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 二极管的结构 二极管的I-V特性 二极管的参数 华中科技大学 张林 ‹#› PN结的电容效应 扩散电容CD 扩散电容示意图 外加电压变化 扩散到对方区域在靠近PN结附近累积的载流子浓度发生变化 等效于电容充放电 ‹#› 华中科技大学 张林 3. 二极管的结构 ‹#› 华中科技大学 张林 3. 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。二极管按结构分有点接触型、面接触型两大类。 (1) 点接触型二极管 (a)点接触型 二极管的结构示意图 PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。 ‹#› 华中科技大学 张林 3. 二极管的结构 (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)集成电路中的平面型 (3) 二极管的代表符号 ‹#› 华中科技大学 张林 3. 二极管的I-V特性 二极管的伏安特性曲线可用下式表示 硅二极管2CP10的I-V 特性 锗二极管2AP15的I-V 特性 正向特性 反向特性 反向击穿特性 ‹#› 华中科技大学 张林 二极管的主要参数 (1) 最大整流电流IF (2) 反向击穿电压VBR (3) 反向电流IR (4) 极间电容Cd（CB、 CD ） (5) 反向恢复时间TRR ‹#› 华中科技大学 张林 简单二极管电路的图解分析方法 二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V -I 特性曲线。 符号中大小写的含义： 大写字母大写下标：静态值（直流），如，IB （参见“本书常用符号表”） 小写字母大写下标：总量（直流+交流），如，iB 小写字母小写下标：瞬时值（交流），如，ib ‹#› 华中科技大学 张林 例 电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD 。 解：由电路的KVL方程，可得 即 是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线 Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点 ‹#› 华中科技大学 张林 二极管电路的简化模型分析方法 1. 二极管I-V 特性的建模 将指数模型 分段线性化，得到二极管特性的等效模型。 （1）理想模型 I-V 特性 代表符号 正向偏置时的电路模型 反向偏置时的电路模型 ‹#› 华中科技大学 张林 二极管电路的简化模型分析方法 1. 二极管I-V 特性的建模 （2）恒压降模型 （a）I-V 特性 （b）电路模型 （3）折线模型 （a）I-V 特性 （b）电路模型 ‹#› 华中科技大学 张林 x nP pN VD N P P型支持衬底 N P 阳极引线 阴极引线 阳极a k阴极 iD/mA 0 0.2 vD/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/mA 0 0.2 vD/v 0.4 0.6 ① (20 (40 ② (60 5 10 15 20 (10 (20 (30 (40 iD/A ③ vth vBR iD + vD - R iD + vD - R VDD D （vD<0，iD=0） （iD>0，vD=0） (c) iD=0 vD ( + (b) iD vD ( + iD (d) (a) iD vD ( + vD O iD (b) (a) iD vD ( + vD O Vth rD Vth iD (b) (a) iD vD ( + vD O $