1、1第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一1.2 1.2 二极管二极管主要要求：主要要求：1.1.了解了解半导体二极管的结构、类型、特性与参数半导体二极管的结构、类型、特性与参数2.2.掌握半导体二极管在电子技术中的应用掌握半导体二极管在电子技术中的应用2第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一认识二极管认识二极管3第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一1.2.1 二极管的结构与类型二极管的结构与类型 一个一个PN结加上相应的外引线，然后
2、用外壳封结加上相应的外引线，然后用外壳封装就成为最简单的二极管了，其中，从装就成为最简单的二极管了，其中，从P区引出的区引出的引线叫做阳极或正极、从引线叫做阳极或正极、从N区引出的引线叫做阴极区引出的引线叫做阴极或负极。或负极。常用常用D（Diode）表示二极管。）表示二极管。图中的箭头表示正偏时图中的箭头表示正偏时的正向电流方向。的正向电流方向。4第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型点接触型点接触型金属触丝金属触丝N 型锗型锗P型
3、层型层阳极阳极阴极阴极 面接触型面接触型P型扩散层型扩散层锡锡支架支架N型硅型硅SiO2保护层保护层阴极阴极阳极阳极5第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一1.2.2 二极管的特性与参数二极管的特性与参数 1.二极管的伏安特性二极管的伏安特性 半导体二极管的内部就是一个半导体二极管的内部就是一个PN结，因此二极管具结，因此二极管具有和有和PN结相同的单向导电性，实际的二极管伏安特性曲结相同的单向导电性，实际的二极管伏安特性曲线如下图所示：线如下图所示：u/Vi/mA正向特性正向特性 死区死区 电压电压反向特性反向特性IS0A击穿击穿电压电压
4、击穿特性击穿特性反向反向电流电流硅管硅管2CP12锗管锗管2AP96第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一 一般小功率硅二极管与锗二极管几个典型参数的比较：死区电压死区电压硅管硅管0.5V0.5V锗管锗管0.1V0.1V正向导通压降正向导通压降U UF F硅管硅管0.7V0.7V锗管锗管0.3V0.3V反向电流反向电流I IR R硅管硅管几几A A以下以下锗管锗管几十到几百几十到几百A A7第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一 PN 结的正向和反向电流与外加电压的关系结的正向和反向电流
5、与外加电压的关系可以用公式表示为：可以用公式表示为：)1(TU/USeII反向饱反向饱和电流和电流温度的电压当量，常温下温度的电压当量，常温下：UT =26 mV当当U0时为正向特性；当时为正向特性；当U0时为反向特性。时为反向特性。8第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一 2.二极管的主要参数二极管的主要参数 （1）最大整流电流）最大整流电流IFM指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值。指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值。（2）最高反向工作电压）最高反向工作电压URM指二极管不击穿时所允许加的最高反向电压，指二极管不击
6、穿时所允许加的最高反向电压，URM通常是反向击穿电压的一半，以确保二极管安全工作。通常是反向击穿电压的一半，以确保二极管安全工作。（3）最大反向电流）最大反向电流IRM在常温下承受最高反向工作电压在常温下承受最高反向工作电压URM时的反向漏电流，时的反向漏电流，一般很小，但受温度影响很大。一般很小，但受温度影响很大。（4）最高工作频率）最高工作频率fM指二极管保持单向导电性时外加电压的最高频率。指二极管保持单向导电性时外加电压的最高频率。9第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一1.2.3 二极管的应用电路举例二极管的应用电路举例 二极管是电
7、子电路中常用的半导体器件，利用其单向导电性和正向压降很小的特点，可应用于整流、检波、钳位、限幅、开关以及元件保护等各项工作。1.整流整流整流就是利用二极管的单向导电特性将交流电变成单整流就是利用二极管的单向导电特性将交流电变成单方向脉动的直流电的过程，这部分内容将在第方向脉动的直流电的过程，这部分内容将在第6章作详细章作详细介绍。介绍。10第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一 2.钳位钳位 利用二极管正向导通时压降很小的特性，可以组成钳利用二极管正向导通时压降很小的特性，可以组成钳位电路，如下图所示。位电路，如下图所示。图中若图中若A点点
