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1、长江职业学院二极管伏安特性 第1 页，本讲稿共16 页3、PN结单向导电的数学表达式反向饱和电流温度的电压当量电子电量玻尔兹曼常数当 T=300(27C)：UT=26 mV第2 页，本讲稿共16 页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 二极管的主要参数第3 页，本讲稿共16 页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
2、极引线集成电路中平面型PNP 型支持衬底第4 页，本讲稿共16 页第5 页，本讲稿共16 页1.2.2 二极管的伏安特性一、PN 结的伏安方程反向饱和电流温度的电压当量电子电量玻尔兹曼常数当 T=300(27C)：UT=26 mV第6 页，本讲稿共16 页二、二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性 Uth UD(on)死区电压iD=0Uth=0.5 V 0.1 V(硅管)(锗管)U UthiD 急剧上升0 U Uth UD(on)=(0.6 0.8)V硅管 0.7 V(0.1 0.3)V锗管 0.2 V反向特性ISU(BR)反向击穿U(BR)U 0 iD=IS 0.1 A(硅)几十 A(
3、锗)U U(BR)反向电流急剧增大(反向击穿)导通电压第7 页，本讲稿共16 页反向击穿类型：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 6 V，正温度系数)击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。第8 页，本讲稿共16 页硅管的伏安特性锗管的伏安特性604020 0.02 0.0400.40.82550iD/mAuD/ViD/mAuD/V0.2 0.4 25 50510150.010.020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第9 页，本讲稿共16 页温度对二极管特性的影响6040
4、20 0.0200.42550iD/mAuD/V20C90CT 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？第10 页，本讲稿共16 页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)/2 3.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)I FURMO第11 页，本讲稿共16 页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
5、。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。第12 页，本讲稿共16 页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第13 页，本讲稿共16 页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S S正偏导通，uD=0；反偏截止，iD=0 U(BR)=二、二极管的恒压降模型uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7 V(Si)0.2 V(Ge)UD(on)三、二极管的折线近似模型uDiDUD(on)UI斜率1/rDrDUD(on)第14 页，本讲
6、稿共16 页UD(on)例 1.3.1 硅二极管，R=2 k，分别用二极管理想模型和恒压降模型求出 VDD=2 V 和 VDD=10 V 时 IO 和 UO 的值。UOVDDIORUOVDDIOR解VDD=2 V 理想IO=VDD/R=2/2=1(mA)UO=VDD=2 V恒压降UO=VDD UD(on)=2 0.7=1.3(V)IO=UO/R=1.3/2=0.65(mA)VDD=10 V 理想UO=VDD=10V IO=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，采用恒压降模型第15 页，本讲稿共16 页例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=15 VUP UN二极管导通等效为 0.7 V 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)VDD1 VDD2UORLR1 k3 kIOI1I215 V12VP N第16 页，本讲稿共16 页