二极管及其基本电路PPT讲稿.ppt

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1、二极管及其基本电路第1页，共79页，编辑于2022年，星期四 主要内容主要内容 1.半导体的基本知识半导体的基本知识 2.PN结的形成及特点结的形成及特点 3.半导体二极管的结构、特性、参数、半导体二极管的结构、特性、参数、模型及应用电路模型及应用电路 2第2页，共79页，编辑于2022年，星期四基本要求基本要求 1.了解半导体的基础知识了解半导体的基础知识 2.理解理解PN结的单向导电工作原理结的单向导电工作原理 3.掌握二极管（包括稳压管）的掌握二极管（包括稳压管）的V-I特性及主特性及主要性能指标要性能指标 4.掌握二极管电路的分析方法和应用掌握二极管电路的分析方法和应用 3第3页，共7

2、9页，编辑于2022年，星期四3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性3.3 半导体二极管半导体二极管3.4 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3.5 特殊二极管特殊二极管 4第4页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 3.1.1 半导体材料半导体材料 3.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构 3.1.3 本征半导体本征半导体 3.1.4 杂质半导体杂质半导体 5第5页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.1.1 半导体材料半导体材料 根据物体导电能力根据物体导电能力(电阻率电阻

3、率)的不同，来划分导体、绝缘的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。体和半导体。导电性能介于导体与绝缘体之间材料，称为半导体。导电性能介于导体与绝缘体之间材料，称为半导体。在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半导体，在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半导体，如硅（如硅（Si）、锗（）、锗（Ge）等；化合物半导体，如砷化镓）等；化合物半导体，如砷化镓（GaAs）等。其中硅是最常用的一种半导体材料。）等。其中硅是最常用的一种半导体材料。6第6页，共79页，编辑于2022年，星期四 半导体有以下特点：半导体有以下特点：1半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间 2半

4、导体受外界光和热的激励时，其导电能力将会半导体受外界光和热的激励时，其导电能力将会有显著变化。有显著变化。3在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会显著增加。显著增加。7第7页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构 在电子器件中，用得最多的半导体材料是硅和在电子器件中，用得最多的半导体材料是硅和锗，它们的简化原子模型如下图所示。硅和锗都是锗，它们的简化原子模型如下图所示。硅和锗都是四价元素，在其最外层原子轨道上具有四个电子，四价元素，在其最外层原子轨道上具有四个电子，称为价电子。由于原子呈中性，故在

5、图中原子核用称为价电子。由于原子呈中性，故在图中原子核用带圆圈的带圆圈的+4符号表示。半导体与金属和许多绝缘体一样，符号表示。半导体与金属和许多绝缘体一样，均具有晶体结构，它们的原子形成有排列，邻近原子之间均具有晶体结构，它们的原子形成有排列，邻近原子之间由共价键联结，其晶体结构示意图如下所示。图中表示的由共价键联结，其晶体结构示意图如下所示。图中表示的是晶体的二维结构，实际上半导体晶体结构是三维的。是晶体的二维结构，实际上半导体晶体结构是三维的。第8页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构硅和锗的原子结构简化模

6、型及晶体结构第9页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构硅晶体的空间排列硅晶体的空间排列第10页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.1.3 本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。空穴空穴共价键中的空位共价键中的空位。电子空穴对电子空穴对由热激发而产生的自由由热激发而产生的自由电子和空穴对电子和空穴对。空穴的移动空穴的移动空穴的运空穴的运动是靠相是靠相邻共共价价键中的价中的价电子依次充填空穴来子依次充填空穴来实现的。的。第11页，共79页，编

7、辑于2022年，星期四 3.1.3 本征半导体本征半导体 本征激发本征激发 在室温下，本征半导体共价键中的价电子获得足够的能量，在室温下，本征半导体共价键中的价电子获得足够的能量，挣脱共价键的束缚进入导带，成为自由电子，在晶体中产生电子挣脱共价键的束缚进入导带，成为自由电子，在晶体中产生电子-空穴对的现象称为本征激发空穴对的现象称为本征激发.空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点.第12页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.1.3 本征半导体本征半导体第13页，共79页，编辑于2022年，星期四 由于共价键出现了空穴，在外加电场或其它由于共价

