第17講 半導體二極管

1、電工電子技術(shù)電工電子技術(shù) 譚甜源、張立宏譚甜源、張立宏 辦公地點：辦公地點：3 3教教33123312 手手 機：機：1592725685415927256854 E-Mail: E-Mail: QQ: QQ: 8238323582383235 QQ QQ群：群： 213738876213738876電子技術(shù)基礎(chǔ)篇電子技術(shù)基礎(chǔ)篇 半導體元器件是現(xiàn)代電子技術(shù)的重要組成部分，半導體元器件是現(xiàn)代電子技術(shù)的重要組成部分，是構(gòu)成各種電子電路的核心，常用的半導體元器件有是構(gòu)成各種電子電路的核心，常用的半導體元器件有二極管、晶體管、場效應管等。二極管、晶體管、場效應管等。 半導體元器件由半導體材料制成，因此

2、，學習電半導體元器件由半導體材料制成，因此，學習電子技術(shù)應首先了解半導體材料的特性，這將有助于對子技術(shù)應首先了解半導體材料的特性，這將有助于對半導體元器件的學習、掌握和應用。半導體元器件的學習、掌握和應用。 1.5 1.5 半導體二極管半導體二極管1.5.0 1.5.0 半導體的基本知識半導體的基本知識1 1 導體、絕緣體和半導體導體、絕緣體和半導體 導體導體：自然界中很容易導電的物質(zhì)稱為導體，：自然界中很容易導電的物質(zhì)稱為導體，金屬一般都是導體。金屬一般都是導體。 絕緣體絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導電，稱為絕緣體，：有的物質(zhì)幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。如橡皮、陶瓷、塑料和石

3、英。 半導體半導體：另有一類物質(zhì)的導電特性處于導體和：另有一類物質(zhì)的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵絕緣體之間，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。2 半導體材料的特性半導體材料的特性1.5.1 1.5.1 半導體的導電特性半導體的導電特性1. 1. 半導體的導電機理半導體的導電機理現(xiàn)代電子學中，用的最多的半導體是硅和鍺，其現(xiàn)代電子學中，用的最多的半導體是硅和鍺，其原子結(jié)構(gòu)如下：原子結(jié)構(gòu)如下：電子原子核原子核電子 簡化模形簡化模形鍺和硅都有個價電子鍺和硅都有個價電子價電子價電子慣性核慣性核 簡化模形簡化模形鍺和硅都有個價電子鍺和

4、硅都有個價電子價電子價電子慣性核慣性核 簡化模形簡化模形鍺和硅都有個價電子鍺和硅都有個價電子價電子價電子慣性核慣性核 簡化模形簡化模形鍺和硅都有個價電子鍺和硅都有個價電子價電子價電子慣性核慣性核共價健共價健 +4 +4 +4 +4+4表示除去表示除去價電子價電子后的原子后的原子束縛電子束縛電子在絕對溫度在絕對溫度T=0K時，所有的價電子都被共價鍵時，所有的價電子都被共價鍵緊緊束縛在共價鍵中，不會成為緊緊束縛在共價鍵中，不會成為自由電子自由電子，因此本征因此本征半導體的導電能力很弱，接近絕緣體。半導體的導電能力很弱，接近絕緣體。 這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)本征激發(fā)，也稱也稱熱激發(fā)熱激發(fā)。

5、當溫度升高或受到光的當溫度升高或受到光的照射時，束縛電子能量增照射時，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導電子核的束縛，而參與導電，成為，成為自由電子自由電子（）（）。自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴 自由電子產(chǎn)生的同時自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中就，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，稱為出現(xiàn)了一個空位，稱為空空穴穴() 。失去價電子的原子。失去價電子的原子成為正離子，就好象空穴成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。帶正電荷一樣。 可見本征激發(fā)同時產(chǎn)生可見本征激發(fā)同時產(chǎn)生電子空穴對。電子空穴對。 與本征激發(fā)相反的與

6、本征激發(fā)相反的現(xiàn)象現(xiàn)象復合復合在一定溫度下，本征激在一定溫度下，本征激發(fā)和復合同時進行，達發(fā)和復合同時進行，達到動態(tài)平衡。電子空穴到動態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定。對的濃度一定。常溫常溫300K時：時：電子空穴對的濃度電子空穴對的濃度硅：硅：310cm104 . 1鍺：鍺：313cm105 . 2自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴電子空穴對電子空穴對復合復合成對消失成對消失在外電場的作用下，在外電場的作用下，自由電子逆著電場方向定自由電子逆著電場方向定向運動形成向運動形成電子電流電子電流。帶。帶正電的空穴吸引相鄰原子正電的空穴吸引相鄰原子中的價電子來填補，而在中的價電

