二極管特性及應(yīng)用

1、會計學(xué)1二極管特性及應(yīng)用二極管特性及應(yīng)用(3) 平面型二極管平面型二極管 往往用于集成電路制造工往往用于集成電路制造工藝中。藝中。PN 結(jié)面積可大可小，結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。用于高頻整流和開關(guān)電路中。(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型二極管二極管符號符號 圖圖 01.11 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖(c)(c)平面型平面型第1頁/共30頁二、二、 半導(dǎo)體二極管的伏安半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線特性曲線 式中式中IS 為反向飽和電流，為反向飽和電流，V 為二極管兩端的電為二極管兩

2、端的電壓降，壓降，VT =kT/q 稱為溫度的電壓當(dāng)量，稱為溫度的電壓當(dāng)量，k為玻耳茲曼為玻耳茲曼常數(shù)，常數(shù)，q 為電子電荷量，為電子電荷量，T 為熱力學(xué)溫度。對于室溫為熱力學(xué)溫度。對于室溫（相當(dāng)（相當(dāng)T=300 K），則有），則有VT=26 mV。) 1(eTSVVII 半導(dǎo)體二極管的伏半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線如圖安特性曲線如圖 01.12 01.12 所示。處于第一象限的所示。處于第一象限的是正向伏安特性曲線，是正向伏安特性曲線，處于第三象限的是反向處于第三象限的是反向伏安特性曲線。根據(jù)理伏安特性曲線。根據(jù)理論推導(dǎo)，二極管的伏安論推導(dǎo)，二極管的伏安特性曲線可用下式表示特性曲線可用下式表示

3、: :(1.1)圖圖 01.12 二極管的伏安特性曲線二極管的伏安特性曲線圖示第2頁/共30頁(1) 正向特性正向特性 硅硅二極管的死區(qū)電壓二極管的死區(qū)電壓Vth=0.5 V左右，左右， 鍺鍺二極管的死區(qū)電壓二極管的死區(qū)電壓Vth=0.1 V左右。左右。 當(dāng)當(dāng)0VVth時，正向電流為零，時，正向電流為零，Vth稱為死區(qū)電壓或稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。開啟電壓。 當(dāng)當(dāng)V0即處于正向特性區(qū)域。即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段：正向區(qū)又分為兩段： 當(dāng)當(dāng)VVth時，開始出現(xiàn)時，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。長。第3頁/共30頁(2) 反向特性反向特性當(dāng)當(dāng)V0時，即處于反

4、向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個區(qū)域：時，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個區(qū)域： 當(dāng)當(dāng)VBRV0時，反向電流很小，且基本不隨反向時，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時的反向電流也稱電壓的變化而變化，此時的反向電流也稱反向飽和電流反向飽和電流I IS S 。 當(dāng)當(dāng)VVBR時，反時，反向電流急劇增加，向電流急劇增加，VBR稱為稱為反向擊穿電壓反向擊穿電壓 。第4頁/共30頁 在反向區(qū)，硅二極管和鍺二極管的特性有所不同。在反向區(qū)，硅二極管和鍺二極管的特性有所不同。 硅二極管硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽和電流也很??；和電流也很??；鍺二極管

5、鍺二極管的反向擊穿特性比較軟，過渡比的反向擊穿特性比較軟，過渡比較圓滑，反向飽和電流較大。較圓滑，反向飽和電流較大。 從擊穿的機理上看，從擊穿的機理上看，硅二極管若硅二極管若|VBR|7V時時,主主要 是 雪 崩 擊 穿 ； 若要 是 雪 崩 擊 穿 ； 若|VBR|4V時時, 則主要是齊納則主要是齊納擊穿。當(dāng)在擊穿。當(dāng)在4V7V之間兩之間兩種擊穿都有，有可能獲得種擊穿都有，有可能獲得零溫度系數(shù)點。零溫度系數(shù)點。第5頁/共30頁三、 半導(dǎo)體二極管的參數(shù) 半導(dǎo)體二極管的參數(shù)包括最大半導(dǎo)體二極管的參數(shù)包括最大整流電流整流電流IF、反向擊穿電壓、反向擊穿電壓VBR、最最大反向工作電壓大反向工作電壓V

