二极管及其基本应用课件

PN
结的形成
由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成 内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P 区、自由电子从P区向N 区运动。 漂移运动 因电场作用所产 生的运动称为漂移 运动。 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态 平衡，就形成了PN结。
2018/10/15
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面接触型：结面积大， 结电容大，故结允许 的电流大，最高工作 频率低。
平面型：结面积可小、 可大，小的工作频率 高，大的结允许的电 流大。
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u )
i IS (e
u UT
1)
(常温下 UT 26mV)
模拟电子技术基础
Fundamentals of Analog Electronic
第3章 半导体二极管及其基本应用
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第3章 半导体二极管及其基本应用
§3.1 半导体基础知识 §3.2 半导体二极管 §3.3 稳压二极管
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§3.1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
V U D 6 1 .6 0.88 K Rmax 2） 5 I D min Rmin V U D 6 1 .6 0.22 K 20 I D max
R的取值范围是220 ∼880 Ω。
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3.4(d,e)
作 业 3.5(a,c) 3.7
3.8
限流电阻必不可少！
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讨论一：二极管和稳压管组成的限幅电路
在电压比较器中，为保护运放输入端，需限制其输入电压幅 值；为适应负载对电压幅值的要求，输出端需加限幅电路。 ＋ －
必要吗？
输入端保 护电路使 净输入电 压最大值 为±UD
UOH＝＋ UZ1＋ UD2
UOL＝－( UZ2 ＋ UD1)
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讨论一
为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成 本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善 导电性能？ 为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是 少子是影响温度稳定性的主要因素？ 为什么半导体器件有最高工作频率？
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§3.2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路
进入稳压区的最小电流
二、 主要参数
稳定电压UZ 稳定电流IZ 最大功耗PZM＝ IZM UZ
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不至于损坏的最大电流
动态电阻rz＝ΔUZ /ΔIZ
三、基本电路的组成
若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会 因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电 流的限流电阻！
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一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 无杂质
四、二极管的主要参数
五、基本应用电路
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一、二极管的组成
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
小功率 二极管
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大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
一、二极管的组成
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
点接触型：结面积小， 结电容小，故结允许 的电流小，最高工作 频率高。
二极管的动态电阻：
rd
ii
+ ui R 500Ω
UT 26 9.3 I D 2.8
（2）输入的交流电流等于电阻和二极管电流之和，即：
id
rd
Ui Ui 20 20 Ii 2.2mA R rd 500 9.3
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四、二极管的主要参数
最大整流电流IF：最大平均值 最高反向工作电压UR：最大瞬时值 反向电流 IR：即IS 最高工作频率fM：因PN结有电容效应
3.11
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五、基本应用电路
1 2
+
ui
0 2 3 t 4
1. 整流电路(二极管视为理想的) D +
ui
ui >0 时: 二极管导通，
uo=ui
ui<0时:
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+
–
–
io
+
uo
R uO -+
半波整流电路
二极管截止, uo=0
D1
1 2
u2
RL + uL －
220 V
理想开关 导通时 UD＝0 截止时IS＝0
近似分析 中最常用
导通时UD＝Uon 截止时IS＝0
应根据不同情况选择不同的等效电路！
100V？5V？1V？
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？
2. 微变等效电路
当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。
ui=0时直流电源作用
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稳定的结构
2、本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚 而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升 高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与 空穴对的浓度加大。
若反向电压u UT，则i IS
2. 伏安特性受温度影响
反向特性为横轴的平行线
T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓
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增大1倍/10℃
T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移
三、二极管的等效电路
1. 将伏安特性折线化
理想 二极管
导通时△i与△u 成线性关系
·
1
–
当u2正半周时， D1导通，D2截止。 当u2负半周时， D2导通，D1截止。
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+
u2
+
– +
2·+
0

2
3
t 4
uL
D2
全波整流电路
2. 开关电路
+VCC (+5V) R uo
输
uI1/V 0.3 0.3 3 3
入
uI2/V 0.3 3 0.3 3
输出
uO/V 1 1 1 3.7
硼（B）
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三、PN结的形成及其单向导电性
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气 体、液体、固体均有之。
P区空穴 浓度远高 于N区。 N区自由电 子浓度远高 于P区。
扩散运动 扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低，产生内电场。
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判断二极管工作状态的方法？ 什么情况下应选用二极管的什么等效电路？
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3.4 发光二极管
例 3.4.1 ：图示电路，已知发光二极管的导通电压为 1.6V ， 正向电流为5 ∼ 20mA时才能发光。试问：
（1）开关处于何位置时发光二极管可能发光？
（2）为使发光二极管发光，电路中R的取值范围是多少？ 解：1） 开关断开时。
二、杂质半导体
1. N型半导体
多数载流子
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杂质半导体主要靠多数载流 子导电。掺入杂质越多，多子 浓度越高，导电性越强，实现 导电性可控。
磷（P）
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2. P型半导体
多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电， 掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强，
3
在杂质半导体中，温度变化时， 载流子的数目变化吗？少子与多 子变化的数目相同吗？少子与多 子浓度的变化相同吗？
UOH＝ － UOL＝ UZ
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输出低电平接近零的限幅电路
UOH＝ UZ UOL＝－ UD
锗管
为使UOL更接近0， 怎么办？
滞回比较器输出端加限幅电路
UOH＝ － UOL＝ UZ
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讨论二：窗口比较器的工作原理
U OM
uI U RH uI U RL
U OM U OM
ID
ii
+ ui -
C
R 500Ω
D 2V
直流通路
iD
R 500Ω 2V D
ii
+ ui R 500Ω
id
rd
交流通路
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（1）静态（交流信号）时，二极管的直流电流为： V U D 2 0.6 0.0028 A 2.8mA ID I D R 500 R
500Ω 2V D
材料
硅Si 锗Ge
击穿 电压
导通电压
反向饱 和电流
开启 电压
温度的 电压当量
开启电压
0.5V 0.1V
反向饱和电流
1µA以下 几十µA
0.6~0.8V 0.1~0.3V
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