7、子來填補，而在該原子的共價鍵中產(chǎn)生另該原子的共價鍵中產(chǎn)生另一個空穴?？昭ū惶钛a和一個空穴。空穴被填補和相繼產(chǎn)生的現(xiàn)象，可以看相繼產(chǎn)生的現(xiàn)象，可以看成空穴順著電場方向移動，成空穴順著電場方向移動，形成形成空穴電流空穴電流?？梢娫诎雽w中有可見在半導體中有自由自由電子電子和和空穴空穴兩種載流子，它兩種載流子，它們都能參與導電。們都能參與導電?？昭ㄒ苿臃较蚩昭ㄒ苿臃较?電子移動方向電子移動方向 Si+4+4+4+4+4+4 受主雜質(zhì)容易獲得一個價電子成為負離子，而在這種半受主雜質(zhì)容易獲得一個價電子成為負離子，而在這種半導體中載流子主要是導體中載流子主要是空穴空穴，空穴帶正電荷（空穴帶正電荷（P Po

8、sitiveositive）故命）故命名名為為P型半導體。于是用這樣的示意圖表示。型半導體。于是用這樣的示意圖表示。 雜質(zhì)半導體中電子與空穴的數(shù)目就不再是相等了，雜質(zhì)半導體中電子與空穴的數(shù)目就不再是相等了，將要出現(xiàn)電子數(shù)大于空穴數(shù)或空穴數(shù)大于電子數(shù)。把將要出現(xiàn)電子數(shù)大于空穴數(shù)或空穴數(shù)大于電子數(shù)。把數(shù)目多的載流子稱數(shù)目多的載流子稱多數(shù)載流子多數(shù)載流子，數(shù)目少的載流子稱，數(shù)目少的載流子稱少少數(shù)載流子數(shù)載流子。是自由電子為多數(shù)還是空穴為多數(shù)，取決。是自由電子為多數(shù)還是空穴為多數(shù)，取決于摻雜物質(zhì)。于摻雜物質(zhì)。少數(shù)載流子的濃度取決本征激發(fā)。少數(shù)載流子的濃度取決本征激發(fā)。而施主雜質(zhì)因失去一個價電子成為正離

9、子。而在這種半導體而施主雜質(zhì)因失去一個價電子成為正離子。而在這種半導體中載流子主要是中載流子主要是自由電子自由電子，自由電子帶負電荷（自由電子帶負電荷（N Negativeegative），），故命名為故命名為N N型型半導體。半導體。于是用這樣的示意圖表示。于是用這樣的示意圖表示。 本征半導體中有載流子，但數(shù)量很少，故本征半導體中有載流子，但數(shù)量很少，故沒有實用價值，須對本征半導體進行改造，以沒有實用價值，須對本征半導體進行改造，以增加載流子的數(shù)量。其有效的措施是在四價元增加載流子的數(shù)量。其有效的措施是在四價元素中摻入微量三價或五價元素（素中摻入微量三價或五價元素（雜質(zhì)雜質(zhì)），這種），這種摻

10、雜后得到的半導體稱摻雜后得到的半導體稱雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體。（人們常。（人們常稱的半導體，實際是指的雜質(zhì)半導體，而不是稱的半導體，實際是指的雜質(zhì)半導體，而不是本征半導體）由于摻入的雜質(zhì)不同，雜質(zhì)半導本征半導體）由于摻入的雜質(zhì)不同，雜質(zhì)半導體分為體分為N N型型和和P P型型兩大類。兩大類。2.2.N N型和型和P P型半導體型半導體 半導體摻雜半導體摻雜+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+5受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)N型型P型型 P P型和型和N N型半導體單獨使用，僅起到電阻元件的作型半導體單獨使用，僅起到電阻元件的作用，所以單個用，所以單個P

