半导体中掺入三
9、价杂质元素，如硼、镓、铟等在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了形成了P型半导体型半导体，也称为也称为空穴型半导体空穴型半导体。因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。价电子而在共价键中留下一个空穴。P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；主要由掺杂形成；电子是少数载流子，电子是少数载流子，由热激发形成。由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子负离子。三。三价杂质价杂质 因而也称为因而也称为受主杂质受主杂质。P型半导体
10、的结构示意图型半导体的结构示意图如图如图2.05所示。所示。图2.05 P型半导体的结构示意图 图2.05 P型半导体的结构示意图2.1.3 杂质对半导体导电性的影响 掺入杂掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下的影响，一些典型的数据如下:T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.41010/cm31 本征硅的原子浓度:4.961022/cm3 3以上三个浓度基本上依次相差以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。2掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:n=51016/cm32.2 PN结结2.2.1 PN结的形成2.2.2
11、PN结的单向导电性2.2.3 PN结的电容效应 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成分别形成N型半导体和型半导体和P型半导体。此时将在型半导体。此时将在N型半型半导体和导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程型半导体的结合面上形成如下物理过程:因浓度差因浓度差 多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内内电电场场阻阻止止多多子子扩扩散散 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。对于。对于P型半导体和型半
12、导体和N型型半导体结合面，半导体结合面，离子薄层形成的离子薄层形成的空间电荷区空间电荷区称为称为PN结结。在空间电。在空间电荷区，由于缺少荷区，由于缺少多子，所以也称多子，所以也称耗尽层耗尽层。图2.06 PN结的形成过程（动画2-3）PN结的单向导电性 如果外加电压使如果外加电压使PN结中：结中：P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为加区的电位，称为加正向电压正向电压，简称简称正偏正偏；PN结具有单向导电性结具有单向导电性，若外加电压使电流从，若外加电压使电流从P区流到区流到N区，区，PN结呈低阻性，所以电流大；反之结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。是高阻性，电流小。P区的电
13、位低于区的电位低于N区的电位，称为加区的电位，称为加反向电压反向电压，简称简称反偏反偏。(1)PN结加正向电压时的导电情况 外加的正向电压有外加的正向电压有一部分降落在一部分降落在PN结区，结区，方向与方向与PN结内电场方向结内电场方向相反，削弱了内电场。相反，削弱了内电场。于是于是,内电场对多子扩散内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，漂移电流的影响，PN结结呈现低阻性。呈现低阻性。PN结加正向电压时如图结加正向电压时如图2.07所示。所示。（动画2-4）图2.07 PN结加正向
14、电压时的导电情况(2)PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 外加的反向电压有一部分降落在外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场的结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散于扩散电流，可忽略扩散电流，电流，PN结呈现高阻性。结呈现高阻性。在一定的温度条件下，在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓由本征激发决定的少子浓度是
15、一定的，故少子形成度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大本上与所加反向电压的大小无关小无关，这个电流也称为这个电流也称为反向饱和电流反向饱和电流。PN结加反向电压时如图2.08所示。图 2.08 PN结加反向电压时的导电情况 PN结加正向电压结加正向电压时，呈现低电阻，具时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电有较大的正向扩散电流；流；PN结加反向电压结加反向电压时，呈现高电阻，具时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电有很小的反向漂移电流。流。由此可以得出结由此可以得出结论：论：PN结具有单向导结具有单向导电性。电性。（动画2-5）图 2.08 PN
