12 半导体二极管的特性及主要参数
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导电性越好。 极管的单向 导电性越好。由于反向电流是由少数载流子形 成, 所以ＩＲ值受温度的影响很大，越小单向导电性越好。
4. fM — 最高工作频率(超过时单向导电性变差)。ｆＭ的值主要取决 最高工作频率(超过时单向导电性变差)
于ＰＮ结结电容的大小, 结电容越大, 则二极管允许的最高 ＰＮ结结电容的大小, 结电容越大, 结结电容的大小 工作频率越低。 工作频率越低。
C
VDD/ R
斜率1/r 斜率 d mA
ui
R VDD
id Q UQ VDD ui
uD /V O
uD
IQ
O O
ωt
iD = IQ + id uD = UQ + ud
C 隔直流 通交流 当 u i = 0 时 iD = I Q UQ= 0.7 V (硅)，0.2 V (锗) ωt 硅， 锗 Q iD VDD − U Q IQ = R 1 设 ui = sin ωt
Q UQ
0.9
uD = VDD − iDR
iD = f (uD) 也可取 UQ = 0.7 V IQ= (VDD − UQ) / R = 5 (mA) 二极管直流电阻 RD UQ RD = = 0.7 / 5 = 0.14 (kΩ ) = 140 ( Ω) IQ
斜率1/R 斜率 D
二、交流图解法 iD / iD / 电路中含直流和小信号交流电源时,二极管中含交 直流成分 含交、 电路中含直流和小信号交流电源时,二极管中含交、直流成分 iD mA
温度的电压当 量
当 T = 300(27°C)： ( ° )
UT = 26 mV
第 1 章 半导体二极管
温度对二极管特性的影响
iD / mA
60 40 20 –50 –25 0 – 0.02 0.4
90°C ° 20°C °
uD / V
T 升高时， 升高时， UD(on)以 (2 ∼ 2.5) mV/ °C 下降
正向导通电压0.2－0.3V 向导通电压0.2－ 0.2
正极
负极
硅二极管
正向导通电压0.5－ 正向导通电压0.5－0.7V 0.5
点接触型 按结构分 面接触型 平面型
第 1 章 半导体二极管
PN结面积小，结电 容小，用于检波和 变频等高频电路。
N 型锗片
PN结面积大，用 于工频大电流整 流电路。
正极引线 PN 结 N型锗 型锗 金锑 合金
uD / V
小功率锗 管为几十 微安
硅管的伏安特性
锗管的伏安特性
第 1 章 半导体二极管
三、二极管的伏安方程
玻尔兹曼常数, 玻尔兹曼常数 K＝1.380×10－23 J/K ＝ × －
iD = IS (e
反向饱和 电流， 电流，A
uD / UT
− 1)
kT 热力学 UT = q 温度
电子电量,q＝ × 电子电量 ＝1.6×10 －19C
三、微变等效电路分析法 iD C ui
R VDD
id ui
R
uD
对于交流信号 电路可等效为
rd ud
例 1－1 ui = 5sinωt (mV)，VDD= 4 V，R = 1 kΩ，求 iD 和 uD。 － ， ， Ω ， [解] 1. 静态分析 令 ui = 0，取 UQ ≈ 0.7 V IQ = (VDD−UQ) / R = 3.3 mA 2. 动态分析 rd = 26 / IQ = 26 / 3.3 ≈ 8 (Ω) Ω Idm= Udm/ rd= 5 /8 ≈ 0.625 (mA)， id = 0.625 sinωt ， 3. 总电压、电流 总电压、 uD = U Q + ud = (0.7 + 0.005 sinωt ) V
第 1 章 半导体二极管
iD
1.2.3 二极管的主要参数
U (BR)
IF uD
URM O
1. IF —最大整流电流ＩＦ。二极管长期工作允许通过的最大正向平均 极管长期工作允许通过的最大正向平均
电流，如超过ＩＦ，二极管将过热而烧毁。 Ｆ，二极管将过热而烧毁 二极管将过热而烧毁。 电流，
2. URM —最大反向工作电压 U RM 。二极管允许的最大反向工作电 通常取击穿电压的一半作为Ｕ 压，通常取击穿电压的一半作为ＵＲM＝ U(BR) / 2 3. IR — 反向电流。二极管未击穿时的反向电流值。此值越小, 二 反向电流。二极管未击穿时的反向电流值。此值越小,
0.7 V (Si) 0.2 V (Ge)
UD(on)
小
理想二极管： 理想二极管：
结
正偏导通，电压降为零，相当于开关合上； 正偏导通，电压降为零，相当于开关合上； 反偏截止，电流为零，相当于开关断开。 反偏截止，电流为零，相当于开关断开。 当所加电压远大于二极管正向电压是， 当所加电压远大于二极管正向电压是，可看 成是理想二极管
