二极管伏安特性与温度的关系ppt课件
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二极管的伏安特性及主要参数电子元器件
二极管的伏安特性及主要参数 - 电子元器件1、伏安特性表达式二极管是一个非线性器件，其伏安特性的数学表达式为当，且时，；当，且时，。
在室温下，。
由此可看出二极管具有单向导电的特性。
2、伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线如图1所示。
图 1 二极管的伏安特性曲线正向特性：小于死区电压（硅管是0.5V，锗管是0.1V）时，。
正向部分的开头阶段电流增加的比较慢。
在电流比较大时，二极管两端的电压随电流变化很小，称为导通电压（硅管：0.7V，锗管：0.3V）。
反向特性：当反向电压，且小于时，，反向饱和电流很小。
当反向电压的确定值达到后，反向电流会突然增大，二极管反向击穿。
击穿后，当反向电流在很大范围内变化时，二极管两端的电压几乎不变，击穿后的反向特性有稳压性。
击穿电压低于4伏的击穿主要是齐纳击穿；击穿电压大于6伏的击穿为雪崩击穿；击穿电压介于4伏与6伏之间时，两种击穿都可能发生，也可能同时发生。
二极管发生反向击穿时，假如回路中的限流电阻能将反向电流限制在允许的范围内，二极管不会损坏。
当反向电压降低后，管子仍可以恢复到原来的状态，这就是电击穿。
假如限流电阻太小，使反向电流超过其允许值，则二极管会发生热击穿，造成永久性损坏。
3、温度对二极管特性的影响温度上升时，二极管的正向伏安特性曲线左移，正向压降减小；温度每上升1℃，正向电压降将降低2~2.5mV。
二极管的反向饱和电流也随温度的转变而转变，当温度每上升10 ℃左右时，反向饱和电流将将增大一倍。
击穿电压也受温度的影响，击穿电压小于4伏时，有负的温度系数；击穿电压大于6伏时，有正的温度系数；击穿电压介于4伏与6伏之间时，温度系数较小。
4、主要参数二极管的主要参数有：①额定整流电流IF ；②反向击穿电压U(BR)；③最高允许反向工作电压UR；④反向电流IR；⑤正向电压降UF；⑥最高工作频率fM。
二极管的伏安特性【创意版】.ppt
若有修正，在实验总结部分要有两者比较的分析。） 2.数据记录 三.数据处理和实验总结（包括结论及分析讨论）
演示课件
操作规范及使用注意
1.根据实验要求正确选择电表的量程。 说明：硅二极管的方向电流很小（一般<0.1μA）,选用100μA量程的微安
表往往测不出来，只好读成0.0μA。最好选用例如20μA量程的微安表。 2.按前述的电路接线规范正确接线。应特别注意滑线变阻器的接线（阻
演示课件
二极管的伏安特性
1、当二极管加正向电压，正向电压小于阈电压（锗管约为 0.1V，硅管约为0.5V）时二极管电阻很大，电流很小；一旦 外加电压超过阈值电压，二极管正向电压变小，电流迅速 上升，二极管呈导通状态。一般二极管的正向压降，锗管 为0.2～0.3V（一般取0.2V），硅管为0.7～0.8V（一般取 0.7V）。
演示课件
若二极管加反向电压，当电压较小时，反向电流很小，2、 二极管基本上呈截止状态。
锗管的反向电流一般不大于250μA，而硅管的在5μA(甚至 0.1μA)以下。
3、当电压增加到二极管的击穿电压，二极管被击穿，电流 剧增，二极Leabharlann 损坏。演示课件仪器介绍
名称 直流稳压电源 二极管 电阻 万用表 开关 滑线变阻器 连接导线 实验用9孔插件方板
演示课件
教学目标 实验任务 实验要求 实验提示
仪器介绍 注意事项 预习题 思考题
演示课件
教学目标
1、通过部分内容的设计完成一个设计性实验，体验自 主探索与科学研究的过程，激发学生求知兴趣，培 养学生基本的科学素养。
2、拓展学生思路，提高学生解决实际问题的能力。 3、培养学生的创新精神。
演示课件
学习要点
演示课件
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操作规范及使用注意
1.根据实验要求正确选择电表的量程。 说明：硅二极管的方向电流很小（一般<0.1μA）,选用100μA量程的微安
表往往测不出来，只好读成0.0μA。最好选用例如20μA量程的微安表。 2.按前述的电路接线规范正确接线。应特别注意滑线变阻器的接线（阻
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二极管的伏安特性
1、当二极管加正向电压，正向电压小于阈电压（锗管约为 0.1V，硅管约为0.5V）时二极管电阻很大，电流很小；一旦 外加电压超过阈值电压，二极管正向电压变小，电流迅速 上升，二极管呈导通状态。一般二极管的正向压降，锗管 为0.2～0.3V（一般取0.2V），硅管为0.7～0.8V（一般取 0.7V）。
演示课件
