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1、第3讲半导体二极管本讲稿第一页，共十九页第三讲 半导体二极管一、二极管的组成二、二极管的伏安特性及电流方程三、二极管的等效电路四、二极管的主要参数五、稳压二极管本讲稿第二页，共十九页 一、二极管的组成一、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。点接触型：点接触型：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面接触型：面接触型：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平面型：平面型：结面积可小、可大结面积可小、可大小的工作频率高小的工
2、作频率高大的结允许的电流大大的结允许的电流大符号符号本讲稿第三页，共十九页 二、二极管的伏安特性及电流方程二、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称为伏安特性二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性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Si0.5V0.50.8V1A以下锗锗Ge0.1V0.10.3V几十A开启开启电压电压反向饱和反向饱和电流电流击穿击穿电压电压温度的温度的电压当量电压当量本讲稿第四页，共十九页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
3、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，反向特性下移正向特性为指正向特性为指数曲线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本讲稿第五页，共十九页三、二极管的等效电路三、二极管的等效电路 1.将伏安特性折线化将伏安特性折线化理想理想二极管二极管近似分析中近似分析中最常用最常用理想开关理想开关导通时导通时 UD0截截止时止时IS0导通时导通时UDUon截止时截止时IS0导通时导通时i与与u成线性成线性关系关系应根据不同情况选择不同的等效电路！应根据不同情况选择不同的等效电路！直流本讲稿第六页，共十九页三
4、、二极管的等效电路三、二极管的等效电路Q越高，越高，rd越小。越小。当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。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2.微变等效电路微变等效电路交流本讲稿第七页，共十九页四、二极管的主要参数四、二极管的主要参数最大整流电流最大整流电流IF：最大平均值：最大平均值最大反向工作电压最大反向工作电压UR：最大瞬时值：最大瞬时值反向电流反向电流 IR：即：即IS最高工作频率最高
5、工作频率fM：因：因PN结有电容效应结有电容效应结电容为结电容为扩散电容（扩散电容（Cd）与与势垒电容（势垒电容（Cb）之和。之和。扩散路程中电扩散路程中电荷的积累与释荷的积累与释放放空间电荷区空间电荷区宽窄的变化宽窄的变化有电荷的积有电荷的积累与释放累与释放本讲稿第八页，共十九页五、稳压二极管五、稳压二极管1.伏安特性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 由一个由一个PN结组成，结组成，反向击穿后在一定反向击穿后在一定的电流范围内端电的电流范围内端电压基本不变，为稳压基本不变，为稳定电压。定电压。2.主要参数主要参数稳定电压稳定电压UZ、稳
6、定电流、稳定电流IZ最大功耗最大功耗PZM IZM UZ动态电阻动态电阻rzUZ/IZ本讲稿第九页，共十九页讨论一 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。判断二极管工作状态的方法？判断二极管工作状态的方法？本讲稿第十页，共十九页讨论一 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。判断二极管工作状态的方法？判断二极管工作状态的方法？（a)导通,2V(b)D1截止，D2导通；-3V本讲稿第十一页，共十九页讨论二讨论二1.V2V、5V、10V时二极管中的直时二极管中的直流电流各为多少？流电流各为多少？2.若输入电压
7、的有效值为若输入电压的有效值为5mV，则，则上述各种情况下二极管中的交流电上述各种情况下二极管中的交流电流各为多少？流各为多少？V 较小时应实测伏安特性，较小时应实测伏安特性，用图解法求用图解法求ID。QIDV5V时，时，V=10V时，时，uD=V-iR200本讲稿第十二页，共十九页清华大学 华成英 讨论二讨论二V2V，ID2.6mAV5V，ID 21.5mAV10V，ID 50mA在伏安特性上，在伏安特性上，Q点越高，二极管的动态电阻越小！点越高，二极管的动态电阻越小！本讲稿第十三页，共十九页讨论三讨论三uoiDZDZRiLiRU1RL稳压管的技术参数稳压管的技术参数:Uz=6V,IZmin
8、=5mA,IZmax=25mA,U1=10V RL=600求限流电阻求限流电阻R的取值范围。的取值范围。本讲稿第十四页，共十九页负载电阻负载电阻 。要求要求当输入电压由正常值发生当输入电压由正常值发生 20%波动时，负载电压基本不变。波动时，负载电压基本不变。uoiZDZRiLiuiRL稳压管的技术参数稳压管的技术参数:解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为Izmax。求：求：电阻电阻R和输入电压和输入电压 ui 的正常值。的正常值。方程方程1讨论四讨论四本讲稿第十五页，共十九页令输入电压降到下限时，令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为流过
9、稳压管的电流为Izmin。方程方程2uoiZDZRiLiuiRL联立方程联立方程1、2，可解得：，可解得：本讲稿第十六页，共十九页 小结小结一、概念一、概念 本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体(N型型,P型型)、具有、具有PN结的半导体，二极管、共价键结的半导体，二极管、共价键要求：重点：具有要求：重点：具有PN结的半导体，结的半导体，PN结的半导体的单向导电特性结的半导体的单向导电特性 ，二极管，二极管的静态工作点二极管，二极管的静态工作点二、术语二、术语载流子、多子、少子、空穴、复合载流子、多子、少子、空穴、复合要求：熟悉以上术语要求：熟悉以上术语三、二极管的工作原理三、二极管的
10、工作原理1、二极管的伏安特性、二极管的伏安特性2、电流方程、电流方程3、参数、参数要求：要求：以上以上1、2点必须掌握。点必须掌握。3点要熟悉点要熟悉本讲稿第十七页，共十九页四、二极管的等效电路四、二极管的等效电路1、二极管在通直流时的等效电路、二极管在通直流时的等效电路2、二极管在通交流时的等效电路、二极管在通交流时的等效电路要求：会灵活使用不同计算要求下的直流等效电路，牢记交流等效电路中电阻的要求：会灵活使用不同计算要求下的直流等效电路，牢记交流等效电路中电阻的计算公式。计算公式。五、稳压二极管五、稳压二极管1、稳压二极管的工作原理、稳压二极管的工作原理2、稳压二极管的工作参数、稳压二极管的工作参数3、稳压二极管的应用、稳压二极管的应用要求：熟悉工作作原理，掌握工作参数。熟悉稳压二极管的应用电路，会设要求：熟悉工作作原理，掌握工作参数。熟悉稳压二极管的应用电路，会设计元件参数计元件参数本讲稿第十八页，共十九页 复习题复习题1、半导体的半导体的PN结是怎样形成的？有什么特性？结是怎样形成的？有什么特性？2、为什么要设计二极管的静态工作点？、为什么要设计二极管的静态工作点？3、利用稳压二极管作稳压器，设计电路时要注意什么？、利用稳压二极管作稳压器，设计电路时要注意什么？本讲稿第十九页，共十九页