lecture半导体二极管及应用.pptx

知识回顾Q1：本征半导体导有哪两种载流子？导电能力跟什么有关？空穴和自由电子，温度或者光照抢答开始！A1：多数载流多数载流子子少数载流少数载流子子Q2：有哪两种类型半导体？A2：N型（Negative）半导体和P型（Positive）半导体。N N型型P P型型多数载流多数载流子子少数载流少数载流子子第1页/共35页Q3：PN结有什么特性？抢答开始！P 区N 区+UR加正向电压加正向电压P 区N 区 +UR加反向电压加反向电压I I 很小很小PN结具有单向导电性I I 较大较大P 区N 区EP 区N 区第2页/共35页第3页/共35页第4页/共35页第5页/共35页1 半导体二极管的结构semiconductors diodes第6页/共35页第7页/共35页 2 二极管的特性及参数 第8页/共35页第9页/共35页二、二极管的主要参数 二极管参数是反映二极管性能质量的指标。必须根据二极管的参数来合理选用二极管。二极管的主要参数有4项。1）最大整流电流IFM IFM是指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值，由PN结的面积和散热条件所决定，用IFM表示。工作时，管子通过的电流不应超过这个数值，否则将导致管子过热而损坏。2）最高反向工作电压URM URM是指二极管不击穿所允许加的最高反向电压。第10页/共35页 超过此值二极管就有被反向击穿的危险。URM通常为反向击穿电压的1/22/3，以确保二极管安全工作。3）最大反向电流IRM IRM是指二极管在常温下承受最高反向工作电压URM时的反向漏电流，一般很小，但其受温度影响较大。当温度升高时，IRM显著增大。4）最高工作频率fM fM是指保持二极管单向导通性能时，外加电压允许的最高频率。二极管工作频率与PN结的极间电容大小有关，容量越小，工作频率越高。二极管的参数很多，除上述参数外，还有结电容、正向压降等，实际应用时，可查阅半导体器件手册。第11页/共35页3 二极管的等效电路 二极管是非线性元件，为了便于分析用线性元件代替二极管。能够模拟二极管特性的电路称为二极管的等效电路。由伏安特性折线化得到的等效电路如图所示。图1.2.4 由伏安特性折线化得到的等效电路第12页/共35页理想模型ideal model：如图（a）所示的折线化伏安特性表明二极管导通时正向压降为零，截止时反向电流为零，称为理想二极管。小信号模型 small signal model：如图（b）所示的折线化伏安特性表明二极管导通时正向压降为一个常量Uon，截止时反向电流为零，因而的等效电路是理想二极管串连电压源Uon。折线化模型 piecewise model：如图（c）所示的折线化伏安特性表明二极管导通时正向压降u大于Uon 后其电流I与u成线性关系，直线斜率为1/rD，截止时反向电流为零，因此等效电路是理想二极管串联电压源Uon 和电阻rD。在近似分析中，三个等效电路中以图a误差最大，图c误差最小，一般情况下多采用图b所示电路。第13页/共35页 4 半导体二极管的应用 （1）低频及脉冲电路中，做整流、限幅、钳位、稳压、波形变换 （2）集成运放加二极管构成指数、对数、乘法、除法等运算电路 （3）高频电路中做检波、调幅、混频等 1）整流 rectifier 所谓整流,就是将交流电变为单方向脉动的直流电。利用二极管的单向导电性可组成单相、三相等各种形式的整流电路，然后再经过滤波、稳压，便可获得平稳的直流电。这些内容将在第10章详细介绍。2）钳位 clamp 利用二极管正向导通时压降很小的特性，可组成钳位电路，如图所示。第14页/共35页 图中，若A点UA=0，二极管VD可正向导通，其压降很小，故F点的电位也被钳制在0V左右，即UF0。图1.2.5 二极管钳位电路第15页/共35页3）限幅 图1.2.6 二极管限幅电路及波形第16页/共35页 利用二极管正向导通后其两端电压很小且基本不变的特性，可以构成各种限幅电路，使输出电压幅度限制在某一电压值以内。图1.2.6(a)为一正负对称限幅电路，设输入电压ui=10sint(V),Us1=Us2=5V。当-Us2uiUs1时，VD1处于正向偏置而导通，使输出电压保持在Us1。当uiV阴或 UD为正，二极管导通（正向偏置）若 V阳 V阴，二极管导通，若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=6V。实际上，UAB低于6V一个管压降，为或例：取B 点作为参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。D D6V6V12V12V3k3k B BA AU UABAB+第31页/共35页例1.3:1.3:电路如图，求：UAB 若忽略二极管正向压降，二极管VD2可看作短路，UAB=0 V，VD1截止。截止。VD6V12V3k BAVD2U UABAB+取 B 点作参考点，V1 阳=6 V，V2 阳=0 V，V1 阴=V2 阴，由于V2 阳电压高，因此电压高，因此VD2导通。导通。第32页/共35页ui 8V 二极管导通，可看作短路 uo=8V ui 8V 二极管截止，可看作开路 uo=ui已知：二极管是理想的，试画出 uo 波形。u218V参考点8V例二极管的用途：整流、检波、限幅、箝位、开关、元器件保护、温度补偿等。D D8V8VR Ru uo ou ui i+第33页/共35页Thank you very much!See you next time!第34页/共35页感谢您的观看！第35页/共35页