二极管及其应用.ppt

1,,主 要 内 容,一、半导体及其特性 二、N型半导体和P型半导体 三、PN结及其单向导电性 四、二极管的结构与图形符号 五、二极管的单向导电性 六、二极管的伏安特性 七、二极管的型号及识别 八、二极管的主要参数 九、二极管的检测 十、其他类型的二极管,2,1.自然界中的物质，按照导电能力的不同，可分为 、 和 。,一、半导体及其特性,称为半导体。,3.常用的半导体材料有 、 等。,4.半导体的导电能力对 、 、 、 电场、磁场等反应敏感。,导体,半导体,绝缘体,硅（Si）,锗（Ge）,2.导电能力介于导体和绝缘体之间的物质,温度,光照,掺入的杂质,3,2、利用半导体对温度十分敏感的特性，制成了工业自动控制装置中常用的 。,1、当温度升高时，大多数半导体的导电能力 ，当温度下降时，这些半导体的导电能力 。,显著增强,显著下降,热敏电阻,3、当有光线照射在某些半导体上时，这些半导体就像导体一样，导电能力很强；当没有光线照射时，这些半导体就像绝缘体一样不导电，这种特性称为 。,完全纯净的半导体,5、 称为本征半导体。,4、利用“光敏”特性可制成光敏电阻、光电二极管、光电三极管及光电池等光电器件。,“光敏”特性,6、在纯净的半导体中，掺入适量的杂质，会使半导体的导电能力 。,显著增强,4,1、半导体器件适合存放在高温和强烈的光照环境中吗？为什么？,2、本征半导体的导电性能如何？,思考：,5,在纯净的半导体硅或锗中掺入适量的 元素，可形成带 电的自由电子参与导电，故被称为 ，简称N型半导体。,二、N型半导体和P型半导体,在纯净的半导体硅或锗中掺入适量的 元素，可形成带 电的空穴参与导电，故被称为 ，简称P型半导体。,五价磷,负,电子型半导体,三价硼,空穴型半导体,正,N型半导体：,P型半导体：,6,三、PN结及其单向导电性,将P型半导体和N型半导体结合在一起，在结合处会形成一个特殊的薄层，这个薄层称为PN结。,电流只能从 流向 ，,P端,N端,PN结：,PN结的导电特性：,而不能从N端流向P端。,单向导电性，,7,（一）二极管的结构与图形符号,1、结构：普通二极管是由一个PN结加上两条电极引线做成管芯，从P区引出的电极作为正极，从N区引出的电极作为负极，并且用塑料、玻璃或金属等材料作为管壳封装起来，这样就构成了二极管。,2、极性标识方法：,体积较小时，在其中的一端用一个色环表示负极；无色环一端就是正极。,体积较大时，常在壳体上印有标明正极和负极的符号。,3、图形符号：,四、二极管,8,（二）二极管的单向导电性,实验过程可以说明：,（1）加正向电压二极管导通,（2）加反向电压二极管截止,将二极管的正极接电路中的高电位，负极接低电位，称为 此时二极管内部呈现较小的电阻，有较大的电流通过，二极管的这种状态称为正向导通状态。,正向偏置（正偏）。,将二极管的正极接电路中的低电位，负极接高电位，称为 此时二极管内部呈现很大的电阻，几乎没有电流通过，二极管的这种状态称为反向截止状态。,反向偏置（反偏）。,9,（三）二极管的伏安特性,1.正向特性,2.反向特性,10,11,重复16次，标号依次加1,元件旋转角度22.5,元件圆形排列,12,13,14,15,三、元件自动布局及手工调整,1.元件自动布局 在进行自动布局前，必须在禁布层（Keep out Layer）上规划PCB的电气边界，然后才能载入网络表文件，预布局的元件必须设定为锁定状态。 执行菜单“工具”→“放置元件”→“自动布局”，屏幕弹出“自动布局”对话框，如图6-12、6-13所示。,在元件较少的电路中使用,在元件较多的电路中使用,需设置参数,,16,自动布局的效果都不是很理想，存在较多不合理的地方，因此在自动布局后还要进行手工布局调整。 