1、第7章 半导体二极管及其应用 ,7.1 半导体二极管 7.2 稳压二极管 7.3 特殊二极管简介 习题7 ,7.1 半导体二极管,1. 半导体二极管的结构和符号 将PN结装上电极引线和管壳，就是半导体二极管，其结构和符号如图7.1所示。,图 7.1 二极管的结构和符号 (a) 结构示意图； (b) 符号,2. 半导体二极管的单向导电性 二极管最为重要的特性是单向导电性。即加正向电压（也叫正偏电压）导通，如图7.2(a)所示，二极管的阳极接电源正极，阴极接电源负极，此时灯亮； 加反向电压（也叫反偏电压）截止，如图7.2(b)所示，二极管的阴极接电源正极，阳极接电源负极，此时灯不亮。,图 7.2
2、二极管的单向导电性 (a) 正偏导通； (b) 反偏截止,3. 半导体二极管的伏安特性 二极管的伏安特性是指二极管通过的电流与其端电压之间的关系，如图7.3所示。,图7.3 硅二极管的伏安特性,从图7.3可看出：(1) 二极管的伏安特性是一条曲线，这表明二极管是非线性元件。(2) 当二极管两端的电压较小时，二极管中没有电流，即二极管不导通，这一段称为死区。硅管的死区电压为0.5 V，锗管为0.1 V。(3) 当电压大于死区电压后，电流急剧增大，这时二极管导通。硅管的导通电压约为0.7 V，锗管约为0.3 V。,(4) 当二极管两端加反向电压时，管中会有很小的反向电流，且随着反向电压的增加，反向
3、电流基本保持不变，称为反向饱和电流，硅管的反向饱和电流为几到几十微安，锗管为几十到几百微安。由于半导体的热敏特性，反向饱和电流会随着温度的升高而增大，通常温度每升高10，反向饱和电流约增大一倍。(5) 当反向电压过大时，其反向电流剧增，称为二极管反向击穿。击穿时由于二极管过热，因此可能被烧坏。,4. 半导体二极管的主要参数 (1) 最大整流电流IF：它是二极管允许长期通过的最大正向平均电流。有些电流较大的二极管必须按规定加装散热片，否则可能因过热而烧坏。(2) 最高反向工作电压URM：它是二极管工作时允许承受的最大反向工作电压。实际使用时，其反向工作电压不要超过这一数值，以免造成二极管反向击穿
4、而损坏。 (3) 最高工作频率fM：超过这个频率，二极管将失去单向导电性。此外，还有反向电流、正向电压等参数。,5. 二极管的应用 利用二极管的单向导电性，可实现整流、限幅等功能。1) 二极管整流电路二极管最基本的应用是整流，即把交流电转换成脉动的直流电，如图7.4(a)所示为半波整流电路。若忽略二极管的死区电压和反向饱和电流，则可把二极管看成理想二极管，即把二极管作为一个开关。当输入电压为正半周时，二极管导通（相当于开关闭合），uo=ui；当输入电压为负半周时，二极管截止（相当于开关断开），uo=0。其输入、输出波形如图7.4(b) 所示。,图 7.4 半波整流电路及波形 (a) 电路； (
5、b) 输入、输出波形,2) 二极管限幅电路限幅电路也称为削波电路，它是一种能把输入电压的变化加以限制的电路，常用于波形变换和整形，如图7.5(a)所示。设ui=5 sint V，E=2 V。当ui E时，二极管导通，uo=E=2 V；当ui E时，二极管截止，电阻R中没有电流，uo=ui。输入、输出波形如图7.5(b)所示。显然，电路把输出电压的正峰值限制在2 V。,图 7.5 二极管上限幅电路及波形 (a) 电路； (b) 输入、输出波形,7.2 稳压二极管,1. 稳压二极管的伏安特性 稳压二极管实际上也是一种面接触型硅二极管，简称稳压管，其伏安特性及符号如图7.6所示。,图 7.6 稳压管
