(二极管及其应用)
二极管及其应用
0 UF(V)散热与发热的热平衡状态转入 不 平衡状态，若发出的热量比散去
的多，介质温度将愈来愈高，直
D
IR(μA )
二极管反向的特性曲线
至出现永久性损坏，这就是 热击 穿。
二极管的主要参数
1. 最大正向电流I DM 常称额定工作电流，它是指长期使用时，允许流 过二极管的最大平均电流。因为电流通过PN结 时要引起管子发热，电流太大，发热量超过一定 限 的面度积，就、会材使料P和N散结热烧条坏件。。IDM的大小取决于PN结
耗尽层形成 很强的电场，而直接
破坏共价键，使价电子脱离共价
D
键束缚，产生电子 —空穴对，致
IR(μA) 使电流急剧增大，这种击穿称为 二极管反向的特性曲线 齐纳击穿。也称为 隧道击穿。
反向击穿——雪崩击穿
IF(mA )
材料掺杂浓度较低的PN结中，当PN
反 向
结反向电压增加时，耗尽层中的电场 随着增强。这样通过耗尽层的电子和
二极管电路模型
引入模型的目的：简化电路计算； 方法：非线性器件作线性化处理。 二极管常用电路模型有： ? 理想开关模型 ? 恒压降模型 ? 折线模型
理想开关模型
特点： iD
uD> 0时,二极管导通 ;uD< 0时,二极管截止。
导通时， UD=0，i由电路参数决定。即 i D=U/R
截止时， iD=0，UD由电路参数决定。 其伏安特性可表示为：如右图所示； 其电路模型为：
D
崩式地增加，流过PN结的电流就急剧
IR(μA )
增大击穿PN结，这种碰撞电离导致击
二极管反向的特性曲线 穿称为雪崩击穿。
反向击穿——热击穿
IF(mA )
热击穿的本质是处于电场中的介
五种二极管用途分类原理及应用
五种二极管用途分类原理及应用二极管是一种两端只能导通电流一个方向的电子器件，广泛应用于电子电路中。
下面将对五种不同类型的二极管的用途、分类原理及应用进行详细介绍。
一、整流二极管整流二极管是最常见的二极管类型之一，也被称为普通二极管。
它具有只允许电流在一个方向上流动的特性，常用于将交流电转换为直流电的整流电路。
其实现原理是基于半导体材料的PN结，当PN结的P端接在正电压（高电位）上，N 端接在负电压（低电位）上时，PN结处形成耗尽区，电流无法通过。
当P端接在负电压上，N端接在正电压上时，PN结处不再形成耗尽区，电流得以通过。
整流二极管的应用包括电源转换器、电动机驱动、充电电路等。
二、肖特基二极管肖特基二极管是一种由金属与半导体接触形成的二极管。
它具有低电压损失、快速开关速度和低反向电流等特点。
肖特基二极管的工作原理是基于肖特基接触，即由于金属和半导体之间的电子互相扩散而形成的电势垒。
与整流二极管相比，肖特基二极管具有更低的开启电压且反向耐压较低。
它广泛应用于高频电路、开关电源、闭环控制电路等领域。
三、快恢复二极管快恢复二极管是一种在有源区恢复更快的二极管，常用于高频和高功率电路中。
其主要特点是恢复时间短，能够较快地提供导通状态，从而减小电压压降和功率损耗。
快恢复二极管的核心技术是降低PN结的耗尽层宽度，以实现更快的恢复速度。
快恢复二极管常用于电源开关电路、光伏逆变器、军事雷达等高性能电源和高频电路。
四、肖特基势垒调制二极管肖特基势垒调制二极管（Schottky Barrier Diode，SBD）是一种工作在高频范围内的二极管。
它的优点在于具有快速开关速度、低正向电压丢失和低反向电流。
肖特基势垒调制二极管的工作原理是利用了金属与半导体之间的Schottky接触，形成了一种比PN结更快和更高效的电子注入和排出方式。
典型应用包括射频电路中的混频器、变频器以及开关电源。
五、发光二极管发光二极管（Light Emitting Diode，LED）是一种可以将电能转化为可见光的二极管。
什么是二极管及其在电路中的应用
什么是二极管及其在电路中的应用二极管是一种具有两个电极的电子器件，是最简单的半导体器件之一。
它由一个p型半导体和一个n型半导体组成，两者通过pn结相连。
二极管的主要特性是具有单向导电性，即只能允许电流从正向流向负向，反向时几乎没有电流通过。
一、二极管的基本原理二极管的工作原理基于半导体物理学中的P-N结理论。
P-N结由p型半导体和n型半导体界面组成，当两者接触时，在界面区域形成一个电场。
在正向偏置情况下，即将正电压施加在p端，负电压施加在n端时，电场会将电子从n端推向p端，同时将空穴从p端推向n端，这样就形成了电流。
而在反向偏置情况下，电场会阻碍电子和空穴的移动，基本上没有电流通过。
二、二极管的基本类型常见的二极管有正向型二极管（正极性二极管）和反向型二极管（负极性二极管）。
正向型二极管只有在正向电压下才能导通，反向型二极管则只有在反向电压下才能导通。
三、二极管的应用1.整流器：由于二极管具有单向导电性，可以将交流电转换为直流电。
在通信设备和电源供应中经常使用整流二极管来转换电流。
