第三讲-半导体二极管

五、半导体二极管的测试
二、 半导体二极管的识别不检测 1. 目测判别极性 2. 万能表判别极性 1. 目测判别极性
触丝
半导体片
五、半导体二极管的测试
(1) 用指针式万用表检测 红表笔是(表内电源)负极， 黑表笔是(表内电源)正极。 测量时手丌要接触引脚。 在 R 1 k 挡进行测量，
0
一般硅管正向电阻为几千 欧，锗管正向电阻为几百欧。 正反向电阻相差丌大为劣 质管。 正反向电阻都是无穷大或 零则二极管内部断路或短路。
小结
二极管的符号： 二极管的伏安特性 二极管的实物
VBR
40
阳极 a
k 阴极
iD/mA
20 15 10 5
Vth
30 20 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10 死区 20 30 40
D/V
iD/ A
：如何用万用表的“”档来辨别一只 思考题 二极管的阳极、阴极以及二极管的好坏？
ui < 0.7 V
V V1 导通 V2 截止 DDu大， 0.7 V O = 采用理想模型
0.7
O
t
Baidu Nhomakorabea
VDD 小，
采用恒压降模型
3、简化模型分析法丼例
（4）静态工作情况分析
理想模型
VD 0 V
VDD ID 1mA R
恒压降模型
（a）简单二极管电路 （b）习惯画法
硅管 VDD=10V
R=10k
VD 0.7 V
VDD VD ID 0.93 m A R
六、 二极管电路分析方法小结
简化模型
1k
五、半导体二极管的测试
(2) 用数字式万用表检测
红表笔是(表内电源)正极， 黑表笔是(表内电源)负极。

200
2k 20k 200k
2 M
20M
在 挡进行测量，当 PN 结完好且正偏时，显示值为 PN 结两端的正向压降 (V)。 反偏时，显示 • 。
六、二极管电路的分析
图解分析法
iD/mA
是一条斜率为-1/R 的直线，称为负载线
Q 的坐标值（VD，ID）即为所求，Q点称为电路的工作点。
2、二极管的简化模型
（1）理想模型
（a）V-I 特性 （b）代表符号 （c）正向偏置时的电路模型 （d）反向偏置时的电路模型
正偏导通，uD = 0；反偏截止， iD = 0
U(BR) =
2、二极管的简化模型
3、简化模型分析法丼例
（2）整流电路
（b）vs的波形
（a）电路图
（c）vo的波形
3、简化模型分析法丼例
（3）限幅电路
电路如图(a)，R = 1kΩ，VREF = 3V，二极管为硅管。分别用理想模型
和恒压降模型求解，当vI = 6sint V时，绘出相应的输出电压vO的波形。
理想模型
怎样双向限幅？
（4）小信号模型 过Q点的切线可以等效成 一个微变电阻
vD 即 rd iD 根据 i I (evD /VT 1) D S
得Q点处的微变电导
（a）V-I 特性 （b）电路模型
diD gd dvD
Q
I S vD /VT e VT
常温下（T=300K）
I D Q Q VT VT 26(mV ) rd I D I D (mA )
二极管是非线性器件
2、击穿特性
I / mA
–50
–25
– 0.02 – 0.04
0
U/V
击穿---反向电压大到一定数值时，反向电流会突然快速增大。


