2半导体二极管及其基本电路2

PN结的伏-安特性曲线 由PN结的电流方程式可得，当PN结 外加正向电压U » UT时，式中的指数 项远远大于1，1可忽略
u
i ISeUT
即电流随电压按指数规律变化。
当PN结外加反向电压|u| » UT时， 方程式中的指数项约等于0，i≈-IS， 式中的负号也说明了反向偏置时电流 的方向与正向偏置时电流的方向相反。 根据式所作的曲线称为PN结的伏-安 特性曲线
图 1-8
其中 u > 0 的部分图称1为-8 正向特性， u < 0 的部分称为反向特性。
由图可见，当反向电压超过UBR后，PN结 的反向电流急剧增加，这种现象称为PN结
反向击穿。
PN结的反向击穿有雪崩击穿和 齐钠击穿两种，
当掺杂溶度比较高时，击穿通常 为齐纳击穿；
当掺杂溶度比较低时，击穿通常 为雪崩击穿。
点接触；面接触；台面二极管；
结构形态 肖特基势垒二极管；PIN二极管； 体效应二极管；双基极二极管；
双向二极管
半导体二极管的类型
分类方法
主要类型
检波；整流；稳压；开关；
普通应用
恒流二极管
应
光电应用
光电二极管；发光二极管； 激光二极管；太阳能电池
用
变容二极管；阶跃恢复二极
范 围
微波应用
管；崩越二极管；隧道二极 管；肖特基势垒二极管；体
PN结的单向导电性用符号
来表
示，其中箭头所在的那一侧表示P型半导体，
箭头所指的方向就是PN结处在正向偏置时
电流的流向。
PN结的电流方程
根据半导体材料的理论可得加在PN结上
的端电压u与流过PN结的电流i之间的关系
为
qu
i IS (ekT 1)
PN结的电流随输入电压而变化,电流方程式 中的 IS 为反向饱和电流，q 为电子电量，k 为 玻耳兹曼常数，T 为热力学温度。
图 1-9
阳极 引线
N型锗片 阴极 引线
外壳 金属触丝
点接触型二极管
铝合金 小球
阳极引线
PN结
金锑合金 底座
阴极引线 面接触型二极管
阳极 阴极 引线 引线
P N
P型支持衬底
集成电路中的平面型
阳极a
k阴极
二极管代表符号
二极管的伏-安特性曲线
用实验的方法，在二极管的两端加上不 同极性和不同数值的电压，同时测量流 过二极管的电流，就可得到二极管的伏 安特性曲线。该曲线是非线性的，如下 图。
二极管应用
二极管在电子电路中主要起整流 、限幅、开关的作用。
a
D
ui
c uo
R
0
t
0
t
b
b
二极图管1整- 1流2
a
D
c
ui
uo
R
0
t
0
t
b
b
二极管检波
半波整流电路结构虽然简单，但输出电压低， 输出信号的脉动系数较大，整流的效率较低， 改进的方法是将半波整流改成全波整流，用桥 式整流电路即可实现全波整流。
令
kT UT q
，UT 称为温度电压当量
在 T=300K 的 常 温 下 ， 温 度 电 压 当 量 UT≈26mV。将温度电压当量的表达式代入前 式中可得
u
i IS (eUT 1)
u
i IS (eUT 1)
由上式可见，PN结电流和电压的约束 关系不像电阻元件那样是线性的关系，而 是非线性的关系，具有这种特性的元件称 为非线性元件。非线性元件电流和电压的 约束关系不能用欧姆定律来描述，必须用 伏-安特性曲线来描述。
无论那种击穿，若对电流不加限 制，都可能造成PN结的永久性损坏。
2.3 半导体二极管
• 2.3.1 半导体二极管的结构
将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线后就构成 半导体二极管，简称二极管。由P区引出的电极称为 阳极（或正极），由N区引出的电极称为阴极（或负 极），常用二极管的外形如下图 符号与PN结的符号相同，文字符号用D来表示。
效应二极管
温敏二极管；磁敏二极管；
敏感应用 力敏二极管；气敏二极管；
湿敏二极管；光敏二极管
理想二极管：
为了简化二极管电路的分析，设二极管导 通时电压降为零（相当于短路）、截止时 反向电流为零（相当于开路），这种假设 的、现实并不存在的二极管称为理想二极 管。
特殊二极管：
稳压二极管、变容二极管、光电二极管、 发光二极管、激光二极管等。 作业：p60，2.4.3，2.4.4
半导体二极管的V – I 特性
iD/mA
iD/mA
4 -80 -40
0
反向特性
-0.2
正 向 特 性
uD/V
0.8
400
-120 -60
击 反向特性 0
穿
-0.2
特
性
-0.4
正 向 特 性
uD/V
0.8
2AP7型锗二极管 的伏安特性曲线
2CP33B型硅二极管 的伏安特性曲线
二极管的主要参数 二极管的参数是二极管电性能的指标 ，是正确选用二极管的依据，二极管的 主要参数有： 1、最大整流电流IF 2．反向工作峰值电压UR 3．反向峰值电流IR 4、最高工作频率fM
二极管极性的简易判别法
温度对二极管参数的影响：
温度上升时，反向电流增大，温度每 增加10℃，反向电流提高一倍；
温度上升时，二极管的正向压降减小， 温度每增加1 ℃，正向压降减小2 ~ 2.5mV。
半导体二极管的类型
分类方法
主要类型
合金型二极管；扩散型二极管；
制作工艺 合金扩散型二极管；平面型二极 管；外延型二极管
桥式整流电路
a
ui
D4
D1
c uo
0
D3 t
D2
R
0
t
b
d
图 1-14
倍压整流电路
利用电容器存储电能的作用，由多个二 极管和电容器可以获得几倍于输入电压的输 出电压，这种电路称为倍压整流电路
A (-)
+
ui
u2
_
B(+)
_
D1 C2 uo
C1
D2
+
图 1-15
限幅电路
在电子电路中，为了保护电路不会因电压过 高而损坏，需要对输入电压进行限制，利用 二极管限幅电路就可实现该目的，二极管限 幅电路和电路的输入、输出波形如下图
ui
a
c
US
R
0
t
ui
D
uo
uo
b
US
b
US
0Baidu Nhomakorabea
t
与门电路
利用二极管通、断的开关特性，可以组成实 现与逻辑函数关系的电路，该电路称为与门 电路，二极管与门电路如图
+ U cc
R D1 A
Y B
D2
稳压管 稳压管的结构和特性曲线
前面讨论的二极管不允许在反向击穿的状态 下工作，当二极管反向击穿时，因流过二极 管PN结的电流太大，将造成永久性的损坏。 由二极管的特性曲线可知，当二极管反向击 穿时，流过二极管的电流急剧增大，但二极 管两端的电压却保持不变。利用二极管的这 一特性，采用特殊的工艺制成在反向击穿状 态下工作，而不损坏的二极管，就是稳压管。