1.2.4 半导体二极管电路的模型分析法 一、理想模型
特性 iD uD
实际电路中当二极管正向压降远小于和它串连的电压，反向电流远小于 实际电路中当二极管正向压降远小于和它串连的电压， 和它并联时， 和它并联时，认为二极管是理想的
符号及 等效模型
S
S
二、恒压源模型
iD UD(on) uD
uD = UD(on)
D
iD = 0
U (BR) IS 反 向 击 穿 死区 电压 反向特性
O
正向特性 Uth
uD /V
Uth = 0.5 V (硅管) 硅管) 0.1 V (锗管) 锗管) iD 急剧上升 U > Uth
正向 UD(on)
UD(on) = (0.6 ∼ 0.8) V (0.1 ∼ 0.3) V
U(BR) < U < 0 U < U(BR)
iD = I Q + id = (3.3 + 0.625 sinωt ) mA
百度文库
幅度较小时， 当 ui 1 幅度较小时， di D = 二极管伏安特性在 rd duD Q Q点附近近似为直线 点附近近似为直线
uD / UT
= I S (e − 1) UQ I S UT I Q e ≈ = rd UT UT
rd = UT / IQ= 26 mV / IQ
第 1 章 半导体二极管
第 1 章 半导体二极管
影响工作频率的原因 — PN 结的电容效应
结论： 结论： 1. 低频时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。 低频时，因结电容很小， 结影响很小。 高频时，因容抗增大， 结电容分流，导致单向 高频时，因容抗增大，使结电容分流，导致单向 导电性变差。 导电性变差。 2. 结面积小时结电容小，工作频率高。 结面积小时结电容小，工作频率高。
硅管 0.7 V 锗管 0.2 V iD = IS < 0.1 µA(硅) 几十 µA (锗) ( 反向电流急剧增大 反向击穿) (反向击穿)
第 1 章 半导体二极管
反向击穿类型： 反向击穿类型： 结未损坏，断电即恢复。 电击穿 — PN 结未损坏，断电即恢复。 结烧毁。 热击穿 — PN 结烧毁。 反向击穿原因： 齐纳击穿： 反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 齐纳击穿 反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (Zener) ) (击穿电压 < 6 V，负温度系数) ， 温度系数) 反向电场使电子加速，动能增大， 反向电场使电子加速，动能增大，撞击 雪崩击穿： 雪崩击穿： 使自由电子数突增。 使自由电子数突增。 (击穿电压 > 6 V，正温度系数) ， 温度系数) 左右时，温度系数趋近零。 击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。
恒压降模型： 恒压降模型： 当所加电压接近二极管正向电压时， 当所加电压接近二极管正向电压时，可 看成恒压降模型
三 图解法 一、二极管电路的直流图解分析
100 Ω 1.2 V
iD / mA直流负载线
VDD
R i D
uD
12
N
斜率− 1/R 静态工作点 M
1.2 u / V D
I8 Q
4 0 0.3 0.6
第 1 章 半导体二极管
iD / mA 小功率硅 60 管小于 40 0.1uA
20 –50 –25 0 0.4 0.8 u / V D – 0.02 – 0.04
iD / mA
15
硅管导 通电压 取0.7V
– 50 – 25
10 5
–0.01 0 0.2 –0.02 0.4
锗管导 通电压 取0.2V
第 1 章 半导体二极管
1.2
半导体二极管
1.2.1 二极管的结构、符号 二极管的结构、 1.2.2 二极管的伏安特性 1.2.3 二极管的主要参数 1.2.4 半导体二极管的模型分析法 1.2.3 二极管的识别与使用注意事项
第 1 章 半导体二极管
第 1 章 半导体二极管
1.2.1 半导体二极管的结构、符号 半导体二极管的结构、 二极管( ) 构成： 构成： PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode) 符号： 符号： 分类： 分类： 按材料分 锗二极管
正极 负极 引线 引线
正极 引线
铝合金 负极 小球 引线
P N
P 型支持衬底
外壳
触丝
负极引线 底座
点接触型
面接触型
集成电路中平面型
往往用于集成电路制造工艺中 。PN 结面积可大可小，用于 高频整流和开关电路中。