8、键出现了空穴，在外加电场或其它能源的作用下，邻近价电子就可填补到这个空位能源的作用下，邻近价电子就可填补到这个空位上，而在这个电子原来的位置上又留下新的空位，上，而在这个电子原来的位置上又留下新的空位，以后其它电子又可转移到这个新的空位。这样就以后其它电子又可转移到这个新的空位。这样就使共价键中出现一定的电荷迁移。空穴的移动方使共价键中出现一定的电荷迁移。空穴的移动方向和电子移动的方向是相反的。向和电子移动的方向是相反的。本征半导体中的自由电子和空穴数总是相本征半导体中的自由电子和空穴数总是相等的。等的。3.1.3 本征半导体本征半导体第14页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.1.4

9、杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可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。掺入杂质的本征半导体称为三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半杂质半导体导体。N型半导体型半导体掺入五价杂质元素（如磷）的半掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。导体。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15页，共79页，编辑于2022年，星期四 1.N型半导体型半导体 因五价杂质原子中只因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围有

10、四个价电子能与周围四个半导体原子中的价四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成价键束缚而很容易形成自由电子。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，它主要由杂质原子提供它主要由杂质原子提供；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，因此五价因此五价杂质原子也称为杂质原子也称为施主杂质施主杂质。第16页，共79页，编辑于2022年，星期四 2.P型半导体型半导体

11、 因三价杂质原子在因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。价键中留下一个空穴。在在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；自由自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。三价三价杂质杂质 因而也称为因而也称为受主杂质受主杂质。第17页，共79页，编辑于2022年，星期四 本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体 本节中的有关概念本节中的有关概念 自由电子、

12、空穴自由电子、空穴 N型半导体、型半导体、P型半导体型半导体 多数载流子、少数载流子多数载流子、少数载流子 施主杂质、受主杂质施主杂质、受主杂质第18页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性3.2.1 PN结的形成结的形成3.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性3.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿3.2.4 PN结的电容效应结的电容效应 19第19页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.2.1 PN结的形成结的形成 平衡状态下的PN结(a)初始状态;(b)平衡状态;(c)电位分布 第20页，共79页，编辑于2022年，星期四 在一块本征半导体

13、两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别分别形成形成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型半导体型半导体和和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 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 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型半导体和型半导体和N型半导体结合面，离型半导体结合面，离子薄层形成的子薄层形成的空间电荷区空间电荷区称为称为PN结结。在空间电荷区，由于缺少

14、多子，所以也在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称称耗尽层耗尽层。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 第21页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 当外加电压使当外加电压使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；反之；反之称为加称为加反向电压反向电压，简称简称反偏反偏。(1)PN结加正向电压时结加正向电压时 低电阻低电阻 大的正向扩散电流大的正向扩散电流PN结的伏安特性结的伏安特性第22页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.2.2 P

15、N结的单向导电性结的单向导电性 PN结正向运用 第23页，共79页，编辑于2022年，星期四 2.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 当外加电压使当外加电压使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；反之；反之称称为加为加反向电压反向电压，简称简称反偏反偏。(2)PN结加反向电压时结加反向电压时 高电阻高电阻 很小的反向漂移电流很小的反向漂移电流 在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定在一定的温度条件下，由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是恒定的，基本上与所加反向电压的，故少子形成的漂移电

16、流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流反向饱和电流。PN结的伏安特性结的伏安特性第24页，共79页，编辑于2022年，星期四 PN结反向运用 第25页，共79页，编辑于2022年，星期四 PN结加正向电压时，呈现低电阻，结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向结具有单向导电性。导电性。第26页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.2.2 PN