若二极管加反向电压，当电压较小时，反向电流很小，2、 二极管基本上呈截止状态。
锗管的反向电流一般不大于250μA，而硅管的在5μA(甚至 0.1μA)以下。
3、当电压增加到二极管的击穿电压，二极管被击穿，电流 剧增，二极Leabharlann 损坏。演示课件仪器介绍
名称 直流稳压电源 二极管 电阻 万用表 开关 滑线变阻器 连接导线 实验用9孔插件方板
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教学目标 实验任务 实验要求 实验提示
仪器介绍 注意事项 预习题 思考题
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教学目标
1、通过部分内容的设计完成一个设计性实验，体验自 主探索与科学研究的过程，激发学生求知兴趣，培 养学生基本的科学素养。
2、拓展学生思路，提高学生解决实际问题的能力。 3、培养学生的创新精神。
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学习要点
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实验二 晶体管的伏安特性及温度特性
实验二晶体二极管的伏安特性及其温度特性实验目的：1．了解晶体二极管伏安特性曲线及其与温度的关系。
2．掌握V j~T，I r~T以及伏安特性与温度之间关系的测量方法。
3．掌握用图示仪测量各类晶体二极管的特性曲线及各项参数的测量方法。
4．了解晶体管特性图示仪的基本工作原理及使用方法。
一实验原理在同一块P型（或N型）硅半导体中，用扩散或合金方法将其中一部分掺入施主杂质（磷、镓）或受主杂质（硼、铝）使之由P型转变成为N型（或由N型转变成为P 型）半导体，在P型区和N型区的交界处就形成了P—N结，如图一所示。
(a)图一PN结的形成图在P型半导体与N型半导体组合成为P—N结后，在P—N结的交界上就出现了电子和空穴的浓度差；N型区的电子浓度比较高，而P型区的空穴浓度比较高，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。
因此有一些电子要从N型区向P型区扩散，也有一些空穴要从P型区向N型区扩散，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使P型和N型区中原来的电中性条件破坏了：在P—N结交界面附近，P型一边失去了带正电的空穴和接受了带负电的电子，因而带了负电。
N型一边失去了带负电的电子和接受了带正电的空穴，因而带了正电。
由于正负电荷之间的相互吸引，这些电荷将集中分布在P—N结的交界面附近，形成空间电荷区。
在出现空间电荷以后，电于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区中形成了一个内建电场，其方向是从带正电的N型区指向带负电的P型区的，如图一（b）所示。
在电场出现以后，电子和空穴除了由于浓度不同继续作扩散运动外，还要在电场作用下作漂移运动。
根据电场方向和电子空穴带电符号容易看出，这个电场将使空穴从N向P区漂移，使电子从P区向N区漂移，其作用正好与扩散运动相反，当漂移运动与扩散运动相等时，载流子的扩散作用与漂移作用完全抵消，N区和P区的空间电荷不再继续增多，这就达到P-N结的平衡状态。
在平衡状态状态，内建电位差实际上就是不同半导体接触时的接触电位差。
二极管伏安特性
二极管伏安特性
二极管伏安特性是衡量二极管的电特性指标，它是指将电流从零到最大至，电压会变成多少的情况。
二极管的伏安特性是由当前的特性和二极管结构的特性决定的。
随着电流的增加，二极管的电压会逐渐增加，这个过程中所形成的折线图，就是二极管的伏安特性图。
二极管伏安特性的特点是，当恒定电流通过二极管时，电压呈现负斜率，而电流更改时，压降不会立即变动，只有在达到一定以上级别时候，会发生变化。
二极管伏安特性对于了解二极管的动态特性有重要的誊录作用，其伏安曲线用来表示电流和电压关系，可以用来准确地测量二极管的特性参数，同时也被用来分析二极管的电路及其性能。
二极管的伏安特性受到温度的影响，温度的升高会导致正向击穿击穿晶体管的压降值减小，导致正向漏电流增加，硅锗电流也减小。
此外，温度的升高也会对二极管的能量效率有很大的负面影响，使用的热能因此耗费会增加，二极管的耐温设备因此受到限制。
由于二极管具有重要的应用价值，因此，我们需要理解并估算二极管的伏安特性，以更好地提高其使用寿命和可靠性，更有效地提高设备性能。
伏安法测二极管的伏安特性(共6张PPT)
2、接通电源，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。 实验步骤和要求
1、根据图8-2连接线路，并预置R0为最大值，R1为最大值，R2的输出为零，注意电表的极性!
