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1、第3章 二极管及其基本电路第1页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系23.1 半导体的基本知识3.1.1 半导体材料半导体材料第3章 二极管及其基本电路导体、绝缘体、半导体划分的依据：导体、绝缘体、半导体划分的依据：物体导电能力物体导电能力(电阻率电阻率)。半导体：电阻率为半导体：电阻率为1010-3-310109 9 cm。典型的半导体：典型的半导体：硅硅Si、锗锗Ge、砷化镓砷化镓GaAs等。等。最常用的半导体材料最常用的半导体材料：硅硅。第2页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系33.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构第3章二极管及其基本电路
2、 3.1半导体的基本知识 硅硅和和锗锗是是四四价价元元素素，在在原原子子最最外外层层轨轨道道上上的的四四个个电电子子称为称为价电子价电子。半导体硅材料具有晶体结构，它们分别与周围的四个原子半导体硅材料具有晶体结构，它们分别与周围的四个原子的价电子形成的价电子形成共价键共价键。共价键中的价电子为这些原子所。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，称为共有，并为它们所束缚，称为束缚电子束缚电子。第3页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系43.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体、空穴及其导电作用第3章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识本征半导体本征半导
3、体：完全纯净的，结构完整的半导体。：完全纯净的，结构完整的半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到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。第4页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系5 电子空穴对 当半导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。自由电子这一现象称为本征激发，也称热激发3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用第3章二极管及其基本电路 3.1半导体的
4、基本知识第5页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系63.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用第3章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识 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，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。空穴第6页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系7 空穴的移动 相邻共价键中的价电子（束缚电子）能迁入空穴形成新的空穴，相当于空穴移动。带电粒子在电场作用下能作定向运动。自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流。电子与空穴的移动3.1.3 本征半
5、导体、空穴及其导电作用第3章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识第7页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系8 “自由电子自由电子”和和“空穴空穴”总称总称“载流子载流子”（载运电（载运电流的粒子。流的粒子。可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出可见因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。称为称为产生产生。部分自由电子也可能回到空穴中去，称为部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合复合。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。温度增加，载流子浓度增加，半导体的导电能力增加。温度
6、增加，载流子浓度增加，半导体的导电能力增加。3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用第3章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识第8页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系93.1.4 杂质半导体杂质半导体第3章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，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。掺入杂质的本征半导体称为五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体杂质半导体。N N型半导体型半导体掺入五价杂质元素（如磷）
7、的半掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。导体。P P型半导体型半导体掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。第9页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系103.1.4 杂质半导体第3章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识 1.N 1.N型半导体型半导体 因五价杂质原子中因五价杂质原子中只有四个价电子能与周只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形共价键束缚而很容易形成自由电子。成自由电子。在在N N型半导体中型半导体中自由自由电子
8、是多数载流子，电子是多数载流子，它主要由杂质原子它主要由杂质原子提供；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。第10页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系113.1.4 杂质半导体第3章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识 2.P 2.P型半导体型半导体 因三价杂质原子因三价杂质原子在与硅原子形成共价在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电键时，缺少一个价电子而在共价键中留下子而在共价键中
9、留下一个空穴。一个空穴。在在P 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，它主要由掺杂形成；它主要由掺杂形成；自自由由电子是少数载流子，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。三价杂质。三价杂质 因而也称为因而也称为受主杂质受主杂质。第11页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系123.1.4 杂质半导体第3章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识 3.杂质对半导体导电性的影响杂质对半导体导电性的影响 掺入杂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:T=30
10、0 K室温下室温下,本征硅的电子和空穴浓度本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.41010/cm31 本征硅的原子浓度本征硅的原子浓度: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掺杂后掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度型半导体中的自由电子浓度:n=51016/cm3第12页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系133.2.1 载流子的漂移与扩散3.2 PN结的形成及特性第3章 二极管及其基本电路 漂移运动：在电场作用引起的载流子的运动称为漂移漂移运动：在电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。运动。扩散运动：由载流子浓度差
