电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件

1、电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件1.2.5 二极管结构及主要参数二极管结构及主要参数半导体二极管半导体二极管: :将将PNPN结引出电极，加上封装构成结引出电极，加上封装构成正极（阳极）正极（阳极）负极（阴极）负极（阴极）N NP P二极管符号二极管符号按结构分类按结构分类点接触型点接触型 面接触型面接触型 1. 二极管的结构二极管的结构电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件(1) 点接触型二极管点接触型二极管PN结面积结面积小小，结电容小结电容小，用于检波和变频等高频电路用于检波和变频等高频电路电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件(2) 面接触型二极管面

2、接触型二极管PN结面积结面积大大，用于工频大电流整流电路用于工频大电流整流电路电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件(3) 平面型二极管平面型二极管PN 结面积结面积可大可小可大可小，用于集成电路制造工艺、高频整流和开关用于集成电路制造工艺、高频整流和开关电路中电路中电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件(1) 最大整流电流最大整流电流 IF(2) 反向击穿电压反向击穿电压 VBR 和和最大反向工作电压最大反向工作电压 VRM 二极管反向电流急剧增加时对应的反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向电压值称为

3、反向击穿电压VBR。 为安全计，在实际工作时，一般为安全计，在实际工作时，一般: 电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件(3) 反向电流反向电流 IR在室温下，在规定的反向电压下，一般在室温下，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。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硅二极管的反向电流一般在纳安(n A)级；级；锗二极管在微安锗二极管在微安( A)级。级。(4) 正向压降正向压降VF 在规定的正向电流下，二极管的正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在中等电流

4、水平下约0.60.8V；锗二极；锗二极管约管约0.20.3V。电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件(6) 极间电容极间电容C j(5) 动态电阻动态电阻 rd 反映了二极管正向特性曲线斜率的反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。倒数。 rd 与工作电流的大小有关与工作电流的大小有关即即电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件 PN结处于结处于反向击穿状态反向击穿状态时，通过的时，通过的电流变化很大，而反偏端电压几乎不电流变化很大，而反偏端电压几乎不变，这样一种特性，被用来制成稳压变，这样一种特性，被用来制成稳压二极管。二极管。 电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件

5、 从稳压二极管从稳压二极管的伏安特性曲线的伏安特性曲线上可以确定稳压上可以确定稳压二极管的参数。二极管的参数。稳压二极管的伏安特性曲线稳压二极管的伏安特性曲线电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件在规定的稳压管反在规定的稳压管反向工作电流向工作电流I IZ Z下，下，所对应的反向工作所对应的反向工作电压。电压。电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件 概念与一般二极管的概念与一般二极管的动态电阻相同动态电阻相同稳压二极管的动态稳压二极管的动态电阻是从它的反向电阻是从它的反向特性上求取的。特性上求取的。电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件稳压管的最大功率稳压管的最大

6、功率损耗取决于损耗取决于PN结的结的面积和散热等条件。面积和散热等条件。反向工作时反向工作时PN结的功率损耗结的功率损耗由由 PZM 和和VZ可以决定可以决定 I Z max电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件稳压管的最大稳定稳压管的最大稳定工作电流取决于最工作电流取决于最大耗散功率大耗散功率IZ min对应于对应于VZ min若若IZI Z min，则不能起稳压作用。则不能起稳压作用。电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件 稳压二极管在工作时应反接，并串稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。入一只电阻。限流作用，以保限流作用，以保护稳压管；护稳压管；输入电压或负载电

7、流变化时，通过该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，从而起到稳压调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用作用电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件1.3 半导体二极管电路的等效模型及半导体二极管电路的等效模型及分析方法分析方法1.3.1 半导体二极管在电路中半导体二极管在电路中的等效模型的等效模型电路如下图所示电路如下图所示电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件计算需采用数值迭代法，分析计算过程复杂，计算需采用数值迭代法，分析计算过程复杂，指数指数模型模型一般只用于计算机仿真。一般只用于计算

8、机仿真。1. 指数模型指数模型真实地反映了实际二极管的工作特性。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，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。用作图的方法来分析二极管电路。电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件简化模型：简化模型：二极管二极管V- I 特性特性)7 . 0()(VVVonD二极管的导通电压降可以忽略二极管的导通电压降可以忽略二极管可视为理想元件二极管可视为理想元件电路电路电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件VD（on） = 0.7V（硅）（硅） VD（on）

9、= 0.2V（锗）（锗）电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件 当外加信号工作在特性曲线的某一小范围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。性关系，可用小信号模型来进行等效。电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件Q点点未加交流信号时，外电路设置未加交流信号时，外电路设置的静态工作点。的静态工作点。VQ、IQ Q点处点处二极管的端电压二极管的端电压及流过二极管的及流过二极管