2.电压调节器：二极管可以通过改变它的正向电压来实现电流的稳定流动。
在稳压电源中，二极管可以用于稳定输出电压。
3.信号检测：二极管可以用作信号检测器。
例如，在无线电接收器中，二极管可以将无线电信号转换为音频信号。
4.光电元件：在光电二极管中，光线照射到二极管上会产生电能。
这种特性使得光电二极管广泛应用于光电转换、光通信等领域。
5.调制解调器：在调制解调电路中，二极管可以用作解调器，将模拟信号恢复为原始信号。
6.保护电路：二极管也可以用于保护电路，例如过压保护、过流保护等。
在这些电路中，二极管可以截断超过一定电压或电流的信号，以保护其他电子元件。
结论：二极管作为一种常见的电子器件，具有许多重要的应用。
通过充分利用其单向导电性和电场控制能力，可以在电路中实现整流、调节、检测、保护等多种功能。
在日常生活和各种技术领域中，二极管的应用非常广泛，是现代电子技术中不可或缺的关键元素之一。
二极管的用途和种类
二极管的用途和种类二极管是一种最简单的电子元件，主要由一个PN结构组成。
它具有只允许电流在一个方向流动的特性，广泛应用于各种电子电路中。
下面将介绍二极管的用途和种类。
1.二极管的用途：(1)整流器：二极管可以将交流电转换为直流电。
当正半周的电压高于负半周时，二极管导通；当负半周的电压高于正半周时，二极管截止。
通过二极管的导通和截止特性，可以将交流电中的负半周去除，实现电流的单方向流动。
这在电路中被广泛应用于电源和电子设备的电源输入端。
(2)防反向电压：二极管可以用来防止电流在一些特定方向上流动，从而实现防反向电压的保护。
例如，当电路中有电源和负载时，二极管可以安装在电源和负载之间，以防止电流在负载到电源的方向上流动，从而避免对电源的损坏。
(3)温度补偿：二极管的漏电流与温度成反比。
因此，在一些电路中，可以使用二极管来实现温度的补偿。
例如，在温度传感器电路中，可以使用二极管来补偿温度对传感器输出的影响。
(4)非线性电路：由于二极管具有非线性的特性，可以用于构建各种非线性电路，如振荡电路、调制电路等。
这些电路在通信和无线电领域中非常重要。
2.二极管的种类：按照应用领域和结构特点，可以将二极管分为以下几类：(1)小信号二极管：这种二极管通常用于低功率的信号处理和放大电路中。
它具有高电流放大系数和低反向恢复时间。
常见的小信号二极管有通用型、高频型、超快型等。
(2)功率二极管：功率二极管主要用于大功率电子设备中，如电源、开关等。
它具有较高的电流和耐压能力，其特点是具有较低的正向压降和较大的正向电流。
常见的功率二极管有整流型、开关型等。
(3)高频二极管：高频二极管主要用于无线通信和雷达等高频电路中。
它具有较小的截止频率和较短的反向恢复时间。
常见的高频二极管有热噪声型、环区放大型等。
(4)光电二极管：光电二极管主要用于光电转换，将光信号转换为电信号。
它具有较高的响应速度和较小的漏电流，适用于光通信、光电测量等领域。
二极管及应用PPT课件
NO.3 光电（光敏）二极管
1、符号
NO.3 光电（光敏）二极管
2、特性：将光信号转变成电信号 3、工作条件：加反向电压。工作在反向偏置状态（反向 截止区）。
NO.3 光电（光敏）二极管
4、主要参数： （1）最高工作电压 VRM：光电二极管在无光照条件下，反 向电流不超过 0.1 A 时所能承受的最高反向电压。VRM 越 大，管子性能越稳定。
6、两个稳压二极管串联 （1）U导通=0.7V，UZ1=6V，UZ2=8V。 ③两反
NO.2 稳压二极管
6、两个稳压二极管串联 （1）U导通=0.7V，UZ1=6V，UZ2=8V。 ④两正
NO.2 稳压二极管
7、两个稳压二极管并联 假设两个硅稳压二极管，VZ1的稳压值是6V，VZ2的稳压值是
8V，他们的导通压降均为0.7V。现将他们两并联，可以得到几种输 出电压值？
NO.2 稳压二极管
7、两个稳压二极管并联 （1）U导通=0.7V，UZ1=6V，UZ2=8V。 ①一正一反
NO.2 稳压二极管
7、两个稳压二极管并联 （1）U导通=0.7V，UZ1=6V，UZ2=8V。 ②一反一正
NO.2 稳压二极管
7、两个稳压二极管并联 （1）U导通=0.7V，UZ1=6V，UZ2=8V。 ③两反
8V，他们的导通压降均为0.7V。现将他们两串联，可以得到几种输 出电压值？
NO.2 稳压二极管
6、两个稳压二极管串联 （1）U导通=0.7V，UZ1=6V，UZ2=8V。 ①一正一反
NO.2 稳压二极管
6、两个稳压二极管串联 （1）U导通=0.7V，UZ1=6V，UZ2=8V。 ②一反一正
NO.2 稳压二极管
NO.4 变容二极管
二极管的种类及应用
二极管的种类及应用二极管是一种常见的电子元件，具有仅能导电一个方向的特性。
根据其结构和应用领域的不同，可以分为多种类型的二极管。
下面将介绍几种常见的二极管及其应用。
