二极管版图
二极管的各种模型
二极管的各种模型你已经知道二极管是一种具有PN结的元件。
在这一节，你将会学到二极管的电子符号，也能够在进行线路分析时，按照三种不同复杂度，分别采用合适的二极管替代模型。
同时，本节也会介绍二极管的封装和辨识二极管的引脚的方法。
在学习完本节的内容后，你应该能够：参与讨论二极管的工作原理，并说出三种二极管的模型；识别二极管的符号，并能确认二极管的引脚；识别二极昝的不同外形结构；解释二极管的理想、实际和完整模型。
1.二极管的结构和符号如你所知，二极管是单PN结的元件，在P型区和N型区两边分别接上金属接点和导线，如图1.31(a)所示。
二极管的一半是N型半导体，而另一半是P型半导体。
目前有多种类型的二极管，本章所介绍的一般二极管或整流二极管的图标符号，则显示在图1.31(b)。
N型区称为阴极( cathode)，而P型区则称为阳极(anode)。
符号中的箭头所指的方向，就是传统的电流方向（与电子流的方向相反）。
(1)正向偏压下的接线方式如果电压源是按照图1. 32(a)的方式和二极管互相连接，则称此二极管受到正向偏压的作用。
电压源的正极经过一个限流电阻，再连接到二极管的阳极。
电压源的负极则接到二极管的阴极。
正向电流(IF)则如图所示，从二极管的阳极流向阴极。
正向电压降(VF)则是因为门槛电压的存在，使得二极管的阳极成为正极，而二极管的阴极成为负极。
(2)反向偏压下的接线方式如果电压源是按照图1. 32(b)的方式和二极管互相连接，则称此二极管受到反向偏压的作用。
咆压源的负极经过线路接到二极管的阳极。
电压源的正极则接到二极管的阴极。
反向偏压通常不需要限流电阻，但为了线路的一致性，仍在图中绘出。
反向电流可予以忽略。
要注意的是整个线路的偏压(VBIAS)都消耗在二极管。
2.理想的二极管模型理想的二极管模型(the ideal diode model)可视为一个简单的开关。
对二极管施加正向偏压时，二极管就像是一个闭合的开关(on)，如图1.33(a)所示。
集成电路常用器件版图松柏书屋
❖ 图7.26：梳状二极管。
❖ 用作ESD的二极管的面积较大，且画成环形结 构。
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5.5 保护环版图
❖ 保护环（guard ring）是有N+型的接触孔或 P+型的接触孔转成环状，将所包围的器件与 环外的器件隔离开来，所以叫做保护环。
❖ 保护环的作用：隔离噪声，保护敏感电路不 受外界干扰；防止闩锁效应。
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5.2 电阻常见版图画法
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5.2 电阻常见版图画法
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5.2 电阻常见版图画法
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5.2 电阻常见版图画法
❖ 对于无法使用串、并联关系来构建的电阻， 可以在单元电阻内部取部分进行构建。
❖ 图7.18的实现方式。
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电阻匹配设计总结
❖ （1）采用同一材料来制作匹配电阻
电容值。
❖ 做在场氧区，电容值较小。
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5.3 电容版图设计
❖ （4）MIM电容 ❖ 金属层之间距离较大，因此电容较小。
❖ 减小电容面积、提高电容值：叠层金属电容 器，即将多层金属平板垂直的堆叠在一起， 将奇数层和偶数层金属分别连在一起，形成 两个梳状结构的交叉。图7.21
❖ PIP和MIM电容由于下极板与衬底距离较远， 寄生电容较小，精度较好。
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输入单元
输入单元主要承担对内部电路的保 护，一般认为外部信号的驱动能力足 够大，输入单元不必具备再驱动功能。 因此，输入单元的结构主要是输入保 护电路。