2、接通电源，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。 图8-1 二极管的伏安特性 6 V)，对于每种UD值，调节R0，使检流UD (0.1～0.6 V)，对于每种UD值，调节R0，
使检流计指示为零，记下电流表的电流值．
4.根据测量数据，绘出二极管正向伏—安特性曲线
1、根据图8-2连接线路，并预置R0为最大值，R1为最大值，R2的输出为零，注意电表的极性!
2、接通电源，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。
实验步骤和要求
1、根据图8-2连接线路，并预置R0为最大值，R1为最大值，R2 的输出为零，注意电表的极性!
2、接通电源，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电 源，根据现象检查故障。
图8-2 伏安法测量二极管的特性电路 21、、接根通据电图源8-2，连注接意线观路察，有并无预异置常R情0为况最发大生值，，否R则1马为上最切大断值电，源R2，的根输据出现为象零检，查注故意障电。表的极性!
图82-、2 接伏通安电法源测，量注二意极观管察的有特无性异电常路情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。 3、选择各种值UD (0. 实验步骤和要求
图8-1 二极管的伏安特性
6 V)，对于每种UD值，调节R0，使检流计指示为零，记下电流表的电流值． 4.
6 V)，对于每种UD值，调节R0，使检流计指示为零，记下电流表的电流值． 4.
实验步骤和要求
图81-、2 根伏据安图法8测-2量连二接极线管路的，特并性预电置路R0为最大值，R1为最大值，R2的输出为零，注意电表的极性! 实验2、步接骤通和电要源求，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。 图6 V81)-、，2 根伏对据安于图法每8测种-2量U连D二接值极线，管路调的，节特并R性0预，电置使路R检0为流最计大指值示，为R零1，为记最下大电值流，表R2的的电输流出值为．零，注意电表的极性! 666636实、VVVVV验2444444)))))选、......，，，，，步择接对对对对对骤各通于于于于于和种电每每每每每要值源种种种种种求U，UUUUUDDDDDD注值值值值值(意0，，，，，.观调调调调调察节节节节节有RRRRR无00000，，，，，异使使使使使常检检检检检情流流流流流况计计计计计发指指指指指生示示示示示，为 为 为 为 为否零零零零零则，，，，，马记记记记记上下下下下下切电电电电电断流流流流流电表表表表表源的的的的的，电电电电电根流流流流流据值值值值值现．．．．．象检查故障。 图6 V81)-、，2 根伏对据安于图法每8测种-2量U连D二接值极线，管路调的，节特并R性0预，电置使路R检0为流最计大指值示，为R零1，为记最下大电值流，表R2的的电输流出值为．零，注意电表的极性! 6实V验442)..、，步接对骤通于和电每要源种求，UD注值意，观调察节有R无0，异使常检情流况计发指生示，为否零则，马记上下切电断流电表源的，电根流据值现．象检查故障。 6 V41).、，根对据于图每8种-2U连D接值线，路调，节并R0预，置使R检0为流最计大指值示，为R零1，为记最下大电值流，表R2的的电输流出值为．零，注意电表的极性! 实验2、步接骤通和电要源求，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。 实验1、步根骤据和图要8求-2连接线路，并预置R0为最大值，R1为最大值，R2的输出为零，注意电表的极性!
1、根据图8-2连接线路，并预置R0为最大值，R1为最大值，R2的输出为零，注意电表的极性!
2、接通电源，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。 图8-1 二极管的伏安特性 6 V)，对于每种UD值，调节R0，使检流UD (0.1～0.6 V)，对于每种UD值，调节R0，
使检流计指示为零，记下电流表的电流值．
4.根据测量数据，绘出二极管正向伏—安特性曲线
1、根据图8-2连接线路，并预置R0为最大值，R1为最大值，R2的输出为零，注意电表的极性!
2、接通电源，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。
实验步骤和要求
1、根据图8-2连接线路，并预置R0为最大值，R1为最大值，R2 的输出为零，注意电表的极性!
2、接通电源，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电 源，根据现象检查故障。
图8-2 伏安法测量二极管的特性电路 21、、接根通据电图源8-2，连注接意线观路察，有并无预异置常R情0为况最发大生值，，否R则1马为上最切大断值电，源R2，的根输据出现为象零检，查注故意障电。表的极性!