11、引起的载流子的运动称为扩扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。散运动。第13页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系143.2.2 PN结的形成结的形成第3章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性 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,分分别形成别形成N型半导体和型半导体和P型半导体。型半导体。第14页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系153.2.2 PN结的形成第3章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性此时将在N型半导体和P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
12、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 并复合并复合 空间电荷区形成内电场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电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 e 第15页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系16 最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。e 第16页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系173.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性第3章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特
13、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；P区的电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。第17页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系183.2.3 PN结的单向导电性第3章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性(1)PN(1)PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 外加的正向电压方向外加的正向电压方向与与PN结内电场方向相反，结内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内削弱了内电场。于是，内电场对多子扩散运
14、动的阻电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，扩散电流远大于漂移电流，忽略漂移电流，忽略漂移电流，PN结呈结呈现低阻性。现低阻性。PN结加正向电压时的导电情况第18页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系193.2.3 PN结的单向导电性第3章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性PN结加反向电压时的导电情况(2)PN(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 外加的反向电压方向外加的反向电压方向与与PN结内电场方向相同，结内电场方向相同，加强了内电场。多子扩散运加强了内电场。多子扩散运动受阻，扩散电流趋
15、于零。动受阻，扩散电流趋于零。少子漂移加强，形成漂移电少子漂移加强，形成漂移电流，其数量很小，流，其数量很小，PN结呈结呈现高阻性。现高阻性。在一定的温度条件下，由在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也电压的大小无关，这个电流也称为称为反向饱和电流。反向饱和电流。第19页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系20 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向
16、漂移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。3.2.3 PN结的单向导电性第3章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性第20页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系213.2.3 PN结的单向导电性第3章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性(3)PN结V-I 特性表达式其中其中PN结的伏安特性I IS S 反向饱和电流反向饱和电流V VT T 温度的电压当量温度的电压当量且在常温下（且在常温下（T T=300K=300K）第21页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系223.2.4 PN结的反向击穿结的反向击穿第3章二极管及其基本电路 3
17、.2 PN结的形成及特性 当VBRV0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。当当VVBR时，反向电流急时，反向电流急剧增加，剧增加，VBR称为称为反向击穿电反向击穿电压压。第22页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系23 雪崩击穿：雪崩击穿：通过空间电荷区的电子和空穴，在通过空间电荷区的电子和空穴，在电场作用下能量增大。与晶体原子发生碰撞，可使电场作用下能量增大。与晶体原子发生碰撞，可使共价键中的电子激发形成电子空穴对，称共价键中的电子激发形成电子空穴对，称碰撞电离碰撞电离，新产生的电子和空穴，在电场作用下，重新获得能量，新产生
18、的电子和空穴，在电场作用下，重新获得能量，又可通过碰撞，再产生电子空穴对，这就是载流子的又可通过碰撞，再产生电子空穴对，这就是载流子的倍增效应倍增效应。使反向电流急剧增大。使反向电流急剧增大。齐纳击穿：齐纳击穿：在加有较高的反向电压下，在加有较高的反向电压下，PN结的空间结的空间电荷区中存在一个强电场，能破坏共价键将束缚电子分离电荷区中存在一个强电场，能破坏共价键将束缚电子分离出来造成电子空穴对，形成较大反向电流。出来造成电子空穴对，形成较大反向电流。3.2.4 PN结的反向击穿第3章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性第23页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系2
19、4热击穿热击穿不可逆不可逆 雪崩击穿 齐纳击穿 电击穿电击穿可逆可逆3.2.4 PN结的反向击穿第3章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性第24页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系253.3.1 二极管的结构3.3 二极管第3章 二极管及其基本电路 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。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按结构分有点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型三大类。三大类。第25页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系263.3.1 二极管的结构第3章二极管及其基本电路 3.3 二极管(1)
20、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 二极管的结构示意图第26页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系273.3.1 二极管的结构第3章二极管及其基本电路 3.3 二极管(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)面接触型第27页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系283.3.1 二极管的结构第3章二极管及其基本电路 3.3 二极管半导体二极管图片第
