2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体二极管

半导体二极管 半导体二极管 　　将 PN 结封装在塑料、玻璃或金属外壳里，再从 P 区和 N 区分别焊出两根引线作正、负极。 二极管的结构： (a)外形图 半导体二极管又称晶体二极管。 (b)符号 　二极管的外形和符号 二极管的类型： 　　按 PN 结结构分：有点接触型和面接触型二极管。 　　各自特点、用途：见下页 　　按用途划分：有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。 按半导体材料分：有硅二极管、锗二极管等。 P N 正(阳)极 负(阴)极 k 阴极 阳极 a 1、点接触型二极管： 结面积小、极间电容小，可在高频下工作 2、面接触型二极管： 3、平面型二极管： 用于集成电路制造工艺中 结面积大、极间电容大，适于大电流整流 1.2.2 二极管的伏安特性 　　在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，I = f (U )之间的关系曲线。 60 40 20 – 0.002 – 0.004 0 0.5 1.0 –25 –50 I / mA U / V 正向特性 硅管的伏安特性 死区电压 击穿电压 U(BR) 反向特性 – 50 I / mA U / V 0.2 0.4 – 25 5 10 15 –0.01 –0.02 锗管的伏安特性 0 　二极管的伏安特性 1. 正向特性 当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。 　　只有当正向电压超过一定值时，电流才快速增长，相应的电压叫死区电压。范围称死区。死区电压与材料和温度有关，硅管约 0.5 V 左右，锗管约 0.1 V 左右。 正向特性 死区电压 60 40 20 0 0.4 0.8 I / mA U / V 　　当正向电压超过死区电压后，随着电压的升高，正向电流迅速增大。 2. 反向特性 – 0.02 – 0.04 0 –25 –50 I / mA U / V 反向特性 　　当电压超过零点几伏后，反向电流不随电压增加而增大，即饱和； 　　二极管加反向电压，反向电流很小； 　　如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电流会突然增大； 反向饱和电流 这种现象称击穿，对应电压叫反向击穿电压。 　　击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电压降低后，还可恢复正常。 击穿电压 U(BR) 3. 伏安特性表达式(二极管方程) IS ：反向饱和电流 UT ：温度的电压当量 在常温(300 K)下， UT  26 mV 二极管加反向电压，即 U < 0，且 |U| >> UT ，则 I  - IS 　　二极管加正向电压，即 U > 0，且 U >> UT ，则 　　　　　，可得 ，说明电流 I 与电压 U 基本上成指数关系。 结论： 　　二极管具有单向导电性。加正向电压时导通，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合；加反向电压时截止，呈现很大的反向电阻，如同开关断开。 　　从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。 0 uD/v 0.2 0.4 0.6 0.8 20 40 5 10 15 20 10 20 30 40 µA iD/mA + - R VDD uS + - 对电路图： 如何求出二极管两端的总电压和总电流呢？ ？ 思 考 题 例1：硅二极管与恒压源VDD=10V和限流电阻R=1k构成的电路如图示，求二极管工作点UD和ID的值。 1）理想模型 2）恒压源模型 + - R VDD 例2：二极管构成的限幅电路如图所示，R＝1kΩ，UREF=2V，输入信号为ui。 (1)若 ui为4V的直流信号，分别采用理想开关模型、恒压源模型计算电流I和输出电压uo 解：（1）采用理想模型分析。 采用恒压源模型分析。 继续 P型支持衬底 N P 阳极引线 阴极引线 VDD ID UD ( + UOn VDD ID UD ( + $