图82-、2 接伏通安电法源测，量注二意极观管察的有特无性异电常路情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。 3、选择各种值UD (0. 实验步骤和要求
图8-1 二极管的伏安特性
6 V)，对于每种UD值，调节R0，使检流计指示为零，记下电流表的电流值． 4.
6 V)，对于每种UD值，调节R0，使检流计指示为零，记下电流表的电流值． 4.
实验步骤和要求
图81-、2 根伏据安图法8测-2量连二接极线管路的，特并性预电置路R0为最大值，R1为最大值，R2的输出为零，注意电表的极性! 实验2、步接骤通和电要源求，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。 图6 V81)-、，2 根伏对据安于图法每8测种-2量U连D二接值极线，管路调的，节特并R性0预，电置使路R检0为流最计大指值示，为R零1，为记最下大电值流，表R2的的电输流出值为．零，注意电表的极性! 666636实、VVVVV验2444444)))))选、......，，，，，步择接对对对对对骤各通于于于于于和种电每每每每每要值源种种种种种求U，UUUUUDDDDDD注值值值值值(意0，，，，，.观调调调调调察节节节节节有RRRRR无00000，，，，，异使使使使使常检检检检检情流流流流流况计计计计计发指指指指指生示示示示示，为 为 为 为 为否零零零零零则，，，，，马记记记记记上下下下下下切电电电电电断流流流流流电表表表表表源的的的的的，电电电电电根流流流流流据值值值值值现．．．．．象检查故障。 图6 V81)-、，2 根伏对据安于图法每8测种-2量U连D二接值极线，管路调的，节特并R性0预，电置使路R检0为流最计大指值示，为R零1，为记最下大电值流，表R2的的电输流出值为．零，注意电表的极性! 6实V验442)..、，步接对骤通于和电每要源种求，UD注值意，观调察节有R无0，异使常检情流况计发指生示，为否零则，马记上下切电断流电表源的，电根流据值现．象检查故障。 6 V41).、，根对据于图每8种-2U连D接值线，路调，节并R0预，置使R检0为流最计大指值示，为R零1，为记最下大电值流，表R2的的电输流出值为．零，注意电表的极性! 实验2、步接骤通和电要源求，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。 实验1、步根骤据和图要8求-2连接线路，并预置R0为最大值，R1为最大值，R2的输出为零，注意电表的极性!
晶体二极管伏安特性曲线课件
06
参考文献
参考文献
S.M.Sze, K.K.Ng, "Physics of Semiconductor Devices", 2nd Edition, John Wiley & Sons, 1981.
E.P.Ginhart, "Physics and Engineering of Semiconductor Devices", John Wiley & Sons, 1976.
晶体二极管伏安特性曲线的线性与非线性
80%
线性
在小信号条件下，晶体二极管伏 安特性曲线近似为直线，此时可 以认为二极管为线性器件。
100%
非线性
在大信号或高电压条件下，晶体 二极管伏安特性曲线表现出明显 的非线性特征，即电流与电压之 间不再是线性关系。
80%
应用
线性二极管用于小信号处理，如 音频放大和整流电路；非线性二 极管用于大信号处理，如开关电 源和直流控制电路。
晶体二极管伏安特性曲线的斜率分析
01
在线性区，斜率等于二极管的电 阻，即斜率等于1/βf（βf为电流 放大系数）。
02
在饱和区，斜率趋近于无穷大， 此时二极管的电流几乎不再增加 。
晶体二极管伏安特性曲线的截距分析
纵截距
在伏安特性曲线与纵轴的交点处，代 源自二极管的零偏压电流，通常很小。横截距
在伏安特性曲线与横轴的交点处，代 表二极管的零偏压电阻，通常很大。
03
晶体二极管伏安特性曲线的分析
晶体二极管伏安特性曲线的分段分析
截止区
在伏安特性曲线的左侧，二极 管上的电压小于其阈值电压， 电流几乎为零，二极管处于截 止状态。
线性区
模拟电子技术基础 课件 01-2讲义(二极管)
3、稳压管的基本电路
工作区：反向击穿
接法：反接
电阻R的作用：限流
RL代表：负载
RL↓→ IO↑→ IR↑→ VO↓→ IZ↓→ IR↓ VO↑
稳压电路如图所示，直流输入电压VI的电压在12V~13.6V之间。 负载为9V的收音机，当它的音量最大时，需供给的功率为0.5W。 稳压管的VZ=9V，稳定电流IZmin=5mA，额定功率为1W，R=51Ω。 试分析稳压管电路能否正常工作。