1.散热二极管：散热二极管，也称为肖特基二极管，是利用金属和半导体之间的肖特基势垒形成的。
这种二极管通常具有较低的导通电压降和快速的开关特性。
它们通常用于高频电路、开关电路和功率放大电路。
此外，散热二极管还常用于直流电源的接口保护以及硬盘驱动器和电动工具等电感负载的停车保护。
2.热电偶二极管：热电偶二极管，也称为Peltier二极管，是通过Peltier效应将热能转换为电能的二极管。
它们通过模块中的两个异质半导体结将电流引入设备，并基于电流的方向将热能从一个界面转移到另一个界面。
热电偶二极管通常用于冷却电子元器件、制冷器、热电转换器、温度传感器以及热能发电器等领域。
3. Zener二极管：Zener二极管是一种特殊的二极管，具有反向击穿电压的特性。
当反向电压超过特定值时，Zener二极管会发生击穿并引入限流电路。
这种二极管通常用于稳压电路，可以通过选择不同的Zener二极管来获得所需的稳定电压。
4.发光二极管：发光二极管，也称为LED（Light Emitting Diode），是一种将电能转换为光能的二极管。
根据不同的材料和结构，LED可分为多种类型，如红、绿、蓝、白光发光二极管等。
发光二极管具有节能、寿命长、体积小等优点，广泛应用于指示灯、显示屏、室内照明、游戏机、汽车灯等领域。
5.二极管阵列：二极管阵列是将多个二极管集成在一个芯片上的组合器件。
它们常用于逆变器、整流器、稳压器、开关电路等应用中，用于实现特定的功能和电路布局。
二极管阵列具有封装紧凑、结构稳定、安装方便等特点。
除了上述几种常见的二极管之外，还有其他类型的二极管，如射频二极管、光电二极管、烈性化触发二极管等。
每种类型的二极管都具有特定的电特性和应用场景，可以根据实际需求选择合适的二极管。
二极管及其应用
二极管及其应用二极管的符号依据半导体的物理原理，可从理论上分析得到PN结的伏安特性的表达式，此式通常称为二极管方程，即：IS为反向饱和电流UT为温度的电压当量，在常温（300K）下，UT=26mV。
当U0时，且UUT,则电流I与U基本成指数关系。
当U0时，且UUT,则电流I=-IS1. 最大整流电流IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。
2. 反向工作峰值电压URWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半。
二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。
3. 反向峰值电流IRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。
反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。
硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。
4 最高工作频率fM是二极管工作的上限频率。
它主要由PN结的结电容大小打算。
信号频率超过此值时，二极管的单向导电性将变差。
应当指出，由于制造工艺的限制，即使是同一型号的器件，其参数的离散性也很大，因此，手册上经常给出参数的范围。
另一方面，器件手册上给出的参数是在肯定测试条件下测得的，若条件转变，相应的参数值也会变化。
影响工作频率的缘由—PN 结的电容效应结论：1. 低频时，因结电容很小，对PN 结影响很小。
高频时，因容抗增大，使结电容分流，导致单向导电性变差。
2. 结面积小时结电容小，工作频率高。
整流电路作用:把沟通电转换成脉动直流电。
分类: 半波整流全波整流桥式整流倍压整流1、单相半波整流电路单相半波整流电路如图(a)所示波形图如图（b)所示。
(a)电路图(b)波形图依据图可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。
负载上输出平均电压为流过负载和二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压2、桥式整流电路（1）组成：由四个二极管组成桥路（2）工作原理：u2正半周时:D1 、D3导通，D2、D4截止u2负半周时：D2、D4 导通，D1 、D3截止（3）主要参数：输出电压平均值:Uo=0.9u2输出电流平均值:Io=Uo/Ro=0.9u2 / RL流过二极管的平均电流:ID=Io/2二极管承受的最大反向电压: 电容滤波1.电路和工作原理V 导通时给C 充电，V 截止时C 向RL 放电；滤波后uo 的波形变得平缓，平均值提高。
二极管种类及应用
二极管种类及应用二极管是最简单的一种电子器件，它由PN结组成，具有单向导电性质。
根据应用需求和导电特性的不同，二极管可分为多种类型，下面将介绍几种常见的二极管及其应用。
