第1章半导体二极管及其应用

上一页 下一页 返回
1.3 二极管基本电路及其应用
1.3.3 限幅应用
利用二极管的单向导电性，将输入电压限定在要求的 范围之内，叫做限幅。 例1.2 在图示的电路中，已知输入电压ui=10 sinωt V， 电源电动势E＝5V，二极管为理想元件，试画出输出电压uo 的波形。
R
+ +
I
E
ui -
uO 上一页 下一页 返回
1.3 二极管基本电路及其应用
R
+ +
I
E

ui -
uO
-
解： 根据二极管的单向导电特 性可知，当ui 5V时，二极 管D截止，相当于开路，因 电阻R中无电流流过，故输 出电压与输入电压相等，即 uo=ui；当ui > 5V时，二极管 D导通，相当于短路，故输 出电压等于电源电动势，即 uo=E=5V 。所以，在输出电 压的波形中，5V以上的波形 均被削去，输出电压被限制 在5V以内。
1.2 半导体二极管
半导体二极管的种类和型号很多，我们用不同的符 号来代表它们，例如2AP9，其中“2”表示二极管，“A” 表示采用N型锗材料为基片，“P”表示普通用途管(P为 汉语拼音字头)，“9”为产品性能序号；又如2CZ8，其 中“c”表示由N型硅材料作为基片，“z”表示整流管。 关于二极管型号的命名方法可参见附录Ａ的有关内容。
上一页 下一页 返回
1.2 半导体二极管
1.2.4 主要参数
1.最大整流电流 IF
最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过 二极管的最大正向平均电流。当电流超过这个允许值时， 二极管会因过热而烧坏，使用时务必注意。
上一页 下一页 返回
1.2 半导体二极管

ui=0时直流电源作用
根据电流方程，rd

uD iD

UT ID
小信号作用
Q越高，rd越小。 静态电流
3. 二极管电路应用举例
（1）开关电路（掌握）
方法：假设法，将D管断开 原则一：单向导电性
阳极 a
k 阴极
D
V阳>V阴，D管正偏，导通 V阳< V阴，D管反偏，截止
原则二：优先导通原则（多二极管电路中）
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气 体、液体、固体均有之。
P区空穴 浓度远高 于N区。
N区自由电 子浓度远高
于P区。
扩散运动
扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低，产生内电场。
由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成 内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P 区、自由电子从P区向N 区运动。
2
98 0.98
100
综上所述，实现晶体三极管放大作用的 两个条件是：
（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区 杂质浓度，且基区很薄。
（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反 向偏置。
正偏电压工作，通电流→发光，电信号→光信号 光颜色：红、橙、黄、绿（与材料磷、砷、镓、化有关）
3. 激光二极管
（a）物理结构 （b）符号
发光二极管
光电二极管
一、晶体管的结构及类型 二、晶体管的电流放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数
三极管：电流放大（三个电极）
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管

第 1 章 半导体二极管及其基本应用
1.4 特殊二极管 1.4.1 稳压二极管 1.4.2 发光二极管与光电二极管 1.4.3 变容二极管
第 1 章 半导体二极管及其基本应用
1.4.1 稳压二极管 二、主要参数
一、伏安特性
1. 稳定电压 UZ
符号
工作条件： 反向击穿
流过规定电流时稳压管 两端的反向电压值。
电学参数： 暗电流，光电流，最高工作电压
光学参数：
光谱范围，灵敏度，峰值波长
三、光电耦合器
实物照片
1.4.3 变容二极管
第 1 章 半导体二极管及其基本应用
利用PN结的电容特性制成的二极管称为变容二极管，反偏 时它的反向电阻很大，近似开路，其容量随加于PN结两端 反向电压的增加而减小。
C /pF uD
1.4.2 发光二极管与光电二极管 一、发光二极管 LED (Light Emitting Diode)
1. 符号和特性
符号
工作条件：正向偏置
特性 i /mA
一般工作电流几十 mA， 导通电压 (1 2) V
2. 主要参数
O 2 u /V
电学参数：I FM ，U(BR) ，IR
光学参数：峰值波长 P，亮度 L，光通量
2. 稳定电流 IZ
越大稳压效果越好，
iZ /mA
小于 Imin 时不稳压。
特性
3. 最大工作电流 IZM
UZ
最大耗散功率 PZM
O IZminuZ/V
P ZM = UZ IZM
IZ
IZ
4. 动态电阻 rZ 几 几十
UZ
IZmax
rZ = UZ / IZ 越小稳压效果越好。
第 1 章 半导体二极管及其基本应用