16、结加反向电压时的导电情况2.2.3 PN结的电容效应结的电容效应 PN结具有一定的电容效应，它由两方面的结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。因素决定。一是势垒电容一是势垒电容CB，二是扩散电容二是扩散电容CD。(1)势垒电容CB 势垒电容是势垒电容是由空间电荷区的离子薄层由空间电荷区的离子薄层形成的。形成的。当外加电压使当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。势垒电容的示量也随之变化，犹如电容的充放电。势垒电容的示意图见图意图见图2
17、.09。图 2.09 势垒电容示意图 扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。(2)扩散电容扩散电容CD 反之，由P区扩散到N区的空穴，在N区内也形成类似的浓度梯度分布曲线。扩散电容的示意图如图2.10所示。图 2.10 扩散电容示意图 当外加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以PN结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。2.3 2.3 半
18、导体二极管半导体二极管半导体二极管的结构类型半导体二极管的伏安特性曲线2.3.3 半导体二极管的参数半导体二极管的温度特性半导体二极管的型号2.3.6 稳压二极管2.3.1 2.3.1 半导体二极管的结构类型半导体二极管的结构类型 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面点接触型、面接触型和平面型型三大类。它们的结构示意图如图三大类。它们的结构示意图如图2.11所示。所示。(1)点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。(a)点接触型 图 2.11 二极管的
19、结构示意图 图 2.11 二极管的结构示意图(c)平面型(3)平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型2.3.2 半导体二极管的伏安特性曲线半导体二极管的伏安特性曲线 二极管伏安特性曲线如图2.12所示。第一象限:正向伏安特性曲线，第三象限的是反向伏安特性曲线。图 2.12 二极管的伏安特性曲线 式中IS 为反向饱和电流，V 为二极管两端的电压降，VT=kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q 为电子电荷量，T 为热力学温度。对于室温（
20、相当T=300 K），则有VT=26 mV。(2.1)二极管的伏安特性曲线可用下式表示(1)正向特性 硅二极管的死区电压Vth=0.5 V左右，锗二极管的死区电压Vth=0.1 V左右。1)0VVth时，正向电流为零，二极管截止;正向区又分为两段：2)VVth时，正向电流，并按指数规律增长。(2)反向特性当V0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：1)当VBRV0时，出现反向饱和电流IS,很小，且基本不随反向电压的变化而变化。2)当VVBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压。在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗
21、二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。反向击穿类型：反向击穿类型：反向击穿类型：反向击穿类型：电击穿电击穿电击穿电击穿热击穿热击穿热击穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因反向击穿原因反向击穿原因：齐纳击穿齐纳击穿齐纳击穿齐纳击穿：(ZenerZener)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。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。(击穿电压击穿电压击穿电压击穿电压 6 V 6 V 6 V，正，正，正，正温度系数温度系数温度系数温度系数)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
22、。从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|7V时,主要是雪崩击穿；若|VBR|4V时,则主要是齐纳击穿。当在4V7V之间两种击穿都有2.3.3 半导体二极管的参数半导体二极管的参数几个主要参数：几个主要参数：(1)最大整流电流最大整流电流IF二极管长期连续工二极管长期连续工作时，允许通过二作时，允许通过二极管的最大整流极管的最大整流电流的平均值。电流的平均值。(2)反向击穿电压反向击穿电压VBR和最大反向工作电压和最大反向工作电压VRM 二极管反向电流二极管反向电流急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿电压电压VBR。为安全计，在实际为安全计，在实际工作时，
23、最大反向工作电压工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。的一半计算。(3)反向电流反向电流I IR R 在室温下，一般是最大反向工作电压下在室温下，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安纳安(nA)级；锗二极管在微安级；锗二极管在微安(A)级。级。(4)正向压降正向压降VF(5)动态电阻动态电阻rd 在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下，约0.60.8V；锗二极管约0.20.3V。反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。反映了二极管正向特性曲