本电路采用分组布局，选中【快速元件布局】复选框，布局效果如图6-14所示，各元件之间存在网络飞线，体现节点间连接关系，但它不是实际连线，布线时要用印制导线来代替。 2.手工布局调整 手工布局调整主要是通过移动元件、旋转元件等方法合理地调整元件的位置，减少网络飞线的交叉。 对于处于锁定状态的元件必须先在“元件属性”中去除锁定状态才能移动。 布局调整结束后，执行菜单“查看”→“显示三维PCB板”，显示元件布局的3D视图，观察元件布局是否合理。 手工布局调整后的流水灯电路如图6-15所示 。,,17,自动布局的效果都不是很理想，存在较多不合理的地方，因此在自动布局后还要进行手工布局调整。 本电路采用分组布局，选中【快速元件布局】复选框，布局效果如图6-14所示，各元件之间存在网络飞线，体现节点间连接关系，但它不是实际连线，布线时要用印制导线来代替。 2.手工布局调整 手工布局调整主要是通过移动元件、旋转元件等方法合理地调整元件的位置，减少网络飞线的交叉。 对于处于锁定状态的元件必须先在“元件属性”中去除锁定状态才能移动。 布局调整结束后，执行菜单“查看”→“显示三维PCB板”，显示元件布局的3D视图，观察元件布局是否合理。 手工布局调整后的流水灯电路如图6-15所示 。,,自动布局效果不好,18,四、PCB预布线,19,顶层露铜,底层覆铜,20,4.锁定预布线 有些电路在自动布线前已经针对某些网络进行了预布线，如果要在自动布线时保留这些预布线，可以在自动布线器选项中设置锁定所有预布线。 执行菜单“自动布线”→“设定”，屏幕弹出“Situs布线策略”对话框，选中对话框下方的【锁定全部预布线】复选框，锁定全部预布线，单击“OK”按钮退出设置状态。,21,五、自动布线规则设置,设计规则列表栏,设计详细内容栏,22,1.电气设计规则（Electrical） 电气设计规则是PCB布线过程中所遵循的电气方面的规则，主要用于DRC电气校验。共包含了4个子规则。 ⑴Clearance（安全间距规则设置） 安全间距规则用于设置PCB上不同网络的导线、焊盘、过孔及覆铜等导电图形之间的最小间距。通常情况下安全间距越大越好，但是太大的安全间距会造成电路布局不够紧凑，增加PCB的尺寸，提高制板成本。 安全间距通常设置为10mil～20mil（0.254mm～0.508mm）。 用鼠标左键单击图6-19中的【Clearance】规则，系统默认一个名称为“Clearance”的子规则，单击该规则名称，显示该规则的属性设置信息，可以进行设置。,设置最小间距,设置适用范围,23,⑵Short-Circuit（短路约束规则设置） 短路约束规则用于设置PCB上的导线等对象是否允许短路。单击图6-19中的【Short-Circuit】规则，系统默认一个名称为“Short Circuit”的子规则，单击该规则名称，显示该规则的属性设置信息，如图6-21所示。 系统默认的短路约束规则是不允许短路。但在一些特殊的电路中，如带有模拟地和数字地的模数混合电路，在设计时，这两个地是属于不同网络的，但在电路设计完成之前，设计者必须将这两个地在某一点连接起来，这就需要允许短路存在。为此可以针对两个地线网络单独设置一个允许短路的规则，在两个【匹配对象的位置】区中分别选中数字地和模拟地，然后选中【允许短回路】复选框即可。,不选中表示不允许短路,24,2.布线设计规则（Routing） 在PCB规则和约束编辑器的规则列表栏单击【Routing】项，系统展开所有的布线设计规则列表，共包含了7个子规则，主要的子规则说明如下。 ⑴Width（导线宽度限制规则） 导线宽度限制规则用于设置自动布线时印制导线的宽度范围，可以定义最小宽度（Min Width）、最大宽度（Max Width）和优选尺寸（Preferred Width），单击每个宽度栏并键入数值即可对其进行设置，如图6-22所示。 