集成电子技术基础教程
第一篇 电子器件与电子电路基础
第一章 半导体二极管及其电路分析
L CD
集成电子技术基础教程
本征半导体
❖本征激发产生的电子空穴对浓度很低，所以本征半 导体的电阻率很高，应用不广。但其载流子浓度受 温度影响很大，温度每提高10度，其浓度增加一倍。
掺杂半导体
❖N型半导体(电子型半导体) 多数载流子是电子 ❖P型半导体(空穴型半导体) 多数载流子是空穴
➢动态电阻
➢最大允许耗散功率PZmax
➢稳定电压的温度系数
L CD
集成电子技术基础教程
❖例：设计一个硅稳压管稳压电路，要求输出电压 VO=6V，最大负载电流为20mA，设外加输入电压 VI为+12V
➢第一步：设计电路
➢第二步：选稳压管
查 手 册 后 选 2 CW14， 其 稳 定 电 压 Vz = 6V，稳定电流为10mA，最大 稳定电流为33mA
二极管小信号模型
L CD
集成电子技术基础教程
低压稳压电路
❖例：设VＩ=12V，限流电阻R=5.1KΩ，若VＩ变化 （±10%)，问输出电压V０变动了多少?
➢第一步: VI不变时 电路参数(静态)
➢应用二极管大信号模型
VO 2VD 1.4V
ID
VI
VO R
2.08mA
L CD
集成电子技术基础教程
➢第三步：计算限流电阻R
R
VI VO
200
IZ (min) IL (max)
➢第四步：考虑极限情况
负载开路时，稳压管承受电流
I Z (max) VI
VO R
30mA 33mA
L CD
集成电子技术基础教程

38
分析：
• 1）正向特性：
• OA段：当 UF ＜ UT （死区电压）时外电场不 足
以克服结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故 正向电流 IF 很小(I F ≈0)， D处于截止状态。
• 硅(Si)：U T ≈0.5V; 锗(Ge): U T ≈0.1V。 • AB段：当 U F ＞U T后， Ed↓↓→扩散运动↑ ↑ → I
N 型半导体示意图
第一章 半导体二极管及基本电路/1.1 半导体的基础知识/杂质半导体
26
硅
2. P 型半导体
晶
体
掺
硼
出
现
硼原子的结构
空 穴
• 自由电子数 ＜＜ 空穴数
少数载流子 多数载流子
• 以空穴导电作为主要导电方式的半导体，称为空
穴半导体或 P型半导体 (P —type semiconductor ) 。
4）PN结的电容效应
•加在PN结上的电压的变化可影响空间电荷区电荷的
变化，说明PN结具电容效应。PN结的结电容的数 值一般很小，故只有在工作频率很高的情况下才考 虑PN结的结电容作用。
第一章 半导体二极管及基本电路/1.1 半导体的基础知识/P N 结
Байду номын сангаас
35
1.2 半导体二极管
一. 点接触式和面接触式二极管的结构
1、理想二极管模型 2、理想+串联恒压降模型 3理想+串联+折线模型
30
1. PN结的形成 扩散运动
随Ed
漂移运动
达到动态平衡
形成稳定的PN 结
Ed 不变化
注意：
1）空间电荷区的正负离子虽带电，但它们不能移 动，不参与导电。因区域内的载流子极少，所 以空间电荷区的电阻率很高。

