模电数电课件第3讲 半导体二极管
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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。
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
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 U T 26m V )
材料 硅Si 锗Ge 开启电压 0.5V 0.1V
击穿 电压
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 和电流
开启 电压
温度的 电压当量
反向饱和电流 1µ A以下 几十µ A
从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性
正向特性为 指数曲线
i IS (e
u UT
1)
u UT
若正向电压 u U T，则 i I Se ； 若反向电压 u U T，则 i I S。
反向特性为横轴的平行线
2. 伏安特性受温度影响
T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓
→反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓ 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
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！
三、二极管的等效电路
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
uD U T 根据电流方程， rd iD ID
小信号作用 Q越高，rd越小。 静态电流
四、二极管的主要参数
• • • • 最大整流电流IF：最大平均值 最大反向工作电压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
结电容为扩散电容（Cd）与势垒电容（Cb）之和。
扩散路程中 电荷的积累 与释放
空间电荷区 宽窄的变化 有电荷的积 累与释放
五、稳压二极管
1. 伏安特性
由一个PN结组 成，反向击穿后 在一定的电流范 围内端电压基本 不变，为稳定电 压。
进入稳压区的最小电流 不至于损坏的最大电流
2. 主要参数
稳定电压UZ、稳定电流IZ
最大功耗PZM＝ IZM UZ
动态电阻rz＝ΔUZ /ΔIZ
六、其它类型二极管
• 一.发光二极管 发光二极管包括可见光, 不可见光,激光等不同的类 型,这里只对可见光发光二 极管做一简单介绍 发光二极管的发光颜色 决定于所用材料,目前有红, 绿,黄,橙等色,可以制成各 种形状,如长方型,圆形[见 图 (a)所示]等.图 (b)所示 为发光二极管的符号.
图1.2.12 发光二极管
二.光电二极管
• 光电二极管是远红外线接 受管,是一种光能与电能 进行转换的器件.它的几 种常见外形如图1.2.13(a) 图1.2.13 光电二极管的外形和符号 所示,符号见图(b) • 图1.2.14(a)所示为光电二 极管的伏安特性.在无光 照时,与普通二极管一样, 具有单向导电性.有光照 时,特性曲线下移,它们分 布在第三,四象限内.
图1.2.14 光电二极管的伏安特性
特性曲线在第四象限时呈光电池特性
• 图(b).(c).(d).所示分别是 光电二极管工作在特性 曲线的第一,三,四象限 时原理电路. • 除上述特殊二极管外,还 有利用PN结势垒电容制 成的变容二极管.
• 例[1.2.3]见右图
• 图1.2.15 例图1.2.3 电路图
讨论1
判断电路中二极管的工作状态，求解输出电压。
判断二极管工作状态的方法？
讨论2
电路如图所示，已知ui＝5sinωt (V)，二极管导通电压UD ＝0.7V。试画出ui与uO的波形，并标出幅值。
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
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 U T 26m V )
材料 硅Si 锗Ge 开启电压 0.5V 0.1V
击穿 电压
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 和电流
开启 电压
温度的 电压当量
反向饱和电流 1µ A以下 几十µ A
从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性
正向特性为 指数曲线
i IS (e
u UT
1)
u UT
若正向电压 u U T，则 i I Se ； 若反向电压 u U T，则 i I S。
反向特性为横轴的平行线
2. 伏安特性受温度影响
T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓
→反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓ 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
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！
三、二极管的等效电路
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
uD U T 根据电流方程， rd iD ID
小信号作用 Q越高，rd越小。 静态电流
四、二极管的主要参数
• • • • 最大整流电流IF：最大平均值 最大反向工作电压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
结电容为扩散电容（Cd）与势垒电容（Cb）之和。
扩散路程中 电荷的积累 与释放
空间电荷区 宽窄的变化 有电荷的积 累与释放
五、稳压二极管
1. 伏安特性
由一个PN结组 成，反向击穿后 在一定的电流范 围内端电压基本 不变，为稳定电 压。
进入稳压区的最小电流 不至于损坏的最大电流
2. 主要参数
稳定电压UZ、稳定电流IZ
最大功耗PZM＝ IZM UZ
动态电阻rz＝ΔUZ /ΔIZ
六、其它类型二极管
• 一.发光二极管 发光二极管包括可见光, 不可见光,激光等不同的类 型,这里只对可见光发光二 极管做一简单介绍 发光二极管的发光颜色 决定于所用材料,目前有红, 绿,黄,橙等色,可以制成各 种形状,如长方型,圆形[见 图 (a)所示]等.图 (b)所示 为发光二极管的符号.
图1.2.12 发光二极管
二.光电二极管
• 光电二极管是远红外线接 受管,是一种光能与电能 进行转换的器件.它的几 种常见外形如图1.2.13(a) 图1.2.13 光电二极管的外形和符号 所示,符号见图(b) • 图1.2.14(a)所示为光电二 极管的伏安特性.在无光 照时,与普通二极管一样, 具有单向导电性.有光照 时,特性曲线下移,它们分 布在第三,四象限内.
图1.2.14 光电二极管的伏安特性
特性曲线在第四象限时呈光电池特性
• 图(b).(c).(d).所示分别是 光电二极管工作在特性 曲线的第一,三,四象限 时原理电路. • 除上述特殊二极管外,还 有利用PN结势垒电容制 成的变容二极管.
• 例[1.2.3]见右图
• 图1.2.15 例图1.2.3 电路图
讨论1
判断电路中二极管的工作状态，求解输出电压。
判断二极管工作状态的方法？
讨论2
电路如图所示，已知ui＝5sinωt (V)，二极管导通电压UD ＝0.7V。试画出ui与uO的波形，并标出幅值。