6、的伏安特性及符号(a) 伏安特性； (b) 符号,2. 稳压管的主要参数 (1) 稳定电压UZ：指稳压管正常工作时（反向击穿状态）管子的端电压，一般为325 V，高的可达200 V。(2) 稳定电流IZ和IZmax： IZ指稳压管正常工作时的电流， IZmax指稳压管允许通过的最大反向电流。(3) 额定功耗PZ：指保证稳压管安全工作所允许的最大功率损耗PZ=UZIZmax,3. 稳压管的应用稳压管主要用于构成稳压电路，如图7.7所示。,图7.7 稳压管稳压电路,1） 工作原理稳压电路的稳压原理：当交流电源电压升高，引起稳压电路的输入电压Ui增大时，输出电压（即稳压管上的电压）Uo增加，这时稳压
7、管的电流增加，使得电阻R上的电流增大，电阻R上的电压也增大。电阻R上的电压增量基本抵消了Ui的增量，所以输出电压Uo基本上可以保持不变， 反之亦然。,2) 电路元件的选择稳压管的选择：稳压管的IZ必须满足IZ IZmax，稳压管的稳压值UZ应等于负载所需电压Uo(稳压管的稳定电压和稳定电流值可查晶体管手册)。多个稳压二极管也可串联使用，以获得较高的Uo值，但要注意稳压管不能并联使用。限流电阻R的选择：若R的阻值太大，则会造成稳压管不能击穿而失去稳压作用；若R的阻值太小，则负载较轻时，可能会烧毁稳压管。,选择R的阻值有两个原则：(1)当Ui最大而IL最小时，R应满足UimaxUo+R(IZmax
8、+ILmin)； (2) 当Ui最小而IL最大时，R应满足UimaxUo+R(IZmax+ILmin)。,7.3 特殊二极管简介,1. 发光二极管(LED) 发光二极管是一种能将电能转换成光能的特殊二极管，它的符号如图7.8所示。,图 7.8 发光二极管的符号,2. 光电二极管光电二极管在管壳上有一个玻璃窗口以便于接受光照，它的反向电流随着光照强度的增加而上升。图7.9是光电二极管的符号, 其主要特点是反向电流与照度成正比。,图7.9 光电二极管的符号,3. 变容二极管二极管存在着PN结电容。结电容的大小除了与二极管的结构和工艺有关外，还随反向电压的增加而减小。利用这种特性可制成变容二极管。图
9、7.10所示为变容二极管的符号。,图7.10 变容二极管的符号,习题7,1. 如题图7.1所示的各电路中，二极管为理想二极管。试分析二极管的工作状态，求出流过二极管的电流。,题图 7.1,2. 题图7.2中，D1、D2都是理想二极管，求电阻R中的电流和电压U。已知R=6k，U1=6 V，U2=12 V。,题图 7.2,3. 题图7.3中，D1 、D2均为理想二极管，直流电压U1 U2 ，ui、uo是交流电压信号的瞬时值。试求：（1）当ui U1时， uo的值； （2）当ui U2时， uo的值。,题图 7.3,4. 在题图7.4所示电路中，U=5 V，ui=10 sint V，D为理想二极管，
10、试画出电压uo的波形。,题图 7.4,5.两个稳压管DZ1和DZ2的稳压值分别为8.6 V和5.4 V，正向压降均为0.6 V，设输入电压Ui和R满足稳压要求。（1）要得到6 V和14 V电压，试画出稳压电路； （2）若将两个稳压管串联连接，可有几种形式？各自的输出电压是多少？,6. 题图7.5所示为稳压管稳压电路。负载电阻RL由开路变到2 k，输入电压Ui波动为10%，若要求直流输出电压Uo=12 V，如何选择稳压管DZ和限流电阻R。,题图 7.5,7. 题图7.6中，求下列几种情况下输出端F的电位UF及各元件中流过的电流。 （1）UA=UB=0 V； （2） UA =3 V； UB =0 V；（3） UA = UB =-3 V。,题图7.6,