6、RM、反向電流反向電流IR、最最高工作頻率高工作頻率fmax和結(jié)電容和結(jié)電容Cj等。幾個等。幾個主要的參數(shù)介紹如下：主要的參數(shù)介紹如下： (1) 最大整流電流最大整流電流IF二極管長期連續(xù)工二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二作時，允許通過二極管的最大整流極管的最大整流電流的平均值。電流的平均值。(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電和最大反向工作電壓壓VRM 二極管反向電流二極管反向電流急劇增加時對應(yīng)的反向急劇增加時對應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓值稱為反向擊穿電壓電壓VBR。 為安全計，在實際為安全計，在實際工作時，最大反向工作電壓工作時，最大反向工作電壓VRM一般只按反向擊穿

7、電壓一般只按反向擊穿電壓VBR的一半計算。的一半計算。第6頁/共30頁 (3) 反向電流反向電流I IR R (4) 正向壓降正向壓降VF(5) 動態(tài)電動態(tài)電阻阻rd 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安級；鍺二極管在微安( A)級。級。 在規(guī)定的正向電流下，二極管的在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。小電流硅二極管的正向壓正向電壓降。小電流硅二極管的正向壓降在中等電流水平下，約降在中等電流水平下，約0.60.

8、8V；鍺二極管約鍺二極管約0.20.3V。 反映了二極管正向特性曲線斜率反映了二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。顯然，的倒數(shù)。顯然， rd與工作電流的大小有與工作電流的大小有關(guān)，即關(guān)，即 rd = VF / IF第7頁/共30頁四、 半導(dǎo)體二極管的溫度特性 溫度對二極管的性能有較大的影響，溫度升溫度對二極管的性能有較大的影響，溫度升高時，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加，如硅二極管溫高時，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加，如硅二極管溫度每增加度每增加88，反向電流將約增加一倍；鍺二極管，反向電流將約增加一倍；鍺二極管溫度每增加溫度每增加1212，反向電流大約增加一倍。，反向電流大約增加一倍。 另外，溫度升另外，溫

9、度升高時，二極管的正高時，二極管的正向壓降將減小，每向壓降將減小，每增加增加11，正向壓降，正向壓降VF( VD) 大 約 減 小大 約 減 小2 2mV，即具有負(fù)的，即具有負(fù)的溫度系數(shù)。這些可溫度系數(shù)。這些可以從圖以從圖01.1301.13所示二所示二極管的伏安特性曲極管的伏安特性曲線上看出。線上看出。 圖圖 01.13 溫度對二極管伏安特性曲線的影響溫度對二極管伏安特性曲線的影響第8頁/共30頁五、五、 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管的型號的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：第9頁/共30頁半導(dǎo)體二極管圖片第10頁/共30頁半導(dǎo)體二極管圖片半導(dǎo)體

10、二極管圖片第11頁/共30頁半導(dǎo)體二極管圖片第12頁/共30頁 圖圖 01.14 穩(wěn)壓二極管的伏安特性穩(wěn)壓二極管的伏安特性 (a)符號符號 (b) 伏安特性伏安特性 (c)應(yīng)用電路應(yīng)用電路(b)(c)(a)六、六、 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊硅二穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊硅二極管。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與硅二極管的伏極管。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與硅二極管的伏安特性曲線完全一樣，穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線的安特性曲線完全一樣，穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線的反向區(qū)、符號和典型應(yīng)用電路如圖反向區(qū)、符號和典型應(yīng)用電路如圖01.14所示。所示。第13頁/共30頁 從穩(wěn)壓二