21、28页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系29半导体二极管图片3.3.1 二极管的结构第3章二极管及其基本电路 3.3 二极管第29页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系303.3.2 二极管的V-I特性第3章二极管及其基本电路 3.3 二极管二极管的伏安特性曲线可用下式表示锗二极管2AP15的V-I 特性硅二极管2CP10的V-I 特性第30页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系313.3.2 二极管的V-I特性第3章二极管及其基本电路 3.3 二极管锗二极管2AP15的V-I 特性 (1)正向特性（当V0时）当0VVth时，正向电流为零
22、，Vth称为死区电压或开启电压。当VVth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。死区电压（门砍电压）硅二极管Vth=0.5 V左右锗二极管Vth=0.1 V左右 正向压降硅二极管VF=0.7V左右锗二极管VF=0.2V左右第31页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系323.3.2 二极管的V-I特性第3章二极管及其基本电路 3.3 二极管（2）反向特性（当）反向特性（当VBRV0时）时）当当VBRV0时，反向电流很小，且基本不随时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向反向饱和电流饱和电流I IS S 。
23、当当V VBR时，反向电时，反向电流急剧增加，流急剧增加，VBR称为称为反向击反向击穿电压穿电压。（3）反向击穿特性（当）反向击穿特性（当V VBR时）时）锗二极管2AP15的V-I 特性第32页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系333.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数第3章二极管及其基本电路 3.3 二极管1.最大整流电流最大整流电流IF 二极管长期连续工作时，允许通过二极管的大整流二极管长期连续工作时，允许通过二极管的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 二极管反向电流急剧增加时对应的反
24、向电压值称为二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压反向击穿电压VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压为安全计，在实际工作时，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。第33页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系343.3.2 二极管的主要参数第3章二极管及其基本电路 3.3 二极管3.反向电流IR 在室温下，在规定的反向电压下，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纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。第34页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系353.3
25、.2 二极管的主要参数第3章二极管及其基本电路 3.3 二极管(1)势垒电容CB 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN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PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。4.极间电容Cd第35页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系363.3.2 二极管的主要参数第3章二极管及其基本电路 3.3 二极管 扩散电容是由多子扩散后，在扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积结的另一侧面积累而形成的。因累而形成的。因PN结正偏时，由结正偏时，由N区扩散到区扩散到P区的电区的电子，与外电源提供的空穴相复合，
26、形成正向电流。刚子，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扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠区内紧靠PN结的附近，结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。形成一定的多子浓度梯度分布曲线。(2)扩散电容CD 反之，由反之，由P区扩散到区扩散到N区的空穴，在区的空穴，在N区内也形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成类似的浓度梯度分布曲线。扩散电容的示意图如图所示。图所示。第36页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系373.3.2 二极管的主要参数第3章二极管及其基本电路 3.3 二极管 扩散电容示意图 当外加正向电压不同时，扩散电流
27、即外电路电流的大小也就不同。所以PN两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这就相当于电容的充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。第37页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系383.4.2 二极管电路的简化模型分析方法3.4 二极管的基本电路及其分析方法第3章 二极管及其基本电路（1）理想模型理想模型正向偏置时：正向偏置时：VD=0V 反向偏置时：二极管的电阻反向偏置时：二极管的电阻为无穷大，电流为零。为无穷大，电流为零。1.1.二极管二极管V V-I I 特性的建模特性的建模第38页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系393.4.2 二极管电路的简化模
28、型分析方法第3章二极管及其基本电路 3.4 二极管的基本电路及其分析方法（2）恒压降模型恒压降模型正向偏置时：有恒定正向偏置时：有恒定的压降的压降VD=0V反向偏置时：二极管的电反向偏置时：二极管的电阻为无穷大，电流为零。阻为无穷大，电流为零。第39页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系403.4.2 二极管电路的简化模型分析方法第3章二极管及其基本电路 3.4 二极管的基本电路及其分析方法（3）折线模型折线模型 正向偏置时二极管正向偏置时二极管的管压降不是恒定的，的管压降不是恒定的，用一个电池和一个电阻用一个电池和一个电阻来近似。来近似。Vth=0.5V 不同的管子不同的管
29、子Vth和和 rD的数值离散性很大。的数值离散性很大。适用于适用于 iD小于等于小于等于 1mA时。时。第40页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系413.4.2 二极管电路的简化模型分析方法第3章二极管及其基本电路 3.4 二极管的基本电路及其分析方法（4）小信号模型小信号模型 静态工作点静态工作点Q的斜率倒数，的斜率倒数，就是小信号模型的就是小信号模型的微变电阻微变电阻 rd。（又称。（又称动态电阻动态电阻）第41页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系423.4.2 二极管电路的简化模型分析方法第3章二极管及其基本电路 3.4 二极管的基本电路及其分析方
30、法 过Q点的切线可以等效成一个微变电阻即根据得得Q点处的微变电导点处的微变电导则常温下（常温下（T T=300K=300K）（a）V-I特性 （b）电路模型第42页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系433.4.2 二极管电路的简化模型分析方法第3章二极管及其基本电路 3.4 二极管的基本电路及其分析方法2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（1 1）整流电路）整流电路（a）电路图 （b）vs和vo的波形第43页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系443.4.2 二极管电路的简化模型分析方法第3章二极管及其基本电路 3.4 二极管的基本电路及其分析方法（