10、的电流电流电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件 二极管工作在正向特性的某一小范围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内时，其正向特性可以等效为:微变电阻微变电阻电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件常温下（常温下（T=300K）电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件简单应用电路分析简单应用电路分析限幅限幅初步分析初步分析依据二极管的单向导电性依据二极管的单向导电性 二极管状态判断二极管状态判断整流整流电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课

11、件显然，显然，v 0 与与 v I 的关系由的关系由D 的状态决定的状态决定而且，而且，D 处于处于反向截止反向截止时最简单！时最简单！电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件D导通：导通：D截止：截止：电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件D导通的条件导通的条件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件若若D正向导通，则？正向导通，则？若若D反向截止，则相当于开路反向截止，则相当于开路电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件正向导通分析方法：正向导通分析方法：l图解法图解法l等效电路（模型）法等效电路（模型）法 将非线性将非线性 线性线性电子线路(清华大学出版

12、社董尚斌主编)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件 2CP1（硅），（硅）， IF = 1mA，VBR = 40V。求。求VD、ID。电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件假设假设D截止截止(开路开路)求求D两端开路电压两端开路电压电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件 二极管状态判断二极管状态判断电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件正偏正偏D正向导通！正向导通！电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件反偏：反偏：D反向截止反向截止 ID = 0VD = -10V反偏：反偏： D反向

13、击穿反向击穿普通：热击穿损坏普通：热击穿损坏VD = - VBR = -40V齐纳：电击穿齐纳：电击穿电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件电路如下图所示，判断电路如下图所示，判断D的状态的状态例例1.2电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件解：解：假设假设D截止截止(开路开路)，与假设不符，故二极管导通与假设不符，故二极管导通此时此时D两端的开路电压为两端的开路电压为电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件试判断图题中二极管导通还是截试判断图题中二极管导通还是截止，为什么止，为什么? 例例1.3电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件解：解：假设假设D截止

14、截止(开路开路)，此时等效电路为，此时等效电路为电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件此时此时D两端的开路电压为两端的开路电压为与假设不符，故二极管导通与假设不符，故二极管导通电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件电路如图，求：电路如图，求：VAB电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件 若忽略二极管正向压降，二极管若忽略二极管正向压降，二极管VD2可看作短路，可看作短路，UAB = 0 V ，VD1截止。截止。取取 B 点作点作参考点参考点V2 阳阳电压高电压高VD2导通。导通。 电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件试画出试画出 u o 波形。波形。已

15、知：已知：V sin18tui 二极管是理想的二极管是理想的例例1.5电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件解：解：D导通，可看作短路导通，可看作短路电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件例例1.6已知已知VDD=10V ，求，求VD、ID。电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件解：解：VDD=10V 时时（1）理想开关模型）理想开关模型电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件（2）恒压降模型）恒压降模型电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件（3）折线模型）折线模型电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编

16、)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件如图所示。试画出输出波形。如图所示。试画出输出波形。例例1.7电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件| vi |0.7V时时 D1、D2有一个导通，有一个导通，所以所以v o =0.7V|vi |0.7V时时D1、D2截止，截止，所以所以v o=vi电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件恒压降模型恒压降模型假设假设D截止（开路）求截止（开路）求D两端开路电压两端开路电压电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件1.3.2 半导体二极管电路的分析方法半导体二极管电路的分析方法1. 图解法图解法电子线路(清华大

17、学出版社董尚斌主编)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件联立求解，可得联立求解，可得VD、ID图解法图解法直线与伏安直线与伏安特性的交点特性的交点根据电路原理，两者根据电路原理，两者端电压和电流相等端电压和电流相等两线交点两线交点Q为静态工作点，对应的为静态工作点，对应的IQ为静态为静态电流，电流， VQ为静态电压。为静态电压。电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件图解法关键图解法关键画直线画直线线性部分线性部分 直流负载线直流负载线电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件非线性部分非线性部分指数特性指数

18、特性静态工作点静态工作点 Q ？电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件静态分析静态分析v i = 0VI = 0叠加原理叠加原理动态分析动态分析电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件相关。与相应变化，但斜率只负载线将在随RvViDD)(RitVVRiVvDimDDDDDDsin 电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件为何要设立静态工作点为何要设立静态工作点Q ?电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件2. 工程近似法工程近似法电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件 当输入电压超过或低于某一参考值后，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。（称作限幅电平）不随输入电压变化。电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件若二极管具有理想的开关特性若二极管具有理想的开关特性电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件二极管反接时：二极管反接时：限幅特性限幅特性电子线路(清华大学出版社董尚斌主编)2二极管课件