第 1 章 半导体二极管
1.2.2 二极管的伏安特性 一、二极管的正反向伏安特性 0 < U < Uth 反向 i /mA
4. fM — 最高工作频率(超过时单向导电性变差)。ｆＭ的值主要取决 最高工作频率(超过时单向导电性变差)
于ＰＮ结结电容的大小, 结电容越大, 则二极管允许的最高 ＰＮ结结电容的大小, 结电容越大, 结结电容的大小 工作频率越低。 工作频率越低。
C
VDD/ R
斜率1/r 斜率 d mA
ui
R VDD
id Q UQ VDD ui
uD /V O
uD
IQ
O O
ωt
iD = IQ + id uD = UQ + ud
C 隔直流 通交流 当 u i = 0 时 iD = I Q UQ= 0.7 V (硅)，0.2 V (锗) ωt 硅， 锗 Q iD VDD − U Q IQ = R 1 设 ui = sin ωt
Q UQ
0.9
uD = VDD − iDR
iD = f (uD) 也可取 UQ = 0.7 V IQ= (VDD − UQ) / R = 5 (mA) 二极管直流电阻 RD UQ RD = = 0.7 / 5 = 0.14 (kΩ ) = 140 ( Ω) IQ
斜率1/R 斜率 D
二、交流图解法 iD / iD / 电路中含直流和小信号交流电源时,二极管中含交 直流成分 含交、 电路中含直流和小信号交流电源时,二极管中含交、直流成分 iD mA
温度的电压当 量
当 T = 300(27°C)： ( ° )
UT = 26 mV
第 1 章 半导体二极管
温度对二极管特性的影响
iD / mA
60 40 20 –50 –25 0 – 0.02 0.4
90°C ° 20°C °
uD / V
T 升高时， 升高时， UD(on)以 (2 ∼ 2.5) mV/ °C 下降
正向导通电压0.2－0.3V 向导通电压0.2－ 0.2
正极
负极
硅二极管
正向导通电压0.5－ 正向导通电压0.5－0.7V 0.5
点接触型 按结构分 面接触型 平面型
第 1 章 半导体二极管
PN结面积小，结电 容小，用于检波和 变频等高频电路。
N 型锗片
PN结面积大，用 于工频大电流整 流电路。
正极引线 PN 结 N型锗 型锗 金锑 合金
uD / V
小功率锗 管为几十 微安
硅管的伏安特性
锗管的伏安特性
第 1 章 半导体二极管
三、二极管的伏安方程
玻尔兹曼常数, 玻尔兹曼常数 K＝1.380×10－23 J/K ＝ × －
iD = IS (e
反向饱和 电流， 电流，A
uD / UT
− 1)
kT 热力学 UT = q 温度
电子电量,q＝ × 电子电量 ＝1.6×10 －19C
三、微变等效电路分析法 iD C ui
R VDD
id ui
R
uD
对于交流信号 电路可等效为
rd ud
例 1－1 ui = 5sinωt (mV)，VDD= 4 V，R = 1 kΩ，求 iD 和 uD。 － ， ， Ω ， [解] 1. 静态分析 令 ui = 0，取 UQ ≈ 0.7 V IQ = (VDD−UQ) / R = 3.3 mA 2. 动态分析 rd = 26 / IQ = 26 / 3.3 ≈ 8 (Ω) Ω Idm= Udm/ rd= 5 /8 ≈ 0.625 (mA)， id = 0.625 sinωt ， 3. 总电压、电流 总电压、 uD = U Q + ud = (0.7 + 0.005 sinωt ) V
第 1 章 半导体二极管
iD
1.2.3 二极管的主要参数
U (BR)
IF uD
URM O
1. IF —最大整流电流ＩＦ。二极管长期工作允许通过的最大正向平均 极管长期工作允许通过的最大正向平均
电流，如超过ＩＦ，二极管将过热而烧毁。 Ｆ，二极管将过热而烧毁 二极管将过热而烧毁。 电流，
2. URM —最大反向工作电压 U RM 。二极管允许的最大反向工作电 通常取击穿电压的一半作为Ｕ 压，通常取击穿电压的一半作为ＵＲM＝ U(BR) / 2 3. IR — 反向电流。二极管未击穿时的反向电流值。此值越小, 二 反向电流。二极管未击穿时的反向电流值。此值越小,
0.7 V (Si) 0.2 V (Ge)
UD(on)
小
理想二极管： 理想二极管：
结
正偏导通，电压降为零，相当于开关合上； 正偏导通，电压降为零，相当于开关合上； 反偏截止，电流为零，相当于开关断开。 反偏截止，电流为零，相当于开关断开。 当所加电压远大于二极管正向电压是， 当所加电压远大于二极管正向电压是，可看 成是理想二极管
1.2.4 半导体二极管电路的模型分析法 一、理想模型
特性 iD uD