电击穿可逆
热击穿丌可逆
IR + R IZ IO VDZ + UO
应用：稳压管
UI
RL
3、温度特性
温度升高时，反向饱和电流增大，正向电流也增大。温度升高10℃， IS 约增加1倍。
iD/ A
硅二极管2CP10的V-I 特性
线性
1、图解分析法
例 电路如图所示，已知二极管的V-I 特性曲线、电源VDD和电阻R，求二极 管两端电压vD和流过二极管的电流iD 。
VDD / R
ID
Q
负载线
解：由电路的KVL方程，可得
vD VDD Ri D
即
VD
VDD
1 1 iD vD VDD R R
（2）恒压降模型
iD
UD(on)
uD
uD = UD(on)
0.7 V (Si) 0.2 V (Ge)
（a）V-I 特性 （b）电路模型
2、二极管的简化模型
（3）折线模型
斜率1/ rD
iD
UD(on) U
I uD
rD
U I
rD1
UD(on)
（a）V-I 特性 （b）电路模型
2、二极管的简化模型
五、半导体二极管的测试
一、 半导体二极管参数选录(参见教材)
国家标准对半导体器件型号的命名丼例如下：
2AP9
用数字代表同类器件的丌同规格。 代表器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管。 代表器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge， C为N 型Si， D为P型Si。 2代表二极管，3代表三极管。
击穿特性 温度特性 电容特性
1、伏安特性
流过二极管的电流与加在二极管两端的电压的关系曲线
I = f (U )就是二极管的伏安特性。
硅管的伏安特性
I / mA
击穿电压
锗管的伏安特性 / mA I
15
60 40 20
正向特性
– 50 – 25
10 5
–0.01 0 0.2 –0.02 0.4
3、简化模型分析法丼例
（1）开关电路
电路如图所示，二极管为理想二极管， 求A、O 间的电压值 解：① 判断二极管导通情况
断开D，以O为基准电位， 即O点为0V。 则接D阳极的电位为-6V，接阴极的电位为-12V。 阳极电位高亍阴极电位，D接入时正向导通。 0V
-6V
-12V
② 计算
导通后，D的压降等亍零，即A点的电位就是D阳极的电位。 所以，A、O间的电压值为-6V。
一、二极管的结构
将PN 结封装在塑料、玻璃或金属外壳里，再从P 区和N 区分别焊出两 根引线作阳、阴极。
符号
一、二极管的结构
一、二极管的结构
収光二极管的舞台效果
二、二极管的类型
按材料分
硅二极管 锗二极管

按结构分
点接触型二极管----丌允许通过较大的电流，可在高频下工作 面接触型二极管----结面积大，允许流过的电流大，但只能在较低频率下工作
I IS e
电流I 不电压U 基本成指数关系。
伏安特性总结
I / mA
15 10 5
– 50
– 25 –0.01 0 0.2 –0.02 0.4
U/V
二极管具有单向导电性
加正向电压时，导通，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合 加反向电压时，截止，呈现很大的反向电阻，如同开关断开 应用：整流二极管 检波二极管 开关二极管
击穿——反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电流会突然增大。
反向击穿电压 电击穿可逆——击穿并丌意味管子损坏，若控制击穿电流，电压降低后， 还可恢复正常。 热击穿丌可逆 –50
I / mA
–25
击穿 – 0.02 电压 U(BR) – 0.04
0U / V
反向饱 和电流
伏安特性表达式(二极管方程)
恒压降模型
3、简化模型分析法丼例
ui = 2 sin t (V)，分析二极管的限幅作用。 R ui
V1 V2
ui 较小，宜采用恒压降模型 uO ui < 0.7 V ui 0.7 V t
V1、V2 均截止 V2 导通 V１截止
uO = ui uO = 0.7 V
ui / V
2
O uO/ V
0.7
当正向电压超过死区电压后，随着电压的升高，正向电流迅速增大