11、 P型和型和N N型半導體其使用價值仍然不大。型半導體其使用價值仍然不大。 實用中是通過工藝的手段把實用中是通過工藝的手段把P P型和型和N N型半導體型半導體有機的結(jié)合起來，形成一個所謂的有機的結(jié)合起來，形成一個所謂的PNPN結(jié)，它是現(xiàn)結(jié)，它是現(xiàn)代電子技術(shù)迅速發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。它是構(gòu)成各種代電子技術(shù)迅速發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。它是構(gòu)成各種電子器件的最基本的積木塊。電子器件的最基本的積木塊。3.PN3.PN結(jié)及其單向?qū)щ娞匦越Y(jié)及其單向?qū)щ娞匦裕? 1） PNPN結(jié)的形成結(jié)的形成多子的擴散運動多子的擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場少子的漂移運動少子的漂移運動濃度差濃度差 擴散的結(jié)果使擴散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。空間電

12、荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié)結(jié) +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)(2)PN(2)PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦訮N 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負接負 外電場外電場IF內(nèi)電場內(nèi)電場PN+ 內(nèi)電場被加內(nèi)電場被加強，少子的漂強，少子的漂移加強，由于移加強，由于少子數(shù)量很少，少子數(shù)量很少，形成很小的反形成很小的反向電流。向電流。IR+1.1.伏安特性伏安特性ui死區(qū)死區(qū)反向反向正向正向UBRURWMI0M導通區(qū)導通區(qū)硅硅0.60.8V鍺鍺0.20.3V鍺鍺0.1V硅硅0.5V正向特性：正向特性： （3 3） PNPN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性2.2.技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)IS死區(qū)電壓

13、死區(qū)電壓導通壓降導通壓降熱擊穿（熱擊穿（破壞性破壞性） 反向飽和電流反向飽和電流I Is s反向特性：反向特性： 擊穿電壓擊穿電壓 U U（BRBR） 電擊穿（電擊穿（可逆可逆） 反向擊穿反向擊穿擊穿區(qū)擊穿區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū) ) 1(eTSUuIi 根據(jù)理論分析：根據(jù)理論分析：u 為為PN結(jié)兩端的電壓降結(jié)兩端的電壓降i 為流過為流過PN結(jié)的電流結(jié)的電流IS 為反向飽和電流為反向飽和電流UT =kT/q 稱為溫度的電壓當量稱為溫度的電壓當量其中其中k為玻耳茲曼常數(shù)為玻耳茲曼常數(shù) 1.381023q 為電子電荷量為電子電荷量1.61019T 為熱力學溫度為熱力學溫度 對于室溫（相當對于室溫（相當T=3

14、00 K）則有則有UT=26 mV。當當 u0 uUT時時1eTUuTeSUuIi 當當 u|U T |時時1eTUuSIi4.4.PNPN結(jié)的電容效應結(jié)的電容效應 所謂電容，存儲電荷的容器。電容效應則所謂電容，存儲電荷的容器。電容效應則表現(xiàn)為，電容上的電壓變化時，電容器存儲電表現(xiàn)為，電容上的電壓變化時，電容器存儲電荷的增減，即電容器的充放電過程。荷的增減，即電容器的充放電過程。 結(jié)電容一般很小，只有當工作頻率很高時才結(jié)電容一般很小，只有當工作頻率很高時才需要考慮。需要考慮。 PN PN結(jié)是一個空間電荷區(qū)，相當于一個充電的結(jié)是一個空間電荷區(qū)，相當于一個充電的平板電容器，當平板電容器，當PNPN

15、結(jié)偏置電壓改變時，空間電荷結(jié)偏置電壓改變時，空間電荷也隨之改變。因此，也隨之改變。因此，PNPN結(jié)有電容效應。此電容稱結(jié)有電容效應。此電容稱為為結(jié)電容結(jié)電容，用，用CjCj表示表示 面接觸型管子的特點是，面接觸型管子的特點是，PN結(jié)的結(jié)面積大，能通過較大結(jié)的結(jié)面積大，能通過較大電流，但結(jié)電容也大，適用于低頻整流電路。電流，但結(jié)電容也大，適用于低頻整流電路。半導體二極管半導體二極管半導體二極管是由一個半導體二極管是由一個PNPN結(jié)構(gòu)成的二端元件。其端鈕有結(jié)構(gòu)成的二端元件。其端鈕有確定的命名，即一端叫確定的命名，即一端叫陽極陽極a a，一端叫，一端叫陰極陰極k k。1.5.2 1.5.2 半導體二

