第二节 半导体二极管 - PowerPoint PPT Presentation

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第二节 半导体二极管

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  1. 第二节 半导体二极管 一 基本结构和表示符号 在一个PN结的P区和N区各接出一条引线,然后再封装在管壳内,就制成一只晶体二极管。 P区引出线叫正极(或阳极)N区引出端叫负极(阴极)

  2. 它的符号为: 半导体二极管又称晶体二极管,简称二极管。二极管按其结构的不同可以分为点接触型和面接触型两类。 点接触型二极管的结构,如图1.4(a)所示。这类管子的PN结面积和极间电容均很小,不能承受高的反向电压和大电流,因而适用于制做高频检波和脉冲数字电路里的开关元件,以及作为小电流的整流管。 面接触型二极管或称面结型二极管,其结构如图1.4(b)所示。这种二极管的PN结面积大,可承受较大的电流,其极间电容大,因而适用于整流,而不宜用于高频电路中。

  3. 图1.4半导体二极管的结构及符号 (a)点接触型结构;(b)面接触型结构;

  4. 二 伏安特性 根据制造材料的不同,二极管可分为硅、锗两大类。相应的伏安特性也分为两类。图1.5(a)所示为硅二极管的伏安特性;图1.5(b)所示为锗二极管的伏安特性。现以图1.5(a)所示硅二极管为例来分析二极管的伏安特性。

  5. 图1.5 二极管的伏安特性 (a)硅二极管2CP6;

  6. D E 图1.5 二极管的伏安特性 (b)锗二极管2AP15

  7. 1)正向特性 0A段:称为“死区”。 AB段:称为正向导通区。 2)反向特性 0D段:称为反向截止区。这时二极管呈现很高的电阻,在电路中相当于一个断开的开关,呈截止状态。 DE段:称为反向击穿区。当反向电压增加到一定值时,反向电流急剧加大,这种现象称为反向击穿。发生击穿时所加的电压称为反向击穿电压,记做UB。

  8. 普通二极被击穿后,不能恢复,失去单向导电性,将造成永久性损坏。普通二极被击穿后,不能恢复,失去单向导电性,将造成永久性损坏。 理想二极管:外加正向电压时,正向电压降和正向电阻等于零,相当于开关闭合; 外加反向电压时,二极管截止,相当于开关断开。 

  9. 三 半导体二极管的主要参数 二极管的参数是定量描述二极管性能的质量指标,只有正确理解这些参数的意义,才能合理、正确地使用二极管。 1. 最大整流电流IF 最大整流电流是指管子长期运行时,允许通过的最大正向平均电流。因为电流通过PN结时要引起管子发热。电流太大,发热量超过限度,就会使PN结烧坏。例如2AP1最大整流电流为16mA。

  10. 2. 最高反向工作电压URM 是保证二极管不被击穿所允许施加的最大反向电压。一般规定为反向击穿电压的一半或三分之二。 3. 最大反向电流IRM 指二极管加上最高反向工作电压时的反向电流。希望该值越小越好。 二极管的参数是正确使用二极管的依据,一般半导体器件手册中都给出不同型号管子的参数。在使用时,应特别注意不要超过最大整流电流和最高反向工作电压,否则管子容易损坏。

  11. 四、二极管基本电路及其应用 1、整流应用:如下图

  12. 2、钳位应用 例1-1在如下图所示的电路中,已知输入端A的电位为 UA=3V,B的电位UB=0V,通过电阻R连接-12V电源,求输出端电位UF。 钳位作用 隔离作用

  13. 解:因为UA>UB,所以二极管D1优先导通,设二极管为理想元件,则输出端F的电位为UF=3V。当D1导通后,D2上加的是反向电压,D2因而截止。 在这里,二极管D1起钳位作用,把F端的电位钳位在3V;D2起隔离作用,把输入端B和输出端F隔离开来。 3、限幅应用

  14. 例1.2 在上图中,已知输入电压,电源电动势E=5V,二极管为理想元件,试画出输出电压的波形。 解:当ui≥E 时,D导通其等效电路为: 当ui<E时,D截止其等效电路为:

  15. 4、稳压应用 5、开关应用 6、 特殊二极管 特殊用途的二极管在电子设备中早已得到广泛的应用,这里简单介绍几种特殊用途的二极管。 (1)稳压二极管:是一种特殊的面接触型硅管,工作在反 向击穿区。

