半导体二极管
半导体二极管(Diode)
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模拟电子技术基础
[解] 理想 恒压
VDD = 10 V IO = VDD/ R = 10 / 2 = 5 (mA) UO = 10 0.7 = 9.3 (V) IO = 9.3 / 2 = 4.65 (mA)
折线 IO = (VDD-Vth)/ (R+rd) = (10-0.5 )/ (2+0.2) = 4.318 (mA)
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2.4
二极管基本电路及其分析方法
二极管是一种非线性器件，一般采用非线性电路
分析方法。主要介绍模型分析法。 2.4.1 2.4.2 二极管V-I特性的建模 模型分析法应用举例
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2.4.1 二极管V-I特性的建模
1. 理想模型(ideal model)
模拟电子技术基础
2.3 半导体二极管（Diode）
二极管 ：一个PN结就是一个二极管。
半导体二极管的类型与结构
二极管的V-I特性
★二极管的参数
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模拟电子技术基础
2.3.1 半导体二极管的类型与结构
硅管
(1) 按使用的半导体材料不同分为
锗管 面结型(junction type) 点接触型(point contact type)
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模拟电子技术基础
2
限幅电路
用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部分。
例3：理想二极管电路中 vi= Vm sinωt V，求输出波形v0。
vi
Vm
VR
解： Vi> VR时，二极管导通，vo=vi。
半导体二极管简介
详细描述
在信号调制与解调过程中，二极管用于实现信号的振幅调制、频率调制和相位调制等，以适应不同的通信需求和 传输方式。
03
半导体二极管的发展历程
晶体管的发明
1947年，贝尔实验室的威廉·肖克利 、约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿发明了晶 体管，这是电子技术历史上的一个重 大突破。
能效问题
总结词
能效问题是半导体二极管面临的主要挑 战之一，它影响了设备的性能和运行时 间。
VS
详细描述
随着技术的不断进步，对半导体二极管的 能效要求越来越高。由于二极管在转换电 能时存在一定的能量损失，因此提高能效 成为了亟待解决的问题。为了解决这一问 题，科研人员不断探索新的材料和工艺， 以提高二极管的转换效率和稳定性。
04
现代半导体二极管的设计更加注重性能、可靠性和集成度等方面，使 得半导体二极管的应用范围更加广泛。
04
半导体二极管的市场前景
半导体二极管的市场前景
• 半导体二极管是一种电子器件，它只允许电流在一个方向上流 动。由于其独特的单向导电性，二极管在各种电子应用中发挥 着关键作用。
05
半导体二极管的挑战与解决方 案
制造成本问题
总结词
制造成本是影响半导体二极管广泛应用的关键因素之一，降低制造成本有助于提高其市 场竞争力。
详细描述
随着技术的不断进步，半导体二极管的制造成本逐渐降低，但仍面临成本高昂的问题。 为了降低制造成本，科研人员不断探索新的制造工艺和材料，以提高生产效率和降低成 本。此外，政府和企业也加大对半导体二极管产业的扶持力度，推动其向更广泛的应用
可靠性问题
总结词
半导体二极管的类型
半导体二极管的类型半导体二极管的类型及其特性半导体二极管是电子工程中的基础元件，广泛应用于各种电子设备中。
了解不同类型的半导体二极管以及其特性对于电子工程师和设计师至关重要。
本文将详细介绍几种常见的半导体二极管类型及其主要特性。
一、普通二极管普通二极管是最基本的半导体二极管，由P型半导体和N型半导体组成。
它具有单向导电性，即只允许电流从一个方向流过。
正向偏置时，二极管导通，电阻较小；反向偏置时，二极管截止，电阻极大。
普通二极管常用于整流、检波和开关等电路。
二、发光二极管（LED）发光二极管是一种能够将电能转化为光能的特殊二极管。
当LED正向偏置时，电子与空穴复合释放出能量，激发荧光物质发光。
LED具有发光效率高、寿命长、体积小等优点，广泛应用于显示器、照明、指示器等领域。
三、稳压二极管（Zener Diode）稳压二极管是一种利用PN结反向击穿特性实现电压稳定的特殊二极管。
当反向电压达到稳压值时，稳压二极管进入击穿状态，保持电压基本不变。
稳压二极管具有稳定电压、响应速度快等优点，常用于电压稳定器、过电压保护等电路。
四、肖特基二极管（Schottky Diode）肖特基二极管是一种采用金属与半导体接触形成的结构，具有低功耗、快速开关速度和高频特性。
与普通二极管相比，肖特基二极管的反向漏电流较大，但正向压降低，适用于高频整流、检波、开关等电路。
五、光电二极管（Photodiode）光电二极管是一种能够将光能转化为电能的特殊二极管。