11、極管的伏安特性曲線上從穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線上可以確定穩(wěn)壓二極管的參數(shù)?？梢源_定穩(wěn)壓二極管的參數(shù)。 (1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓VZ (2) 動態(tài)電阻動態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電下，所對應(yīng)的反向工作電壓。壓。 其概念與一般二極管的動態(tài)電阻相同，只不過穩(wěn)壓其概念與一般二極管的動態(tài)電阻相同，只不過穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。二極管的動態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。 rZ愈小，愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 rZ = VZ / IZ第14頁/共30頁 (3) (3) 最大耗散功率最大耗散功率

12、 PZM 穩(wěn)壓管的最大功率損耗穩(wěn)壓管的最大功率損耗取決于取決于PN結(jié)的面積和散熱等結(jié)的面積和散熱等條件。反向工作時條件。反向工作時PN結(jié)的功結(jié)的功率損耗為率損耗為 PZ= VZ IZ，由，由 PZM和和VZ可以決定可以決定IZmax。 (4) (4) 最大穩(wěn)定工最大穩(wěn)定工作電流作電流 IZmax 和和最小穩(wěn)定工作電最小穩(wěn)定工作電流流IZmin 穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即電流取決于最大耗散功率，即PZmax =VZIZmax 。而。而Izmin對應(yīng)于對應(yīng)于VZmin。若。若IZIzmin，則不能起穩(wěn)則不能起穩(wěn)壓作用。壓作用。第15頁/共30頁(5)穩(wěn)定電壓

13、溫度系數(shù)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù) VZ 溫度的變化將使溫度的變化將使VZ改變，在穩(wěn)改變，在穩(wěn)壓管中當(dāng)壓管中當(dāng) VZ 7 V時，時，VZ具有正具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。 當(dāng)當(dāng) VZ 4 V時，時， VZ具有負(fù)溫具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。 當(dāng)當(dāng)4 V VZ 7 V時，穩(wěn)壓時，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。管使用。第16頁/共30頁應(yīng)用注意事項：應(yīng)用注意事項： 穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)反接，并串穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)反接，并串入一只電阻

14、。入一只電阻。 電阻的作用一是起限流作用，電阻的作用一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓或以保護穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時，通過該電阻上電壓負(fù)載電流變化時，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。第17頁/共30頁 利用半導(dǎo)體的光敏特性，利用半導(dǎo)體的光敏特性，其反向電流隨光照強度的增加其反向電流隨光照強度的增加而上升。而上升。IV照度增加照度增加符號符號七、七、 特殊二極管特殊二極管簡介簡介第18頁/共30頁 有正向電流流過時，發(fā)出有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的

15、光，目前的發(fā)一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二段的光，它的電特性與一般二極管類似，正向電壓較一般二極管類似，正向電壓較一般二極管高（極管高（1.42.0V），電流為），電流為幾幾 幾十幾十mA符號符號第19頁/共30頁定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)導(dǎo)通通截截止止否則，正向管壓降否則，正向管壓降硅硅0 0.60.7V鍺鍺0.20.3V分析方法：將二極管斷開，分析二極分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓管兩端電位的高低或所加電壓UD的正的正負(fù)。負(fù)。若若 V陽陽 V陰陰或或 U

16、D為正，二極管導(dǎo)通（為正，二極管導(dǎo)通（正向偏置）正向偏置）若若 V陽陽 V陰陰 ，二極管導(dǎo)通，二極管導(dǎo)通，若忽略管若忽略管壓降，二極管可看作短路，壓降，二極管可看作短路，UAB = 6V。 實際上實際上， UAB低于低于6V一個一個管壓降，為管壓降，為6.3或或6.7V例例1 1： 取取 B 點 作點 作為參考點，斷開為參考點，斷開二極管，分析二二極管，分析二極管陽極和陰極極管陽極和陰極的電位。的電位。第21頁/共30頁例例2: 2: 電路如圖，求電路如圖，求：UAB 若忽略二極若忽略二極管正向壓降，二管正向壓降，二極管極管VD2可看作短可看作短路，路，UAB = 0 V ，VD1截止。截止。VD6V12V3k BAVD2 取取 B 點作點作參考點參考點，V1 陽陽 =6 V，V2 陽陽 =0 V ，V1