模擬電子電路2章2(XXXX02)西北工業(yè)大學(xué)

1、2.3 二極管2.3.2二極管的結(jié)構(gòu)類(lèi)型2.3.3二極管的特性曲線(xiàn)2.3.4 晶體二極管的參數(shù)2.3.4二極管的基本應(yīng)用電路2.3.5特殊二極管2.3.6 穩(wěn)壓二極管及穩(wěn)壓電路晶體二極管的模型2.3.1外特性分析方法特殊二極管2021/9/1212.3 二極管2.3.1 二極管的結(jié)構(gòu)類(lèi)型2.3.2 二極管的特性曲線(xiàn)2.3.3 二極管的參數(shù)2021/9/1222.3.1 晶體二極管的結(jié)構(gòu)類(lèi)型 在PN結(jié)上加上引線(xiàn)和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類(lèi)。(1) 點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(a)點(diǎn)接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖20

2、21/9/123二極管的結(jié)構(gòu)示意圖(c)平面型(3) 平面型二極管 往往用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。(2) 面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型2021/9/124總結(jié)2021/9/1252021/9/1262.3.2 晶體二極管的伏安特性曲線(xiàn)二極管的伏安特性曲線(xiàn)晶體二極管的電路符號(hào)正向伏安特性曲線(xiàn)反向伏安特性曲線(xiàn)2021/9/1272.3.2 晶體二極管的伏安特性曲線(xiàn) 式中IS 為反向飽和電流，UD 為二極管兩端的電壓降，UT =kT/q 稱(chēng)為溫度的電壓當(dāng)量，k為玻耳茲曼常數(shù)，q 為電子電荷量，T 為熱力學(xué)溫度。對(duì)于

3、室溫（相當(dāng)T=300 K），則有UT=26 mV。根據(jù)理論推導(dǎo)，二極管的伏安特性曲線(xiàn)可用下式表示：2021/9/128二極管的伏安特性曲線(xiàn)圖示2021/9/129(1) 正向特性 1、當(dāng)0uUD(ON)時(shí)，正向電流為零，UD(ON) 稱(chēng)為死區(qū)電壓或開(kāi)啟電壓。 當(dāng)u0即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段： 2、當(dāng)uUD(ON)時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。UD(ON) 2021/9/1210(2) 反向特性 當(dāng)u0時(shí)，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個(gè)區(qū)域： 1、 當(dāng)UBRu0時(shí)，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時(shí)的反向電流也稱(chēng)反向飽和電流IS 。 、當(dāng)uUBR時(shí)，反向

4、電流急劇增加，UBR稱(chēng)為反向擊穿電壓 。2021/9/1211在反向區(qū)，硅、鍺二極管的特性有所不同。 硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡， 反向飽和電流也很小； 鍺二極管的反向擊穿特性比較軟，過(guò)渡比較 圓滑，反向飽和電流較大。 從擊穿的機(jī)理上看，硅二極管 若|UBR|7V時(shí),主要是雪崩擊穿； 若|UBR|5V時(shí), 則主要是齊納擊穿。 當(dāng)在5V7V之間兩種擊穿都有，有可能獲得零溫度系數(shù)點(diǎn)。(3) 反向擊穿特性2021/9/1212 正向偏置二極管小功率正常工作時(shí)，管壓降變化范圍很小，硅二極管為：U D(ON)=0.5 0.7V 鍺二極管為：U D(ON)=0. 0.V硅二極管的反向飽和電流也很

5、小。.1uA鍺二極管的反向飽和電流較大。幾十uA2021/9/12132.3.3晶體二極管的參數(shù) 1、 最大整流電流IF二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許通過(guò)二極管的最大整流電流的平均值。2、 反向擊穿電壓UBR二極管反向電流急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值稱(chēng)為反向擊穿電壓VBR。2021/9/12143、 反向電流IR5、最高工作 頻率fM在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級(jí)；鍺二極管在微安(A)級(jí)。fM與結(jié)電容有關(guān)，ffM時(shí)，單向?qū)щ娦员悴睢?4、極間電容(反向恢復(fù)時(shí)間)2021/9/12152.4 二極管基本電路及分析方法 二極管是

6、一種非線(xiàn)性器件3.4.1 二極管的圖解分析2021/9/12162.4 二極管基本電路及分析方法 二極管是一種非線(xiàn)性器件,在大信號(hào)工作時(shí)，其非線(xiàn)性表現(xiàn)為單向?qū)щ娦?，而?dǎo)通后所呈現(xiàn)的非線(xiàn)性往往是次要的。在不同條件下，可采用不同的近似方法來(lái)等效二極管。通常采用三種模型：、理想模型、簡(jiǎn)化模型、折線(xiàn)模型3.4.2 晶體二極管的模型2021/9/12172.4.1 晶體二極管的模型一、理想模型正向：UD(on)=0 反向： IR=0 理想二極管：ui2021/9/1218二、恒壓模型簡(jiǎn)化二極管：iuB0BUD(on)UD(on)正向：UD(on)=反向： IR=0 2.4.1 晶體二極管的模型2021/

7、9/1219三、折線(xiàn)模型折線(xiàn)二極管：iuB0BUD(on)正向：UD(on)=反向： IR=0 UD(on)rD2.4.1 晶體二極管的模型2021/9/1220三、折線(xiàn)模型iuB0BUD(on)VD(on)rD2.4.1 晶體二極管的模型2021/9/12212.4.2 二極管基本應(yīng)用電路一、整流二、限幅三、電平選擇2021/9/12221、半波整流一、整流2021/9/12232、全波整流U2aU2bU2aU2bU2bU2aU2aU2bU2aU2b2021/9/12242、全波整流U2U2U2U22021/9/12252021/9/1226 當(dāng)輸入信號(hào)電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí), 輸出電壓隨輸