1.整流二极管：整流二极管是最基本和最常见的二极管之一，它具有单向导电性质，主要用于电路的整流功能。
在交流电源中，整流二极管可将交流电转换为直流电，使其满足电子器件的工作要求。
整流二极管适用于各种电源、电机和电子设备。
2.齐纳二极管：齐纳二极管是一种特殊的二极管，也被称为稳压二极管。
它在电压达到一个特定值时，能够保持电压稳定。
齐纳二极管通常用于电源稳压和电路保护的应用。
在电源稳压电路中，齐纳二极管可用于保护电路免受过电压损害。
此外，齐纳二极管还常用于信号调理电路和限流电路。
3.发光二极管（LED）：发光二极管是一种将电能转化为可见光的二极管。
它具有低功耗、高可靠性和长寿命的优点，并广泛用于照明、显示和指示等领域。
LED可用于室内和室外照明、汽车灯光、电子显示屏、计算机设备和通信设备等。
4.光电二极管：光电二极管是通过光照射来产生电流的二极管。
它通常由半导体材料制成，广泛应用于光电检测、光电转换和光通信等领域。
光电二极管可用于光电元件、光电耦合器件、光电传感器、光电显示器和光通信系统等。
5. 可变电容二极管（Varactor Diode）：可变电容二极管是一种可以通过电压调节电容的二极管。
它具有频率可调的特性，广泛用于射频电路、无线通信和调频电视等领域。
可变电容二极管可用于电压控制振荡器（VCO）、频率调制解调器、电子滤波器和频率合成器等。
6.肖特基二极管：肖特基二极管是一种具有快速开关特性和低电压损耗的二极管。
它内部的金属与半导体的接触处形成了肖特基势垒，因此具有低的滞回损耗。
肖特基二极管广泛用于高频电路、开关电源和低电压电路等。
此外，肖特基二极管还用于太阳能电池板、电池充电器和低噪声电路等。
这些是常见的二极管种类及其应用，每种二极管都有特定的导电特性和应用领域，通过选择适合的二极管类型，可以满足不同电路的要求，并实现所需的电子功能。
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23
（1）正向特性
指二极管加正向电压（二极管正极接高电位，负极接低电位）时的特性。
当正向电压小于某一数值（该电压称为“死区电压”或“门坎电 压”，硅管为0.5V，锗管为0.2V）时，通过二极管的电流很小几乎为零。 当正向电压超过死区电压时，电流随电压的升高而明显的增加，此时二 极管进入导通状态。二极管导通后二极管两端的电压几乎不随电流的大 小而变化，此时二极管两端电压称为导通管压降，用UT表示，硅管为 0.7V，锗管为0.3V。
内电场 E
-
16
EW
R
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流I R
P
空间电荷区
N
在一定的温度－ 下－ － － + + + +
，由本征激发产－生的－ － － + + + +
少子浓度是一定的，
-
5
图2 本征半导体- 的共价键结构
6
本征半导体中的两种载流子——电子和空穴
载流子——可以自由移动的带电粒子。 电导率——与材料单位体积中所含载流子数
有关，载流子浓度越高，电导率越高。
-
7
电子空穴对
当T=0K和无外界激发时，导体中没有栽流子，不导电。当 温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子 可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子——本 证激发。
-
18
二、半导体二极管
二极管的结构、图形符号和型号
（1）结构和图形符号
PN结
管壳
a)
b)
图3 二极管的结构和图形符号极管的外形
-
20
-
21
三、二极管的伏安特性
加在二极管两端的电压与通过二极管电流之间的关系称为二极管的伏 安特性 ，可用曲线表示。
图5 二极- 管的伏安特性
（3） 热敏性
所谓热敏性是指半导体的电导率随温度升高(例如受热辐 射)而显著增大的特性，即温度升高其导电能力大大加强。 温度对半导体材料的导电性能影响很大。
-
4
3、 本征半导体
本征半导体——完全纯净的、结构完整的 半导体晶体
＋14
＋4
＋32 ＋4
(a)
(b)
图1 原子结构示意 图 (a)硅 (b)锗
（1）N型半导体（电子型半导体）
在本征半导体中掺入五价的元素(磷、砷、锑 ) 多余电子， 自由电子 成为自由电子
+4
+4
+4
+4
+4
+45
+45
+4
+4
+4
+4
+4
-
返9回
N型半导体
硅原子
+4
多余电子
+4
磷原子
+4
电子空穴对 自由电子
+4 +4
N型半导体
+5 +4
++ + + ++ + +
+4 +4
本征激发
+4 空穴 +4
+4
+4
+4 +4
+4
+4
自由电子
+4
+4
+4 +4
动画1