术
流子，在N区内，“空穴”称 为少数载流子，扩散到对方的
专
“电子”或“空穴”称为“非
业
平衡少数载流子”。P型半导 体体内的“空穴”成为P型半
教
导体的“多子”，同理，N型 半导体内的“电子”称为N型
学
半导体的“多子”。这些非平
资
衡少数载流子的注入，必然与 对方的多子复合，在交界面附
源
近使载流子成对的消失，并且 各留下不能移动的正、负离子，
设
常，较长引线表示正极（＋），另一根为负极（－）。 测试方法与 普通二极管一样
金华职业技术学院
应 二极管的应用: 例1 LED节能灯
用
电
子
技
术
专
业
教
整流二极管: 整流电流0.5A, 反向压降600V
学
资
稳压二极管: 稳压电压20V, 额定功率1W
源
LED: 正向压降3V以上
建
说明本电路工作原理:R1、C1降压\QZ整流桥把交流变成直
技 ＝1kΩ，未经稳压的直流输入电压Ui＝24V。
术 专
（1）试求Uo、Io、I 及Iz； （2）若负载电阻RL 的阻值减小为0.5K，再求Uo、Io、I 及Iz。
业
教
学
资
源
建
设
金华职业技术学院
当P区电位低于N区电位——PN结反向偏置时，回路基本无电流产生，
源
PN结趋于截止。
建
由于正反向电流相差悬殊，所以PN结具有单向导电的性质
设
金华职业技术学院
应
二极管----单向导电性
用
电
将一个“PN”结
子
封装在一个密
技

vD
nV T
指数 关系
D
当加反向电压时： v
vD<0，当|vD|>>|V T |时 e 则 iD IS
常数
nV T
1
4、PN结的反向击穿
二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过 PN结的电流很小，但电压超过某一数值(反向击穿电压)时， 反向电流急剧增加，这种现象就称为PN结的反向击穿。
+4 +4 +4
+4
+3
+4
+4
+4
+4
自 由 电 子 空 穴 对
P型半导体的示意方法
空穴 受 主 离 子
－ － －
－ － －
－ － －
－ －
－
2.N型半导体
在硅（或锗）的晶体中掺入少量的五价元素杂质。(磷、锑)
硅原子
多余电子
+4
+4
+4
磷原子多余的电子易受 热激发而成为自由电子， 使磷原子成为不能移动的 正离子。 磷→施主杂质、N型杂质
正偏时，结电容较大，CJ≈CD 反偏时，结电容较小，CJ≈CB
§1.2 二极管
1.2.1 二极管的结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
（Anode）
1、二极管的电路符号：
2、分类
（Kathode）
按结构分：点接触型，面接触型，平面型。
按用途分：整流二极管，检波二极管，稳压二极管，„„。 按材料分：硅二极管，锗二极管。
（3）PN结的V--I 特性及表达式
i D I S (e
vD
nV T
1)
vD ：PN结两端的外加电压

制造三极 管时应具 备的结构
特点
1.3.2 三极管的电流放大作用
• 1.三极管的工作条件
• 二极管的主要性能是单向导电性，三极管的主要 性能是具有电流放大作用。三极管具有放大作用 的外部条件是必须外加合适的偏置电压，使三极 管的发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置 。
• 2.三极管的电流放大作用
1.3.6 片状三极管器件
• 1.片状三极管外形
• 额定功率在100～200mW的小功率三极管采用 SOT-23形式封装，大功率三极管多采用SOT-89 形式封装
1.3.6 片状三极管器件
• 2.带阻片状三极管
• 带阻片状三极管是指在三极管的管芯内加入一 只电阻或两只电阻
1.3.6 片状三极管器件
（1）肖特基二极管
常见的肖 特基二极 管封装形
式
• （2）稳压二极管
• 稳压值在2～30V，额定功率为0.5W的片状稳
压二极管的封装多采用SOT-23形式，额定功率为 1W的多采用SOT-89（1W）形式封装。
• （3）开关二极管
• 该类管子用于数字脉冲电路及电子开关电路，片 状开关管分为单开关二极管和复合开关二极管两 大类
第1章 常用半导体器件
本章要点
本章导读： 半导体二极管、三极管、场效应管 是电子电路中的重要元件，本章将讨 论它们的结构、工作原理、特性、主 要参数及检测方法，为以后学习各种 电路打下基础
1.1 半导体和PN结
• 1.1.1 半导体
按导电能力的 大小划分
导体、半导体和绝缘体
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。半导体之所 以得到广泛的应用，是因为人们发现半导体具有三个奇 妙且可贵的特性:掺杂性、热敏性、光敏性。

