模电 第三章2(第五版)——康华光.ppt

两种类型半导体二极管 点接触型特点 结面积小 通过较小的电流 CB CD较小 用于小功率 高频电路 如 检波 开关等 面接触型特点 结面积大 能通过较大的电流 但CB CD较大 用于大功率 低频电路 如 整流等 阴极 阳极 CB势垒电容 CD扩散电容 两者之和为结电容 3 3半导体二极管3 3 1结构 3 3 2二极管的伏 安特性与PN结大体相同但因引线电阻和半导体电阻的存在 正向电流较小 反偏时由于表面漏电流的存在使反向电流增加 1 正向特性加正向电压VD 当VD Vth 电流迅速上升 Vth 门限电压 当VD Vth 外电场较小 不足以克服PN结的内电场 因而正向电流几乎为零 称之为死区 门限电压Vth 硅二极管 0 5V锗二极管 0 1V 管压降 硅二极管 0 7V锗二极管 0 2V 2 反向特性加反向电压时 反偏使PN结的内电场得到加强 只有少数载流子在反向电压下通过PN结 反向电流 反向饱和电流 很小 锗管大 硅管小 3 反向击穿特性反向电压增加到一定程度时 反向电流剧增 PN结发热 当热量超过PN结的极限 发生击穿 二极管烧毁 3 3 3二极管的主要技术参数1 最大整流电流IF 最大正向平均电流 不能超过此值 2 反向击穿电压VBR 反向击穿时的电压值 3 反向电流IR 未击穿时的反向电流值 其值越小 表明管子的单向导电性越好 但易受温度影响 4 极间电容Cd Cd CD CB 在高频和开关状态下必须考虑 5 最高工作频率fM fM主要由结电容大小决定 超过此值 二极管的单向导电性变差 说明 限于制造工艺 同一型号的管子 其参数的离散性也很大 正向平均电流IF和最高反向工作电压VBR是最主要的参数 使用时要特别注意 Q 由KVL得 3 4基本电路及其分析方法二极管正向V I特性的建模在电子电路中应用广泛 如在整流 检波 开关控制 稳压 限幅 变容 发光指示等电路中的应用 3 4 1简单二极管电路的图解分析方法 VDD R VDD R ID VD 斜率为 1 R的负载线 工作点 负载线与V I特性曲线的交点 注 此方法只适用于V I特性曲线已知的情况 VDD 3 4 2正向V I特性的建模 1 理想模型看成理想二极管 正向导通 压降为0V 反向截止 电流为0 用于 工作电压较高 压降相对可以忽略的情况下 2 恒压降模型在电路分析时 将正向电压看成一定值 如 锗管VD 0 2V 硅管VD 0 7V 较接近二极管的实际情况 3 折线模型在恒压降模型的基础上 再串一开门电阻rD 在一定范围内 V I曲线看成线性关系 rD V I 0 7 0 5 1mA 200 注 ID 1mA时 rD 200 适用于信号变化范围较大 4 小信号模型iD IS eVD VT 1 iD对vD微分 求出电导gdgd diD dvD d IS eVD VT dvD ID VT Q点 由此可得 rd 1 gd VT ID 26 mV ID mA PN结电阻 3 4 3模型分析法应用举例1 静态工作情况分析可分别用理想 恒压降 折线模型 求静态时的ID和VD 低压稳压就是利用二极管的正向导通压降 此图是习惯画法 2 限幅电路若vi Vmsin t 当Vm VREF Vth时 正半周被限幅 实用电路 小功率稳压电路 D1可以不用 Vo VD2 3 开关电路利用二极管的单向导电性能 通 断 VO Vi1 Vi2 数字逻辑电路逻辑 与 AND 此图也是习惯画法 4 低电压稳压3V以下的稳压 可利用二极管的正向导通压降 将几个二极管同向串连起来使用 每个二极管为0 5 0 75V 5 整流和检波 解 1 输入电压不高 且VREF 3V 选折线模型 Vth 0 5V Vi 0 则Vo 0VVi 4V 则Vo VREF Vth Vi Vth VREF rD R rD 3 583VVi 6V 则Vo VREF Vth Vi Vth VREF rD R rD 3 917VD采用理想模型 Vo均为0V 3V 3V D采用恒压降模型 Vo分别0V 3 7V 3 7V 硅二极管 例3 1 一限幅电路如图所示 已知VREF 3V 求 1 Vi 0V 4V 6V时Vo的值 2 Vi 6sin t V 时 画出Vo的波形 Vi 3 5V时 D截止 Vo ViVi VREF Vth 3 5V时 Vo VREF Vth Vi Vth VREF rD R rD 例3 1 一限幅电路如图所示 已知VREF 3V 求 2 Vi 6sin t V 时 画出Vo的波形 传输特性发生转折 斜率为 rD R rD 0 17 VO为的波形可通过传输特性绘出 Vi 3 5V Vo Vi 解 2 先画出电路的Vi Vo传输特性 Vi V Vo Vi Vo VREF Vth Vi VREF Vth Vi Vth VREF rD R rD 解 去掉二极管D 以公共端为参考点 可求得 VA 1V VC 2 5V VB VC 1V 1 5V VB VA D截止 当18K与2K互换 D导通 例3 2 试判别图示电路中二极管是导通还是截止的 为什么 思路 先断开D 求A B两点的电位 当A点的电位比B点的电位高则D导通 否则D不导通 例3 3 求图示电路中流过二极管的电流ID 解 断开D后 求端口1 2之间的戴维宁等效电路 UOC 4 5VReq 2KID 4 5 0 7 2K 2mA 例3 4 若上图D支路串有2K电阻 D是否导通 设VD 0 7V 求VO 解 UOC 4 5V D正偏 D导通VO VD 4 5 0 7 2K 2K 2K 0 7 1 9 2 6V 伏安特性 正向 同PN结 反向 VI VZ 高阻 ID很小 VI VZ 击穿 可稳定在VZ上 稳压作用 当 IZ很大时 VZ很小 动态电阻为rZ V I 越小 稳压性能越好 主要参数 稳定电压VZ 稳定电流IZ 动态电阻rZ 温度系数 3 5特殊二极管3 5 1齐纳二极管 稳压二极管 VBR与掺杂工艺的关 杂质浓度大 反向击穿电压低 用于小功率稳压电路 稳压原理 IO变化较大时 VO变化较小 当VCC或RL变化时 能自动调整IZ的大小使VR IR R改变 从而使VO基本不变 例如 当VCC变大 RL不变时的调节过程如下 VCC VO IZ IR VR VO 应用举例 并联式稳压电路 3 5 4光电子器件1 发光二极管 在电子仪器 仪表及家用电器中作 电源 功能指示用 颜色有 红 绿 黄等 工作电压 2V 工作电流 1 10mA 使用时应加限流电阻R 2 光电二极管反向电流随光照度变化而变化 用途 光控计数 光控电源