半导体二极管(ppt课件).ppt

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1、半导体二极管,东西湖职校电子电器徐志远,学习内容,1.形形色色的二极管2.半导体3.半导体二极管的结构和类型4.二极管的伏安特性曲线5.二极管的主要参数6.二极管的检测方法7.二极管的等效电路及应用8.稳压二极管9.发光二极管,普通二极管,整流管,开关管,形形色色的二极管,阻尼二极管,高频二极管,金属封装整流二极管,形形色色的二极管,发光二极管,形形色色的二极管,发光二极管,形形色色的二极管,形形色色的二极管,快恢复二极管,肖特基二极管,形形色色的二极管,二极管的封装 用于电视机、收音机、电源装置等电子产品中的各种不同外形的二极管如下图所示。二极管通常用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳，外壳上

2、一般印有标记以便区别正负电极。,黑环为负极,白环为负极,螺栓端为负极,金属封装二极管,玻璃封装二极管,塑料封装二极管,半导体,几个概念,1.绝缘体2.导体3.半导体4.举例说明（学生回答）干木头、导线等,半导体二极管的结构和类型,半导体二极管是由一个PN结及它所在的 半导体再加上电极引线和管壳构成。,按材料分类,按结构分类,按用途分类,硅管，锗管,点接触型,普通二极管、整流二极管、开关二极管、发光二极管、稳压二极管、检波二极管、混频二极管、光敏二极管、便容二极管、光电二极管等,面接触型,硅平面型,半导体二极管,常用二极管的符号、结构,符号,面接触型,点接触型,硅平面型,点接触型二极管特点：结面

3、积小，因此结电容小，允许通过的电流也小，适用于高频电路的检波或小电流的整流。,特点,测正向特性,测反向特性,二、 二极管的伏安特性,正向电压：阳极高电位阴极低电位,反向电压：阴极高电位阳极低电位,P,N,正向电流,反向电流,二极管理论伏安特性曲线,OD段称为正向特性。,OC段，正向电压较小(小于0.5V)，正向电流非常小，只有当正向电压超过某一数值时，才有明显的正向电流，这个电压称为死区电压，亦称开启电压。,CD段，当正向电压大于死区电压后，正向电流近似以指数规律迅速增长，二极管呈现充分导通状态。,1 正向特性,OB段称为反向特性。这时二极管加反向电压，反向电流很小。,当温度升高时，半导体中本

4、征激发增加，是少数载流子增多，故反向电流增大，特性曲线向下降。,3 反向击穿特性,BA段称为反向击穿特性,当二极管外加反向电压大于一定数值时，反向电流突然剧增，称为二极管反向击穿。,2 反向特性,二极管理论伏安特性曲线,小结：二极管的伏安特性,硅管0.5V,锗管0.1V。,反向击穿电压U(BR),导通压降,外加电压大于死区电压二极管才能导通。,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,正向特性,反向特性,特点：非线性,硅0.60.8V锗0.20.3V,死区电压,反向电流在一定电压范围内保持常数。,半导体二极管,2AP15的伏安特性曲线,二极管的伏安特性对温度很敏感，温度升高时，正

5、向特性曲线向左移，反向特性曲线向下移。,三、二极管的主要参数,参数,对器件性能的定量描述,器件使用的极限条件,两大类,半导体二极管的主要参数,最大整流电流IF,最大反向工作电压UR,反向电流IR,最大工作频率fM,二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。,管子使用时允许加的最大反向电压。,二极管未发生击穿时的反向电流值。,二极管单向导电作用开始明显退化时的交流信号的频率。,四、二极管的使用常识,1、二极管的型号,2二极管的选用按材料分类，二极管主要有锗二极管和硅二极管两大类。前者内部多为点接触型结构，允许的工作温度较低，只能在100以下工作；后者内部多为面接触型或平面型结构，允许的工作温度