17、结的单向导电性结的单向导电性(3)PN结结V-I 特性表达式特性表达式其中其中PN结的伏安特性结的伏安特性IS 反向饱和电流反向饱和电流VT 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=300K）第27页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿思考：思考：1.空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子 运动吗？运动吗？2.什么是什么是N型半导体？什么是型半导体？什么是P型半导体？型半导体？当二种半导体制作在一起时会产生什么当二种半导体制作在一起时会产生什么 现象？现象？3.PN结的单向导电性指的是什么？在结的单向导电性

18、指的是什么？在PN 结中加反向电压时真的没有电流吗？结中加反向电压时真的没有电流吗？第28页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿 反向击穿分为电击穿和热击穿，电击穿反向击穿分为电击穿和热击穿，电击穿包括雪崩击穿和齐纳击。包括雪崩击穿和齐纳击。PN结热击穿后电流很结热击穿后电流很大，电压又很高，消耗在结上的功率很大，容大，电压又很高，消耗在结上的功率很大，容易使易使PN结发热结发热,把把PN结烧毁。结烧毁。热击穿热击穿不可逆；电击穿不可逆；电击穿可逆可逆第29页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿 当反向电压足够

19、高时当反向电压足够高时,阻挡层内电场很强阻挡层内电场很强,少数载流少数载流子在结区内受强烈电场的加速作用子在结区内受强烈电场的加速作用,获得很大的能量获得很大的能量,在运动中与其它原子发生碰撞时在运动中与其它原子发生碰撞时,有可能将价电子有可能将价电子“打打”出共价键出共价键,形成新的电子、形成新的电子、空穴对。这些新的载流子与空穴对。这些新的载流子与原先的载流子一道原先的载流子一道,在强电场作用下碰撞其它原子打出在强电场作用下碰撞其它原子打出更多的电子、空穴对更多的电子、空穴对,如此链锁反应如此链锁反应,使反向电流迅速使反向电流迅速增大。这种击穿称为雪崩击穿。增大。这种击穿称为雪崩击穿。第3

20、0页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿 所谓所谓“齐纳齐纳”击穿击穿,是指当结两边掺入高是指当结两边掺入高浓度的杂质时浓度的杂质时,其阻挡层宽度很小其阻挡层宽度很小,即使外加反向即使外加反向电压不太高电压不太高(一般为几伏一般为几伏),在结内就可形成很在结内就可形成很强的电场强的电场(可达可达2106 V/cm),将共价键的价电子直将共价键的价电子直接拉出来接拉出来,产生电子产生电子-空穴对空穴对,使反向电流急剧增加使反向电流急剧增加,出现击穿现象。出现击穿现象。第31页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿

21、所谓所谓“齐纳齐纳”击穿击穿,是指当结两边掺入是指当结两边掺入高浓度的杂质时高浓度的杂质时,其阻挡层宽度很小其阻挡层宽度很小,即使外加反即使外加反向电压不太高向电压不太高(一般为几伏一般为几伏),在结内就可形在结内就可形成很强的电场成很强的电场(可达可达2106 V/cm),将共价键的价电将共价键的价电子直接拉出来子直接拉出来,产生电子产生电子-空穴对空穴对,使反向电流急剧增使反向电流急剧增加加,出现击穿现象。出现击穿现象。第32页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿 对对硅硅材材料料的的结结,击击穿穿电电压压大大于于V时时通通常常是是雪雪崩崩击击穿穿

22、,小小于于V时时通通常常是是齐齐纳纳击击穿穿；在在V和和V之之间间时时两两种种击击穿穿均均有有。由由于于击击穿穿破破坏坏了了结结的的单单向向导导电电特特性性,因而一般使用时应避免出现击穿现象因而一般使用时应避免出现击穿现象第33页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿 发发生生击击穿穿并并不不一一定定意意味味着着结结被被损损坏坏。当当PN结结反反向向击击穿穿时时,只只要要注注意意控控制制反反向向电电流流的的数数值值(一一般般通通过过串串接接电电阻阻实实现现),不不使使其其过过大大,以以免免因因过过热热而而烧烧坏坏结结,当当反反向向电电压压(绝绝对对值值)

