b二极管特性及应用.ppt

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1、半导体二极管一半导体二极管的结构类型二半导体二极管的伏安特性曲线三 半导体二极管的参数四半导体二极管的温度特性五半导体二极管的型号六 稳稳压压二二极极管管特特殊殊二二极极管管简简介介七 一、一、半导体二极管的结构类型半导体二极管的结构类型 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面有点接触型、面接触型和平面型型三大类。它们的结构示意图如图三大类。它们的结构示意图如图01.11所示。所示。(1)点接触型二极管点接触型二极管PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和

2、变频等高频电路。(a)(a)点接触型点接触型 图图 01.11 二极管的结构示意图二极管的结构示意图(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 结面积可大可小，结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。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，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。(b)面接触型二极管符号二极管符号 图图 01.11 二极管的结构示意图二极管的结构示意图(c)(c)平面型平面型二、二、半导体二极管的伏安特性曲线半导体二极管的伏安特性曲线 式中式中IS 为反向饱和电流，为反向饱

3、和电流，V 为二极管两端的电压降，为二极管两端的电压降，VT=kT/q 称称为温度的电压当量，为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，为玻耳兹曼常数，q 为电子电荷量，为电子电荷量，T 为热力学为热力学温度。对于室温（相当温度。对于室温（相当T=300 K），则有），则有VT=26 mV。半半导导体体二二极极管管的的伏伏安安特特性性曲曲线线如如图图 01.12 01.12 所所示示。处处于于第第一一象象限限的的是是正正向向伏伏安安特特性性曲曲线线，处处于于第第三三象象限限的的是是反反向向伏伏安安特特性性曲曲线线。根根据据理理论论推推导导，二二极极管管的的伏伏安安特特性性曲曲线线可可用下式表示用下式

4、表示:(1.1)图图 01.12 二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线图示(1)正向特性正向特性 硅硅二极管的死区电压二极管的死区电压Vth=0.5 V左右，左右，锗锗二极管的死区电压二极管的死区电压Vth=0.1 V左右。左右。当当0VVth时，正向电流为零，时，正向电流为零，Vth称为死区电压或称为死区电压或开启电压。开启电压。当当V0即处于正向特性区域。即处于正向特性区域。正向区又分为两段：正向区又分为两段：当当VVth时，开始出现正时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。向电流，并按指数规律增长。(2)反向特性反向特性当当V0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：时，即处于反

5、向特性区域。反向区也分两个区域：当当VBRV0时，反向电流很小，且基本不随反向时，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电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流反向饱和电流I IS S 。当当VVBR时，反时，反向电流急剧增加，向电流急剧增加，VBR称为称为反向击穿电压反向击穿电压。在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。硅硅二二极极管管的的反反向向击击穿穿特特性性比比较较硬硬、比比较较陡陡，反反向向饱饱和和电电流流也也很很小小；锗锗二二极极管管的的反反向向击击穿穿特特性性比比较较软软，过过渡渡比比较较圆滑，反向

6、饱和电流较大。圆滑，反向饱和电流较大。从从击击穿穿的的机机理理上上看看，硅硅二二极极管管若若|VBR|7V时时,主主要要 是是 雪雪 崩崩 击击 穿穿；若若|VBR|4V时时,则则主主要要是是齐齐纳纳击击穿穿。当当在在4V7V之之间间两两种种击击穿穿都都有有，有有可可能能获获得得零温度系数点。零温度系数点。三、半导体二极管的参数 半半导导体体二二极极管管的的参参数数包包括括最最大大整整流流电电流流IF、反反向向击击穿穿电电压压VBR、最最大大反反向向工工作作电电压压VRM、反反向向电电流流IR、最最高高工工作作频频率率fmax和和结结电电容容Cj等等。几几个个主主要的参数介绍如下：要的参数介绍

7、如下：(1)最大整流电流最大整流电流IF二极管长期连续工二极管长期连续工作时，允许通过二作时，允许通过二极管的最大整流极管的最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 二极管反向电流二极管反向电流急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿电压电压VBR。为安全计，在实际为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压工作时，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。(3)反向电流反向电流I IR R(4)正向压降正向压降VF(5)动态电阻动态电阻r

8、d 在在室室温温下下，在在规规定定的的反反向向电电压压下下，一一般般是是最最大大反反向向工工作作电电压压下下的的反反向向电电流流值值。硅硅二二极极管管的的反反向向电电流流一般在纳安一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安级；锗二极管在微安(A)级。级。在在规规定定的的正正向向电电流流下下，二二极极管管的的正正向向电电压压降降。小小电电流流硅硅二二极极管管的的正正向向压压降降在在中中等等电电流流水水平平下下，约约0.60.8V；锗二极管约；锗二极管约0.20.3V。反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。显然，反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。显然，rd与工作电流的大小有关，即与工作电流的大小有关，即

9、 rd=VF/IF四、半导体二极管的温度特性 温温度度对对二二极极管管的的性性能能有有较较大大的的影影响响，温温度度升升高高时时，反反向向电电流流将将呈呈指指数数规规律律增增加加，如如硅硅二二极极管管温温度度每每增增加加88，反反向向电电流流将将约约增增加加一一倍；锗二极管温度每增加倍；锗二极管温度每增加1212，反向电流大约增加一倍。，反向电流大约增加一倍。另另外外，温温度度升升高高时时，二二极极管管的的正正向向压压降降将将减减小小，每每 增增 加加 11，正正 向向 压压 降降VF(VD)大大约约减减小小2 2mV，即即具具有有负负的的温温度度系系数数。这这些些可可以以从从图图01.130

