第一章半导体二极管及其电路分析 备.ppt

第一章 半导体二极管及其电路分析 半导体器件是构成电路的基本元件，构成半导体器件的材料是经过加工的半导体材料，因此半导体材料的性质在很大程度上决定了半导体器件的性能。 制造半导体器件的材料不是本征半导体，而是人为的掺入杂质的半导体，目的是为了提高半导体的导电能力 掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。 N型半导体：电子为多子，空穴为少子 载流子数≈自由电子数 施主原子提供电子，不能移动，带正电。 结论 温故知新 温故知新 二极管的单向导电性应用很广，可用于：限幅、整流、开关、检波、元件保护等。 三、应用 例1：电路如图，求流过稳压管的电流IZ，R是否合适？ 例2：电路如图，IZmax=50mA，R=0.15KΩ, UI =24V, IZ=5mA, UZ=12V，问当 RL = 0.2K Ω 时，电路能否稳定，为什么？当 RL = 0.8K Ω 时，电路能否稳定，为什么？ 例3、电路如图，UI =12V ，UZ=6V ，R=0.15KΩ ，IZ=5mA，IZMAX=30mA,问保证电路正常工作时RL 的取值范围 例4：已知u=10sin(?t)V ,UZ= 6V, IZ=10mA ， Izmax=30mA, 画出uo的波形，并求限流电阻R的最小值。 例5：已知u=10sin(?t)V ,UZ= +6V, IZ=10mA ， Izmax=30mA, 画出uo的波形，并求限流电阻R的最小值。 例6：已知u=3sin(?t)V ,UZ= 6V, IZ=10mA ， Izmax=30mA, 画出uo的波形，并求限流电阻R的最小值。 解： 解： 一 正向特性 iD = 0 Uth = 0.5 V 0.1 V (硅管) (锗管) U ? Uth iD 急剧上升 0 ? U ? Uth UD(on) = (0.6 ? 0.8) V 硅管 0.7 V (0.1 ? 0.3) V 锗管 0.2 V O uD /V iD /mA 正向特性 Uth 反向特性 IS -U (BR) 反向击穿 -U(BR) ? U ? 0 iD = IS (硅) 0.1 ?A (锗)几十?A U -U(BR) 反向电流急剧增大 (反向击穿) 二 反向特性 O uD /V iD /mA 正向特性 Uth 反向特性 IS -U (BR) 反向击穿 硅管的伏安特性 锗管的伏安特性 60 40 20 – 0.02 – 0.04 0 0.4 0.8 –25 –50 iD / mA uD / V iD / mA uD / V 0.2 0.4 – 25 – 50 5 10 15 –0.01 –0.02 0 三 反向击穿特性： 电击穿 热击穿 反向击穿原因： 齐纳击穿： (Zener) 反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (击穿电压 6 V) 雪崩击穿： 反向电场使电子加速，动能增大，撞击 使自由电子数突增。 — PN 结未损坏，断电即恢复。 — PN 结烧毁。 (击穿电压 6 V) 四 温度对二极管特性的影响： 60 40 20 – 0.02 0 0.4 –25 –50 iD / mA uD / V 20?C 90?C 随着温度的升高， 正向特性曲线左移，即正向压降减小； 反向特性曲线下移，即反向电流增大。 一般在室温附近，温度每升高1℃，其正向压降减小2-2.5mV；温度每升高10℃，反向电流大约增大1倍左右。 半导体二极管 1.2.3 二极管的参数 1. IF — 最大整流电流(二极管长期连续工作时允许通过的最大正向平均电流 ) 2. UBR — 管子反向击穿时的电压 半导体二极管 3. URM — 最高反向工作电压，实际上只按照U(BR) 的一半来计算 4. IR — 反向电流(管子未被击穿前的反 向电流，该值越小单向导电性越好) 6. fM — 最高工作频率(二极管工作的 上限频率，超过该频率时，结电容起 作用，不能很好的体现单相导电性)。 5.UD(on) —导通电压：二极管在正向电压工作时，管两端会产生正向电压降，其压降值越小管越好。硅为0.7V，锗为0.2V。 半导体二极管 一、理想二极管 特性曲线 uD iD 符号及等效模型： S 正偏导通，uD = 0； 反偏截止， iD = 0 S 1.3 二极管基本应用电路及其分析方法 半导体二极管 二、二极管的恒压降模型 uD iD UD(on) uD = UD(on) 0.7 V (Si) 0.2 V (Ge) iD uD U (BR) I F URM O 半导体二极管 硅二极管基本电路如图所示，试求电流I1,I2,IO,和UO 例 半导体二极管 1