23、降降低低时时,结结的的性性能能就就可可以以恢恢复复正正常常。稳稳压压二二极极管管正正是是利利用用了了结结的的反反向向击击穿穿特特性性来来实实现现稳稳压压的的,当流过结的电流变化时当流过结的电流变化时,结电压保持基本不变。结电压保持基本不变。第34页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.2.4 PN结的电容效应结的电容效应(1)势垒电容势垒电容CB 势垒电容是由阻挡层内空间电荷引起的。空间电荷势垒电容是由阻挡层内空间电荷引起的。空间电荷区是由不能移动的正负杂质离子所形成的区是由不能移动的正负杂质离子所形成的,均具有一定的均具有一定的电荷量电荷量,所以在结储存了一定的电荷所以在结储存了一定的电

24、荷,当外加电压使阻当外加电压使阻挡层变宽时挡层变宽时,电荷量增加；反之电荷量增加；反之,外加电压使阻挡层变窄外加电压使阻挡层变窄时时,电荷量减少。即阻挡层中的电荷量随外加电压变化而改电荷量减少。即阻挡层中的电荷量随外加电压变化而改变变,形成了电容效应形成了电容效应,称为势垒电容称为势垒电容,用用表示。表示。第35页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.2.4 PN结的电容效应结的电容效应(2)扩散电容扩散电容CD扩散电容示意图扩散电容示意图第36页，共79页，编辑于2022年，星期四 扩扩散散电电容容是是结结在在正正向向电电压压时时,多多数数载载流流子子在在扩扩散散过过程程中中引引起起电电

25、荷荷积积累累而而产产生生的的。当当结结加加正正向向电电压压时时,区区的的电电子子扩扩散散到到区区,同同时时区区的的空空穴穴也也向向区区扩扩散散。显显然然,在在区区交交界界处处(x),载载流流子子的的浓浓度度最最高高。由由于于扩扩散散运运动动,离离交交界界处处愈愈远远,载载流流子子浓浓度度愈愈低低,这这些些扩扩散散的的载载流流子子,在在扩扩散散区区积积累累了了电电荷荷,总总的的电电荷荷量量相相当当于于图图中中曲曲线线以以下下的的部部分分(图图表表示示了了区区电电子子p的的分分布布)。若若结结正正向向电电压压加加大大,则则多多数数载载流流子子扩扩散散加加强强,电电荷荷积积累累由由曲曲线线变变为为曲

26、曲线线,电电荷荷增增加加量量为为；反反之之,若若正正向向电电压压减减少少,则则积积累累的的电电荷荷将将减减少少,这这就就是是扩扩散散电电容容效效应应CD,扩扩散散电电容容正正比比于于正正向向电电流流,即即D I。所所以以结结的的结结电电容容包包括括两两部部分分,即即Cj。一一般般说说来来,结结正正偏偏时时,扩扩散散电电容容起起主主要要作作用用,；当当结结反反偏时偏时,势垒电容起主要作用势垒电容起主要作用,即即。第37页，共79页，编辑于2022年，星期四扩散电容扩散电容CD P区中电子浓度的分布曲线及电荷的积累第38页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.3 半导体二极管半导体二极管3.3

27、.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构3.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性3.3.3 二极管的参数二极管的参数 39第39页，共79页，编辑于2022年，星期四在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管二极管分类分类 材料：硅二极管和锗二极管材料：硅二极管和锗二极管 用途：整流、稳压、开关、普通二极管用途：整流、稳压、开关、普通二极管 结构、工艺：点接触、面接触结构、工艺：点接触、面接触 3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 第40页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 在

28、在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有极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。(1)点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，所以结面积小，所以极间电容小，适用于高频极间电容小，适用于高频电路和数字电路。不能承电路和数字电路。不能承受高的反向电压和大电流受高的反向电压和大电流.(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图第41页，共79页，编辑于2022年，星期四(3)平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造工往往用于集成电路制造工艺中。艺中。PN 结面积可大可