模拟电子技术基础习题
第一章 半导体二极管及其应用电路 第六章 运放应用电路
第二章
半导体三极管及其放大电路
第七章
功率放大电路
第三章
场效应晶体管及其放大电路
第八章
波形发生和变换电路
第四章
集成运算放大器
第九章
直流稳压电源
第五章
负反馈放大电路
第十一章～第二十一章
应用篇
第一章 半导体二极管及其应用电路
一、填空： 绝缘体 之间的物 导体 和_______ 1．半导体是导电能力介于_______ 质。 掺杂 特性，制成杂质半导体；利 2．利用半导体的_______ 光敏 特性,制成光敏电阻，利用半 用半导体的_______ 热敏 特性,制成热敏电阻。 导体的_______ 导通 ，加反向电压时 3．PN结加正向电压时_______ 截止 ，这种特性称为PN结的 单向导电 _______ _______ 特性。
饱和 8.当三极管工作在＿＿＿＿区时， UCE ≈0。发射极 正向 正向 ＿＿＿＿偏置，集电极＿＿＿＿偏置。 9.当NPN硅管处在放大状态时，在三个电极电位中， 集电 发射 以＿＿＿＿极的电位最高，＿＿＿＿极电位最低， 基 发射 ＿＿＿＿极和＿＿＿＿极电位差等于＿＿＿＿。 0.7V 10.当 PNP锗管处在放大状态时，在三个电极电位中， 以＿＿＿＿极的电位最高，＿＿＿＿极电位最低， 发射 集电 UBE等于＿＿＿＿。 -0.3V 三个电极的电位分别为 11.晶体三极管放大电路中 ,试判断三极管的 V ,V2 1.2V ,V3 1.5V 类型是 ＿＿＿＿，材料是＿＿＿＿。 1 4V 锗 PNP
T 10．单相桥式整流电容滤波电路，当满足 RLC （3～5） 2 时，负载电阻上的平均电压为_______。 A.1.1U2 B. 0.9U2 C. 1.2 U2 D. 0.45U2

3．负载上的直流电压和电流
负载上的直流电压： 负载上的直流电流：
VL=0.9V2
VL
0.9
V2 RL
工程应用
●桥式整流电路变压器的选用：次级电压V2=VL/0.9，额定功率P应大于负载功 率。
●桥式整流二极管的选用：最高反向工作电压VRM不低于输入交流电的峰值电压 V2，最大整流电流IFM不低于负载上的直流电流IL。
20 L型滤波器
2．π型滤波器
C-π型滤波器 在L型滤波器的输入端再并联一个电容，这就形成了LC-π型滤 波器，如左下图所示。
RC-π型滤波器 在电流较小、滤波要求不高的情况下，常用电阻R代替π型滤 波器的电感L，构成RC-π型滤波器。
LC—π型滤波器 21
RC—π型滤波器
第五节 特种二极管及应用
动成分受到抑制1而9 变得平滑。
3．电路特点
一般情况下，电感值L愈大，滤波效果愈好。但电感的体积变大、成本上升，且 输出电压会下降，所以滤波电感常取几亨到几十亨。
三、复式滤波器
复式滤波器是由电感、电容或电阻、电容组合起来的多节滤波器。
1．L型滤波器
在滤波电容C之前串接一个铁芯电感L，这样就组成了L型滤波器。脉动直流电压 经过电交流成分 进一步滤除，就可在负载上得到更加平滑的直流电压。
稳压管的外形
电路符号
22
稳压管的伏安特性曲线如的正向特 性与普通二极管相同。
反向特性曲线在击穿区域比普 通二极管更陡直，这表明稳压管击穿后 ，通过管子的电流变化(ΔIz)很大，而 管子两端电压变化(ΔVz)很小，或说管 子两端电压基本保持一个固定值。
稳压管在电路中主要功能是起 稳压作用。
击穿特性
正向特性
●桥式整流电路变压器的选用：次级电压V2=VL/0.9，额定功率P应大于负载功 率。