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输入单元版图
单二极管、电阻电路
双二极管、电阻电路
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二极管和MOS管(精)
+ ui
+ uD - R
+ uo
-
-
ui ＞0 时二极管导通 uo = ui uD = 0 ui ＜0 时二极管截止 uD = ui uo = 0
Ui = Umsin ωt
画出uo和uD的波形
ui
Um
0
ωt
uo
Um
io
0
ωt
uD
0
-Um
ωt
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1. 2 N沟道增加型MOS场效应
D
动画演示
VDD
VGG
S
ID
G
D
N+
N+
N型沟道
P型衬底
B
UDS对导电沟道的 影响
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交界面两侧形成了一个空间电荷区，即PN结
正负空间电荷在交界面两侧形成一个内电场，
内电场阻碍多数载流子的集中运动
但推动少数载流子做漂移运动
最终集中运动和漂移运动到达动态平衡， PN结稳定
空间电荷区
P
N
集中
- - - - + +++
diffusi
漂移
drift
- - - - ++++
对应P区
阳极
anode
cathode
阴极 对应N区
二极管符号
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I
I/mA
+U-
30
反向饱 和电流
20 正向特性
死区 10 电压
Is
UBR
20
10 O
0.5 1.0 1.5
双向二极管
双向触发二极管此主题相关图片如下:双向触发二极管(DIAC 属三层结构，具有对称性的二端半导体器件。
常用来触 发双向可控硅，在电路中作过压保护等用途。
图1是它的构造示意图。
图2、图3分别是它的符号及等效电路，可等效于基极 开路、发射极与集电极对称的NPN 型晶体管。
因此完全可用二只NPN S 体管如图 4连接来替代。
双向触发二极管正、反向伏安特性几乎完全对称(见图 5)。
当器件两端所加电 压U 低于正向转折电压V ( BO )时，器件呈高阻态。
当 U>V(B0)时，管子击穿导 通进入负阻区。
同样当U 大于反向转折电压V(BR 时，管子同样能进入负阻区。
转折电压的对称性用△ V ( B )表示。
△ V ( B )=V ( BO )-V ( BR 。
一般△ V ( B ) 应小于2伏。
双向触发二极管的正向转折电压值一般有三个等级： 20-60V 、 100-150V 、200-250V 。
由于转折电压都大于20V,可以用万用表电阻挡正反向测 双向二极管，表针均应不动(RX10k),但还不能完全确定它就是好的。
检测它的 好坏，并能提供大于250V 的直流电压的电源，检测时通过管子的电流不要大于 是5mA 用晶体管耐压测试器检测十分方便。
如没有，可用兆欧表按图 6所示进丄*行测量（正、反各一次），电压大的一次 V （ BR 0例如：测一只DB3型二极管， 第一次为 27.5V ，反向后再测为 28V,则B ）=（BO ）-V （ BR =28V-27.5V=0.5V<2V, 表明该管对称性很好。
图7是双向触发二极管与双向可控硅等元件构成的台灯调光电路。
通过调节电位 器R2,可以改变双向可控硅的导通角，从而改变通过灯泡的电流（平均值）实 现连续调光。
如果将灯泡换电熨斗、电热褥还可实现连续调温。
该电路在双向可控硅加散热器的情况下，可控负载功率可达500V y 各元件参数见图所标注。
双向触发二极管典型应用电路双向触发二极管是一种压敏负阻器件。
发光二极管_快速学看电子电路图（双色版）_[共4页]
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106快速学看电子电路图（双色版）
四、发光二极管
发光二极管简称为LED ，是一种具有1
个PN 结的半导体电致发光器件。
发光二极
管的文字符号是“VD ”，图形符号如图2-124
所示。
1．发光二极管的种类
发光二极管种类很多，可分为可见光LED 、红外光LED 、固定颜色LED 、双色
和变色LED 等，并有圆形、方形、异形等多种形状，如图2-125
所示。
图2-125 发光二极管外形