6、较高，有的可达150200。普通二极管（如2AP等系列）的IFM较小，fM一般较高，主要用于信号检测、取样、小电流整流等整流二极管（2CZ、2DZ等系列）的IFM较大，fM很低，广泛使用在各种电源设备中作整流元件开关二极管（2AK、2CK等系列）一般IFM较小，fM较高，用于数字电路和控制电路中。,半导体二极管,四、二极管的使用常识,五、二极管的检测方法,MF47型万用表检测方法欧姆档R10、R100、R1K说明：红为负，黑为正数字万用表检测使用方法检测二极管位置说明：红为正，黑为负,五、二极管的检测,用万用表判断二极管极性 示意图如图所示,1、先将万用表电阻挡旋钮置于R100或R1k挡。2、

7、用万用表红、黑表笔任意测量二极管两引脚间的电阻值。3、交换万用表表笔再测量一次。如果二极管是好的话，两次测量结果必定一大一小。4、以阻值较小的一次测量为准，黑表笔所接的二极管一端为正极，红表笔所接的二极管一端为负极。,用万用表检测普通二极管的好坏 测试图如图所示,1、万用表置于R1k挡。测量正向电阻时，万用表的黑表笔接二极管的正极，红表笔接二极管的负极。2、万用表置于R1k挡。测量反向电阻时，万用表的红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极。3、根据二极管正、反向电阻阻值变化判断二极管的质量好坏。,五、二极管的检测,总结：万用表检测普通二极管的好坏 将万用表拨到电阻挡的R100或R1k，将万

8、用表的红、黑表笔分别接在二极管两端，若测得电阻比较小(几k以下)，再将红、黑表笔对调后连接在二极管两端，而测得的电阻比较大(几百k)，说明二极管具有单向导电性，质量良好。测得电阻小的那一次黑表笔接的是二极管的正极。,如果测得二极管的正、反向电阻都很小，甚至为零，表示管子内部已短路。如果测得二极管的正、反向电阻都很大，则表示内部已断路。,六、 特殊二极管,整流二极管、检波二极管、开关二极管具有相似的伏安特性曲线，均属于普通二极管。为了适应各种不同功能的要求，许多特殊二极管应运而生，如稳压管、发光管、光电管等。 6.1稳压管 1工作特性及应用 稳压管又称齐纳二极管，实物外形见下图。通常用文字“V”

9、代表，它是一种用特殊工艺制造的硅二极管，只要反向电流不超过极限电流，管子工作在击穿区并不会损坏，属可逆击穿，这与普通二极管破坏性击穿是截然不同的。稳压管工作在反向击穿区域时，利用其陡峭的反向击穿特性在电路中起稳定电压作用。,稳压管的外形及电路符号,稳压管的伏安特性曲线如的正向特性与普通二极管相同。 反向特性曲线在击穿区域比普通二极管更陡直，这表明稳压管击穿后，通过管子的电流变化(Iz)很大，而管子两端电压变化(Vz)很小，或说管子两端电压基本保持一个固定值。 稳压管在电路中主要功能是起稳压作用。,稳压管的伏安特性曲线,正向特性,击穿特性,2稳压管主要参数,稳定电压VZ 指稳压管的反向击穿电压。

10、稳定电流IZ 指管子在正常工作时的参考电流值，其值在稳压区域的最大电流IZmax与最小电流IZmin之间。当流过管子的电流小于IZmin时管子不能起稳压作用。最大稳定电流IZmax 指稳压管最大工作电流，超过IZmax时，管子将过热损坏。耗散功率PZM 指管子不致因热击穿而损坏的最大耗散功率。它近似等于稳定电压与最大稳定电流的乘积，即PZM=VZIZmax。动态电阻rZ 反映稳压管的稳压性能，动态电阻越小，稳压性能越好。 温度系数k 温度系数反映由温度变化引起的稳定电压变化。,3稳压二极管的检测,（1）检测方法与普通二极管相同，但稳压二极管的正向电阻比普通二极管的正向电阻要大一些（2）若需要对