24、线斜率的倒数。显然，显然，rd与工作电流的大小有关，即与工作电流的大小有关，即 rd=VF/IF(6)最高工作频率最高工作频率fmax(7)结电容结电容Cj2.3.4 半导体二极管的温度特性半导体二极管的温度特性 温度升高时，反向电流将呈温度升高时，反向电流将呈指数指数规律增加规律增加.硅管温度每增加硅管温度每增加88，反向电流将约增加一倍；，反向电流将约增加一倍；锗管温度每增加锗管温度每增加1212，反向电流大约增加一倍。，反向电流大约增加一倍。另外，温度升高时，管的正向压降将减小，另外，温度升高时，管的正向压降将减小，每增加每增加11，正向压降，正向压降VF(VD)大约减小大约减小2 2m
25、V，即具有负的温度系数。如图即具有负的温度系数。如图2.132.13所示。所示。图 2.13 温度对二极管伏安特性曲线的影响图示2.3.5 半导体二极管的型号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如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片1 1）理想二极管）理想二极管）理想二极管）理想二极管特性特性特性特性u uD Di iD D符号及符号及符号及符号及等效模型等效模型等效模型等效模型S SS S正偏导通，正偏导通，正偏导通，正偏导通，u uD D=0=0；反偏截止，；反偏截止，；反偏截止，；反偏截止，i iD D=0=0 U
26、U(BR)(BR)=2.4 2.4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法u uD Di iD DU UD(on)D(on)u uD D=U UD(on)D(on)0.7 V(Si)0.7 V(Si)0.2 V(Ge)0.2 V(Ge)2 2）二极管的恒压降模型）二极管的恒压降模型uDiDUthUI斜率斜率1/rDrD1Uth3 3）二极管的折线近似模型）二极管的折线近似模型Vth=0.5V 4.4.小信号模型小信号模型 二极管工作在正向特性的某一小范二极管工作在正向特性的某一小范围内内时，其正向特性可以等效成一个微其正向特性可以等效成一个微变电阻。阻。即即根据根据得得Q点点
27、处的微的微变电导则常温下（常温下（T=300K）Uth 硅硅硅硅二二二二极极极极管管管管，R R=2 2 k k ，分分分分别别别别用用用用二二二二极极极极管管管管理理理理想想想想模模模模型型型型和和和和恒恒恒恒压压压压降降降降模模模模型型型型求求求求出出出出 V VDD DD=2 2 V V 和和和和 V VDD DD=10 10 V V 时时时时 I IO O 和和和和 U UO O 的值。的值。的值。的值。例例 1 1理想模型理想模型恒压降模型恒压降模型 解解 VDD=2 V 理想理想IO=VDD/R=2/2 =1(mA)UO=VDD=2 V恒压降恒压降 UO=VDD Uth=2 0.7
28、=1.3(V)IO=UO/R=1.3/2=0.65(mA)VDD=10 V 理想理想IO=VDD/R=10/2=5(mA)恒压降恒压降UO=10 0.7=9.3(V)IO=9.3/2=4.65(mA)VDD 大，大，采用理想模型采用理想模型VDD 小，小，采用恒压降模型采用恒压降模型电路如图，求：电路如图，求：电路如图，求：电路如图，求：U UABAB V V阳阳阳阳=6 V 6 V V V阴阴阴阴 =12 V12 V V V阳阳阳阳VV阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降
29、，二极管可看作短路，U UABAB=6V 6V否则，否则，否则，否则，U UABAB低于低于低于低于6V6V一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为6.36.3或或或或6.7V6.7V例例2：取取取取 B B 点作参考点，断开点作参考点，断开点作参考点，断开点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极二极管，分析二极管阳极二极管，分析二极管阳极二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。和阴极的电位。和阴极的电位。和阴极的电位。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。D6V12V3k BAUAB+两个二极管的阴极接在一起两个二极
30、管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取取取 B B 点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。V V1 1阳阳阳阳=6 V6 V，V V2 2阳阳阳阳=0 V=0 V，V V1 1阴阴阴阴=V V2 2阴阴阴阴=12 V12 VU UD1D1=6V=6V，U UD2D2=12V=12V U UD2D2 U UD1D1 D D2 2 优先导通，优先导通，优先导通，优先导通，D D1 1截止。截止。截止。
31、截止。若忽略管压降，二极管可看作短路若忽略管压降，二极管可看作短路若忽略管压降，二极管可看作短路若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB =0 V=0 V例例3:D D1 1承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为6 V6 V流过流过流过流过 D D2 2 的电流为的电流为的电流为的电流为求：求：求：求：U UABAB 在这里，在这里，在这里，在这里，D D2 2 起钳位作用，起钳位作用，起钳位作用，起钳位作用，D D1 1起隔离作用。起隔离作用。起隔离作用。起隔离作用。BD16V12V3k AD2UAB+u ui i 8V 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看
