第 1 章.2二极管.ppt

1、,1.2.5 二极管结构及主要参数,半导体二极管:,将PN结引出电极，加上封装构成,二极管符号,1. 二极管的结构,(1) 点接触型二极管,PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路,(2) 面接触型二极管,PN结面积大， 用于工频大电流整流电路,(3) 平面型二极管,PN 结面积可大可小， 用于集成电路制造工艺、高频整流和开关电路中,(1) 最大整流电流 IF,(2) 反向击穿电压 VBR 和 最大反向工作电压 VRM,2. 二极管的主要参数,二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压VBR。 为安全计，在实际工作时，一般:,VRM = 1/2 VBR,(3) 反向电流

2、 IR,在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。,硅二极管的反向电流一般在纳安(n A)级； 锗二极管在微安(A)级。,(4) 正向压降VF,在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下约0.60.8V；锗二极管约0.20.3V。,(6) 极间电容C j,(5) 动态电阻 rd,反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。 rd 与工作电流的大小有关,即,PN结处于反向击穿状态时，通过的电流变化很大，而反偏端电压几乎不变，这样一种特性，被用来制成稳压二极管。,3. 稳压二极管,从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极管的参数。,稳压二

3、极管的伏安特性曲线,(1) 稳定电压VZ ,在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。,(2) 动态电阻r Z ,概念与一般二极管的动态电阻相同,稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。,(3) 最大耗散功率PZM,稳压管的最大功率 损耗取决于PN结的 面积和散热等条件。,反向工作时PN结的功率损耗,PZ = VZ IZ,由 PZM 和VZ可以决定 I Z max,(4) 最大稳定工作电流 IZ max 和最小稳定工作电流 IZ min,稳压管的最大稳定 工作电流取决于最大耗散功率,PZ max =VZ I Z max,IZ min对应于VZ min,若IZI Z min，

4、则不能起稳压作用。,稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。,电阻的作用,限流作用，以保护稳压管；,输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用,1.3 半导体二极管电路的等效模型及分析方法,1.3.1 半导体二极管在电路中的等效模型,电路如下图所示,计算需采用数值迭代法，分析计算过程复杂，指数模型一般只用于计算机仿真。,1. 指数模型,二极管流过的电流与其端电压之间呈指数关系,伏安特性,真实地反映了实际二极管的工作特性。,在具体应用中，利用伏安特性曲线， 用作图的方法来分析二极管电路。,简化模型：二极管V- I 特性,2. 理想开

5、关模型,二极管的导通电压降可以忽略 二极管可视为理想元件电路模型？,3. 恒压降模型,VD（on） = 0.7V（硅） VD（on） = 0.2V（锗）,4. 折线模型,二极管特性曲线在Q点的斜率为,动态等效电阻,VD 和 rd 与等效前二极管工作点的关系,5. 小信号电路模型,当外加信号工作在特性曲线的某一小范围内时，二极管的电流将与外加电压的变化成线性关系，可用小信号模型来进行等效。,Q点未加交流信号时，外电路设置的静态工作点。,VQ、IQ Q点处二极管的端电压及流过二极管的电流,二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效为:,微变电阻,常温下（T=300K）,简单应用电路分

6、析,限幅,初步分析依据二极管的单向导电性,二极管状态判断,整流,显然，v 0 与 v I 的关系由D 的状态决定,而且，D 处于反向截止时最简单！,D导通：,D截止：,D导通的条件？,D导通的条件,分析思路,若D正向导通，则？,若D反向截止，则相当于开路,正向导通分析方法： 图解法 等效电路（模型）法 将非线性 线性,二极管的用途： 整流、检波、限幅、箝位、开关、 元器件保护、温度补偿等。,应用电路举例,2CP1（硅）， IF = 1mA， VBR = 40V。求VD、ID。,例1.1,二极管状态判断方法,假设D截止(开路)求D两端开路电压,二极管状态判断,正偏,D正向导通！,反偏：D反向截止

7、,ID = 0,VD = -10V,反偏： D反向击穿,普通：热击穿损坏,VD = - VBR = -40V,齐纳：电击穿,电路如下图所示，判断D的状态,例1.2,解：,假设D截止(开路)，,与假设不符，故二极管导通,此时D两端的开路电压为,试判断图题中二极管导通还是截止，为什么?,例1.3,解：,假设D截止(开路)，此时等效电路为,此时D两端的开路电压为,与假设不符，故二极管导通,电路如图，求：VAB,例1.4,若忽略二极管正向压降，二极管VD2可看作短路，UAB = 0 V ，VD1截止。,解：,取 B 点作参考点,V2 阳电压高VD2导通。,试画出 u o 波形。,已知：,二极管是理想的

8、,例1.5,解：,D导通，可看作短路,例1.6,已知VDD=10V ，求VD、ID。,解：,VDD=10V 时,（1）理想开关模型,（2）恒压降模型,（3）折线模型,如图所示。试画出输出波形。,例1.7,| vi |0.7V时 D1、D2有一个导通， 所以v o =0.7V,|vi |0.7V时 D1、D2截止， 所以v o=vi,分析方法小结恒压降模型,假设D截止（开路）求D两端开路电压,1.3.2 半导体二极管电路的分析方法,1. 图解法,（）静态工作点的图解,根据电路原理，两者端电压和电流相等,两线交点Q为静态工作点，对应的IQ为静态电流， VQ为静态电压。,图解法关键画直线,线性部分

9、直流负载线,非线性部分指数特性,静态工作点 Q ？,（）交流信号的图解,线性电路方程,直流负载线斜率？,为何要设立静态工作点Q ?,2. 工程近似法,1） 整流电路,2）限幅电路,当输入电压超过或低于某一参考值后，限幅电路输出电压将被限制在某一电平（称作限幅电平）不随输入电压变化。,若二极管具有理想的开关特性,串联下限幅电路,二极管反接时：,限幅特性,3）低电压稳压电路,当电源出现波动或者负载发生改变引起输出电压的变化，采用二极管稳压电路稳定输出电压。,4）静态工作点的近似计算,在求二极管的直流工作状态时，常取管子的导通电压为其静态电压，静态电流由回路参数决定。,通过二极管的直流电流 IQ,二极管的静态工作点为：,恒压降模型,3. 小信号等效分析法,例1.8,解：,输入交流信号较小时，可将二极管视为线性元件，用引线电阻体电阻串联来等效。,小信号等效电路：,已知伏安特性,求v D、i D