29、小，用于结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。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，可承结面积大，可承受较大的电流受较大的电流,但极间电但极间电容也大容也大.适用于整流电路适用于整流电路,不不宜用于高频电路。宜用于高频电路。(b)(b)面接触型面接触型(c)(c)平面型平面型(4)二极管的代表符号二极管的代表符号第42页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线可用下式表示二极管的伏安特性曲线可用下式表示硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V V-I I 特性特性锗二极管锗二极管2AP152A

30、P15的的V V-I I 特性特性正向特正向特性性反向特反向特性性反向击穿特反向击穿特性性第43页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线 (1)正正向向特特性性：正正向向电电压压低低于于某某一一数数值值时时,正正向向电电流流很很小小,只只有有当当正正向向电电压压高高于于某某一一值值后后,才才有有明明显显的的正正向向电电流流。该该电电压压称称为为导导通通电电压压,又又称称为为门门限限电电压压或或死死区区电电压压,用用th表表示示。在在室室温温下下,硅硅管管的的th约约为为.V,锗锗管管的的约约为为.V。通通常常认

31、认为为,当当正正向向电电压压th时时,二二极极管管截截止止；th时时,二二极极管导通。管导通。第44页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线 (2)反反向向特特性性：二二极极管管加加反反向向电电压压,反反向向电电流流数数值值很很小小,且且基基本本不不变变,称称反反向向饱饱和和电电流流。硅硅管管反反向向饱饱和和电电流流为为纳纳安安()数数量量级级,锗锗管管的的为为微微安安数数量量级级。当当反反向向电电压压加加到到一一定定值值时时,反反向向电电流流急急剧剧增增加加,产产生生击击穿穿。普普通通二二极极管管反反向向击击

32、穿穿电电压压一一般般在在几几十十伏伏以以上上(高高反反压压管管可可达几千伏达几千伏)。第45页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线 (3)二二极极管管的的温温度度特特性性：二二极极管管的的特特性性对对温温度度很很敏敏感感,温温度度升升高高,正正向向特特性性曲曲线线向向左左移移,反反向向特特性性曲曲线线向向下下移移。其其规规律律是是：在在室室温温附附近近,在在同同一一电电流流下下,温温度度每每升升高高,正正向向压压降降减减小小.V；温度每升高温度每升高,反向电流约增大反向电流约增大 1 倍。倍。第46页，共79

33、页，编辑于2022年，星期四 3.3.3 二极管的参数二极管的参数 器件参数是其特性的定量描述器件参数是其特性的定量描述,是正确使用和合理选择器是正确使用和合理选择器件的依据件的依据.(1)最大整流电流最大整流电流IF (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 (3)反向电流反向电流I IR R (4)极间电容极间电容 (5)反向恢复时间反向恢复时间第47页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.3.3 二极管的参数二极管的参数 (1)最大整流电流最大整流电流IF 管子正常运行时管子正常运行时,允许通过的最大正向平均电流允许通过的最大正向平均电流.(2)

34、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 管子反向击穿时的电压值为反向击穿电压管子反向击穿时的电压值为反向击穿电压.击穿时击穿时,反向电流剧增反向电流剧增,二极管的单向导电性被破坏二极管的单向导电性被破坏,甚至甚至因过热而损坏因过热而损坏.一般手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压一般手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半的一半,以确保管子安全运行以确保管子安全运行.第48页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.3.3 二极管的参数二极管的参数 (3)反向电流反向电流I IR R 管子未被击穿时的反向电流管子未被击穿时的反向电流,其值愈小其值愈小,

35、则管子的单向导则管子的单向导电性愈好电性愈好.(4)极间电容极间电容 极间电容是反映二极管中极间电容是反映二极管中PN结电容效应的参数结电容效应的参数,Cd=CD+CB.在高频和开关状态运用时在高频和开关状态运用时,必须考虑极间电容的必须考虑极间电容的影响影响.第49页，共79页，编辑于2022年，星期四3.4 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3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法简单二极管电路的图解分析方法3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法 50第50页，共79页，编辑于2022年，星期四3.4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的