16、極管半導體二極管1. 1. 基本結(jié)構(gòu)及分類基本結(jié)構(gòu)及分類（1）點接觸型二極管）點接觸型二極管（2）面接觸型二極管）面接觸型二極管（3）平面型二極管）平面型二極管 點接觸型管子的特點是，點接觸型管子的特點是，PN結(jié)的結(jié)面積小，因而結(jié)電容結(jié)的結(jié)面積小，因而結(jié)電容小，主要用于高頻檢波和開關(guān)電路。既不能通過較大電流，小，主要用于高頻檢波和開關(guān)電路。既不能通過較大電流，也不能承受高的反向電壓。也不能承受高的反向電壓。 平面型管子的特點是，平面型管子的特點是，PN結(jié)的結(jié)面積大時，能通過較大結(jié)的結(jié)面積大時，能通過較大電流，適用于大功率整流電路；結(jié)面積較小時，結(jié)電容較小，電流，適用于大功率整流電路；結(jié)面積較小

17、時，結(jié)電容較小，工作頻率較高，適用于開關(guān)電路。工作頻率較高，適用于開關(guān)電路。kaVD 按材料的不同，常用的二極管有按材料的不同，常用的二極管有硅管硅管和和鍺管鍺管兩兩種；按其用途二極管分為普通二極管和特殊二極管種；按其用途二極管分為普通二極管和特殊二極管兩大類：兩大類：普通二極管普通二極管 整流、濾波、限幅、鉗位、整流、濾波、限幅、鉗位、 檢波及開關(guān)等。檢波及開關(guān)等。特殊二極管特殊二極管 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 發(fā)光二極管發(fā)光二極管 光電二極管光電二極管 二極管二極管 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓穩(wěn)壓光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換調(diào)諧調(diào)諧I IS Su ui iU UR R 二極管是一種非線性元件，其特性就是二

18、極管是一種非線性元件，其特性就是PNPN結(jié)的特性，而結(jié)的特性，而電流電流i iD D與兩端的電壓與兩端的電壓u uD D 的關(guān)系近似為：的關(guān)系近似為：2. 2. 二極管的伏安特性及參數(shù)二極管的伏安特性及參數(shù) 普通二極管是應用普通二極管是應用PNPN結(jié)的結(jié)的飽和區(qū)、死區(qū)和導通區(qū)飽和區(qū)、死區(qū)和導通區(qū)的的特性制成的二端元件。特性制成的二端元件。（1 1）伏安關(guān)系）伏安關(guān)系（2 2）理想二極管）理想二極管）（1TDVuSDeIiI IS S反向飽和電流；反向飽和電流； V VT T溫度的電壓當量，當常溫溫度的電壓當量，當常溫（ T=300K T=300K ）時，）時，V VT T=26mV=26mV。

19、 在正常工作范圍內(nèi)，當電源電壓遠大于二極管正向?qū)г谡９ぷ鞣秶鷥?nèi)，當電源電壓遠大于二極管正向?qū)▔航禃r，可將二極管當作理想二極管處理，其伏安特性通壓降時，可將二極管當作理想二極管處理，其伏安特性如圖示。如圖示。 忽略正向?qū)▔航岛碗娮瑁O管相當短路；二極管反忽略正向?qū)▔航岛碗娮瑁O管相當短路；二極管反向截止時忽略反向飽和電流，反向電阻無窮大，二極管相當向截止時忽略反向飽和電流，反向電阻無窮大，二極管相當于開路。于開路。kaVD（3 3）二極管的主要參數(shù)）二極管的主要參數(shù)1）最大整流電流）最大整流電流IF 2）最高反向工作電壓）最高反向工作電壓UR 3）最大反向電流）最大反向電流IRM I

20、 IF FI IRMRMu ui iU UR R 最大整流電流又稱為額定正向平均最大整流電流又稱為額定正向平均電流，是指二極管長時間使用時，允許電流，是指二極管長時間使用時，允許通過的最大正向平均電流。通過的最大正向平均電流。 最大反向電流是指二極管加上最高反向工作電壓時的反最大反向電流是指二極管加上最高反向工作電壓時的反向電流值。向電流值。 最高反向工作電壓是指保證二極管不被擊穿所允許施加最高反向工作電壓是指保證二極管不被擊穿所允許施加的最高反向電壓。一般規(guī)定為的最高反向電壓。一般規(guī)定為1/22/3的反向擊穿電壓。的反向擊穿電壓。U UBRBR1.5.3 1.5.3 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管（齊

