电子技术 第2版教学课件CH1-3.ppt

半导体器件 1.3 半导体二极管 1.3.1 二极管的结构 在一个PN结的两端加上电极引线并用外壳封装起来，那么就构成一只半导体二极管，简称二极管 。其内部结构示意图如图1-8（a)所示。 半导体二极管按所用材料不同可分为硅管和锗管，按制造工艺不同可分为点接触型、面接触型和平面型。图1-9（a）所示的点接触型二极管，由一根金属丝经过特殊工艺与半导体表面连接，形成PN结，因而结面积小，不能通过较大的电流，但其结电容较小，一般在1pF以下，工作频率可达100MHz以上，因此适用于高频电路和小功率整流。图1-9（b）所示的面接触型二极管是采用合金法工艺制成的，结面积大，能够流过较大的电流，但其结电容大，因而只能在较低频率下工作，一般仅作为整流管。平面型二极管如图1-10所示，它是采用先进的集成电路工艺制成的，不仅能通过较大的电流,而且性能稳定可靠。 按结构二极管有点接触型、面接触型和平面型，如图1-9所示。 适用于整流电路 高频和小功率电路 适用于开关、脉冲和高频电路 图1-9 二极管的外部结构图 2. 二极管的伏安特性 表示二极管的电流与其两极电压之间的关系 ，如图1-10 1) 正向特性 2)反向特性 曲线图的第一象限称为正向特性 它表示外加正向电压时二极管的工作情况 曲线图的第三象限称为反向特性 它表示二极管承受反向电压时的工作情况 图1-10 半导体硅二极管的伏安特性 1.3.3. 二极管的主要参数 1)最大整流电流IOM 2)反向工作峰值电压URWM 3)反向峰值电流IRM 4)最高工作频率fM 温度对二极管特性有较大的影响，随着温度的升高，使正向特性曲线向左移，反向特性曲线向下移 二极管的单向导电性。它可用于整流、检波、元件保护，以及在脉冲与数字电路中作为开关元件 1.3.4 二极管的应用 半导体二极管应用十分广泛。在模拟电子电路中主要用于整流、检波、限幅、元件保护和小电压稳压电路等，在数字电子电路中多用于开关电路。 1．整流电路 利用二极管的单向导电性，可以将交流电加以整流变成脉动的直流，电路如图1-11所示。 图1-11 单向整流电路及其输入、输出电压波形 2．限幅电路 在电子电路中，常用限幅电路对各种信号进行处理。它是让信号在预制的电平范围内，有选择地传输一部分。 【例1-1】单向限幅电路如图1-12（a）所示，图1-12（b）为输入电压 的波形。试画出输出电压 的波形（设VD为理想二极管）。 解： 根据二极管的单向导电性，二极管导通或截止取决于它是正向偏置还是反向偏置，因此可从分析二极管两端的电压着手。 （ 1）当 时， 二极管截止， 所在支路相当于断开，电路中电流为零，电阻R上的压降uR=0，输出随输入变化而变化。 （2）当 时 二极管导通，理想二极管在导通时正向压降为零，uO=US，输入电压正半周大于US的部分降在电阻R上，即uR= ui-US，输出电压uo波形如图1-12（c）所示。 该电路使输出电压上半周的幅值被限制在US值，称为上限幅电路。如果在uo端再增加一个二极管和一个直流电源（二极管和直流电压源均反向），则可以构成双向限幅电路。 图1-12 例1-1的电路图 3．钳位电路 钳位电路是利用二极管正向导通时正向压降相对稳定，且数值较小的特点来限制电路中某点的电位。在图1-13中，开关S断开时，二极管处于正偏导通，如果忽略管压降，则将被钳制在5V，当开关S合上时，二极管截止， 。 4．开关电路 在开关电路中，利用二极管的单向导电性以接通或者断开电路，这在数字电路中得到广泛的应用。二极管与门开关电路如图1-14所示，二极管理想，uA和uB可取0V、5V电压值，当uA和uB取不同组合的数值时，相应的输出如表1-1所示。 表1-1与门开关电路输入输出表 1.3.5 稳压二极管 稳压二极管，简称稳压管，也称为齐纳二极管，它是一种特殊的面接触型二极管。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定的功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛用于稳压电源与限幅电路之中。 与普通二极管不一样，稳压管的反向击穿是可逆的，当去掉反向电压后，稳压管又可恢复正常。但是如果反向电流超过允许范围，稳压二极管会发生热击穿而损坏。常用稳压二极