2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体二极管

半导体二极管 2 半导体二极管 半导体二极管的几种常见结构 二极管的等效电路 二极管的伏安特性 二极管的主要参数 其它类型二极管 稳压二极管 3 小功率二极管 大功率二极管 稳压 二极管 发光 二极管 PN结 + 引线 + 封装 = 二极管。 P N 阳极 阴极 D 4 1.2.1 半导体二极管的几种常见结构 二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。 (1) 点接触型二极管— 点接触型 PN结面积小，结电容小， 允许流过的电流小， 用于检波和变频等高频电路。 5 (c)平面型 (3) 平面型二极管— 用于集成电路制造工 艺中。PN 结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。 (2) 面接触型二极管— PN结面积大，结电容大， 允许流过的电流大，用 于工频大电流整流电路。 (b)面接触型 6 一. 二极管伏安特性与PN结伏安特性的区别 正向电流减小， 反向饱和电流增加。 u i U(BR) 0 Uon IS 20℃ 1）二极管存在半导体体电阻和引线电阻； 2）二极管存在表面漏电流。 原因： 1.2.2 二极管的伏安特性 PN结 伏安特性 7 u i U(BR) 0 Uon IS 20℃ 1.正向特性 开启电压Uon：正向电压超过某一数值后，才有明显的正向电流。 硅：Uon≈0.5V； 锗：Uon ≈0.1V 正向导通电压U范围： 硅：0.6~0.8V（计算时取0.7V） 锗：0.1~0.3V（计算时取0.2V） 使用时应加限流电阻。 E D (1)整个正向特性曲线近似呈现为指数形式。 (2)有死区电压（iD≈0的区域） (3) 导通后（即uD大于死区电压后） 8 2.反向特性 硅：Is<0.1 A， 锗：Is＝几十A。 U（BR）=几十伏 u i U(BR) 0 Uon IS 20℃ 反向电流很小，与温度有关； 击穿导通，反向电流急剧增加； E D （1）当 时， （2）当 时 9 二极管的伏安特性 u i U(BR) 0 Uon IS 20℃ 开启电压 反向饱和电流 击穿电压 材料 开启电压 导通电压 反向饱和电流 硅Si 0.5V 0.6~0.8V (计算时取0.7V） 1µA以下 锗Ge 0.1V 0.1~0.3V （计算时取0.2V） 几十µA 10 二、温度对二极管伏安特性的影响 0 u i U(BR) Uon IS 20℃ 80 ℃ 原因：温度增加，少子增加，PN结变窄，内电场减弱， 开启电压减小，正向曲线左移。少子增加，反向饱和电流增加，反向曲线下移。 温度增加，Uon减小，IS增加。正向曲线左移，反向曲线下移。 T（℃ ）↑→在电流不变情况下管压降u↓(2-2.5mV /1 ℃ ) →在管压降不变情况下电流i ↑ →反向饱和电流IS↑(1倍/10 ℃)，U(BR) ↓ 二极管是温度敏感元件！ 11 1. 最大整流电流IF 2. 最高反向工作电压UR 3. 反向电流IR 4. 最高工作频率fM 长期运行时允许通过的最大正向平均电流。 二极管在使用时允许加的最大反向电压。 手册中数据一般为反向击穿电压的一半。 未击穿时的反向饱和电流，即IS。 IS越小，单向导电性越好。 工作频率超过此值时，由于结电容的作用，二极管的单向导电性将不能很好的体现。 1.2.3 二极管的主要参数 半导体器件参数具有分散性 需要指出的是，由于制造工艺的限制，即使是同类型号的二极管，其参数的分散性很大。通常半导体手册上给出的参数都是在一定测试条件下测出的，使用时应注意条件。 11 12 2.正向导通时电压=Uon，反向截止时电流=0 u i O 当ua-ub>Uon时，导通 当ua-ub< Uon时，截止 Uon a b 恒压模型 $