当光照射到光电二极管上时，光子激发半导体内的电子，产生电流。
光电二极管具有灵敏度高、响应速度快等优点，广泛应用于光通信、光电检测等领域。
总结：半导体二极管作为电子工程中的基础元件，具有多种类型，每种类型都有其独特的特性和应用场景。
普通二极管实现基本的整流和开关功能；发光二极管将电能转化为光能，为显示和照明领域提供支持；稳压二极管实现电压稳定，保护电路免受电压波动影响；肖特基二极管适用于高频电路，提高电路性能；光电二极管实现光能与电能的转换，为光通信和光电检测等领域提供解决方案。
半导体二极管及其应用
半导体二极管的应用
激光二极管
激光二极管是一种特 殊的半导体二极管， 它能够产生激光。激 光二极管具有高效率 、低阈值、以及可调 谐的优点，被广泛应 用于各种领域，如通 信、医疗、军事等
5
总结
总结
1
2
3
4
半导体二极管作为 电子学中的基础元 件，具有广泛的应
用领域
从整流器到开关， 从保护电路到激光 二极管，二极管都 发挥着关键的作用
7
结论
2024/7/2
结论
半导体二极管作为电子学中的基础元件，已经经历了漫长的发展历程。 从最初的硅发展到锗，再到现在的硅锗合金等新型材料；从简单的整 流器发展到激光二极管、太阳能电池等多元化领域。这些发展和变化 不仅反映了人类对电子学认识的不断深入，也展示了半导体二极管在 推动科技进步和经济发展中的重要作用
半导体二极管的历史与发展
发展
随着半导体技术的不断进步，半导体二极管的性能也不断提高。材料方面，从早期的硅发 展到锗，再到现在的硅锗合金等新型材料；结构方面，从早期的点接触式发展到肖特基势 垒、PN结等结构；应用方面，从简单的整流器发展到激光二极管、太阳能电池等多元化领 域 同时，人们也在不断探索新的二极管材料和结构，如碳化硅、氮化镓等新型半导体材料， 以及超导二极管等新型结构。这些新型材料和结构的应用将进一步推动半导体二极管的发 展，并带来更多的应用领域和市场机会
整流器
整流器是二极管的基本应用之一。通过利用 二极管的整流效应，可以将交流电转换为直 流电
半导体二极管的应用
开关
二极管可以作为开关 使用，用于控制电路 的通断。其快速的开 关速度和低功耗使得 它在各种开关电路中 得到广泛应用
半导体二极管的应用
二极管为什么是半导体
二极管为什么是半导体一、二极管简介二极管是一种电子元件，由一个P型半导体和一个N型半导体组成。
二极管有两个端子，分别为正极（阳极）和负极（阴极）。
它是电子学中最基本的元件之一，具有非常重要的作用。
二、半导体的特性半导体是介于导体和绝缘体之间的材料。
在半导体中，电子的运动受到温度、掺杂等因素的影响，因此电导率介于导体和绝缘体之间。
半导体材料常常被用于制造二极管、晶体管等电子元器件。
三、为什么二极管是半导体1.PN结的结构二极管由P型半导体和N型半导体组成，这两种半导体材料的特性决定了二极管的特性。
P型半导体中有空穴，N型半导体中有自由电子，而PN结的结构使得空穴和自由电子在这一区域内聚集。
这种结构可以实现电荷的输送和阻止，实现二极管的导通和截止。
2.PN结的势垒PN结区域存在势垒，当二极管正向偏置时，势垒变小，使得空穴和自由电子得以通过；当反向偏置时，势垒增大，阻止了电荷的流动。
这种势垒形成的机制，正是半导体材料这种介于导体和绝缘体之间特性的表现。
四、二极管的应用二极管作为一种基础性的电子元器件，广泛应用于各种电路中，包括整流电路、放大电路、电压稳定器等。
它在电子设备中扮演着至关重要的作用，保证了电子设备的正常工作。
五、结语由于二极管结构包含P型半导体和N型半导体，而半导体具有介于导体和绝缘体之间的特性，因此二极管作为一种半导体器件具有独特的导电特性，能够实现电路中的多种功能。
二极管的半导体特性决定了它在电子学中的重要性和广泛的应用。
在电子学领域，理解二极管为何是半导体的特性，可以帮助我们更深入地理解电子元器件的工作原理，为我们设计和应用电路提供更多的启发和指导。
半导体二极管
(1-4)
1. 4 二极管的主要参数
1. 最大整流电流 IFM
在规定的环境温度和散热条件下，二极管长 期使用时，所允许流过二极管的最大正向平 均电流。
2. 最高反向工作电压URM
通常称耐压值或额定工作电压，是指保证二 极管截止的条件下，允许加在二极管两端的 最大反向电压。手册上给出的最高反向工作 电压URM一般是击穿电压UBR的一半。
(1-5)
3. 反向电流 IR
指二极管未击穿时的反向电流。反向电流 越小越好。通常反向电流数值很小，但受 温度影响很大，温度越高反向电流越大， 一般温度每升高10o,反向电流约增大一倍。 硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要 比硅管大几十到几百倍。
4. 最最高工作频率fM
指保证二极管导向导电作用的最高工作频 率。当工作频率超过fM时，二极管将失去导 向导电性。
模拟电子技术
半导体二极管
1. 1 半导体二极管的结构和符号
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
点接触型
触丝线
PN结
引线 外壳线
基片
面接触型
二极管的ห้องสมุดไป่ตู้路符号： 阳极
阴极
(1-2)
二极管的主要特性---单向导电