21、納二極管）（齊納二極管） 穩(wěn)壓二極管是應用穩(wěn)壓二極管是應用PNPN結(jié)的擊穿特性的二端元件。結(jié)的擊穿特性的二端元件。它在電路中與適當阻值的電阻配合能起穩(wěn)定電壓的作它在電路中與適當阻值的電阻配合能起穩(wěn)定電壓的作用。其電路符號為：用。其電路符號為：1.1.穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理U UZ ZIIZ Zu ui ik ka aVSVSUUZ Z 反向擊穿后，電流在很大范反向擊穿后，電流在很大范圍內(nèi)變化，管子兩端的電壓變圍內(nèi)變化，管子兩端的電壓變化很小，因此具有穩(wěn)壓特性?；苄?，因此具有穩(wěn)壓特性。2.2.主要參數(shù)主要參數(shù) 1 1）穩(wěn)定電壓）穩(wěn)定電壓U Uz z 穩(wěn)壓管正常工作時管子兩端的電壓。手冊中給出的數(shù)穩(wěn)壓

22、管正常工作時管子兩端的電壓。手冊中給出的數(shù)值范圍是表示由于工藝和其它原因造成的分散性，如值范圍是表示由于工藝和其它原因造成的分散性，如101012V12V，對具體的管子為一確定值。，對具體的管子為一確定值。I IZmaxZmax2 2）電壓溫度系數(shù)）電壓溫度系數(shù)U U 3 3）動態(tài)電阻）動態(tài)電阻r rZ Z穩(wěn)壓管電壓的變化量與電流變化量的比值。穩(wěn)壓管電壓的變化量與電流變化量的比值。4 4）穩(wěn)定電流）穩(wěn)定電流I IZ Z和和 最大穩(wěn)定電流最大穩(wěn)定電流I IZmaxZmax 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流值，與具體工作狀態(tài)有關(guān)，而最大穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流值，與具體工作狀態(tài)有關(guān)，而最大穩(wěn)定電流是確定值。實際工作時不得

23、超過穩(wěn)定電流是確定值。實際工作時不得超過I IZmaxZmax 。5 5）最大允許耗散功率）最大允許耗散功率P PZMZM管子不致發(fā)生熱擊穿的最大功率損耗。管子不致發(fā)生熱擊穿的最大功率損耗。P PZMZM=U=UZ ZI IZmaxZmax 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值受溫度變化影響的系數(shù)。低于穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值受溫度變化影響的系數(shù)。低于6V6V的穩(wěn)壓管，電壓溫度系數(shù)為負；高于的穩(wěn)壓管，電壓溫度系數(shù)為負；高于6V6V的穩(wěn)壓管，的穩(wěn)壓管，電壓溫度系數(shù)為正；而電壓溫度系數(shù)為正；而6V6V左右的管子穩(wěn)壓值受溫度左右的管子穩(wěn)壓值受溫度變化影響的比較小。變化影響的比較小。ZZZIUr1.81.8 半導體光電器件半導體光電器件

24、 當前，在信號傳輸和存儲的新技術(shù)是有效應用當前，在信號傳輸和存儲的新技術(shù)是有效應用光信號光信號，如光通信、計算機網(wǎng)絡(luò)、聲像演唱機用的如光通信、計算機網(wǎng)絡(luò)、聲像演唱機用的CD或或VCD，計，計算機的算機的CDROM等光電子系統(tǒng)。這種光信號和電信號等光電子系統(tǒng)。這種光信號和電信號的接口需要一些特殊的器件，即半導體光電器件。的接口需要一些特殊的器件，即半導體光電器件。 采用不同材料、工藝和結(jié)構(gòu)制造的，用于光、電能采用不同材料、工藝和結(jié)構(gòu)制造的，用于光、電能量或信號轉(zhuǎn)換的半導體電子器件統(tǒng)稱為半導體光電器件。量或信號轉(zhuǎn)換的半導體電子器件統(tǒng)稱為半導體光電器件。 這類器件種類很多，如發(fā)光二極管、激光二極管、

