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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 5V左右 锗管约0 1V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 300K 下 UT 26mV 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CjCj 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vD VT 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 6sin tV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 10VR 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 IIZ 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