31、2）静态工作情况分析理想模型理想模型（R=10k）当VDD=10V 时，恒压模型恒压模型（硅二极管典型值）折线模型折线模型（硅二极管典型值）设当VDD=1V 时，（自看）（a）简单二极管电路 （b）习惯画法 第44页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系453.4.2 二极管电路的简化模型分析方法第3章二极管及其基本电路 3.4 二极管的基本电路及其分析方法（3）限幅电路 电路如图，电路如图，R=1k，VREF=3V，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当求解，当vI=6sin t V时，绘出相应的输出电压时，绘出相应
32、的输出电压vO的波形。的波形。第45页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系46（4）开关电路电路如图所示，求电路如图所示，求AO的电压值的电压值解：解：先断开先断开D，以，以O为基准电位，为基准电位，即即O点为点为0V。则接则接D阳极的电位为阳极的电位为-6V，接阴，接阴极的电位为极的电位为-12V。阳极电位高于阴极电位，阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。接入时正向导通。导通后，导通后，D的压降等于零，即的压降等于零，即A点的电位就是点的电位就是D阳极的电位。阳极的电位。所以，所以，AO的电压值为的电压值为-6V。3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法第3章二极管及其
33、基本电路 3.4 二极管的基本电路及其分析方法第46页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系473.5.1 齐纳二极管3.5 特殊二极管第3章 二极管及其基本电路 又称稳压二极管，利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳又称稳压二极管，利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。(a)符号 (b)伏安特性(b)(a)第47页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系48稳压二极管的参数：(1)稳定电压稳定电压VZ 在规定的稳压管反向工在规定的稳压管反向工作电流作电流IZ下，所对应的反下，所对应的反向工作电压。向
34、工作电压。(2)动态电阻动态电阻rZ 其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。rZ愈小，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/IZ3.5.1 齐纳二极管第3章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管第48页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系493.5.1 齐纳二极管第3章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管(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取稳压管的最大功率损耗取决于决于PN结的面
35、积和散热等条件。结的面积和散热等条件。反向工作时反向工作时PN结的功率损耗为结的功率损耗为 PZ=VZ IZ，由，由 PZM和和VZ可以决可以决定定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电稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即流取决于最大耗散功率，即PZmax=VZIZmax。而。而Izmin对应对应VZmin。若若IZIZmin则不能稳压。则不能稳压。第49页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系503.5.1 齐纳二极管第3章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管并
36、联稳压电路：稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管。电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管。第50页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系513.5.1 齐纳二极管第3章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管 稳压原理：稳压原理：当稳压管电流当稳压管电流 IL 有较大变化时，而稳压管两端电压的有较大变化时，而稳压管两端电压的变化却很小。这样，当变化却很小。这样，当 VI 或或 RL 变化时，电路能自动调整变化时，电路能自动调整 IL 的大小，以改变的大小，以改变 R 上的压降，而维持上的压降，而
37、维持 VO 的基本不变。的基本不变。第51页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系52 稳压过程：RL VZ IZ IL VZ 变化小；VI VZ IZ IR VR VZ 变化小。3.5.1 齐纳二极管第3章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管第52页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系53VI=Vimin IL=Ilmax 时：R 太大，IZ 会太小，管子不稳压。要求3.5.1 齐纳二极管第3章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管第53页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系543.5.1 齐纳二极管第3章二极管及其基本电路 3.5 特殊
38、二极管VI=VImax IL=Ilmin 时：R 太小，IZ 会太大，管子会烧坏。要求第54页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系553.5.4 光电子器件光电子器件第3章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管 电子技术新的趋势：在信号传输和存储等环节中，电子技术新的趋势：在信号传输和存储等环节中，有效地应用光信号。有效地应用光信号。光电子系统的突出优点：抗干扰能力较强，可大光电子系统的突出优点：抗干扰能力较强，可大量地传送信息，传输损耗小，工作可靠。量地传送信息，传输损耗小，工作可靠。主要缺点：光路比较复杂，光信号的操作与主要缺点：光路比较复杂，光信号的操作与调制需要精心地
39、设计；光信号和电信号的接口需调制需要精心地设计；光信号和电信号的接口需要一些特殊的光电子器件。要一些特殊的光电子器件。第55页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系563.5.4 光电子器件第3章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管结构：与结构：与PN结二极管类似。结二极管类似。1、光电二极管特点：特点：PN结在反向偏置状态下运行，结在反向偏置状态下运行，反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。灵敏度的典型值：灵敏度的典型值：0.1A/lx数量级。数量级。用途：将光信号转换为电信号；可用来作为光的测量。用途：将光信号转换为电信号；可用来作为光的测量。第
40、56页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系573.5.4 光电子器件第3章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管用途：用途：.作为显示器件；作为显示器件；.将电信号变为光信号，通过光缆传输，将电信号变为光信号，通过光缆传输，然后再用光电二极管接收，再现电信号。然后再用光电二极管接收，再现电信号。2、发光二极管符号光电传输系统 工作电流：一般为几个毫安至十几毫安之间。工作电流：一般为几个毫安至十几毫安之间。第57页，本讲稿共58页2023/4/16上海电力学院 电力系583.5.4 光电子器件第3章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管 用途：小功率光电设备中广泛应用，用途：小功率光电设备中广泛应用，如计算机上的光盘驱动器，激光打印机中的打印头等。如计算机上的光盘驱动器，激光打印机中的打印头等。特点：产生相干的单色光信号。特点：产生相干的单色光信号。更效地传输光信号。更效地传输光信号。3、激光二极管习题：习题：3.4.5、3.4.6（a）、）、3.4.9、3.5.1 第58页，本讲稿共58页