第1章半导体二极管及其应用
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击 穿 特 性
0. 8
硅管
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模拟电子技术基础
1．正向特性
(1) 近似呈现为指数曲线，即
iD 正向特性
(2) 有死区（iD≈0的区域)
死区电压约为
硅管0.5 V 锗管0.1 V
死区 电压
O
uD
击穿电压 U(BR)
反向特性
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模拟电子技术基础
(3) 导通后（即uD大于死区电压后）
O
(2) 电路符号
+ uD – iD
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模拟电子技术基础
2. 恒压模型 (1) 伏安特性
(2) 电路模型
iD
uD O uF
+
uD
–
iD
uF
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模拟电子技术基础
3. 折线模型
(1) 伏安特性
iD rD uD
O uth
+
(2) 电路模型
iD
uD
–
rD
uth
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返回
模拟电子技术基础
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模拟电子技术基础
3. 最高允许反向工作电压UR 为了确保管子安全工作，所 允许的最高反向电压。 UR=（1/2~2/3）U(BR)
4. 反向电流IR 室温下加上规定的反向电 压时测得的电流。
iD 正向特性
死区 电压
O
uD
击穿电压 U(BR)
反向特性
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模拟电子技术基础
iD 正向特性
即 uD略有升高， iD急剧增大。
死区
硅管0.6~0 .8 V
电压
管压降uD 约为
O
锗管0.2~0.3 V 击穿电压 U(BR)
uD
通常近似取uD
硅管0.7 V 锗管0.2 V
反向特性
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模拟电子技术基础
2．反向特性
(1) 当
时，
。
iD 正向特性
硅管小于0.1微安 IS= 锗管几十到几百微安
硅管150∽200oC
b. PN结的温度小于允许的最高结温
锗管75∽100oC
降低反向电压，二极管仍能正常工作。
热击穿 PN结被烧坏，造成二极管永久性的损坏。
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模拟电子技术基础
(3) 产生击穿的机理
a. 齐纳击穿
条件
半导体的掺杂浓度高 空间电荷层中有较强的电场
击穿的机理
电场将PN结中的价电子从共价键中激发出来
死区 电压
O
uD
击穿电压 U(BR)
反向特性
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模拟电子技术基础
(2) 当
时，
反向电流急剧增大， 二极管发生反向击穿。
iD 正向特性
死区 电压
击穿的类型
O
uD
电击穿 击穿电压 U(BR)
根据击穿可逆性分为
反向特性
热击穿
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模拟电子技术基础
电击穿
二极管发生反向击穿后，如果
a. 功耗PD( = |UDID| )不大
4. 小信号动态模型
(1) 伏安特性
动态电阻 rd
uD iD
uD U D iD ID
(2) 电路模型
iD
Q
rd
ID
uD
O UD
id + ud – rd
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模拟电子技术基础
思考题
1. 在什么条件下，半导体二极管的管压降近似为常 数？
2. 根据二极管的伏安特性，给出几种二极管的电路 分析模型。
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模拟电子技术基础
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模拟电子技术基础
半导体二极管的类型 (1) 按使用的半导体材料不同分为
硅管 锗管
(2) 按结构形式不同分为
平面型 点接触型
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模拟电子技术基础
1.2.2 半导体二极管的伏安特性
uD
iD
正向特性
0
0. 8
反向特性
锗管
正向特性
反向特性 0ຫໍສະໝຸດ Baidu
即 平均温度每升高10°C，反向饱和电流增大一倍。
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模拟电子技术基础
1.2.4 半导体二极管的主要电参数
1. 额定整流电流IF 管子长期运行所允许通 过的电流平均值。
2. 反向击穿电压U(BR) 二极管能承受的最高反 向电压。
iD 正向特性
死区 电压
O
uD
击穿电压 U(BR)
反向特性
5. 正向电压降UF 指通过一定的直流测试电流 时的管压降。
6. 最高工作频率fM
fM与结电容有关，当工作 频率超过fM时，二极管的 单向导电性变坏。
iD 正向特性
死区 电压
O
uD
击穿电压 U(BR)
反向特性