36、基本电路及其分析方法3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法简单二极管电路的图解分析方法 例例3.4.1(P73)51第51页，共79页，编辑于2022年，星期四3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法一、二极管一、二极管V-IV-I特性的建模特性的建模二、模型分析法应用举例二、模型分析法应用举例 52第52页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法 1.理想模型理想模型3.折线模型折线模型 2.恒压降模型恒压降模型第53页，共79页，编辑于2022年，星期四一、二极管一、二极管V-IV-I特性的建模

37、特性的建模正向偏置时：正向偏置时：管压降为管压降为0，电阻也为，电阻也为0。反向偏置时：反向偏置时：电流为电流为0，电阻为，电阻为。1.1.理想模型理想模型 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法第54页，共79页，编辑于2022年，星期四当当i iD D1mAmA时，时，v vD D=0.7V=0.7V。2.恒压降模型恒压降模型 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法第55页，共79页，编辑于2022年，星期四3.折线模型（实际模型）折线模型（实际模型）3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法第56页，共

38、79页，编辑于2022年，星期四 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围内时，二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。其正向特性可以等效成一个微变电阻。即即根据根据得得Q点处的微变电导点处的微变电导则则常温下（常温下（T=300K）3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法第57页，共79页，编辑于2022年，星期四 二二 模型分析法模型分析法 应用举例应用举例1 整流电路整流电路 2.二极管的静态工作情况分析二极管的静态工作情况分析理想模型理想模型（R=10k）（1）VDD=10V 时时恒压模型恒压模型（硅二极管典

39、型值）（硅二极管典型值）折线模型折线模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）设设（2）VDD=1V 时时 第58页，共79页，编辑于2022年，星期四例例2.4.2 提示提示 3.4.2 应用举例应用举例 3.限幅电路限幅电路第59页，共79页，编辑于2022年，星期四限幅电路限幅电路VRVmvit0V Vi i V VR R时时 二极管导通，二极管导通，v vo o=v=vi i。Vi 3.6V时时 二极管导通，二极管导通，v vo o=3.6V3.6V。V Vi 3.6V时时 二极管截止，二极管截止，v vo o=V=Vi i。3.4.2 应用举例应用举例第66页，共79页，编辑于2022

40、年，星期四 3.4.2 应用举例应用举例第67页，共79页，编辑于2022年，星期四 3.5 特殊二极管特殊二极管3.5.1 稳压二极管稳压二极管3.5.2 变容二极管变容二极管3.5.3 肖特基二极管肖特基二极管3.5.4 光电子器件光电子器件 68第68页，共79页，编辑于2022年，星期四3.5 特殊二极管特殊二极管 3.5.1 稳压二极管稳压二极管1.符号及稳压特性符号及稳压特性(a)符号符号(b)伏安特性伏安特性 利用二极管反向击穿特性实现稳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压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。击穿状态。第69页，共79页，编辑于202

41、2年，星期四3.5 特殊二极管特殊二极管 3.5.1 稳压二极管稳压二极管1.符号及稳压特性符号及稳压特性 稳压管的稳压作用原理在于，电流稳压管的稳压作用原理在于，电流有很大增量时，只引起很小的电压变化。有很大增量时，只引起很小的电压变化。反向击穿曲线愈陡，动态电阻愈小，稳压反向击穿曲线愈陡，动态电阻愈小，稳压管的稳压性能愈好。在稳压管稳压电路中管的稳压性能愈好。在稳压管稳压电路中一般都加限流电阻一般都加限流电阻R，使稳压管电流工作，使稳压管电流工作在在IZmax和和IZmix的稳压范围。另外，在应用的稳压范围。另外，在应用中还要采取适当的措施限制通过管子的电中还要采取适当的措施限制通过管子的

