2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体二极管

半导体二极管 一、基本结构 半导体二极管 正极 负极 D P N 1、点接触型二极管 正极引线 触丝 N型锗 支架 外壳 负极引线 PN结 PN结的结面积小，不能通过较大的电流，但其结电容较小（一般在1pF以下），工作频率可高达100MHZ以上，因此适用于高频检波和小功率的高频整流电路。 (1) 结构 (2) 特点 2. 面接触型二极管 (2) 特点 PN结的结面积大，能够通过较大的电流，但其结电容大，因此只能在较低的频率下工作，一般仅用于整流电路 金锑合金 (1) 结构 正极 负极 底座 PN结 按材料二极管有硅管和锗管之分 二、伏安特性 600 400 200 – 0.1 – 0.2 0 0.4 0.8 –50 –100 ID / mA UD / V 硅管的伏安特性 反向特性 死区 IS 正向特性 UBR ID / mA U D/ V 0.4 0.8 – 40 – 80 2 4 6 –0.1 –0.2 锗管的伏安特性 反向特性 0 正向特性 Uon iD= f (uD) iD + uD – D 击穿 死区电压（开启电压） Uon Si 管：0.5V左右 Ge管：0.1V左右 正向电压 Si 管：0.6V~0.8V Ge管：0.2V~0.3V 注意 二极管的伏安特性受温度的影响。如当环境温度升高时，二极管的正向特性曲线左移，反向特性曲线下移。 二极管方程 iD=Is(e –1) uD /UT UT：温度的电压当量。常温下，即T=300K（270C）时，UT= 26mV。 在正向段：当uD>>UT时，iD= Ise uD / UT 在反向段：当| uD |>> UT时，iD –IS 三、主要参数 1.正向平均电流IF：是二极管长期工作时允许通过的 最大正向电流。 2. 正向工作电压UF：二极管流过额定电流时所需的 额定正向电压。 器件的参数是其各方面性能的定量描述，它是设计、分析电路，选择器件的主要依据。各种器件的参数可由手册查得。 注意 二极管的正向平均电流不得超过此值，否则可能使管子过热而烧坏。 注意 二极管导通时会有一定的正向压降，设计电路时应当充分考虑到这一点。 4. 反向电流IR：二极管未击穿时的反向电流。它愈小，二极管的单向导电性愈好。由于反向电流是由少数载流子形成的，所以其受温度的影响很大。 5. 最高工作频率fM：二极管工作的上限频率。 fM的值主要取决于PN结结电容的大小，结电容愈大，则fM愈低。利用结电容——变容二极管 二极管的应用范围很广,它可用于整流、检波、函数发生器、波形整形、元件保护（限幅、钳位、隔离）以及在数字电路中作为开关元件。 3. 最高反向工作电压UR：二极管工作时允许外加的 最大反向电压。 注意 二极管的反向电压不得超过此值，否则二极管可能因过压被击穿。 () - 四、应用举例 【例1】二极管的降压作用 ~220V RL 【例2】二极管的开关作用 ~220V Notebook D1 D2 Battery Adapter 有电时， (1)对电池充电D2 on；(2)向负载供电；(3)电池只充电不放电 没电时， (1) 电池放电D3 on；(2) 不能向充电器放电D1 off D3 【例3】二极管的钳位作用 下图中，已知VA=3V， VB=0V， DA 、DB为锗管，求输出端Y的电位，并说明每个二极管的作用。 解： DA优先导通，则 VY=3–0.3=2.7V DA导通后，DB因反偏而截止，起隔离作用，DA起钳位作用，将Y端的电位钳制在+2.7V。 DA –12V Y A B DB R 2.7V 3V 0V D为理想二极管，E= 3V，ui = 6 sin t V，试画出 uo及uD的波形  2 ui3V时，D截止， IR = 0 ， uO= ui uD = uO–3V ui>3V时，D导通， uD= 0 ， uO=3V ui / V  t 6 3 0  2 解： 