1、2.4 半导体二极管,2.4.1 二极管的结构类型,二极管的结构示意图,(a) 点接触型 (b) 面接触型 (c) 平面型,2.4.2 二极管的伏安特性,二极管的伏安特性曲线,(a) 测试电路 (b) 特性曲线,伏安特性方程,正向特性,在正向区，加入正向电压后，二极管并没有出现电流，有一个死区。当正向电压加到一个被称为开启电压Uth后，正向电流开始出现，正向特性曲线非线性较大，当正向电流较大时，特性曲线也具有一定线性度。,硅二极管和锗二极管的正向特性有所不同，主要表现在开启电压不同，硅二极管的Uth大约在0.5V；锗二极管的Uth 大约在0.1V。,反向特性,在反向区，硅二极管和锗二极管的特性
2、有所不同。硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。,从击穿机理上看，当硅二极管|UBR|7V时，主要是雪崩击穿；当|UBR|4V时，则主要是齐纳击穿。当|UBR|在4V7V之间时，两种击穿都有。,2.4.3 二极管的主要参数,(1) 最大整流电流 IF 二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向平均电流。,(2) 最大反向工作电压URM 二极管安全工作时，所能承受的最大反向电压。一般URM约为反向击穿电压UBR的一半。,(3) 反向电流IR 一般是指二极管未击穿时的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)
3、级；锗二极管在微安(A)级。 IR值越小，二极管单向导电性越好。,(4) 最高工作频率fM 二极管工作的上限频率，由PN结的结电容大小决定。二极管的工作频率超过fM时，单向导电性变差。,2.4.4 二极管的等效模型,理想模型,二极管正向导通时，其正向压降为零；二极管反向截止时，认为反向电阻为无穷大，反向电流为零，称为理想二极管。此时理想二极管相当于理想开关。该模型主要用于信号幅值远远大于二极管的正向压降，可以忽略二极管正向压降和反向电流的电路中。,1. 理想模型,恒压降模型,认为二极管的正向压降为常数、反向电阻为无穷大、反向电流为零。此时二极管可以用一个理想二极管串联一个恒压源UD表示。硅管的
4、正向压降UD为0.7V。,2. 恒压降模型,折线化模型,在正向曲线上选取一点Q(UD,ID)，连接Q点和(Uth,0)点。注意rD不是动态电阻rd，因为斜线不是切线。折线模型不固定，与Q点的选取有关。,3. 折线化模型,Q,Q,二极管的动态电阻属于交流参数，是二极管对它两端交流电压呈现出的电阻值。rd可以用二极管伏安特性曲线斜率的倒数来表示，rd的大小和工作点Q有关。,二极管的动态电阻的物理意义,4. 小信号模型,小信号模型,用于计算UD, ID在Q点附近的微小变化。注意，一定要先提供一个工作点Q ！,4. 小信号模型,2.4.5 二极管基本应用电路,半波整流电路和输入输出波形,1. 整流电路
5、,(a) 电路图 (b) 输入输出波形,2. 限幅电路,(a) (b),3. 开关电路,二极管与门,与门输入输出电压关系,2.5 稳压二极管,2.5.1 稳压二极管的伏安特性,稳压二极管的符号与伏安特性,稳压二极管的伏安特性与普通二极管相似，其正向特性为指数曲线。当稳压二极管外加反向电压时，当反向电压增大到反向击穿电压时，稳压二极管反向击穿。此时如果反向电流在一定范围内，其反向击穿特性陡直，几乎平行于纵轴，呈现很好的稳压特性。,2.5.2 稳压二极管的主要参数,(1) 稳定电压UZ 在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。,(2) 动态电阻rZ,其概念与一般二极管的动态电阻相同
6、，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性曲线上求取的。rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。rZ =UZ /IZ,(3) 最大耗散功率 PZM ,稳压管的最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向工作时PN结的功率损耗为 PZM= UZ IZMAX,(4) 最大稳定工作电流IZMAX 和最小稳定工作电流IZMIN ,稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即 IZMAX = PZMAX/UZ 而IZMIN对应UZMIN，即反向特性曲线刚刚击穿处对应的IZ。若工作电流IZIZMIN则不能稳压。,(5) 稳定电压UZ的温度系数,温度的变化将使UZ改变，在稳压管中当|UZ| 7 V时，U
7、Z具有正温度系数 0，反向击穿是雪崩击穿。 当|UZ|4V时，UZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。当4V|UZ| 7 V时，正、负温度系数互相抵消，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用，提供十分稳定的直流电压。,2.5.3 稳压二极管稳压电路,稳压二极管稳压电路,1. 稳压原理,2. 限流电阻确定,已知UImax、UImin、ILmax、ILmin、IZmax、IZmin,IZ在UImax、ILmin时取得最大值，则,IZ在UImin、ILmax时取得最小值，则,【例2.5.1】设UI=30V且波动范围为 10%，稳压管的UZ=12V、IZmin=5mA、IZmax=20mA，输出电流IL介于05mA之间。试计算电阻R的取值范围。,故 1.05 R 1.5k，可取R=1.2k。,
