模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)01-2講義二極管課件

1.2半導(dǎo)體二極管◆半導(dǎo)體二極管是由PN結(jié)加上引出線和管殼構(gòu)成的。1、按照所用的半導(dǎo)體材料：可分為鍺管和硅管。2、根據(jù)其不同用途：可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管等。3、按照管芯結(jié)構(gòu)：可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。一、二極管的分類往往用于集成電路制造工藝中。結(jié)面積大，則用于大功率整流。結(jié)面積小，則用于高頻、脈沖和開關(guān)電路中。二極管的符號二、二極管的伏安特性半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線如圖所示。處于第一象限的是正向伏安特性曲線，處于第三象限的是反向伏安特性曲線。根據(jù)理論推導(dǎo)，二極管的伏安特性曲線可用下式表示反向特性當(dāng)V＜0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)VBR＜V＜0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)的反向電流也稱反向飽和電流IS

。②當(dāng)V≤VBR時(shí)，反向電流急劇增加，VBR稱為反向擊穿電壓。這個(gè)特性也稱反向擊穿特性。

溫度升高時(shí)，由于少數(shù)載流子增加，反向電流急劇增加。三、二極管的參數(shù)

①最大整流電流IF②反向擊穿電壓VBR由于電流通過PN結(jié)，使得管子發(fā)熱，電流達(dá)到一定程度，管子因過熱而燒壞。③最大反向工作電壓VRM指管子長期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。指管子反向擊穿時(shí)的電壓。在實(shí)際工作時(shí)，最大反向工作電壓VRM一般只按反向擊穿電壓VBR的一半計(jì)算。

⑤正向壓降VF在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。小電流硅二極管的正向壓降在中等電流水平下，約0.6V～0.8V；鍺二極管約0.1V～0.3V。

⑥最高工作頻率fM二極管工作的上限頻率，超過該頻率，結(jié)電容起作用，二極管將不能很好的體現(xiàn)單向?qū)щ娦浴?/p>

④反向電流IR指管子未擊穿之前的反向電流，其值愈小，則管子的單向?qū)щ娦杂?。由于反向電流與溫度有關(guān)，所以使用二極管時(shí)注意溫度的影響。

例題二極管基本電路如圖所示，VDD=10V，應(yīng)用理想模型求解電路的VD和ID。ID=（VDD-VD）／R=（10-0）V／10KΩ=1mA

解VD=0V◆恒壓降模型

當(dāng)流過二極管的電流近似等于或大于1mA時(shí)，可以認(rèn)為二極管導(dǎo)通后，管壓降是恒定的，且不隨電流而變；硅管為0.7伏，鍺管為0.3伏。例題硅二極管基本電路如圖所示，VDD=10V，應(yīng)用恒壓降模型求解電路的VD和ID。解VD=0.7VID=（VDD-VD）／R=（10-0.7）V／10KΩ=0.93mA

例題硅二極管基本電路如圖所示，VDD=10V，應(yīng)用折線模型求解電路的VD和ID。解rD=(V-Vth)/I=(0.7-0.5)V/1mA=0.2KΩID=（VDD-Vth）／(R+rD)=（10-0.5）V／(10+0.2)KΩ=0.931mAVD=VDD-IDR=10-0.931×10=0.69V◆小信號模型

如果二極管工作在V-I特性的某一小范圍內(nèi)工作時(shí)，則可以把V-I特性看成一條直線，其斜率的倒數(shù)就是微變電阻rd例題：1、限幅電路：它是用來讓信號在預(yù)置的電平范圍內(nèi)，有選擇地傳輸一部分。一限幅電路如圖所示，R=1KΩ，VREF=3V。當(dāng)Ui=6sinωt(V)時(shí)，利用恒壓降模型繪出相應(yīng)的輸出電壓UO的波形。二極管的恒壓降為0.7V。解①Ui<3.7V時(shí)D截止，UO=Ui;②Ui>3.7V時(shí)D導(dǎo)通，UO=0.7+3=3.7V五、二極管應(yīng)用舉例2、開關(guān)電路：利用二極管的單向?qū)щ娦砸越油ɑ驍嚅_電路，這在數(shù)字電路中廣泛應(yīng)用。例題：二極管開關(guān)電路如圖所示，當(dāng)Ui1和Ui2為0V或5V時(shí)，求Ui1和Ui2的值不同組合情況下，輸出電壓Uo的值。設(shè)二極管是理想的。Ui1Ui2(單位V)二極管工作狀態(tài)UO(單位V)D1D200055055截止截止截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通05553、整流電路：將交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動的直流電壓。例題：單相橋式整流電路如圖所示，電源US為正弦波電壓，試?yán)L出負(fù)載RL兩端的電壓波形，設(shè)二極管為理想的。解Ui>0V時(shí)D2、D3導(dǎo)通，UO=UiUi≤0V時(shí)D4、D1導(dǎo)通，UO=-Ui1、穩(wěn)壓管的伏安特性①穩(wěn)壓管的雜質(zhì)濃度比較大，空間電荷區(qū)內(nèi)的電荷密度也大，該區(qū)域也很窄，容易形成強(qiáng)電場（強(qiáng)電場容易引起齊納擊穿）。②當(dāng)反向電壓加到某一定值時(shí)VZ，產(chǎn)生反向擊穿，反向電流急劇增加，只要控制反向電流不超過一定值，管子就不會損壞。2、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)

①穩(wěn)定電壓VZ指規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓低的為3V，高的可達(dá)300V，它的正向電壓約為0.6V。

②穩(wěn)定電流IZ（Izmin~

Izmax）指穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)的參考電流。電流低于Izmin時(shí)穩(wěn)壓效果變壞，甚至根本不穩(wěn)壓；只要不超過穩(wěn)壓管的額定功率，電流越大，穩(wěn)壓效果越好。

③額定功耗PZM指穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流的乘積。

④溫度系數(shù)α指溫度每變化1℃時(shí)穩(wěn)壓值的變化量。VZ小于4V的管子具有負(fù)溫度系數(shù)，VZ大于7V的管子具有正溫度系數(shù)。4V至7V的管子溫度系數(shù)非常小。

⑤動態(tài)電阻rz指穩(wěn)壓管兩端的電壓變化與電流變化之比。曲線越陡，動態(tài)電阻愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好。穩(wěn)壓電路如圖所示，直流輸入電壓VI的電壓在12V~13.6V之間。負(fù)載為9V的收音機(jī)，當(dāng)它的音量最大時(shí)，需供給的功率為0.5W。穩(wěn)壓管的VZ=9V，穩(wěn)定電流IZmin=5mA，額定功率為1W，R=51Ω。試分析穩(wěn)壓管電路能否正常工作。例題收音機(jī)所需電流流過R的電流為流過穩(wěn)壓管的電流為解由于收音機(jī)音量最大時(shí)，穩(wěn)壓管流過的電流穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流范圍為：所以穩(wěn)壓管失去了穩(wěn)壓作用?！艄怆姸O管光電二極管的結(jié)構(gòu)與普通二極管類似，但在它的PN結(jié)處，通過管殼上的一個(gè)玻璃窗口能接收外部的光照。這種器件的PN結(jié)在反向偏置狀態(tài)下運(yùn)行，它的反向電流隨光照度的增加而上升。它的符號如圖所示。光電二極管基本電路接法：反接工作區(qū)：反向偏置作用：把光信號轉(zhuǎn)換成電信號◆發(fā)光二極管