在实际使用中，通常会针对不同的网络设置不同的线宽限制规则，特别是地线网络的线宽，此时可以建立新的线宽限制规则。,25,设置适用范围,设置线宽大小限制,26,27,1.Clearance Constraint（间距限制规则） 图7-27中选中Clearance Constraint，进入间距限制规则设置。该规则用来限制具有导电特性的图件之间的最小间距，在对话框的右下角有三个按钮。 ⑴Add按钮。用于新建间距限制规则，单击后出现图7-28所示的对话框。左边一栏用于设置规则适用的范围，右边一栏是设置设计规则的参数，Connective下拉列表框设置适用网络。 设置完毕，单击OK按钮，完成间距设计规则的设定，设定好的内容将出现在设计规则对话框下方的具体内容一栏中。 ⑵Delete按钮。用于删除选取的规则。 ⑶Properties按钮。用于修改设计规则参数，修改后的内容会出现在具体内容栏中。,28,适用范围 GND,线宽大小0.75mm,29,30,31,双面布线,若单面布线,则只选中Bottom Layer,32,33,34,本例中布线设计规则设置主要内容如下。 安全间距规则设置：0.254mm，适用于全部对象； 短路约束规则：不允许短路； 导线宽度限制规则：GND的线宽为0.75mm，VCC的线宽为0.65mm，其它信号线的线宽为0.5mm，优先级依次降低； 布线层规则：双面布线； 布线转角规则：45°拐弯； 其它规则选择默认。,35,在PCB设计界面中，执行菜单“自动布线”→“全部对象”，屏幕弹出“Situs布线策略”对话框，如图6-33所示。,六、自动布线及手工调整,36,37,38,布线时应根据实际要求设置布线层的走线方式，如采用单面布线，设置Bottom Layer为Any（底层任意方向布线）、其它层Not Used（不使用）；采用双面布线时，设置Top Layer为Vertical（垂直布线），Bottom Layer层为Horizontal（水平布线），其它层Not Used（不使用）。 一般在两层以上的PCB布线中，布线层的走线方式可以选择Automatic，系统会自动设置相邻层采用正交方式走线。,39,40,41,5.手工布线调整 调整布线常常需要拆除以前的布线，PCB编辑器中提供有自动拆线功能和撤消功能，当设计者对自动布线的结果不满意时，可以使用该工具拆除电路板图上的铜膜线而只剩下网络飞线。 ⑴撤消操作 ⑵自动拆线 自动拆线的菜单命令在“工具”→“取消布线”的子菜单中,可以针对全部对象、网络、连接、元件、Room空间拆除与元件连接的铜膜线。 手工布线调整后的流水灯PCB如图6-41所示。,42,43,七、泪滴使用,所谓泪珠滴，就是在印制导线与焊盘或过孔相连时，为了增强连接的牢固性，在连接处逐渐加大印制导线宽度。采用泪珠滴后，印制导线在接近焊盘或过孔时，线宽逐渐放大，形状就象一个泪珠，如图6-42所示。 添加泪珠滴时要求焊盘要比线宽大，一般在印制导线比较细时可以添加泪珠滴。,泪珠滴,44,45,参数设置完毕，单击“确认”按钮，系统自动添加泪珠滴。图6-44所示为添加泪珠滴的流水灯PCB，图中针对所有焊盘添加导线型泪珠滴。,46,八、设计规则检查（DRC）,设置DRC报告的内容,DRC检查的规则,47,各项规则设置完毕，单击“运行设计规则检查”按钮进行检测，系统将弹出“Message”窗口，如果PCB有违反规则的问题，将在窗口中显示错误信息，同时在PCB上高亮显示违规的对象，并生成一个报告文件，扩展名为“.DRC”，用户可以根据违规信息对PCB进行修改。 流水灯的设计规则检查报告如下，报告中有多处违规错误（“【”和“】”中的内容为添加的说明文字，实际不存在），用户必须根据实际情况分析是否需要修改。,48,DRC报告局部内容,