8、入電壓相應(yīng)變化； 當(dāng)輸入電壓超出該范圍時(shí), 輸出電壓保持不變。 將輸出電壓vo開(kāi)始不變的電壓值稱(chēng)為限幅電平。 當(dāng)輸入電壓高于限幅電平時(shí), 輸出電壓保持不 變的限幅稱(chēng)為上限幅。 當(dāng)輸入電壓低于限幅電平時(shí), 輸出電壓保持不 變的限幅稱(chēng)為下限幅。二. 限幅電路限幅的概念2021/9/1227并聯(lián)二極管上限幅電路 二、限幅改變值就可改變限幅電平。2021/9/1228 V, 限幅電平為V。u時(shí)二極管導(dǎo)通, uoV； uiV, 二極管截止, uou。波形如圖(a)所示。 Um, 則限幅電平為。u, 二極管截止, uou；u, 二極管導(dǎo)通, uo。波形圖如圖 ()所示。Um, 則限幅電平為-E, 波形圖如

9、圖 ()所示。 2021/9/1229二極管并聯(lián)上限幅電路波形關(guān)系VVmVm2021/9/1230并聯(lián)下限幅電路 UDUi+Uo+ER并聯(lián)上限幅電路UDUi+Uo+ER2021/9/1231串聯(lián)限幅電路2021/9/1232雙向限幅電路 2021/9/12332.4.2 二極管基本應(yīng)用電路一、整流二、限幅三、電平選擇2021/9/1234三、電平選擇電路 圖 (a) 給出了一個(gè)二極管電平選擇電路，其中二極管D1和D2為理想二極管，輸入信號(hào)ui1和ui2的幅度均小于電源電壓E，波形如圖 (b) 所示。分析電路的工作原理，并作出輸出信號(hào)uo的波形。 2021/9/1235解：因?yàn)閡i1和ui2均小

10、于E，所以D1和D2至少有一個(gè)導(dǎo)通。（1）設(shè)ui1 ui2，則D2導(dǎo)通，D1截止，uo = ui2；（3）當(dāng)ui1 = ui2時(shí)，D1和D2才同時(shí)導(dǎo)通，uo = ui1 = ui2。（4）功能：電路完成低電平選擇，當(dāng)高、低電平分別代表邏輯1和邏輯0時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了邏輯“與”運(yùn)算。 2021/9/1236四、二極管門(mén)電路 二極管“與”門(mén)電路 2021/9/12372二極管門(mén)電路 二極管“或”門(mén)電路 2021/9/12382.5 特殊二極管穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管。伏安特性曲線(xiàn)與二極管的伏安特性曲線(xiàn)完全一樣。2.5.1 穩(wěn)壓二極管及基本應(yīng)用電路（b）伏安特性 (c) 應(yīng)用電路(b)(c

11、)(a)符號(hào)92021/9/1239一、穩(wěn)壓作用 電流增量很大的變化，只引起電壓增量很小的變化。穩(wěn)壓特性2021/9/1240 (1) 穩(wěn)定電壓UZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。二、主要參數(shù)2021/9/1241 (2) 最大耗散功率 PZM 穩(wěn)壓管的最大功率損耗取決于PN結(jié)的面積和散熱等條件。反向工作時(shí)PN結(jié)的功率損耗為 PZ= UZ IZ，由 PZM和UZ可以決定IZmax。 (4) 最大穩(wěn)定工作電流 IZmax 和最小穩(wěn)定工作 電流IZmin 穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即PZmax =UZIZmax 。而Izmin對(duì)應(yīng)UZmin。 若IZIZ

12、min則不能穩(wěn)壓。二、主要參數(shù)2021/9/1242(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)VZ 溫度的變化將使VZ改變，在穩(wěn)壓管中當(dāng)VZ 5.7 V時(shí)，VZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。 當(dāng)VZ5 .7V時(shí)，VZ具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。 當(dāng)5 VVZ 7 V時(shí)，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。二、主要參數(shù)2021/9/1243 2、電阻的作用一是起限流作用， （1）保護(hù)穩(wěn)壓管 （2）當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，通過(guò)該電阻上電壓降的變化起到穩(wěn)壓作用。三、應(yīng)用 3、 使用時(shí)必須對(duì)流過(guò)管子的電流加以控制 1、穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)應(yīng)反接，并串入一只電阻。2021

13、/9/1244三、應(yīng)用a、反偏；b、IZ必須在穩(wěn)定最小電流IZmin和最大電流IZmax之間，即: IZmin IZ IZmax工作條件： IZDZILRLV0ViR+-2021/9/1245三、應(yīng)用工作條件：IZmin IZ IZmax1、Ui=Ui min，RL=RLMin時(shí)IZ最?。?IZDZILRLV0ViR2021/9/1246三、應(yīng)用工作條件：IZmin IZ IZmax2、Ui=Ui max，RL=RLMax時(shí)IZ最大：結(jié)論： IZDZILRLU0UiR2021/9/1247其它二極管變?nèi)荻O管光電子器件光電二極管 發(fā)光二極管 激光二極管2021/9/12482021/9/1249 優(yōu)點(diǎn)：開(kāi)關(guān)頻率高正向壓降低缺點(diǎn)：反向擊穿電壓比較低 2021/9/12502021/9/1251晶體二極管圖片2021/9/12522021/9/12532021/9/12542021/9/12553.3.3 晶體二極管的參數(shù) 一、 直流電阻二、交流電阻二極管兩端所加的直流電壓VD與流過(guò)的直流電流ID之比。二極管在其工作狀態(tài)（VD， ID ）的電壓微變量與電流微變量之比。在常溫下：由得：2021/9/1256*3.3.3 晶體二極管的溫度特