2．发光二极管的特点是什么
发光二极管的特点是会发光。
发光二极管与普通二极管一样具有单向导电性，当有足够的正向电流通过PN 结时，便会发出不同颜色的可见光或红外光。
3．发光二极管有哪些作用
发光二极管的主要作用是指示和光发射。
发光二极管广泛应用在显示、指示、遥控和通信领域。
（1）发光二极管用作指示电路。
发光二极管的典型应用电路如图2-126所示，R 为限流电阻，I
为通过发光二极管的正向电流。
发图2-124 发光二极管符号。
双向二极管
双向触发二极管此主题相关图片如下：双向触发二极管（DIAC）属三层结构，具有对称性的二端半导体器件。
常用来触发双向可控硅，在电路中作过压保护等用途。
图1是它的构造示意图。
图2、图3分别是它的符号及等效电路，可等效于基极开路、发射极与集电极对称的NPN型晶体管。
因此完全可用二只NPN晶体管如图4连接来替代。
双向触发二极管正、反向伏安特性几乎完全对称（见图5）。
当器件两端所加电压U低于正向转折电压V（B0）时，器件呈高阻态。
当U>V(B0)时，管子击穿导通进入负阻区。
同样当U大于反向转折电压V（BR）时，管子同样能进入负阻区。
转折电压的对称性用△V（B）表示。
△V（B）=V（B0）-V（BR）。
一般△V（B）应小于2伏。
双向触发二极管的正向转折电压值一般有三个等级：20-60V、100-150V、200-250V。
由于转折电压都大于20V，可以用万用表电阻挡正反向测双向二极管，表针均应不动（RX10k),但还不能完全确定它就是好的。
检测它的好坏，并能提供大于250V的直流电压的电源，检测时通过管子的电流不要大于是5mA。
用晶体管耐压测试器检测十分方便。
如没有，可用兆欧表按图6所示进行测量（正、反各一次），电压大的一次V（BR）。
例如：测一只DB3型二极管，第一次为27.5V，反向后再测为28V，则△V（B）=V（B0）-V（BR）=28V-27.5V=0.5V<2V,表明该管对称性很好。
图７是双向触发二极管与双向可控硅等元件构成的台灯调光电路。
通过调节电位器R2，可以改变双向可控硅的导通角，从而改变通过灯泡的电流（平均值）实现连续调光。
如果将灯泡换电熨斗、电热褥还可实现连续调温。
该电路在双向可控硅加散热器的情况下，可控负载功率可达500W，各元件参数见图所标注。
双向触发二极管典型应用电路双向触发二极管是一种压敏负阻器件。
在一般情况下，双向触发二极管呈高阻截止状态，当外加电压(不分正负)的幅值大于双向触发二极管的转折电压时，它便会击穿导通。
第1章二极管、三极管和MOS管
死区 电压
-50 -25
O 0.4 击穿电压
-20
0.8 U/V
U(BR) 反向
-40 I/μA
硅管的伏安特性
注 I/mA 意:
15
死区电压：硅管约为： 0.5V,1锗0 管约为：0.1V。
-50 导管-通约25 时为5 :的0.死电正6V区压向～压0.降8V：,锗硅管 约为:0.2VO ～00.2.3V0。.4 U/V
IZ
(2)工作在反向击穿区
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第1章 UZ
稳压管的主要参数:
I/mA
稳定电压UZ
稳定电流IZ
0
U/V
IZ
动态电阻rZ
rz = △UZ / △IZ
电压温度系数α UZ 一般情况:高于6V的α UZ 为负,低于6V的α UZ为正。
最大允许耗散功率PZ M
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第1章
稳压管构成的稳压电路
建立简化小信号模型的条件：
1）三极管工作在放大状态; 2) 输入信号非常小（一般μA数量级）
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第1章
三极管微变等效模型的建立步骤：
输入回路微变等效电路
b c ic +
iB
Uce≥1V
+ ib ube
-
e uce
-
IB
Q
△IB
ui rbe =
பைடு நூலகம்
be b
= △ △UIBBE
0
△UBE
b
uBE
1.本征半导体
完全纯净 的具有晶体 结构的半导 体称为本征 半导体 。它 具有共价键 结构。
价电子
硅原子
锗和硅的原子结构 单晶硅中的共价键结构
稳压二极管电路图
稳压二极管电路图