11、稳压二极管稳定电压做精确测量，则可用晶体管特性图示仪测量。,6.2 发光二极管 发光二极管是一种把电能变成光能的半导体器件。发光二极管由磷化镓、砷化镓等半导体材料制成，电路符号和实物照片见下图。 当给发光二极管加上偏压，有一定的电流流过时二极管就会发光，这是由于PN结的电子与空穴直接复合放出能量的结果。发光二极管的种类很多，按发光的颜色可分为：红色、蓝色、黄色、绿色，还有三色变色发光二极管和眼睛看不见的红外光二极管；按外形可分为：圆形、方形等。它们被广泛运用于电路的状态显示、信息显示、装饰工程、照明等领域。 通常，发光二极管通过10mA电流时，就可以发出强度令人满意的光线，高强度的发光二极管只

12、需5mA左右电流就能正常发光。,发光二极管电路符号 发光二极管实物图,1）极性判别 方法1：由管子的引脚长短识别，电极长的引脚为正极，短的引脚为负极。 方法2：用指针式万用表R10k电阻挡测量，测得电阻小的（约几十千欧），其黑表笔接的引脚是正极，红表笔接的引脚是负极，同时可仔细观察到发光二极管发出的微弱光线。,2）质量的简易判别方法1：将指针式万用表置于R10k电阻挡，测量其正向电阻应在几十千欧之内，反向电阻应大于几百千欧（通常为无穷大）为正常。方法2：将发光二极管长引脚（正极）插入万用表的NPN型“c极”插孔，短引脚（负极）插入“e极”插孔，则发光二极管正常发光。,3）正、反电压降测量 将数

13、字万用表置于二极管挡，红表笔接二极管正极，黑表笔接负极，显示屏显示电压在1.8V左右，调换表笔再测试，显示为1V，则表示被测管合格。,发光二极管的检测,发光二极管的管脚引线以较长者为正极，较短者为负极。如管帽上有凸起标志，那么靠近凸起标志的管脚就为正极。 发光二极管好坏的判别可用万用表的R10k挡测其正、反向阻值，当正向电阻小于50k，反向电阻大于200k时均为正常。如正、反向电阻均为无穷大，表明此管已坏。,应用提示,6.3 光电二极管 光电二极管又称为光敏二极管。光电二极管也是由一个PN结构成，但是它的PN结面积较大，通过管壳上的一个玻璃窗口来接收入射光。 当没有光照射时反向电阻很大，反向电

14、流很小；当有光照射时，反向电阻减小，反向电流增大。 光电二极管电路符号 光电二极管元件外形,光电二极管是在反向电压作用下工作的，它的正极接较低的电平，负极接较高的电平。工作电路如图所示。没有光照时，反向电流极其微弱，称为暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为亮电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，该电流流经负载，产生输出电压UO，由此可以把光信号转换成电信号，故将其称为光电传感器件。,光电二极管工作电路,6.3 光电二极管,光电二极管的工作原理及特性,光电二极管的简易检测,（1）极性判别 首先应在无光照的条件下用指针式万用表R100或R1k挡检测光电二

15、极管的正负极性，检测方法同普通二极管的检测。 （2）性能检测 使光电二极管处于反向工作状态，即万用表黑表笔接光电二极管的负极，红表笔接其正极，在没有光照射时，其阻值应在数十k至数百k，该电阻值称为暗电阻。再将光电二极管移到光线明亮处，其阻值应会大大降低，万用表指示值通常只有数k，该电阻值称为亮电阻。,检测示意图如图所示,检测示意图,6.3 光电二极管,变容二极管的图形符号,变容二极管像稳压二极管一样，工作于反向偏置状态。实物及图形符号如图所示 。,6.4 变容二极管,任务,1、用指针式万用表测二极管正反向电阻记录方法：型号、正反向电阻2、用数字万用表测二极管正反向压降记录方法：型号、正反向压降

