2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体二极管的结构

半导体二极管的结构 半导体二极管的结构 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分为点接触型、面接触型和平面型三大类。 (1) 点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。 (a)点接触型 二极管的结构示意图 Cd和Cb一般都比较小，对于低频信号来说容抗较大，作用可以忽略；但对于高频信号就要考虑此容抗的影响。  结电容 Cj=Cd+ Cb (3) 平面型二极管 往往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，用于工频大电流整流电路。 (b)面接触型 (c)平面型 (4) 二极管的代表符号 1.2.2 二极管的伏安特性 二极管的伏安特性曲线可用下式表示 硅二极管2CP10的伏安特性 正向特性 反向特性 反向击穿特性 开启电压：0.5V 导通电压：0.7 一、伏安特性 锗二极管2AP15的伏安特性 Uon U(BR) 开启电压：0.1V 导通电压：0.2V 1.2.3 二极管的参数 (1) 最大整流电流IF (2) 反向击穿电压UBR和最大反向工作电压URM (3) 反向电流IR (4) 最高工作频率 (5) 极间电容 一、二极管伏安特性的建模 二、应用举例 理想模型 恒压降模型 折线模型 指数模型 模型越来越准确，但是计算越来越复杂 直流模型用在直流电源作用的电路中 交流模型用在交流电源作用的电路中 小信号模型 直流模型： 交流模型： 1.2.3 二极管的等效电路 一、由伏安特性折线化得到的等效电路　 1. 理想模型 2. 恒压降模型 3. 折线模型 1.2.3 二极管的等效电路 二、二极管的微变等效电路 二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。 即 根据 得Q点处的微变电导 则 常温下（T=300K） 图1.2.7二极管的微变等效电路 已知R =10K，若VDD =10V求电路的ID和UD。 例1.二极管电路的静态工作情况分析 三、应用举例 理想模型 恒压模型 （硅二极管典型值） 折线模型 （硅二极管典型值） 设 首先：将原始电路中的二极管用它的直流模型代替，得到如下电路。 然后：判断理想二极管的状态（导通或截止）。 方法：将理想二极管断开，求阳极和阴极的电位差，若>0,则理想二极管正向导通，用理想的导线代替二极管；若<0，则理想二极管反向截止。 因为只有直流电压源作用，所以使用直流模型。 解: 三、应用举例 例2.有两个二极管的开关电路 设二极管是理想的，判断两个二极管的状态，并求输出电压Uo。 三、应用举例 Uo P型支持衬底 N P 阳极引线 阴极引线 阳极a k阴极 (d) 代表符号 iD/mA 0 0.2 D/v 0.4 0.6 0.8 (10 (20 (30 (40 5 10 15 20 (10 (20 (30 (40 iD/A 死区 vth vBR iD + vD - R iD/mA 0 0.2 D/v 0.4 0.6 ① (20 (40 ② (60 5 10 15 20 (10 (20 (30 (40 iD/A ③ vth vBR VDD iD UD ( + VDD iD UD ( + UD VDD iD UD ( + rD Uon N $