32、作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 u uo o=8V=8V u ui i 8V 8V，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路 u uo o=u ui i已知：已知：已知：已知：二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 u uo o 波形。波形。波形。波形。8V8V例例例例4 4：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：整流、检波、整流、检波、整流、检波、整流、检波、限幅、钳位、开限幅、钳位、开限幅、钳位、开限幅、钳位、开关、元件保护、关、元件保护、关、元
33、件保护、关、元件保护、温度补偿等。温度补偿等。温度补偿等。温度补偿等。u ui i18V18V参考点参考点参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 V 8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i+判断二极管工作状态的方法？判断二极管工作状态的方法？练习练习练习练习 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。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。2.3.6 稳压二极管 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。稳压二极管的伏安
34、特性曲线与硅硅二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一样，符号和典二极管的伏安特性曲线完全一样，符号和典型应用电路如图型应用电路如图2.14所示。所示。图见下页 图 2.14 稳压二极管的伏安特性 (a)符号 (b)伏安特性 (c)应用电路(b)(c)(a)图示 从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极管的参数。(1)稳定电压稳定电压VZ(2)动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的下，所对应的反向工作电压。反向工作电压。稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。的。rZ愈
35、小，反映稳压管的击穿特性愈陡。愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。rZ=VZ/IZ(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM 稳压管的最大功率损耗稳压管的最大功率损耗取决于取决于PN结的面积和散热等结的面积和散热等条件。反向工作时条件。反向工作时PN结的功结的功率损耗为率损耗为 PZ=VZ IZ，由，由 PZM和和VZ可以决定可以决定IZmax。(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作和最小稳定工作 电流电流IZmin 稳压管的最大稳定工作稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，电流取决于最大耗散功率，即即PZmax=VZIZmax。而。而Izmin对对应应V
36、Zmin。若若IZIZmin则不能则不能稳压。稳压。(5)稳定电压温度系数稳定电压温度系数 VZ 温度的变化将使温度的变化将使VZ改变，在稳压管中当改变，在稳压管中当 VZ 7 V时，时，VZ具有正温度系数，反向击穿具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。是雪崩击穿。当当 VZ 4 V时，时，VZ具有负温度系数，反具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。向击穿是齐纳击穿。当当4 V VZ 7 V时，稳压管可以获得接时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。标准稳压管使用。ViVL=VZIZVRVLIRIZRRLVLViVZILI
37、R稳压调节过程稳压调节过程 二极管结电容的大小除了与本身结构和工艺有二极管结电容的大小除了与本身结构和工艺有关外，还与外加电压有关。结电容随反向电压的关外，还与外加电压有关。结电容随反向电压的增加而减小，这种效应显著的二极管称为变容二增加而减小，这种效应显著的二极管称为变容二极管。极管。2.5.2 2.5.2 变容二极管变容二极管 光电二极管的结构与光电二极管的结构与PN结二极管类似，但在它的结二极管类似，但在它的PN结处，通结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器件的过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器件的PN结结在反向偏置状态下运行，它的反向电流随光照强度的增加而上在反向偏置状态下运行，它的反向电流随光照强度的增加而上升。升。2.5.3.1 光电二极管光电二极管 发光二极管通常用元素周期表中发光二极管通常用元素周期表中、族元族元素的化合物，如砷化镓、磷化镓等所制成的。素的化合物，如砷化镓、磷化镓等所制成的。当这种管子通以电流时将发出光来，这是由于当这种管子通以电流时将发出光来，这是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。电子与空穴直接复合而放出能量的结果。2.5.3.2 发光二极管发光二极管