自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，
这个空位为空穴。
因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电
-
8
子空穴对。
返回
4、 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导 体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元 素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
-
15
PN结的单向导电性
(1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。
外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动
→多子扩散形成正向电流I F
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － － 正－向电流 + + + +
－ － －－ ++ + +
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
+4 +4
－ － －－ 受主离子
多数载流子—— 空穴 少数- 载流子——自由电子 12
杂质半导体的示意图
多子—空穴
多子—电子
P型半导体
N型半导体
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
少子—电子
少子—空穴
－ － －－
++ ++
IR
故IR基本上与外加反
压的大小无关，所以
内电场 E
称为反向饱和电流。
E-W
R
17
但I 与温度有关。
结论: PN结加正向电压——“正向偏置” ，简称“正偏”
P区接电源正极，N区接电源负极 ——PN结电阻很小，正向导通
（2）PN结加反向电压——“反向偏置” ，简称“反 偏”
P区接电源负极，N区接电源正极 ——PN结电阻很大，反向截止
-
24
注意：
二极管加正向电压时并不一定能导通，必须是正 向电压达到和超过死区电压时，二极管才能导通。
-
25
（2）反向特性
二极管加反向电压（二极管正极接低电位，负极接高电位）时的特性。
当反向电压小于某值（此电压称为反向击穿电压UBR）时反向电流很 小，并且几乎不随反向电压而变化，该反向电流叫“反向饱和电流”，简 称“反向电流”，用IR表示。通常硅管的反向电流在几十微安以下，锗管 的反向电流可达几百微安。在应用时反向电流越小，二极管的质量越好。
2.半导体的导电特性
（1）热敏特性
（2）光敏特性
（3）掺杂特性
-
3
半导体材料具有以下一些独特的导电特性：
（1） 杂敏性
在纯净的半导体材料中掺入某种微量的元素(如硼和磷等) 后，其导电能力将猛增几万倍甚至百万倍。
（2）光敏性
有的半导体材料在无光照时电阻率很高，而一旦受到光线 照射后电阻率即显著下降。
++ + +
多数载流子——自由电子
少数载流子—— 空穴
-
施主离子
10
（2） P型半导体（空穴型半导体）
在本征半导体中掺入三价的元素（硼）
空穴
空穴
+4
+4
+4
+4
+4
+43
+43
+4
+4
+4
+4
+4
-
返11 回
2. P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
硅原子
+4
空穴
+4
硼原子
+4
半导体二极管及其基本应用电路
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1
学习要点
半导体的基本知识 半导体二极管的特性及参数 半导体二极管模型
二极管的应用
特殊二极管
二极管的检测方法
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2
1 半导体二极管 一、半导体的基本知识
物质按导电能力强弱不同可分为导体、绝缘体和半 导体三大类。
什么是半导体
导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质 目前制造半导体器件用得最多的是硅和锗两种材料
少子浓度——与温度有关 多子浓度——与温度无关
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13
5. PN结的形成
P型半导体 － － －－ － － －－ － － －－
N型半导体 ++ ++ ++ ++ ++ ++
图 5 载流子的扩散 图- 6 PN 结的形成 14
6. PN结的单向导电性
PN结电阻很小
发光
不发光
PN结电阻很大
a)
b)
图2 PN结单向导电性实验电路 a)PN结加正向电压 b) PN结加反向电压