10、1.13所所示示二二极极管管的的伏安特性曲线上看出。伏安特性曲线上看出。图图 01.13 温度对二极管伏安特性曲线的影响温度对二极管伏安特性曲线的影响五、五、半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片 图图 01.14 稳压二极管的伏安特性稳压二极管的伏安特性 (a)符号符号 (b)伏安特性伏安特性 (c)应用电路应用电路(b)(c)(a)六、六、稳压二极管稳压二极管 稳稳压压二二极极管管是是应应用用在在反反向向击击穿穿区区的的特特殊殊硅硅二二极极管管。稳稳

11、压压二二极极管管的的伏伏安安特特性性曲曲线线与与硅硅二二极极管管的的伏伏安安特特性性曲曲线线完完全全一一样样，稳稳压压二二极极管管伏伏安特性曲线的反向区、符号和典型应用电路如图安特性曲线的反向区、符号和典型应用电路如图01.14所示。所示。从从稳稳压压二二极极管管的的伏伏安安特特性性曲曲线线上上可可以以确确定定稳稳压二极管的参数。压二极管的参数。(1)稳定电压稳定电压VZ(2)动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作在规定的稳压管反向工作电流电流IZ下，所对应的反向工作电下，所对应的反向工作电压。压。其其概概念念与与一一般般二二极极管管的的动动态态电电阻阻相相同同，只只不不过过稳稳压压二二

12、极极管管的的动动态态电电阻阻是是从从它它的的反反向向特特性性上上求求取取的的。rZ愈愈小小，反反映映稳压管的击穿特性愈陡。稳压管的击穿特性愈陡。rZ=VZ/IZ(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM 稳稳压压管管的的最最大大功功率率损损耗耗取取决决于于PN结结的的面面积积和和散散热热等等条条件件。反反向向工工作作时时PN结结的的功功率率损损耗耗为为 PZ=VZ IZ，由由 PZM和和VZ可可以以决决定定IZmax。(4)(4)最最大大稳稳定定工工作作电电流流 IZmax 和和最最小小稳稳定定工工作电流作电流IZmin 稳稳压压管管的的最最大大稳稳定定工工作作电电流流取取决决于于最最大大耗

13、耗散散功功率率，即即PZmax=VZIZmax。而而Izmin对对应应于于VZmin。若若IZIzmin，则则不不能能起起稳稳压作用。压作用。(5)稳定电压温度系数稳定电压温度系数 VZ 温温度度的的变变化化将将使使VZ改改变变，在在稳稳压压管管中中当当 VZ 7 V时时，VZ具具有有正正温温度度系系数数，反反向向击击穿穿是是雪雪崩击穿。崩击穿。当当 VZ 4 V时时，VZ具具有有负负温温度度系系数数，反反向击穿是齐纳击穿。向击穿是齐纳击穿。当当4 V VZ 7 V时时，稳稳压压管管可可以以获获得得接接近近零零的的温温度度系系数数。这这样样的的稳稳压压二二极极管管可可以以作作为为标准稳压管使用

14、。标准稳压管使用。应用注意事项：应用注意事项：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；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。的工作电流，从而起到稳压作用。1.光电二极管光电二极管 利利用用半半导导体体的的光光敏敏特特性性，其其反反向向电电流流随光照强度的增加而上升。随光照强度的增加而上升。IV照度增加照度增加符号符

15、号七、七、特殊二极管简介特殊二极管简介2.发光二极管发光二极管 有有正正向向电电流流流流过过时时，发发出出一一定定波波长长范范围围的的光光，目目前前的的发发光光管管可可以以发发出出从从红红外外到到可可见见波波段段的的光光，它它的的电电特特性性与与一一般般二二极极管管类类 似似，正正 向向 电电 压压 较较 一一 般般 二二 极极 管管 高高（1.42.0V），电流为几），电流为几 几十几十mA符号符号二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0.60.7V锗锗0.20.3V分析方法：

16、将二极管断开，分析二极管两端电位的分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压高低或所加电压UD的正负。的正负。若若 V阳阳 V阴阴或或 UD为正，二极管导通（正向偏置）为正，二极管导通（正向偏置）若若 V阳阳 V阴阴，二二极极管管导导通通，若若忽忽略略管管压压降降，二二极极管管可可看看作作短短路，路，UAB=6V。实实际际上上，UAB低低于于6V一一个个管管压压降降，为为6.3或或6.7V例例1 1：取取B 点点作作为为参参考考点点，断断开开二二极极管管，分分析析二二极极管管阳阳极极和和阴阴极极的电位。的电位。D6V12V3k BAUAB+例例2:2:电路如图，求：电路如图，求

17、：UAB 若若忽忽略略二二极极管管正正向向压压降降，二二极极管管VD2可可看看作作短短路路，UAB=0 V，VD1截止。截止。VD6V12V3k BAVD2U UABAB+取取 B 点点作作参参考考点点，V1 阳阳=6 V，V2 阳阳=0 V，V1 阴阴=V2 阴阴，由于，由于V2 阳阳电压高，因此电压高，因此VD2导通。导通。ui 8V 二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路 uo=8V ui 8V 二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路 uo=ui已知：已知：二极管是理想的，试二极管是理想的，试画出画出 uo 波形。波形。u218V参考点参考点8V例例3 3二极管的用途：二极管的用途：整整流流、检检波波、限限幅幅、箝箝位位、开开关关、元元器器件件保保护护、温温度度补补偿偿等。等。D D8VR Ruoui+