实际电路中当二极管正向压降远小于和它串连的电压，反向电流远小于 实际电路中当二极管正向压降远小于和它串连的电压， 和它并联时， 和它并联时，认为二极管是理想的
符号及 等效模型
S
S
二、恒压源模型
iD UD(on) uD
uD = UD(on)
D
iD = 0
U (BR) IS 反 向 击 穿 死区 电压 反向特性
O
正向特性 Uth
uD /V
Uth = 0.5 V (硅管) 硅管) 0.1 V (锗管) 锗管) iD 急剧上升 U > Uth
正向 UD(on)
UD(on) = (0.6 ∼ 0.8) V (0.1 ∼ 0.3) V
U(BR) < U < 0 U < U(BR)
iD = I Q + id = (3.3 + 0.625 sinωt ) mA
百度文库
幅度较小时， 当 ui 1 幅度较小时， di D = 二极管伏安特性在 rd duD Q Q点附近近似为直线 点附近近似为直线
uD / UT
= I S (e − 1) UQ I S UT I Q e ≈ = rd UT UT
rd = UT / IQ= 26 mV / IQ
第 1 章 半导体二极管
第 1 章 半导体二极管
影响工作频率的原因 — PN 结的电容效应
结论： 结论： 1. 低频时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。 低频时，因结电容很小， 结影响很小。 高频时，因容抗增大， 结电容分流，导致单向 高频时，因容抗增大，使结电容分流，导致单向 导电性变差。 导电性变差。 2. 结面积小时结电容小，工作频率高。 结面积小时结电容小，工作频率高。
硅管 0.7 V 锗管 0.2 V iD = IS < 0.1 µA(硅) 几十 µA (锗) ( 反向电流急剧增大 反向击穿) (反向击穿)
第 1 章 半导体二极管
反向击穿类型： 反向击穿类型： 结未损坏，断电即恢复。 电击穿 — PN 结未损坏，断电即恢复。 结烧毁。 热击穿 — PN 结烧毁。 反向击穿原因： 齐纳击穿： 反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 齐纳击穿 反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (Zener) ) (击穿电压 < 6 V，负温度系数) ， 温度系数) 反向电场使电子加速，动能增大， 反向电场使电子加速，动能增大，撞击 雪崩击穿： 雪崩击穿： 使自由电子数突增。 使自由电子数突增。 (击穿电压 > 6 V，正温度系数) ， 温度系数) 左右时，温度系数趋近零。 击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。
恒压降模型： 恒压降模型： 当所加电压接近二极管正向电压时， 当所加电压接近二极管正向电压时，可 看成恒压降模型
三 图解法 一、二极管电路的直流图解分析
100 Ω 1.2 V
iD / mA直流负载线
VDD
R i D
uD
12
N
斜率− 1/R 静态工作点 M
1.2 u / V D
I8 Q
4 0 0.3 0.6
第 1 章 半导体二极管
iD / mA 小功率硅 60 管小于 40 0.1uA
20 –50 –25 0 0.4 0.8 u / V D – 0.02 – 0.04
iD / mA
15
硅管导 通电压 取0.7V
– 50 – 25
10 5
–0.01 0 0.2 –0.02 0.4
锗管导 通电压 取0.2V
第 1 章 半导体二极管
1.2
半导体二极管
1.2.1 二极管的结构、符号 二极管的结构、 1.2.2 二极管的伏安特性 1.2.3 二极管的主要参数 1.2.4 半导体二极管的模型分析法 1.2.3 二极管的识别与使用注意事项
第 1 章 半导体二极管
第 1 章 半导体二极管
1.2.1 半导体二极管的结构、符号 半导体二极管的结构、 二极管( ) 构成： 构成： PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode) 符号： 符号： 分类： 分类： 按材料分 锗二极管
正极 负极 引线 引线
正极 引线
铝合金 负极 小球 引线
P N
P 型支持衬底
外壳
触丝
负极引线 底座
点接触型
面接触型
集成电路中平面型
往往用于集成电路制造工艺中 。PN 结面积可大可小，用于 高频整流和开关电路中。
第 1 章 半导体二极管
1.2.2 二极管的伏安特性 一、二极管的正反向伏安特性 0 < U < Uth 反向 i /mA