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模拟电子技术基础
二极管的几种常用的模型
1. 理想二极管 (1) 伏安特性
理想特性 iD 实际特性 uD
iD
显然，UD、ID是直线与二极
管伏安特性曲线的交点。
二极管的等效电阻为
iD
E/R0
+ uD D
+ E -
直线
RD=UD/ID
E/R01
可见，万用表的量程越大，
ID ID
UD、ID 越小，
1
O
二极管的等效电阻越大。
R0增大
uD UD 二UD极管伏E 安特性
1
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模拟电子技术基础
[例2] 设图示电路中的二极管性能均为理想。试判断各
击穿的特点
击穿电压低于4V 击穿电压具有负的温度系数
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模拟电子技术基础
b. 雪崩击穿
半导体的掺杂浓度低
条件
空间电荷区中就有较强的电场
击穿的机理
电场使PN结中的少子“碰撞电离”共价键中的价电子
击穿电压高于6V 击穿的的特点
击穿电压具有正的温度系数
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模拟电子技术基础
1.2.3 温度对半导体二极管特性的影响 1. 当温度上升时，死区电压、正向管压降降低。 △uD/ △T = –（2~2.5）mV/ °C 即 温度每升高1°C，管压降降低（2~2.5）mV。 2. 温度升高，反向饱和电流增大。
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练习题
[例1] 用万用表测量二极管的正向直流电阻RF，选用的 量程不同，测得的电阻值相差很大。现用MF30 型万 用表测量某二极管的正向电阻，结果如下表，试分析 所得阻值不同的原因。
电阻量程 ×1 ×10 ×100 ×1k 测得电阻值 31Ω 210Ω 1.1 kΩ 11.5 kΩ
电路中的二极管是导通还是截止，并求出A、B两点之
间的电压ＵAB值。
D1
A
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模拟电子技术基础
R0
[解] 万用表测电阻的原理图
+
图中，R0为表头等效内阻。
iD + uD -
E -
万用表的量程越大，即R0越大。
写出电路方程
uD+iDR0=E
显然，上式在 iD— uD坐标系中表示一条直线。
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模拟电子技术基础
uD+iDR0=E
R0
画出上式所表示的直线。
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1.2 半导体二极管
1.2.1 半导体二极管的结构和类型
外壳
引线 阳极引线
PN结
铝合金小球
N型锗片
触丝
N型硅
金锑合金
底座 阴极引线
点接触型
平面型 上页
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半导体二极管的外型和符号
正极
正极
负极
外型
负极
符号
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0. 8
硅管
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1．正向特性
(1) 近似呈现为指数曲线，即
iD 正向特性
(2) 有死区（iD≈0的区域)
死区电压约为
硅管0.5 V 锗管0.1 V
死区 电压
O
uD
击穿电压 U(BR)
反向特性
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(3) 导通后（即uD大于死区电压后）
O
(2) 电路符号
+ uD – iD
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2. 恒压模型 (1) 伏安特性
(2) 电路模型
iD
uD O uF
+
uD
–
iD
uF
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3. 折线模型
(1) 伏安特性
iD rD uD
O uth
+
(2) 电路模型
iD
uD
–
rD
uth
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3. 最高允许反向工作电压UR 为了确保管子安全工作，所 允许的最高反向电压。 UR=（1/2~2/3）U(BR)
4. 反向电流IR 室温下加上规定的反向电 压时测得的电流。
iD 正向特性
死区 电压
O
uD
击穿电压 U(BR)
反向特性
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iD 正向特性
即 uD略有升高， iD急剧增大。
死区
硅管0.6~0 .8 V
电压
管压降uD 约为
O
锗管0.2~0.3 V 击穿电压 U(BR)
uD
通常近似取uD
硅管0.7 V 锗管0.2 V
反向特性
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2．反向特性
(1) 当
时，
。
iD 正向特性
硅管小于0.1微安 IS= 锗管几十到几百微安
硅管150∽200oC
b. PN结的温度小于允许的最高结温
锗管75∽100oC
降低反向电压，二极管仍能正常工作。
热击穿 PN结被烧坏，造成二极管永久性的损坏。