工作区：反向偏置
接法：反接
作用：把光信号转换成电信号
◆发光二极管
发光二极管是通过电流时发光的一种器件，这是由于电子与空 穴直接复合而放出能量的结果。发出的光的波长由所使用的基本材 料而定。它的符号如图所示。
工作区：正向偏置
接法：正接 作用：把电信号转换成光信号 主要应用：作为显示器件
作业1-1
I S uD YT iD I D diD gd e duD VT VT VT
五、二极管应用举例
1、限幅电路：它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传 输一部分。 一限幅电路如图所示，R=1KΩ，VREF=3V。当Ui=6sinωt(V) 时，利用恒压降模型绘出相应的输出电压UO的波形。二极管 的恒压降为0.7V。
由于收音机音量最大时，稳压管流过的电流
I z min I z min
所以稳压管失去了稳压作用。
ห้องสมุดไป่ตู้
◆光电二极管
光电二极管的结构与普通二极管类似，但在它的PN结处，通 过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器件的PN结在反 向偏置状态下运行，它的反向电流随光照度的增加而上升。它的符 号如图所示。
VD = VDD- IDR = 10-0.931×10 = 0.69V
大学物理实验二极管的伏安特性(共10张PPT)
x100Ω
x10Ω
目的 原理 仪器 步骤 注意事项 报告要求
1、测绘二极管正向伏安特性曲线（外接）
mA V
I
开始时处于5000Ω位
限流电阻箱
V
电源约1V
图1 二极管正向伏安特性测量线路
Hale Waihona Puke U/V0.7500 0.7400 0.7300 --- 0.5500 ---
I/mA 1.999*
0.00**
第七页，共10页。
目的 原理 仪器 步骤 注意事项 报告要求
2、测绘二极管反向伏安特性曲线（外接）
1
开始时处于5000Ω位
0
mA
1、伏-8安法测-7量时的-仪6 表接-入5 误差-分4 析；-3 -2 -1 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
V
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1、伏安法测量时的仪表接入误差分析；
-1
图2 二极管反向伏安特性测量线路
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
开始时处于5000Ω位
电阻元件V—A特性实验仪DH6102
3、就实验原理、方法、仪器设计、调整以及实验结果等方面写出实验总结与讨论！
电压表内阻越小，误差越大
-2
2、测绘二极管伏安特性曲线；
电流表外接产生电流的测量误差
电源约10V
电阻元件V—A特性实验仪DH6102
mA
电流表
2mA 20mA200mA 断
+
-
+
0~15V
电源指示 0~ 0.2V
V
电压表
2V
20V
0
++-
1kΩ1W 10kΩ1W 二极管 稳压二极管 12V 0.1A
二极管伏安特性与温度的关系.ppt
?n
?
则有 J s
?
qD n n p 0 Ln
=q(
Dn
)
1 2
?n
ni2 ? NA
? 3?
T 2 exp( ?
Eg ) koT
? 式子中
?
3?
T
2
随
温
度
变
化
较
缓
慢
，
故
J
随
s
温
度
变 化 主 要 由 exp( ? E g )决 定 。 koT
因
此
，
J
随
s
温
度
升
高
而
迅
速
增
大
，
并且Eg越大的半导体，Js变化越快。
因 为 E g ? E g (0) ? ? T， 设 E g (0) ? qVG 0，
? E g (0) 为 绝 对 零 度 时 的 禁 带 宽 度 ，
VG
为绝对零度时
0
导带底和价带顶的电
势差，
qV 将上述关系带入J=J s[exp( ) ? 1]中，
koT
则加正向偏压 V时，正向电流与温度的关系为
J?
?
3?
T2
exp[ ?
q (VF
? VG 0 ) ]
koT
所以正向电流的密度随温度上升而增加。
? 用图形表示二极管伏安特性曲线与温度的关系 如下所示：
? 可以看出在相同的电压下，温度越高电流越大。
? 二极管作为一种使用非常广泛的晶体管， 研究它的特性曲线具有重要的实践意义。 经过我们以上公式的推导我们可以看出，
在P型半导体和N 型半导体结合后，在它们的交界
?