16、3、用数字万用表测电容大小记录方法：电容识读的参数、数字万用表测量的数据,1、用指针式万用表测二极管正反向电阻记录方法：型号、正反向电阻,1N4007正向电阻9K 反向电阻20M以上 正向压降0.565V 反向压降11N4728正向电阻13 反向电阻20M以上 正向压降0.678V 反向压降1.589V1N4733正向电阻14K 反向电阻20M以上 正向压降0.678V 反向压降11N4735正向电阻9K 反向电阻20M以上 正向压降0.710V 反向压降11N4738正向电阻13K 反向电阻20M以上 正向压降0.690V 反向压降1,1N47401N47411N47421N41481N58

17、181N5819,G,+,-,+,-,E,R0,0,二极管处于截止状态,二极管处于导通状态,二极管,二极管,-,+,将多用电表调至R1K档，将红、黑表笔分别于晶体二极管的两个引脚相接，,当指针偏转幅度较大时，黑表笔所接一端是正极,G,+,-,+,-,E,R0,0,二极管,二极管,发光,不发光,当把二极管的两个脚分别接在红黑表笔之间电阻很大，两脚反至接在红黑表笔之间电阻很小。就是好的二极管,-,+,如何知道二极管是一个好的二极管,七、二极管的等效电路及应用,为简化分析计算，在一定的条件下可以近似用某些线性电路来等效实际的二极管。,（一）理想二极管等效电路,当外加正向电压时，二极管导通，正向压降u

18、D=0,相当于开关闭合；,特性曲线的近似,等效电路,当外加反向电压时，二极管截止，反向电流IR=0，相当于开关断开。,(二）考虑正向压降的等效电路,D,K,UD,在二极管充分导通且工作电流不是很大时，可以近似认为UD为常数，用一个直流电压源UD来等效正向导通的二极管。,当外加正向电压大于UD时，二极管导通，开关闭合，二极管两端压降为UD；当外加电压小于UD时，二极管截止，开关断开。,特性曲线的近似,等效电路,（三）二极管电路的分析方法,分析方法,图解法,计算分析法,二极管具有单向导电性，利用它可以进行,单相桥式全波整流电路,四个二极管D1D4结成电桥形式,D1,D2,D3,D4,RL,A,B,

19、u0,+,-,+-,u,整流电路,交流电到直流电的转换。,当交流电源u0时，二极管D1、D3导通，相当于开关闭合；D2、D4截止；相当于开关断开。,D1,D4,D2,D3,+-,A,B,+,-,u0,RL,u,整流电路,u0时,当u0时，二极管D2、D4导通，D1、D3截止。,D1,D2,D4,D3,A,B,u0,RL,+,-,-+,u,整流电路,u0时,uo,io,整流电路,D4,D1,D2,D3,u,+-,uo,iD1 ,iD3,iD2 ,iD4,桥式全波整流电路及波形,uo,io,桥式全波整流输出电压uO的平均值UO为:,U为交流电源u的有效值,负载电阻RL中流过的电流iO的平均值IO为

20、:,整流电路,流过每个二极管的平均电流ID为IO的一半。即,每个二极管在截止时，它的两端承受的最大反向电压就是交流电源电压u的峰值。记为：,整流电路,设计选择二极管时必须满足下列条件,u,+-,uo,限幅电路及波形,限幅电路,限幅电路常用于有选择地传输信号波形的一部分。,当uUR+UD时，二极管D导通, uO=UR+UD。,当uUR+UD时，二极管D截止, uO=u。,在u的最大值及UR都远远大于UD的条件下采用理想二极管等效电路来分析。,!,u,u,u,+-,+-,R,R,UR,UR,D,K,0.7v,UD,uO,uO,+,+,-,-,uO,UR+UD,t,0,五、稳压二极管,工程中常用的符