25、光這類器件種類很多，如發(fā)光二極管、激光二極管、光電二極管、光電三極管、光耦合器等。電二極管、光電三極管、光耦合器等。1.8.1 1.8.1 光敏二極管光敏二極管1.1.結(jié)構(gòu)及原理結(jié)構(gòu)及原理2.2.技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 光敏二極管俗稱光電二極管，是一種將光敏二極管俗稱光電二極管，是一種將光信光信號轉(zhuǎn)換為電信號的受光器件號轉(zhuǎn)換為電信號的受光器件。其圖形符號為：。其圖形符號為： 光電二極管的基本結(jié)構(gòu)是一個光電二極管的基本結(jié)構(gòu)是一個PN結(jié)，它的管殼上設(shè)結(jié)，它的管殼上設(shè)置有一個光線入射的玻璃窗口。置有一個光線入射的玻璃窗口。光電二極管工作在光電二極管工作在PN結(jié)結(jié)的反向特性的反向特性。光學參數(shù)主要包括：光譜

26、范圍、靈敏度和峰值波長光學參數(shù)主要包括：光譜范圍、靈敏度和峰值波長p。電學參數(shù)主要包括：暗電流、光電流和最高工作電壓等。電學參數(shù)主要包括：暗電流、光電流和最高工作電壓等。 在無光照射時，反向電流很小，此電流稱在無光照射時，反向電流很小，此電流稱暗電流暗電流。當有光照射時，由于當有光照射時，由于PN結(jié)的光敏特性，產(chǎn)生結(jié)的光敏特性，產(chǎn)生光生載流子光生載流子，在反向電壓的作用下，光生載流子參與導電，形成比無光在反向電壓的作用下，光生載流子參與導電，形成比無光照射時大得多的反向電流，此電流稱照射時大得多的反向電流，此電流稱光電流光電流。 光電流與光照強度成正比，當外電路接上負載時，便光電流與光照強度成

27、正比，當外電路接上負載時，便可獲得隨光照強弱變化的電信號，于是實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換?？色@得隨光照強弱變化的電信號，于是實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換。AK1.8.3 1.8.3 發(fā)光二極管發(fā)光二極管1.1.原理及結(jié)構(gòu)原理及結(jié)構(gòu)2.2.技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 發(fā)光二極管是一種將發(fā)光二極管是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成光能電能直接轉(zhuǎn)換成光能的發(fā)光器件，簡稱的發(fā)光器件，簡稱LED，其圖形符號為：，其圖形符號為： LED的基本結(jié)構(gòu)是一個的基本結(jié)構(gòu)是一個PN結(jié)。結(jié)。 當管子施加正向電壓時，多數(shù)載流子的擴散運動加強，它當管子施加正向電壓時，多數(shù)載流子的擴散運動加強，它們在空間電荷區(qū)們在空間電荷區(qū)復合時放出能量復合時放出能量，并大部分轉(zhuǎn)換成光

28、能。并大部分轉(zhuǎn)換成光能。光電器件的參數(shù)分為光電器件的參數(shù)分為電學和光學電學和光學參數(shù)兩類。參數(shù)兩類。光學參數(shù)光學參數(shù)主要包括：主要包括：峰值波長峰值波長p、發(fā)光強度發(fā)光強度L 電學參數(shù)電學參數(shù)主要包括：主要包括：正向電壓、正向電流正向電壓、正向電流和和極限工作電流極限工作電流、反向電流、擊穿電壓反向電流、擊穿電壓等。等。AK LED能夠發(fā)光，是由于它采用的能夠發(fā)光，是由于它采用的半導體材料半導體材料和和摻雜濃度摻雜濃度與與普通二極管有所不同普通二極管有所不同，通常采用，通常采用砷化鎵、磷化鎵砷化鎵、磷化鎵等化合等化合物半導體，其摻雜物半導體，其摻雜濃度較高濃度較高。 發(fā)光二極管廣泛用于發(fā)光二極

29、管廣泛用于信號顯示和傳輸信號顯示和傳輸。它單個作成矩。它單個作成矩形、圓形用，也可多個組成某種形狀，如形、圓形用，也可多個組成某種形狀，如七段數(shù)碼管七段數(shù)碼管。共陰極連接共陰極連接gabcdef共陽極連接共陽極連接3.3.應用應用gabcdefgabcdef光電傳輸系統(tǒng)光電傳輸系統(tǒng) 1 簡單電路的圖解分析方法簡單電路的圖解分析方法 二極管是非線性器件，因而其電路一般要采用非二極管是非線性器件，因而其電路一般要采用非線性電路的分析方法，相對來說比較復雜，而圖解分線性電路的分析方法，相對來說比較復雜，而圖解分析法則較簡單。因此在已知二極管特性曲線時，可以析法則較簡單。因此在已知二極管特性曲線時，可