8、UA=0，二极管二极管D正偏导通正偏导通，压降，压降很小，所以很小，所以F点的电位也点的电位也被钳制在被钳制在0V左右，即左右，即UF近似为近似为0。11第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一 3.限幅限幅 利用二极管正向导通后两端电压很小且基本不变的特利用二极管正向导通后两端电压很小且基本不变的特性可以构成各种限幅电路，使输出电压限制在某一电压值性可以构成各种限幅电路，使输出电压限制在某一电压值以内。下图为一正、负对称限幅电路以内。下图为一正、负对称限幅电路:ui=10sint（V），），US1=US2=5V。可见，如忽略二极管正向导通压
9、降，输出被。可见，如忽略二极管正向导通压降，输出被限制在大约限制在大约5V之间。之间。OtuO/V5 5-10ui/VOt105-512第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一 4.元件保护元件保护 在电子线路中，经常利用二极管来保护其他元器件免受在电子线路中，经常利用二极管来保护其他元器件免受过高电压的损害。下图所示电路是利用二极管来保护开关过高电压的损害。下图所示电路是利用二极管来保护开关S的的保护电路。保护电路。当开关当开关S断开时，由于电流断开时，由于电流的突然中断，电感的突然中断，电感L将产生一将产生一个高于电源电压很多倍的自感个高
10、于电源电压很多倍的自感电动势电动势eL，eL与与U叠加作用于叠加作用于开关开关S上，使开关上，使开关S的寿命缩短。的寿命缩短。二极管二极管D的接入，使的接入，使eL通过二极管产生放电电流以释放能通过二极管产生放电电流以释放能量，从而保护了开关量，从而保护了开关S。13第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一 除以上用途外，还有许多特殊结构的二极管，例如发光除以上用途外，还有许多特殊结构的二极管，例如发光二极管、热敏二极管等，随着半导体技术的发展，二极管的二极管、热敏二极管等，随着半导体技术的发展，二极管的应用范围越来越广，其中应用范围越来越广
11、，其中发光二极管发光二极管是应用较多的一种二极是应用较多的一种二极管。管。不同用途、不同用途、结构的二极管结构的二极管普通二极管普通二极管整流二极管整流二极管稳压二极管稳压二极管发光二极管发光二极管光电二极管光电二极管检波二极管检波二极管 等等等等14第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一1.2.4 发光二极管及其应用发光二极管及其应用 1.发光二极管的符号及特性发光二极管的符号及特性 发光二极管是一种将电能直接转换成光能的固体器件，发光二极管是一种将电能直接转换成光能的固体器件，简称简称LED（Light Emitting Diode）。
12、）。和普通二极管相和普通二极管相似，似，LED也是由一个也是由一个PN结组成的，当正向结组成的，当正向导通时可以发出一定导通时可以发出一定波长的可见光，常有波长的可见光，常有红、绿、黄红、绿、黄等颜色。等颜色。也有可以发出也有可以发出红外光红外光等不可见光的发光二极管。等不可见光的发光二极管。15第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一 发光二极管具有驱动电压低、工作电流小、具有发光二极管具有驱动电压低、工作电流小、具有很强的抗振动和抗冲击能力、体积小、可靠性高、很强的抗振动和抗冲击能力、体积小、可靠性高、耗电省和寿命长等优点，广泛应用于信号
13、指示等电耗电省和寿命长等优点，广泛应用于信号指示等电路中。路中。一般一般LED的工作电流为的工作电流为几十几十 mA，正向导通压，正向导通压降为降为（1 2)V，安全使用电压应选择安全使用电压应选择5V以下。以下。16第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一 2.发光二极管的应用发光二极管的应用 （1）做电源通断指示电路。）做电源通断指示电路。但要保证但要保证LED的正向工作电流在规定的范围之内，具的正向工作电流在规定的范围之内，具体型号体型号LED的工作电流可查阅手册等资料。的工作电流可查阅手册等资料。供电电源可供电电源可以是直流也以是直流也可以是交流可以是交流17第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一 （2）发光数码管。）发光数码管。发光数码管是电子技术中的主要显示器件，常用的七段发光数码管是电子技术中的主要显示器件，常用的七段显示数码管是用显示数码管是用LED经过一定的排列组成的，如图所示。经过一定的排列组成的，如图所示。1418第第 1 1 章半导体元件及其特性章半导体元件及其特性2022年年8月月15日星期一日星期一 七段显示数码管有共阳极和共阴极之分，如下图所示。七段显示数码管有共阳极和共阴极之分，如下图所示。共阳极共阳极LED分布分布 共阴极共阴极LED分布分布
