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第3次课 半导体二极管,主要内容 二极管的结构 二极管的分类 二极管的特性 二极管的主要参数 二极管电路的分析 稳压二极管 目的要求 了解二极管的结构及分类 掌握二极管的特性及其应用 理解二极管的主要参数 重点：二极管的外特性及其应用,将PN 结封装在塑料、玻璃或金属外壳里，再从P 区和N 区分别焊出两根引线作阳、阴极。,一、二极管的结构,符号,一、二极管的结构,发光二极管的舞台效果,二、二极管的类型,按材料分 硅二极管 锗二极管 按结构分 点接触型二极管-不允许通过较大的电流，可在高频下工作 面接触型二极管-结面积大，允许流过的电流大，但只能在较低频率下工作 按用途分 整流二极管 稳压二极管 检波二极管 开关二极管 发光二极管 变容二极管 ,三、二极管的特性,伏安特性 正向伏安特性 反向伏安特性 击穿特性 温度特性 电容特性,1、伏安特性,流过二极管的电流与加在二极管两端的电压的关系曲线 I = f (U )就是二极管的伏安特性。,正向特性,硅管的伏安特性,击穿电压,反向特性,锗管的伏安特性,死区电压,正向特性,当正向电压较小时，正向电流很小，几乎为零。 死区 死区电压（门坎电压） 死区电压与材料和温度有关 硅管约 0.5 V 左右，锗管约 0.1 V 左右 当正向电压超过死区电压后，随着电压的升高，正向电流迅速增大 硅管导通电压0.7V 锗管导通电压0.2V,死区,反向特性,二极管加反向电压，反向电流很小。 当电压超过零点几伏后，反向电流不随电压增加而增大，即饱和； 击穿反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电流会突然增大。 反向击穿电压 电击穿可逆击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电压降低后，还可恢复正常。 热击穿不可逆,伏安特性表达式(二极管方程),其中，IS 反向饱和电流 UT 温度的电压当量；在常温(300 K)下，UT 26 mV,二极管加反向电压，即 U UT ，则,二极管加正向电压，即 U 0，且 U UT ，则,电流I 与电压U 基本成指数关系。,伏安特性总结,二极管具有单向导电性 加正向电压时，导通，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合 加反向电压时，截止，呈现很大的反向电阻，如同开关断开 应用：整流二极管 检波二极管 开关二极管 二极管是非线性器件 实践：如何用万用表检测二极管？,2、击穿特性,击穿-反向电压大到一定数值时，反向电流会突然快速增大。 电击穿可逆 热击穿不可逆 应用：稳压管,温度升高时，反向饱和电流增大，正向电流也增大。温度升高10，IS 约增加1倍。,3、温度特性,应用:温度补偿二极管,4、电容特性,结电容Cj Cj=CD+CB 应用：变容二极管,最大整流电流 IF 二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。 最高反向工作电压 UR 工作时允许加在二极管两端的反向电压值。通常将击穿电压 UBR 的一半定义为 UR 。 反向电流 IR 最高工作频率fM fM 值主要 决定于PN 结结电容的大小。结电容愈大，二极管允许的最高工作频率愈低。,四、二极管的主要参数,五、二极管电路的分析,图解分析法 简化模型分析法 二极管的模型 理想模型 （） 恒压降模型（） 折线模型 小信号模型 简化模型分析法,例 电路如图所示，已知二极管的V-I 特性曲线、电源VDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD 。,1、图解分析法,解：由电路的KVL方程，可得,即,是一条斜率为-1/R 的直线，称为负载线,Q 的坐标值（VD，ID）即为所求，Q点称为电路的工作点。,VDD,VDD / R,VD,ID,Q,负载线,2、二极管的简化模型,2、二极管的简化模型,（4）小信号模型,过Q点的切线可以等效成一个微变电阻,即,根据,得Q点处的微变电导,则,常温下（T=300K）,（a）V-I 特性 （b）电路模型,2、二极管的简化模型,小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点Q有关。 该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且vDVT 。,（1）开关电路,电路如图所示，二极管为理想二极管，求A、O 间的电压值,解： 判断二极管导通情况,则接D阳极的电位为-6V，接阴极的电位为-12V。,阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。,导通后，D的压降等于零，即A点的电位就是D阳极的电位。,所以，A、O间的电压值为-6V。,3、简化模型分析法举例,0V,-6V,-12V,断开D，以O为基准电位， 即O点为0V。, 计算,思考：若电路含有多个二极管，怎么计算？,3、简化模型分析法举例,（2）整流电路,（a）电路图,（b）vs的波形,（c）vo的波形,（3）限幅电路 电路如图(a)，R = 1k，VREF = 3V，二极管为硅管。分别用理想模型 和恒压降模型求解，当vI = 6sint V时，绘出相应的输出电压vO的波形。,3、简化模型分析法举例,理想模型,恒压降模型,怎样双向限幅？,（4）静态工作情况分析,理想模型,硅管 VDD=10V R=10k,恒压降模型,（a）简单二极管电路 （b）习惯画法,3、简化模型分析法举例,符号,六、稳压管,伏安特性曲线 稳压原理：在反向击穿区，反向电流有一个比较大的变化时，管子两端相应的电压变化量却很小。,工作区：反向击穿区,主要参数 稳定电压 UZ 稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压 稳定电流 IZ 正常工作的参考电流。I IZ ，只要不超过额定功耗即可。 动态电阻 电压温度系数 额定功耗,六、稳压管,六、稳压管,稳压管电路,使用注意事项 外加电源的正极接