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qV 将上述关系带入J=J s[exp( ) ? 1]中，
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则加正向偏压 V时，正向电流与温度的关系为
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所以正向电流的密度随温度上升而增加。
? 用图形表示二极管伏安特性曲线与温度的关系 如下所示：
? 可以看出在相同的电压下，温度越高电流越大。
? 二极管作为一种使用非常广泛的晶体管， 研究它的特性曲线具有重要的实践意义。 经过我们以上公式的推导我们可以看出，
在P型半导体和N 型半导体结合后，在它们的交界
二极管温度效应与电容效应ppt课件
Physics of Semiconductor Devices
2.6节、2.7节
PN结的温度特性 PN结的电容效应
Physics of Semiconductor Devices
一 I-V 特性的温度依赖关系
PN结中存在少子注入引起的扩散电流、空间电荷区的产生与复 合电流和隧道电流。隧道电流对温度不敏感，扩散电流和产生、 复合电流依赖于温度：
Physics of Semiconductor Devices
解： 因为：NBC =2×1015cm-3, N0 =1018cm-3
所以： NBC / N0 =2×10-3cm-3
又：
结电容
1F=103mF=106uF=109nF=1012pF
法拉5μmFra bibliotek2.9×10-15
二极管应用实例
Physics of Semiconductor Devices
（1）基本概念
Physics of Semiconductor Devices
接通电源，对电容充电，直至两个极板间的电位差等于外加电 压。极板上的电荷量随外加电压的增加而增大，相应的极板间 电场强度也增强。电容器上电压的变化是靠极板上电荷的改变 而实现的。
Physics of Semiconductor Devices
对于硅二极管，Eg0＝1.21eV，典型的工作电压为0.6V；在 室温(300K)时，每增加 10oC，电流约增加l倍；电压随温度 线性地减小，系数约为-2mV/oC ；结电压随温度变化十分 灵敏。可利用这一特性来精确测温和控温。
思考题： ？
PN结温度系数的测试分析
Physics of Semiconductor Devices
根据单边突变结耗尽区宽度的表达式(2-23)：
2.6节、2.7节
PN结的温度特性 PN结的电容效应
Physics of Semiconductor Devices
一 I-V 特性的温度依赖关系
PN结中存在少子注入引起的扩散电流、空间电荷区的产生与复 合电流和隧道电流。隧道电流对温度不敏感，扩散电流和产生、 复合电流依赖于温度：
Physics of Semiconductor Devices
解： 因为：NBC =2×1015cm-3, N0 =1018cm-3
所以： NBC / N0 =2×10-3cm-3
又：
结电容
1F=103mF=106uF=109nF=1012pF
法拉5μmFra bibliotek2.9×10-15
二极管应用实例
Physics of Semiconductor Devices
（1）基本概念
Physics of Semiconductor Devices
接通电源，对电容充电，直至两个极板间的电位差等于外加电 压。极板上的电荷量随外加电压的增加而增大，相应的极板间 电场强度也增强。电容器上电压的变化是靠极板上电荷的改变 而实现的。
Physics of Semiconductor Devices
对于硅二极管，Eg0＝1.21eV，典型的工作电压为0.6V；在 室温(300K)时，每增加 10oC，电流约增加l倍；电压随温度 线性地减小，系数约为-2mV/oC ；结电压随温度变化十分 灵敏。可利用这一特性来精确测温和控温。
思考题： ？
PN结温度系数的测试分析
Physics of Semiconductor Devices
根据单边突变结耗尽区宽度的表达式(2-23)：
二极管伏安特性与温度的关系
如何减小温度对二 极管伏安特性的影 响
选择具有低温度系数的材料，如硅材料 选择具有较小热膨胀系数的材料，以减小温度变化对二极管性能的影响 选择具有较小热阻和散热性能良好的结构，以降低二极管的工作温度 采用温度补偿电路，对二极管进行温度补偿，减小温度对二极管伏安特性的影响
采用温度补偿电路，减小温度对二极管伏安特性的影响 选择具有较低温度系数的二极管，提高其稳定性 优化电路布局，减小热阻，降低温度变化对二极管的影响 采用适当的散热措施，保持二极管工作温度的稳定