21、号,新规定的符号,稳压管是利用PN结的反向击穿特性来实现稳定电压作用的。,稳压管,当稳压管反向击穿后，有较大的电流增量IZ。相应的管子两端的反向击穿电压（即稳压管的稳定电压UZ）只有很小的变化量UZ 。,稳压管的特性曲线,0,I,U,UZ,UZ,IZ,IZM,IZ,稳压管的主要参数,1.稳定电压UZ。,2.动态电阻rZ。,3.稳定电流IZ。,4.额定功耗PZM及最大稳定电流IZM,5.电压温度系数,参数,1. 稳定电压UZ,UZ是当稳压管中的电流为规定的测试电流时，稳压管两端的电压。,参数,稳定电流是稳压管工作时的参考电流值，通常把手册上给定的稳压电流值看成稳压管正常工作时的电流下限。,2.

22、稳定电流IZ,稳压管的特性曲线,rZ=UZ/IZ,rZ越小，则反向击穿特性曲线越陡，稳压作用越好。,3.动态电阻rZ,4. 额定功耗PZM及最大稳定电流IZM,PZM是由管子允许温升限定的最大功率损耗,IZM=PZM/UZ,稳压管的特性曲线,rZ是稳压管在稳定工作范围内，管子两端电压的变化量与相应的电流变化量之比，即：,5.电压温度系数,工作时一个管子处于正向导通状态，具有负温度系数；另一个管子处于反向击穿状态，具有正温度系数，二者互相补偿。,具有温度补偿的稳压管,电压温度系数越小，温度稳定性越好。,稳压管的主要参数,1.稳定电压UZ,2.动态电阻rZ,3.稳定电流IZ,4.额定功耗PZM及最

23、大稳定电流IZM,5.电压温度系数,参数,稳压管的应用,稳压管稳压时的等效电路,等效电路,微变等效电路,外加反向电压小于UZ时，稳压管截止、开关断开；,外加反向电压大于UZ时，稳压管反向击穿稳压，开关闭合，两端电压为UZ。,稳压管的应用,稳压管稳压条件,当UUZ时，稳压管DZ击穿稳压。,必须适当选择RZ的阻值，使流过稳压管的电流在管子的参数稳定电流IZ和最大稳定电流IZM之间,例4-1,在如图所示的稳压管稳压电路中，已知稳压管的稳定电压UZ=6V，最小稳定电流IZmin=5mA，最大稳定电流IZmax=25mA；负载电阻RL=600。求解限流电阻R的取值范围。,DZ,+,-,UI=10V,IR

24、,R,RL,IL,IDZ,UO,+,-,解：,IR=IDZ+IL,UR=UI-UZ=10-6=4V,所以限流电阻R的取值范围为114227.,所以IR=(1535)mA,其中IDZ=(525)mA IL=UZ/RL=6/600=10mA,本节知识要点,一、二极管的伏安特性,1. 伏安特性曲线,二极管加正向电压时，产生扩散电流，电流和电压成指数关系；加反向电压时，产生漂移电流，其数值很小；体现出单向导电性。 当反向电压加到足够大时，会产生反向击穿。利用击穿特性，可制成稳压管。,二极管的伏安特性对温度很敏感，温度升高时，正向特性曲线向左移，反向特性曲线向下移。,二、二极管的主要参数,1、最大整流电流IF；,2、最大反向工作电压UR；,3、反向电流IR；,4、最大工作频率fM。,三、二极管的等效电路,1、理想二极管等效电路,当外加正向电压时，二极管导通，正向压降uD=0；外加反向电压时，二极管截止，反向电流IR=0。,当外加正向电压大于UD时，二极管导通，开关闭合，二极管两端压降为UD；当外加电压小于UD时，二极管截止，开关断开。,2、考虑正向压降的等效电路,二极管的两种等效电路,