1、二极管的偏置：二极管单向导电的特性，只有外加一定极 性的电压（称为偏置）才能表现出来。阳极电位高于阴极 电位称为二极管的正向偏置，反之称为反向偏置。
2、二极管的主要特性：单向导电，即正向导通，反向截止。 或曰：只能一个方向导电，另一个方向不导电，即由阳极 向阴极可以顺利的流电流，反方向不流电流。
只能一个方向 电，
(1-3)
1. 3 二极管的伏安特性
I
反向击穿 电压UBR
1.2 半导体二极管
面接触型管子的特点是，PN 结的结面积大，能通过较大电流，但结电容也大，适用于低频较低整流电路。
半导体二极管半导体二极管是由一个PN 结构成的二端元件。
其端钮有确定的命名，即一端叫阳极a ，一端叫阴极k 。
1.2 半导体二极管1.2.1 半导体二极管结构和类型（1）点接触型二极管（2）面接触型二极管（3）平面型二极管点接触型管子的特点是，PN 结的结面积小，因而结电容小，主要用于高频检波和开关电路。
既不能通过较大电流，也不能承受高的反向电压。
平面型管子的特点是，PN 结的结面积大时，能通过较大电流，适用于大功率整流电路；结面积较小时，结电容较小，工作频率较高，适用于开关电路。
1.结构2. 分类普通二极管特殊二极管变容二极管发光二极管光电二极管激光二极管二极管稳压二极管稳压光电转换调谐按材料的不同，常用的二极管有硅管和锗管两种；按其用途二极管分为普通二极管和特殊二极管两大类：整流、滤波、限幅、钳位、检波及开关等。
忽略正向导通压降和电阻，二极管相当短路；二极管反向截止时忽略反向饱和电流，反向电阻无穷大，二极管相当开路路。
I S uiU R 二极管是一种非线性元件，其特性就是PN 结的特性，而电流i D 与两端的电压u D 的关系近似为：1.2.2 二极管的伏安特性普通二极管是应用PN 结的饱和区、死区和导通区的特性制成的二端元件。
电路符号为：（1）伏安关系（2）理想二极管）（1-=T D V u S D e I i I S —反向饱和电流；V T —温度的电压当量，当常温（T=300K ）时，V T =26mV 。
在正常工作范围内，当电源电压远大于二极管正向导通压降时，可将二极管当作理想二极管处理，其伏安特性如图示。
k a D最大整流电流又称为额定正向平均电流，是指二极管长时间使用时，允许通过的最大正向平均电流。
此值取决于PN 结的面积、材料和散热情况。
1.2.3 二极管的主要电参数1）最大整流电流I F2）最高反向工作电压U R3）最大反向电流I RM I F I RM ui U R 最大反向电流是指二极管加上最高反向工作电压时的反向电流值。
半导体二极管(中文+英文)
半导体二极管半导体二极管是含有一个PN结的二端器件。
它是最简单的半导体器件。
P型材料一端称为正极，而N型材料一端称为负极。
二极管是只允许电流朝一个方向流动的半导体器件。
它能被用来把交流电转换成直流电。
二极管的两个引线被分为阳极和阴极。
当二极管的正极电位高于负极电位（其差值大于开启电压，对锗管近似为0.3V，对硅管近似为0.7V）时称二极管是正向偏置，这时二极管的内阻是很小的，有一个较大的电流流过二极管，流过电流的大小取决于外部电路的电阻。
当二极管的正极电压高于负极电位时称二极管反向偏置，这时二极管的内部电阻非常高，所以一个理想的二极管可以阻挡反向的电流而让正向的电流通过。
一个二极管的实际特性曲线并不是十分理想的，如图所示。
当理想二极管反向偏置时，电流不能通过，而实际二极管却有约10μA的电流通过（虽然很小，但仍不够理想）。
如果加上足够大的反向电压，PN结就会被击穿，让电流反向通过。
一般要选择二极管的反向击穿电压远大于电路中可能出现的电压，二极管才不会击穿。
齐纳二极管（稳压管）稳压管是一种特殊的二极管，在正偏的条件下，它与一般的二极管有相同的特性（可以流过一个大电流）。
但是，在反向偏置时，在外加电压低于稳压电压（UZ）时它不导通，在外加电压等于稳压电压（UZ）时稳压管反向导通，同时维持稳压管两端的电压为稳压值（如图）。
流过稳压管电流的大小由两个因子决定，一个为串联的（限流）电阻（RS），另一个为并联的负载电阻（RL）。
电阻RS由公式RS=URs/IZ确定，其中URs=Usource-UZ，在没有负载时，一个特定大小的电流（IZ=IRs）流过稳压二极管和RS，电压降URs加UZ等Usource，Usource至少要比UZ高1V。
当一个负载并连到稳压二极管，流过二极管的电流由于负载的分流而减小，所以通过RS的电流保持为常数（IZ=IRs-IRL）。
稳压管通过改变流过它的电流来维持稳压管两端的电压稳定。
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交流通路
四、二极管的主要参数
• • • • 最大整流电流IF：最大正向平均值 最高反向工作电压UR：最大瞬时值 反向电流 IR：即IS 最高工作频率fM：上限截止频率
PN结的电容效应(结电容为扩散电容（Cd）与势垒电容 （Cb）之和)
扩散路程中 电荷的积累 与释放 空间电荷区宽窄 的变化有电荷的 积累与释放
UZ IL 6 600A 0.01A 10m A RL
则IR=(15~35)mA
UR Rmax 267 I R min Rmin UR 114 I R max