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(3) 产生击穿的机理
a. 齐纳击穿
条件
半导体的掺杂浓度高 空间电荷层中有较强的电场
击穿的机理
电场将PN结中的价电子从共价键中激发出来
死区 电压
O
uD
击穿电压 U(BR)
反向特性
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(2) 当
时，
反向电流急剧增大， 二极管发生反向击穿。
iD 正向特性
死区 电压
击穿的类型
O
uD
电击穿 击穿电压 U(BR)
根据击穿可逆性分为
反向特性
热击穿
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电击穿
二极管发生反向击穿后，如果
a. 功耗PD( = |UDID| )不大
4. 小信号动态模型
(1) 伏安特性
动态电阻 rd
uD iD
uD U D iD ID
(2) 电路模型
iD
Q
rd
ID
uD
O UD
id + ud – rd
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思考题
1. 在什么条件下，半导体二极管的管压降近似为常 数？
2. 根据二极管的伏安特性，给出几种二极管的电路 分析模型。
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半导体二极管的类型 (1) 按使用的半导体材料不同分为
硅管 锗管
(2) 按结构形式不同分为
平面型 点接触型
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1.2.2 半导体二极管的伏安特性
uD
iD
正向特性
0
0. 8
反向特性
锗管
正向特性
反向特性 0ຫໍສະໝຸດ Baidu
即 平均温度每升高10°C，反向饱和电流增大一倍。
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1.2.4 半导体二极管的主要电参数
1. 额定整流电流IF 管子长期运行所允许通 过的电流平均值。
2. 反向击穿电压U(BR) 二极管能承受的最高反 向电压。
iD 正向特性
死区 电压
O
uD
击穿电压 U(BR)
反向特性
5. 正向电压降UF 指通过一定的直流测试电流 时的管压降。
6. 最高工作频率fM
fM与结电容有关，当工作 频率超过fM时，二极管的 单向导电性变坏。
iD 正向特性
死区 电压
O
uD
击穿电压 U(BR)
反向特性
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二极管的几种常用的模型
1. 理想二极管 (1) 伏安特性
理想特性 iD 实际特性 uD
iD
显然，UD、ID是直线与二极
管伏安特性曲线的交点。
二极管的等效电阻为
iD
E/R0
+ uD D
+ E -
直线
RD=UD/ID
E/R01
可见，万用表的量程越大，
ID ID
UD、ID 越小，
1
O
二极管的等效电阻越大。
R0增大
uD UD 二UD极管伏E 安特性
1
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[例2] 设图示电路中的二极管性能均为理想。试判断各
击穿的特点
击穿电压低于4V 击穿电压具有负的温度系数
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b. 雪崩击穿
半导体的掺杂浓度低
条件
空间电荷区中就有较强的电场
击穿的机理
电场使PN结中的少子“碰撞电离”共价键中的价电子
击穿电压高于6V 击穿的的特点
击穿电压具有正的温度系数
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1.2.3 温度对半导体二极管特性的影响 1. 当温度上升时，死区电压、正向管压降降低。 △uD/ △T = –（2~2.5）mV/ °C 即 温度每升高1°C，管压降降低（2~2.5）mV。 2. 温度升高，反向饱和电流增大。
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练习题
[例1] 用万用表测量二极管的正向直流电阻RF，选用的 量程不同，测得的电阻值相差很大。现用MF30 型万 用表测量某二极管的正向电阻，结果如下表，试分析 所得阻值不同的原因。
电阻量程 ×1 ×10 ×100 ×1k 测得电阻值 31Ω 210Ω 1.1 kΩ 11.5 kΩ
电路中的二极管是导通还是截止，并求出A、B两点之
间的电压ＵAB值。
D1
A
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R0
[解] 万用表测电阻的原理图
+
图中，R0为表头等效内阻。
iD + uD -
E -
万用表的量程越大，即R0越大。
写出电路方程
uD+iDR0=E
显然，上式在 iD— uD坐标系中表示一条直线。
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uD+iDR0=E
R0
画出上式所表示的直线。
模拟电子技术基础
1.2 半导体二极管
1.2.1 半导体二极管的结构和类型
外壳
引线 阳极引线
PN结
铝合金小球
N型锗片
触丝
N型硅
金锑合金
底座 阴极引线
点接触型
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半导体二极管的外型和符号
正极
正极
负极
外型
负极
符号
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