温度升高导致二极管内部能带宽度减小，载流子运动更加活跃，电流增加 温度对二极管阈值电压产生影响，温度升高会使阈值电压减小 温度对二极管开关速度产生影响，温度升高会使开关速度变慢 温度对二极管正向压降产生影响，温度升高会使正向压降减小
二极管伏安特性与 温度关系的应用
温度对二极管伏安特性的影响
温度补偿电路的设计方法
温度：随着温 度的升高，二 极管的反向饱 和电流会增加， 正向压降会减
小
光照：光照强 度会影响光敏 二极管的伏安
特性
偏置电压：偏 置电压会影响 二极管的动态 电阻和阈值电
压
掺杂浓度：掺 杂浓度会影响 二极管的电流
和电压特性
二极管伏安特性与 温度的关系
温度升高，正向饱和电流增大
温度升高，反向饱和电流增大
二极管伏安特性与温 度的关系
汇报人：XX
目录
二极管伏安特性的概念
二极管伏安特性与温度 的关系
二极管伏安特性与温度 关系的应用
如何减小温度对二极 管伏安特性的影响
总结
二极管伏安特性的 概念
二极管伏安特性描述了二极管两端电压与电流之间的关系 伏安特性曲线是二极管在不同工作条件下电流与电压关系的曲线 曲线反映了二极管的正向和反向工作状态 伏安特性是二极管的重要参数，对电路性能和稳定性有重要影响
二极管温度效应与电容效应课件
温度对电容效应的测量
使用阻抗分析仪进行测量
阻抗分析仪可以测量电容器和二极管的阻抗、容抗和品质因 数等参数，通过测量不同温度下的参数变化，可以分析温度 对电容效应的影响。
使用LCR表进行测量
LCR表是一种专门用于测量电感、电容和电阻的仪器，通过 在LCR表上设置不同的温度条件，可以测量不同温度下的电 容值。
05
总结与展望
二极管温度效应与电容效应的重要性
基础理论
二极管温度效应与电容效应是电子学中的基础理论，对于理解电 子器件的工作原理和性能至关重要。
应用领域
这些效应在各种电子器件和电路中有广泛的应用，如放大器、振 荡器、滤波器等。
创新驱动
深入理解二极管温度效应与电容效应有助于推动电子学领域的创 新和发展。
二极管温度效应与 电容效应课件
目 录
• 二极管温度效应 • 电容效应 • 二极管电容效应 • 温度对电容效应的影响 • 总结与展望
01
二极管温度效应
温度对二极管特性的影响
温度升高，正向压降减小
因为温度升高时，二极管内部能带弯 曲程度减小，肖特基势垒降低，正向 电流增加，所以正向压降减小。
温度升高，反向电流增加
热击穿原因
热击穿通常是由于二极管 内部热量积累导致PN结温 度过高，破坏了PN结内部 的能带结构。
二极管温度系数
温度系数的定义
二极管温度系数表示二极 管性能随温度变化的程度。
正向温度系数
二极管正向电压随温度的 升高而减小，其温度系数 为负。
反向温度系数
二极管反向电流随温度的 升高而增大，其温度系数 为正。
温度对电容器绝缘性能的影响
温度过高可能导致电容器绝缘材料老化，降低其绝缘性能，进而影响电容器的 正常工作。
二极管的特性ppt课件
Gulf Semiconductor Ltd.
完整编辑ppt
35
正向浪涌－Ifsm
应用
1，交流整流，直流开关整流满足最大浪涌冲 击要求
2，根据I2t 合理配置保险装置保护其它器件及 线路装置
案例： 在分析客户端产品失效原因时，产品晶粒的表面烧痕，是判 定正向浪涌冲击或短路电流的造成失效的主要依据。据此，判定是客 户端异常，还是产品的IFSM能力不足。
Gulf Semiconductor Ltd.
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21
电压上升斜率－ dv / dt
Dv/dt:电压上升斜率 Dv/dt=0.632VD/t1 or o.8VD/ (t90-t10)
Gulf Semiconductor Ltd.
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22
电压上升斜率－ dv / dt
案例：二极管在测试、使用中，可能发生产品VR衰减，此项与产品 的能力,DV/DT冲击速率有关。
Gulf Semiconductor Ltd.
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12
反向特性－Ir/Vbr/DVr1/DVr2
IR VBR DV1— SHARPNESS/ROUND DV2 —STABILITY (RIDE-IN,RIDE OUT )
Gulf Semiconductor Ltd.
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案例：光达电子 SKY 1N5822 产品由于线路的设置，对该产品有很大 的冲击，GULF在提高内部浪涌测试条件后，满足了客户的要求。
Gulf Semiconductor Ltd.
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40
结电容－Cj
Gulf Semiconductor Ltd.