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作业：
P69 1.3、1.6
1.2
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半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
一、二极管的组成
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
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点接触型： 结面积小，结电容小 允许通过的电流小 最高工作频率高
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答案：Uo1=1.3V D导通；Uo2 =1.3V D导通。 引申：判断二极管工作状态的方法？
例题二
电路如图所示，已知ui＝5sinωt(v)，试画出ui与uO 的波形。设二极管正向导通电压UD=0.7V。
采用二极管等效模型二：
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若反向电压u U T，则i I S
反向特性为横轴的平行线
2. 伏安特性受温度影响
T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移 T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓
→反向饱和电流IS↑，击穿电压U(BR) ↓
三、二极管的等效电路
1. 将伏安特性折线化
面接触型： 结面积大，结电容大 允许通过的电流大 最高工作频率低
平面型： 结面积可小、可大 小的工作频率高 大的允许的电流大
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性
i f (u )
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i IS (e
u UT
1)
(常温下 UT 26m V )
例题三
接前一题，若输入电压ui的有效值为5mV，电容C 对交流信号可视为短路，则上述各种情况下二极 管中的交流电流有效值为多少？
V＝5V，IDQ≈ 8.6mA
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uD U T 26 rd ( ) 3.02 iD I DQ 8.6
Id Ui 5 ( )mA 1.66mA rd 3.02
理想 二极管
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导通时i与u成 线性关系
理想开关 导通时 UD＝0 截止时IS＝0
近似分析 中最常用
导通时UD＝Uon 截止时IS＝0
应根据不同情况(误差要求)选择不同的等效电路！
例题一
已知二极管导通电压UD=0.7V，判断电路中二极管 的工作状态，求解输出电压。
材料 开启电压
击穿 电压
导通电压
反向饱 和电流
开启 电压
温度的 电压当量
反向饱和电流
硅Si
锗Ge
0.5V
0.1V
0.6~0.8V
0.1~0.3V
1µ A以下
几十µ A
从二极管的伏安特性可以反映出：
1. 单向导电性
正向特性为 指数曲线
i IS (e
u UT
1)
u UT
若正向电压u U T，则i I Se
ui≥3.7V时，D1导通，uo=3.7V ui≤-0.7V时，D2导通，uo=-0.7V
-0.7＜ui＜3.7V时，D1,D2截止， uo= ui
三、二极管的等效电路
2. 微变等效电路
当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻rd ，也就是微变等效电路。
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五、稳压二极管
1. 伏安特性
由一个PN结组成， 反向击穿后在一定 的电流范围内端电 压基本不变，为稳 定电压。
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进入稳压区的最小电流 不至于损坏的最大电流
2. 主要参数
稳定 =ΔUZ /ΔT
动态电阻rz＝ΔUZ /ΔIZ
例题四
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欧，求解限流电阻R的取值范围。 IR=IDZ+IL
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IDZ=(5~25)mA
ui=0时直流电源作用
uD U T 根据电流方程， rd iD ID
小信号作用 Q越高，rd越小 静态电流
例题三
已知二极管的导通电压约为0.7V，外部电压ui=0，试 求当V＝5V时二极管中的直流电流为多少？
V＝5V时，
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V UD I DQ R 5 0.7 ( )A 8.6m A 500