  16. 1)稳压特性 稳压二极管的伏安特性曲线、图形符号及稳压管电路如图1.10所示,它的正向特性曲线与普通二极管相似,而反向击穿特性曲线很陡。在正常情况下稳压管工作在反向击穿区,由于曲线很陡,反向电流在很大范围内变化时,端电压变化很小,因而具有稳压作用。图中的UB表示反向击穿电压,当电流的增量ΔIZ很大时,只引起很小的电压变化ΔUZ。只要反向电流不超过其最大稳定电流,就不会形成破坏性的热击穿。因此,在电路中应与稳压管串联一个具有适当阻值的限流电阻。

  17. 阳极 阴极 图1.10 稳压管的伏安特性曲线、图形符号及稳压管电路 (a)伏安特性曲线;(b)图形符号;(c)稳压管电路

  18. 2)基本参数 (1)稳定电压UZ是指在规定的测试电流下,稳压管工作在击穿区时的稳定电压。 (2)稳定电流IZ是指稳压管在稳定电压时的工作电流,其范围在IZmin~IZmax之间。 (3)最小稳定电流IZmin是指稳压管进入反向击穿区时的转折点电流。 (4)最大稳定电流IZmax是指稳压管长期工作时允许通过的最大反向电流,其工作电流应小于IZmax。 (5)最大耗散功率PM是指管子工作时允许承受的最大功率,其值为PM=IZmax·UZ。 (6)动态电阻rZ。它被定义为rZ=ΔUZ/ΔIZ。

  19. 2. 光电二极管 光电二极管的结构与普通二极管的结构基本相同,只是在它的PN结处,通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。光电二极管的PN结在反向偏置状态下运行,其反向电流随光照强度的增加而上升。图1.11(a)是光电二极管的图形符号,图(b)是它的特性曲线。光电二极管的主要特点是其反向电流与光照度成正比。能将光信号转变为电信号输出。 光电二极管可用来作为光控元件。当制成大面积的光电二极管时,能将光能直接转换为电能,可作为一种能源,因而称为光电池。

  20. 图1.11 光电二极管 (a)图形符号; (b)特性曲线

  21. 3. 发光二极管 发光二极管是一种能把电能转换成光能的特殊器件。这种二极管不仅具有普通二极管的正、反向特性,而且当给管子施加正向偏压时,管子还会发出可见光和不可见光(即电致发光)。目前应用的有红、黄、绿、蓝、紫等颜色的发光二极管。此外,还有变色发光二极管,即当通过二极管的电流改变时,发光颜色也随之改变。图1.12(a)所示为发光二极管的图形符号。 发光二极管常用来作为显示器件,它的另一个重要的用途是将电信号变为光信号,通过光缆传输,然后再用光电二极管接收,再现电信号。

  22. 图1.12 发光二极管 (a)图形符号; (b)光电传输系统

  23. P24 4、 • 在如图所示的各个电路中,己知直流电压 =3V,电阻R=1KΩ,二极管的正向压降为0.7V,求 。 。 5、二极管电路如图所示,已知输入电压 V, 二极管的正向压降和反向电流均可忽略。试画出输出电压的波形

  24. 6、两个稳压管 和 ,其稳定电压分别为5.5V和8.5V, 正向压降都是0.5V。如果得到0.5V、3V、6V、9V和14V几种 稳定电压,这两个稳压管(还有限流电阻)应该如何连接? 画出各个电路。

  25. 4、解:(a) D导通 (b) D截止 (c) D导通 5、(a) V 30 S V 30 S

  26. uo=ui 解:ui ≥ 0时,D导通其等效电路为: 30 u0=0v ui<0时,D截止其等效电路为: -30

  27. ui>-5V时,D截止其等效电路为: 解:ui ≤-5V时,D导通其等效电路为: u0=-5V -5 -5 -30 uo=ui -5 -30

  28. ui>5V时,D截止其等效电路为: 解:ui ≤5V时,D导通其等效电路为: ui=uo 5 uo=5V

  29. 6、解: (a) uo=0.5V (c) Uo=5.5+0.5=6(v) Uo=8.5-5.5=3(v) (d) Uo=8.5+0.5=9(v)

  30. (e) Uo=5.5+8.5=14(v)