极管及其基本电路34节.ppt

3 3二极管3 3 1二极管的结构3 3 2二极管的伏安特性3 3 3二极管的主要参数 1 3二极管及其基本电路 在PN结上加上引线和封装 就成为一个二极管 二极管分类材料 硅二极管和锗二极管用途 整流 稳压 开关 普通二极管结构 工艺 点接触型 面接触型 3 3 1二极管的结构 小功率二极管 大功率二极管 稳压二极管 发光二极管 3 3 1二极管的结构 1 点接触型二极管 PN结面积小 所以极间电容小 适用于高频电路和数字电路 不能承受高的反向电压和大电流 集成电路中的平面型二极管 往往用于集成电路制造工艺中 PN结面积可大可小 用于高频整流和开关电路中 2 面接触型二极管 PN结面积大 可承受较大的电流 但极间电容也大 适用于整流电路 不宜用于高频电路 b 面接触型 二极管的代表符号 3 3 2二极管的伏安特性 二极管的伏安特性曲线 正向特性 反向特性 反向击穿特性 1 正向特性 正向电压低于某一数值时 正向电流很小 只有当正向电压高于某一值后 才有明显的正向电流 该电压称为门限电压或死区电压Vth 硅管的Vth约为0 5V 锗管的Vth约为0 1V 通常认为 当正向电压大于Vth时 二极管导通 2 反向特性 二极管加反向电压 反向电流数值很小 且基本不变 称反向饱和电流 硅管反向饱和电流为纳安数量级 锗管的为微安数量级 反向电流随温度升高而明显增加 3 反向击穿特性 当反向电压加到一定值 VBR 时 反向电流剧增 即反向击穿 普通二极管反向击穿电压一般在几十伏以上 高反压管可达几千伏 3 3 2二极管的伏安特性 二极管的温度特性 二极管的特性对温度很敏感 温度升高 正向特性曲线向左移 反向特性曲线向下移 其规律是 在室温附近 在同一电流下 温度每升高 正向压降减小 V 温度每升高 反向电流约增大1倍 器件参数是其特性的定量描述 是正确使用和合理选择器件的依据 1 最大整流电流IF2 反向击穿电压VBR和最高反向工作电压VRM3 反向电流IR4 极间电容Cd5 反向恢复时间TRR 3 3 3二极管的主要参数 管子正常运行时 允许通过的最大正向平均电流 管子反向击穿时的电压值为反向击穿电压 击穿时 反向电流剧增 二极管的单向导电性被破坏 甚至因过热而损坏 一般手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半 以确保管子安全运行 管子未被击穿时的反向电流 其值愈小 则管子的单向导电性愈好 极间电容是反映二极管中PN结电容效应的参数 Cd CD CB 在高频和开关状态运用时 必须考虑极间电容的影响 当二极管外加电压极性翻转时 其原工作状态不能在瞬间完全随之变化 3 4二极管的基本电路及其分析方法3 4 1简单二极管电路的图解分析方法3 4 2二极管电路的简化模型分析方法 10 3二极管及其基本电路 二极管是一种非线性器件 因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法 相对来说比较复杂 而图解分析法则较简单 但前提条件是已知二极管的V I特性曲线 3 4 1简单二极管电路的图解分析方法 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 例3 4 1图示电路 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 3 4 2二极管电路的简化模型分析方法 1 二极管V I特性的建模 将指数模型分段线性化 得到二极管特性的等效模型 1 二极管V I特性的建模 当iD 1mA时 vD 0 7V 硅管 4 小信号模型 vs 0时 Q点称为静态工作点 反映直流时的工作状态 vs Vmsin t时 Vm VDD 将Q点附近小范围内的V I特性线性化 得到小信号模型 即以Q点为切点的一条直线 注意 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vD VT 在静态工作点Q附近小范围内 二极管V I特性近似为以Q点为切点的一条直线 其斜率的倒数即微变电阻rd 由 得Q点处的微变电导 则 常温下 T 300K 4 小信号模型 a V I特性 b 电路模型 3 4 2二极管电路的简化模型分析方法 2 模型分析法应用举例 1 整流电路 a 电路图 b vs和vo的波形 2 二极管的静态工作情况分析 理想模型 恒压模型 硅二极管典型值 折线模型 硅二极管典型值 设 a 简单二极管电路 b 习惯画法 a 简单二极管电路 b 习惯画法 2 二极管的静态工作情况分析 理想模型 恒压模型 硅二极管典型值 折线模型 硅二极管典型值 设 俩结果说明 3 限幅电路 电路如图 R 1k VREF 3V 二极管为硅二极管 分别用理想模型和恒压降模型求解 当vI 6sin tV时 绘出相应的输出电压vO的波形 分析 4 开关电路 电路如图所示 求AO的电压值 解 先断开D 以O为基准电位 即O点为0V 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 AO的电压值为 6V P81例3 4 5 P82图3 4 12 5 低电压稳压电路 直流通路 交流通路 静态 动态等概念 在放大电路的分析中非常重要 6 小信号工作情况分析 图示电路中 VDD 5V R 5k 恒压降模型的VD 0 7V vs 0 1sinwtV 1 求输出电压vO的交流量和总量 2 绘出vO的波形 解 1 已知二极管D的正向导通管压降VD 0 6V C为隔直电容 vi t 为小信号交流信号源 试求 1 二极管的静态工作电流IDQ 以及二极管的直流导通电阻R