30、以采用圖解法來對電路進行分析。采用圖解法來對電路進行分析。二極管電路的分析方法二極管電路的分析方法例例1 電路如圖所示，已知二極管的電路如圖所示，已知二極管的V-I特性曲線、電源特性曲線、電源VDD和和電阻電阻R，求二極管兩端電壓，求二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流和流過二極管的電流iD 。 解：由電路的解：由電路的KVLKVL方程，可得方程，可得 RViDDDDv DDDD11VRRi v即即 是一條斜率為是一條斜率為-1/R的直線，稱為的直線，稱為負載線負載線 Q的坐標值（的坐標值（VD，ID）即為所求。）即為所求。Q點稱為電路的點稱為電路的工作點工作點2 二極管電路的簡化模型分析方法

31、二極管電路的簡化模型分析方法1 1）二極管）二極管V V- -I I 特性的建模特性的建模 將指數(shù)模型將指數(shù)模型 分段線性化，得到二極分段線性化，得到二極管特性的等效模型。管特性的等效模型。)1e (DSD TVIiv（1 1）理想模型）理想模型 （a a）V V- -I I特性特性 （b b）代表符號）代表符號 （c c）正向偏置時的電路模型）正向偏置時的電路模型 （d d）反向偏置時的電路模型）反向偏置時的電路模型 2 二極管電路的簡化模型分析方法二極管電路的簡化模型分析方法1 1）二極管）二極管V V- -I I 特性的建模特性的建模（2 2）恒壓降模型）恒壓降模型（a）V-I特性特性

32、（b）電路模型）電路模型 （3 3）折線模型）折線模型（a）V-I特性特性 （b）電路模型）電路模型 2 二極管電路的簡化模型分析方法二極管電路的簡化模型分析方法2 2）模型分析法應用舉例：）模型分析法應用舉例：（a）電路圖）電路圖 （b）vs和和vo的波形的波形（1 1）整流電路）整流電路2 2）模型分析法應用舉例）模型分析法應用舉例（2 2）靜態(tài)工作情況分析）靜態(tài)工作情況分析V 0D VmA 1/DDD RVI理想模型理想模型（R=10k ） 當當VDD=10V 時，時，mA 93. 0/ )(DDDD RVVI恒壓模型恒壓模型V 7 . 0D V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）折線模

33、型折線模型V 5 . 0th V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）mA 931. 0DthDDD rRVVI k 2 . 0Dr設(shè)設(shè)V 69. 0DDthD rIVV當當VDD=1V 時時？（a）簡單二極管電路）簡單二極管電路 （b）習慣畫法）習慣畫法 2 2）模型分析法應用舉例）模型分析法應用舉例（3 3）限幅電路）限幅電路 電路如圖，電路如圖，R = 1k，VREF = 3V，二極管為硅二極管。分別用理想模型，二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型求解，當和恒壓降模型求解，當vI = 6sin t V時，繪出相應的輸出電壓時，繪出相應的輸出電壓vO的波形。的波形。 2 2）模型分析

34、法應用舉例）模型分析法應用舉例（4 4）開關(guān)電路）開關(guān)電路電路如圖所示，求電路如圖所示，求AO的電壓值的電壓值解：解： 先斷開先斷開D，以，以O(shè)為基準電位，為基準電位， 即即O點為點為0V。 則接則接D陽極的電位為陽極的電位為-6V，接陰，接陰極的電位為極的電位為-12V。陽極電位高于陰極電位，陽極電位高于陰極電位，D接入時正向?qū)?。接入時正向?qū)?。導通后，導通后，D的壓降等于零，即的壓降等于零，即A點的電位就是點的電位就是D陽極的電位。陽極的電位。所以，所以，AO的電壓值為的電壓值為-6V。本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)主要知識點：主要知識點：1.1.掌握掌握PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦裕私飧鞣N二極管的表結(jié)的單向?qū)щ娦?，了解各種二極管的表示符號、工作原理及主要參數(shù)示符號、工作原理及主要參數(shù)2. 2. 掌握二極管的圖解法和簡化模型分析方法掌握二極管的圖解法和簡化模型分析方法歷屆考題歷屆考題填空題填空題1.在在N型半導體中型半導體中 是多數(shù)載流子