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41
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3
由半导体物理学知识我们可知PN结总电流密度：
J=J
s
[exp(
qV koT
)
1]
其中
Js
qDnnp0 Ln
qDP Pn0 LP
上面的公式就是理想PN结模型的电流电压方程式， 又称为肖克莱方程式。
4
温度对PN结的电流密度影响很大。对于反
向饱和电流密度
Js
qDnnp0 Ln
qDPPn0 LP
1
关于二极管
二极管是当今应用最为广泛的晶体管 之一，由于其特殊的物理结构使其在当 今工业生产当中扮演着不可替代的角色。 其中PN结是二极管的心脏。研究二极 管的伏安特性与温度的关系重点在于研 究温度对PN结的影响。
2
PN结的形成
在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使
其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体， 在P型半导体和N型半导体结合后，在它们的交界 处就出现了电子和空穴的浓度差别，N型区内电子 很多而空穴很少，P型区内则相反。这样，电子和
因为公式中两项的情况相似，所以我们只 需要考虑第一项即可。因为Dn Ln np0
与温度有关，可设 Dn 与T 成正比，为一常数
n
5
则有
Js
式子中
T
qDnnp0
=q(
Dn
1
)2
ni2
3
T 2 exp(
Eg
)
3
Ln
n NA
2随温度变化较缓慢，故J
koT
随温度
s
变化主要由exp( Eg )决定。 koT
T 2
exp[
q(VF
VG0 )]
koTΒιβλιοθήκη 所以正向电流的密度随温度上升而增加。
7
用图形表示二极管伏安特性曲线与温度的关系 如下所示：
可以看出在相同的电压下，温度越高电流越大。
8
二极管作为一种使用非常广泛的晶体管， 研究它的特性曲线具有重要的实践意义。 经过我们以上公式的推导我们可以看出， 温度是影响二极管特性的重要因素，我们 必须深入了解它，这样我们才能利用它。
空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。 它们扩散的结果就使P区一边失去空穴，留下了带 负电的杂质离子,N区一边失去电子，留下了带正
电的杂质离子。半导体中的离子它们不能任意移 动，因此并不参与导电,通常称为空间电荷，它们 集中在P和N区交界面附近，形成了一个很薄的空 间电荷区，就是所谓的PN结。又称为耗尽区。扩 散越强，空间电荷区越宽。
因此，Js随温度升高而迅速增大，
并且Eg
越大的半导体，J
变化越快。
s
6
因为Eg
Eg (0)
T，设Eg (0)
qVG
，
0
Eg (0)为绝对零度时的禁带宽度，
VG
为绝对零度时导带底和价带顶的电势差，
0
将上述关系带入J=J
s
[exp(
qV koT
)
1]中，
则加正向偏压V时，正向电流与温度的关系为
J
3
9
由半导体物理学知识我们可知PN结总电流密度：
J=J
s
[exp(
qV koT
)
1]
其中
Js
qDnnp0 Ln
qDP Pn0 LP
上面的公式就是理想PN结模型的电流电压方程式， 又称为肖克莱方程式。
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温度对PN结的电流密度影响很大。对于反
向饱和电流密度
Js
qDnnp0 Ln
qDPPn0 LP
1
关于二极管
二极管是当今应用最为广泛的晶体管 之一，由于其特殊的物理结构使其在当 今工业生产当中扮演着不可替代的角色。 其中PN结是二极管的心脏。研究二极 管的伏安特性与温度的关系重点在于研 究温度对PN结的影响。
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PN结的形成
在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使
其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体， 在P型半导体和N型半导体结合后，在它们的交界 处就出现了电子和空穴的浓度差别，N型区内电子 很多而空穴很少，P型区内则相反。这样，电子和
因为公式中两项的情况相似，所以我们只 需要考虑第一项即可。因为Dn Ln np0
与温度有关，可设 Dn 与T 成正比，为一常数
n
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则有
Js
式子中
T
qDnnp0
=q(
Dn
1
)2
ni2
3
T 2 exp(
Eg
)
3
Ln
n NA
2随温度变化较缓慢，故J
koT
随温度
s
变化主要由exp( Eg )决定。 koT
T 2
exp[
q(VF
VG0 )]
koTΒιβλιοθήκη 所以正向电流的密度随温度上升而增加。
7
用图形表示二极管伏安特性曲线与温度的关系 如下所示：
可以看出在相同的电压下，温度越高电流越大。
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二极管作为一种使用非常广泛的晶体管， 研究它的特性曲线具有重要的实践意义。 经过我们以上公式的推导我们可以看出， 温度是影响二极管特性的重要因素，我们 必须深入了解它，这样我们才能利用它。
空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。 它们扩散的结果就使P区一边失去空穴，留下了带 负电的杂质离子,N区一边失去电子，留下了带正
电的杂质离子。半导体中的离子它们不能任意移 动，因此并不参与导电,通常称为空间电荷，它们 集中在P和N区交界面附近，形成了一个很薄的空 间电荷区，就是所谓的PN结。又称为耗尽区。扩 散越强，空间电荷区越宽。
因此，Js随温度升高而迅速增大，
并且Eg
越大的半导体，J
变化越快。
s
6
因为Eg
Eg (0)
T，设Eg (0)
qVG
，
0
Eg (0)为绝对零度时的禁带宽度，
VG
为绝对零度时导带底和价带顶的电势差，
0
将上述关系带入J=J
s
[exp(
qV koT
)
1]中，
则加正向偏压V时，正向电流与温度的关系为
J
3
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