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用稳压二极管可以保护单片机引脚，防止超压高压烧坏单片机引脚，单片机引脚只能接受小于等于电源电压的电压输入。
例如5V的单片机，引脚只能接小于等于5V的输入，3.3V的单片机，引脚只能接小于等于3.3V的输入。
在测量波形的应用场合，有时所测的波形大于单片机电源电压。
例如，在装有01N型变速箱的汽车上，汽车传感器属于磁电式传感器，产生的波形为正弦波，车速越大，幅值越高，最高幅值可达12V。
所以，这时，我们在测量它的频率的时候，就可以在前面加稳压二极管电路，限制信号幅度。
当我们用5V单片机时，可以用5V的稳压二极管；当我们用3.3V的单片机时，可以用3.3V的稳压二极管。
稳压二极管电路图：
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举例二：变容二极管
利用二极管结电容随反向电压VR变化特性，通过施加反向 电压， 使PN结的静电容量发生变化，取代可变电容。常 用于自动频率控制（AFC）、扫描振荡、锁相环路、调频 和调谐电路等。日本厂商方面也有其它许多叫法。 电视机高频头的频道转换和调谐电路。 压控震荡器：LC谐振器（串、并联）。如果用一个外部的 调谐电压来改变二极管的电容，就可以改变电路谐振频率。 通常采用硅的扩散型二极管，但是也可采用合金扩散型、 外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管，因为这些 二极管对于电压而言，其静电容量的变化率特别大。
双极型晶体管的基极和发射极部分作为二极管的连接方法
举例一：跟踪二极管
有时需要二极管与双极型晶体管特性相同（跟踪二极管）， 如下图在测量电路的R2上的电压时，用一个二极管和R1来 模拟R2的电压，D1称为跟踪二极管，可以用双极晶体管代 替二极管。
如何制作跟踪二极管：保留双极晶体管所有的部分，进行 合适的电路连接便可。
举例三：ESD保护：也就是静电释放保护
为什么需要ESD保护？ 在下一级电路遭到严重破坏之前，二极管上的电压已经达 到了反向击穿电压。 所有的输入/输出管脚都有ESD，有时仍然会有静电击穿。
利用二极管的反向击穿特性，钳位电压12伏
可以利用CMOS晶体管本身制备ESD二极管
阱二极管
二极管使用广泛，尤其是在模拟电路中。 例如提供参考电压、温度补偿、温度测量（根据芯片工作 时的发热量来提高或降低功率） 将二极管接入运算放大器的反馈回路中，原来由电阻构成 的通路的线性关系变成了对数关系（对数放大器：是输出 信号幅度与输入信号幅度呈对数函数关系的放大电路）等。 双极型晶体可以作为二极管来用
集成电路 二极管版图设计
主要内容
1二极管的PN结 2二极管的几种不同结构 3二极管的几种不同应用 4 双极晶体管如何做二极管 5 用二极管做芯片静电保护电路 6 二极管的几种不同版图 。。。。
二极管就是一个PN结
二极管的特性曲线
二极管具有单向导电性。 集成电路芯片制造过程中随处可见P区与N区的交接区， 都可以作二极管考虑。 实用的二极管都是专门设计的，不同于作为寄生参数 的二极管。
另一种静电放电保护电路如图(a)，栅源连接的MOS管等 效于二极管，如图(b)；图(c)P管和N管的版图都利用漏和 衬底所形成的二极管，漏区面积很大，可以流过较大的电 流。
(a)静电放电保护电路 (b) 等效电路 (c) 版图
7.3.3 ESD保护电路
(a)P型衬底上的二极管 (b)做在N阱内的二极管 (c)做在P型衬底上的二极管
7.3 CMOS集成电路的静电放电保护电路 常采用二极管和电阻组成静电放电保护电路 如图(a)；版 图如图(b)。
(a) 电路图
(b)版图
7.3.1 ESD攻击模型 与测试方法
1. ESD攻击模型
7.3.2 ESD保护器件
衬底二极管
衬底ESD二极管
衬底上的N型和P型半导体组成的二极管版图
环形结பைடு நூலகம்的二极管
N阱ESD二极管
N阱里面做一个P区和一个N型环，也称为阱二极管。
特殊的版图结构
1. 圆形版图 尖端放电。理想的ESD二极管形状应该是圆形的。
2. 梳状结构二极管版图
7.2.3 集成电路中的二极管 在PN结的P区和N区分别加上电极就构成了二极管。 P型衬底上N区和P区构成二极管，图(a)。 做在N阱内的二极管，n+环围绕p+接触，图(b)。 做在P型衬底上的二极管,中央为N型区,四周被P+环包 围，图(c)。