晶体二极管.ppt

1 第三节晶体二极管 定义 晶体二极管由一个PN结加上引出线和管壳构成 所以 二极管实际上就是一个PN结 种类 点接触型二极管 面接触型二极管 硅平面型二极管 1 2 一 基本结构 PN结加上管壳和引线 就成为半导体二极管 点接触型 面接触型 3 4 特点 点接触型二极管的结面积小 电容小 适用于高频 小电流的整流 检波 混频电路等 面接触型二极管的结面积大 结电容大 一般工作于低频电路下 硅平面型二极管的结面积大 通过的电流也大 5 一 二极管的特性 1 伏安特性 VAR 与PN结的VAR差不多 二极管的VAR也服从PN结方程 I IS eU UT 1 根据实测如下页图示 显然 在图中仍可用PN结方程来描述二极管的伏安特性 6 7 其中 Si U on 0 5 0 7VGe U on 0 1 0 3V2 其他特性 由于一只二极管就是一个PN结 故二极管的特性与PN结的特性差不多 也同样具有 单向导电性 温度特性 反向击穿特性 这里不再赘述 8 二 二极管的微变等效电路模型 9 10 工作点 静态工作点 增量 U I如果加到二极管上的电压U由直流电压UQ和叠加其上的增量电压 U组成 而U UQ U 则将产生的电流为I IQ I如图所示 Q为静态工作点 一般叠加在Q点的 I和 U之间的关系是非线性的 但当 U足够小 即当 U 0时 k曲 k直 因此 此时二极管对叠加在Q点上的微小增量而言 等效为一电阻rD的电阻值即为该直线段斜率的倒数 11 12 上述推导中ID IS eU VUT 1 为二极管在Q点时的电流 所以rD通常称为二极管的增量结电阻或肖特基电阻 再称为动态电阻 再考虑到PN结的串联电阻rs 晶体二极管的小信号电路模型如图 这一模型在 U极小时成立 故是线性电路 同时还考虑到了 U的工作频率较高时的PN结等效电容Cj 显然 晶体二极管的小信号模型受 U足够小的限制 工程上要求 U 5 2mV 13 三 理想二极管模型 理想二极管模型由直流电源Udd 理想二极管D和等效电阻R组成串联电路 符号 如下页图 特性 当U 0时 二极管D短路当U 0时 二极管D开路一般情况下 二极管在运用时都使用这一模型 14 15 四 晶体二极管电路分析方法 晶体二极管模型不同 采用的分析方法也有所不同 对一般的二极管电路我们可以有以下分析方法 利用伏安特性方程和电路方程联立求解 利用伏安特性曲线求解的图解分析法 简化分析法 利用二极管简化模型分析电路 微变等效电路分析法 将电路中的二极管用微变等效电路模型代替后来分析电路 常用于交流信号电路中 1 16 二极管 死区电压 0 5V 正向压降 0 7V 硅二极管 理想二极管 死区电压 0 正向压降 0 二极管的应用举例1 二极管半波整流 1 17 二极管的应用举例2 18 五 二极管的主要参数及选择原则 半导体器件的参数是对其特性的定量描述 是我们正确使用和合理选择元器件的依据 1 半导体二极管的主要参数有 最大整流电流IF 二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流 IF由PN结面积和外界散热条件决定 使用时 工作电流不能超过IF且须满足散热条件 否则将烧坏二极管 19 最大反向工作电压UR 指二极管在使用时所允许加的最大反向电压 一般地 取 UR 1 2 UBR 否则二极管将反向击穿 反向电流IR 指二极管未被击穿时的反电流值 IR越小 二极管的单向导电性越好 IR与温度有关 高温工作时要特别注意 最高工作频率fM 由PN结电容大小决定 信号频率若超过fM 二极管的单向导电性就不能很好体现 20 2 二极管的选择 要求导通电压低时选锗管 要求反向电流小时选硅管 要求导通电流大时选平面型 要求反向工作频率高时选点接触型 要求反向击穿电压高时选硅管 要求耐高温时选硅管 21 第四节稳压管 稳压管是我们要学的第二种管子 它是一种特殊的二极管 工作在反向击穿状态下 可以稳定电压 在电子电路中应用广泛 1 22 U IZ 稳压误差 曲线越陡 电压越稳定 UZ 一 结构 一只二极管二 特性 伏安特性等 23 一 稳压二极管的稳压原理 如上页图 当反向电压UZ达到一定数值以后 其反向电流IZ突然急剧增加 此时 反向电压只要有一个少量的增加 反向电流就会增加很多 即 IZ VZ 此时管子被击穿 而且为电击穿 非热击穿 管子在击穿后 通过其中的电流在很大范围内变化 而管子两端的电压变化范围却很小 这一现象使二极管在一定范围内能够起到稳定电压的作用 24 注意 这个 一定范围 就是管子由 击穿 转化为 稳压 的决定条件 管外电路必须有限制电流的措施 使电击穿不致于引起热击穿而损坏二极管 另外 利用反向击穿特性制成的二极管称为稳压管或齐纳二极管 主要用于产生稳定的电压 25 二 稳压管的符号及等效电路 1 符号 右上图 2 等效电路 右下图 D1表示稳压管正向偏置以及反向偏置但未击穿时等效为一普通二极管 D2rdUZ为称压管工作在反向击穿下的情况 D2为理想二极管rd为稳压管的动态电阻 UZ为稳压管的稳定工作电压值 26 三 稳压管的主要参数 1 稳定电压UZ 指稳压管中的电流为规定电流时 稳压管两端的电压 一般地 即使为同一型号的稳压管来说 UZ都具有较大的分散性 2 稳定电流IZ IZ为稳压管正常工作的参考电流值 可以有IZmin和IzmaxIZmin 保证可靠击穿所允许的最小反向电流 当IZ IZmin时 稳压效果差 或不能稳压 27 LZmax 保证稳压管安全工作所允许的最大反向电流 当IZ IZmax时 将使PN结过热而烧坏 当IZ较大 即使IZ IZmax 但管子的功率不超过额定功耗时 亦可以工作正常 3 动态电阻rZ rZ是稳压管两端的电压和通过稳压管的电流变化量之比 rZ UZ IZ4 额定功耗PZ 这是由管子允许温度升高所决定的参数 其数值为稳定电压VZ与允许的最大电流IZM和乘积PZ UZ IZM 28 5 温度系数 即说明稳定电压值受温度影响的参数 其数值为温度每升高1oC时 稳定电压值的相对变化量 如硅稳压管UZ低于4V时具有负温度系数 齐纳击穿 高于7V时具有正温度系数 雪崩击穿 因为齐纳击穿的UBR随T 而下降 雪崩击穿的UBR随T 而增加 1 29 4 稳定电流IZ 最大 最小稳定电流Izmax Izmin 5 最大允许功耗 三 稳压二极管的参数 概括 1 稳定电压UZ 3 动态电阻 30 四 稳压管的应用 稳压管正常工作的条件为 一是必须工作在反向击穿状态 利用正向特性稳压的除外 二是必须使稳压管中的电流处在IZmin与IZmax之间 稳压电路可以有多种实现电路 一般的稳压管稳压电路就是其中一种 1 31 负载电阻 要求当输入电压由正常值发生 20 波动时 负载电压基本不变 稳压二极管的应用举例 稳压管的技术参数 解 令输入电压达到上限时 流过稳压管的电流为Izmax 求 电阻R和输入电压ui的正常值 方程1