42、电流，以保证管子不会因过热而烧坏。流，以保证管子不会因过热而烧坏。(b)伏安特性伏安特性第70页，共79页，编辑于2022年，星期四(1)稳定电压稳定电压VZ 在规定的稳压管反向工作电在规定的稳压管反向工作电流流IZ下，所对应的反向工作电下，所对应的反向工作电压。压。2.稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数3.5.1 稳压二极管稳压二极管第71页，共79页，编辑于2022年，星期四(2)动态电阻动态电阻rZ 稳压管工作在稳压区时稳压管工作在稳压区时,端电压变化量与其电流变化端电压变化量与其电流变化量之比量之比.rZ=VZ/IZ(3)(3)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和和 最小

43、稳定工作电流最小稳定工作电流 IZmin(4)稳定电压温度系数稳定电压温度系数 2.稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数3.5.1 稳压二极管稳压二极管第72页，共79页，编辑于2022年，星期四3.5.1 稳压二极管稳压二极管3.稳压电路稳压电路正常稳压时正常稳压时 VO=VZIZmin IZ IZmax第73页，共79页，编辑于2022年，星期四3.5.2 变容二极管变容二极管 结电容随反向电压的增加而减小的结电容随反向电压的增加而减小的效应显著的二极管。效应显著的二极管。74第74页，共79页，编辑于2022年，星期四3.5.3 肖特基二极管肖特基二极管(P89)75第75页，共79页，

44、编辑于2022年，星期四3.5.4 光电子器件光电子器件 1.光电二极管光电二极管 随随着着科科学学技技术术的的发发展展，在在信信号号传传输输和和存存储储等等环环节节中中，越越来来越越多多地地有有效效地地应应用用光光信信号号。光光电电二二极极管管是是光光电电子子系系统统的的电电子子器器件件。光光电电二二极极管管的的结结构构与与PN结结二二极极管管类类似似，管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器件的照。这种器件的PN结在反向偏置状态下运行，它的结在反向偏置状态下运行，它的反反向向电电流流随随光光照照强强度度的的增增加加而而上上升升。光光电电二二极极管管的的

45、主主要要特点是，它的反向电流与照度成正比。特点是，它的反向电流与照度成正比。76第76页，共79页，编辑于2022年，星期四2.发光二极管发光二极管(LED)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、族元素的化合物，族元素的化合物，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，这是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。出光来，这是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。光谱范围是比较窄的，其波长由所使用的基本材料而定。光谱范围是比较窄的，其波长由所使用的基本材料而定。发光二极管常用来作为显示器件，除单个使用外，

46、发光二极管常用来作为显示器件，除单个使用外，也常作为七段式或矩阵式器件，工作电流一般为几也常作为七段式或矩阵式器件，工作电流一般为几mA到十几到十几mA。77第77页，共79页，编辑于2022年，星期四3.激光二极管激光二极管 激光二极管的物理结构是在发光二极管的结间安置一层激光二极管的物理结构是在发光二极管的结间安置一层具有光活性的半导体，其端面经过抛光后具有部分反射功能，具有光活性的半导体，其端面经过抛光后具有部分反射功能，因而形成一光谐振腔。在正向偏置的情况下，因而形成一光谐振腔。在正向偏置的情况下，LED结发射出结发射出光来并与光谐振腔相互作用，从而进一步激励从结上发光来并与光谐振腔相

47、互作用，从而进一步激励从结上发射出单波长的光，这种光的物理性质与材料有关。半导射出单波长的光，这种光的物理性质与材料有关。半导体激光二极管的工作原理，理论上与气体激光器相同。体激光二极管的工作原理，理论上与气体激光器相同。主要应用于小功率光电设备中，如光盘驱动器和激光打主要应用于小功率光电设备中，如光盘驱动器和激光打印机的打印头等。印机的打印头等。78第78页，共79页，编辑于2022年，星期四79复习：复习：复习第三章所学内容进行总结。复习第三章所学内容进行总结。思考：思考：1.1.二极管二极管V-IV-I特性的简化模型有哪几种？特性的简化模型有哪几种？2.二极管电路有哪些分析方法？二极管电路有哪些分析方法？作业：作业：(1)3.2.1 （2）3.4.2(3)3.4.5 3.4.6预习：预习：4.1 BJT第79页，共79页，编辑于2022年，星期四