PN结具有一定的电容效应,它由两方面的因素决定:一是势垒电容CB ,二是扩散电容CD,它们均为非线性电容。
势垒电容是耗尽层变化所等效的电容。势垒电容与PN结的面积、空间电荷区的宽度和外加电压等因素有关。
扩散电容是扩散区内电荷的积累和释放所等效的电容。扩散电容与PN结正向电流和温度等因素有关。
PN结电容由势垒电容和扩散电容组成。PN结正向偏置时,以扩散电容为主;反向偏置时以势垒电容为主。只有在信号频率较高时,才考虑结电容的作用。
第二讲 半导体二极管
本讲重点
1、二极管的伏安特性、单向导电性及等效电路(三个常用模型); 2、稳压管稳压原理及简单稳压电路;
3、二极管的箝位、限幅和小信号应用举例;
本讲难点
1、二极管在电路中导通与否的判断方法,共阴极或共阳极二极管的优先导通问题; 2、稳压管稳压原理;
教学组织过程
本讲以教师讲授为主。用多媒体演示二极管的结构、伏安特性以及温度对二极管特性的影响等,便于学生理解和掌握。二极管的箝位、限幅和小信号应用举例可以启发讨论。
主要内容
1、半导体二极管的几种常见结构及其应用场合
在PN结上加上引线和封装,就成为一个二极管。二极管按结构分为点接触型、面接触型和平面型三大类。
点接触型二极管PN结面积小,结电容小,常用于检波和变频等高频电路。面接触型二极管PN结面积大,结电容大,用于工频大电流整流电路。平面型二极管PN结面积可大可小,PN结面积大的,主要用于功率整流;结面积小的可作为数字脉冲电路中的开关管。 2、二极管的伏安特性以及与PN结伏安特性的区别
半导体二极管的伏安特性曲线如P7图1.9所示,处于第一象限的是正向伏安特性曲线,处于第三象限的是反向伏安特性曲线。
1)正向特性:当V>0,即处于正向特性区域。正向区又分为两段: (1)当0<V<Uon时,正向电流为零,Uon称为死区电压或开启电压。 (2)当V>Uon时,开始出现正向电流,并按指数规律增长。
2)反向特性:当V<0时,即处于反向特性区域。反向区也分两个区域:
(1)当VBR<V<0时,反向电流很小,且基本不随反向电压的变化而变化,此时的反向电流也称反向饱和电流IS。
(2)当V≤VBR时,反向电流急剧增加,VBR称为反向击穿电压。
从击穿的机理上看,硅二极管若|VBR|≥7 V时,主要是雪崩击穿;若VBR≤4 V则主要是齐纳击穿,当在4V~7V之间两种击穿都有,有可能获得零温度系数点。
3)二极管的伏安特性与PN结伏安特性的区别:二极管的基本特性就是PN结的特性。与理想PN结不同的是,正向特性上二极管存在一个开启电压Uon。一般,硅二极管的Uon=0.5 V左右,锗二极管的Uon=0.1 V左右;二极管的反向饱和电流比PN结大。 3、温度对二极管伏安特性的影响
温度对二极管的性能有较大的影响,温度升高时,反向电流将呈指数规律增加,硅二极管温度每增加8℃,反向电流将约增加一倍;锗二极管温度每增加12℃,反向电流大约增加一倍。
另外,温度升高时,二极管的正向压降将减小,每增加1℃,正向压降UD大约减小2mV,即具有负的温度系数。
4、二极管的等效电路(或称为等效模型)