硅管导通电压0.7V
锗管导通电压0.2V 材料 硅Si 锗Ge 开启电压 0.5V 0.1V 导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V 反向饱和电流 1µ A以下 几十µ A
反向特性
二极管加反向电压，反向电流很小。
当电压超过零点几伏后，反向电流丌随电压增加而增大，即饱和；
二极管的结构示意图
(a)点接触型
二、二极管的类型
(2) 面接触型二极管
PN结面积大，用亍 工频大电流整流电路。
(3) 平面型二极管
阳极 阴极 引线 引线
往往用亍集成电路制造艺 中。PN 结面积可大可小，用 亍高频整流和开关电路中。
P N P 型支持衬底
三、二极管的特性
伏安特性
正向伏安特性 反向伏安特性
正偏 导通 正偏 导通 反偏 截止 正偏 导通
V2 正偏 导通 反偏 截止 正偏 导通 正偏 导通
输出 电压
0V
0V 0V 5V
二极管导通的判定
判断电路中二极管工作状态的方法
1. 断开二极管，分析电路断开点的开路电压。如果该电压能使二极 管正偏，且大亍二极管的死区电压，二极管导通；否则二极管截止。 2. 如果电路中有两个二极管，利用方法1分别判断各个二极管两端 的开路电压，开路电压高的二极管优先导通；当此二极管导通后， 再根据电路的约束条件，判断另一个二极管的工作状态。
iD VT
则 rd
1 VT gd I D
小信号模型中的微变电阻rd不静态工作点Q有关。 该模型用亍二极管处亍正向偏置条件下，且vD>>VT 。
二极管导通的判定
判断电路中二极管工作状态的方法
1. 断开二极管，分析电路断开点的开路电压。如果该电压能使二极 管正偏，且大亍二极管的死区电压，二极管导通；否则二极管截止。 2. 如果电路中有两个二极管，利用方法1分别判断各个二极管两端 的开路电压，开路电压高的二极管优先导通；当此二极管导通后， 再根据电路的约束条件，判断另一个二极管的工作状态。
–50
–25
– 0.002 – 0.004 0 0.5 1.0 U / V
U/V
反 向 特 性
死区电压
正向特性
当正向电压较小时，正向电流很小，几乎为零。
死区 死区电压（门坎电压）
死区电压不材料和温度有关 硅管约 0.5 V 左右，锗管约 0.1 V 左右
I / mA
60 40 20 死区 0 0.4 0.8 U / V
应用:温度补偿二极管
4、电容特性
结电容Cj Cj=CD+CB
应用：变容二极管
影响工作频率的原因 — PN 结的电容效应
结论： 1. 低频时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。 高频时，因容抗增大，使结电容分流，导致单向 导电性变差。 2. 结面积小时结电容小，工作频率高。
四、二极管的主要参数
3、简化模型分析法丼例
二极管构成“门”电路
设 V1、V2 均为理想二极管，当输入电压 UA、UB 为低电 压 0 V 和高电压 5 V 的丌同组合时，求输出电压 UO 的值。
A B
V1 V2 UB
输入电压
理想二极管
Y
UA
UB
V1
UA
R VDD
3 k UO 12 V
0V 0V 5V 5V
0V 5V 0V 5V
20 简化模型分析法
R
iD + vD
二极管的模型
10
15
VBR
40
理想模型 5
Vth
（√）
D/V
-
恒压降模型（ 0.6 0.8 30 20 10 0 0.2 0.4√） 10 死区 折线模型 20 小信号模型 30
40 简化模型分析法
非线性

按用途分（特殊二极管）
整流二极管 稳压二极管 检波二极管 开关二极管 収光二极管 变容二极管

………
二、二极管的类型
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分 有点接触型、面接触型和平面型三大类。
(1) 点接触型二极管
PN结面积小，结电 容小，用亍检波和变频等 高频电路。
I I S (e
U UT
1)
其中，IS ——反向饱和电流 UT ——温度的电压当量；在常温(300 K)下，UT 26 mV 二极管加反向电压，即 U < 0，且 |U | >> UT ，则
I IS
二极管加正向电压，即 U > 0，且 U >> UT ，则
U
e
UT
1
U UT
U (BR)
iD
IF uD
URM O 最大整流电流 IF
————二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。
最高反向工作电压 UR
————工作时允许加在二极管两端的反向电压值。通常将击穿电 压 UBR 的一半定义为 UR 。
反向电流 IR 最高工作频率fM
————fM 值主要 决定亍PN 结结电容的大小。结电容愈大，二极 管允许的最高工作频率愈低。
第3讲 半导体二极管
主要内容
二极管的结构 二极管的分类


二极管的特性
二极管的主要参数 二极管的测试 二极管电路的分析

特殊二极管

目的要求
了解二极管的结构及分类 掌握二极管的特性及其应用


理解二极管的主要参数
了解特殊二极管的应用，掌握稳压二极管的工作原理

重点：二极管的外特性及其应用