4晶體二極管.ppt

1、第三節(jié) 晶體二極管,定義：晶體二極管由一個PN結(jié)加上引出線和管殼構(gòu)成。所以，二極管實際上就是一個PN結(jié)。 種類：點接觸型二極管、面接觸型二極管、硅平面型二極管。,一、基本結(jié)構(gòu),PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。,點接觸型,面接觸型,特點：,點接觸型二極管的結(jié)面積小、電容小，適用于高頻、小電流的整流、檢波、混頻電路等。 面接觸型二極管的結(jié)面積大、結(jié)電容大，一般工作于低頻電路下。 硅平面型二極管的結(jié)面積大，通過的電流也大。,一、二極管的特性,1、伏安特性（VAR）： 與PN結(jié)的VAR差不多，二極管的VAR也服從PN結(jié)方程 ： I = IS (eU/UT -1) 根據(jù)實測如下頁圖示： 顯然

2、，在圖中仍可用PN結(jié)方程來描述二極管的伏安特性。,理想模型=理想開關(guān) 恒壓降模型=恒電壓源+開關(guān) 折線模型=橫電壓源+開關(guān)+電阻,其中： Si: U(on)= 0.5 0.7V Ge：U(on)= 0.1 0.3V 2、其他特性： 由于一只二極管就是一個PN結(jié)，故二極管的特性與PN結(jié)的特性差不多，也同樣具有： 單向?qū)щ娦浴囟忍匦?、反向擊穿特?（這里不再贅述）,二、二極管的微變等效電路模型,rj=vt/Iq,工作點、靜態(tài)工作點、增量U、I 如果加到二極管上的電壓U由直流電壓UQ和疊加其上的增量電壓U組成，而 U = UQ+U，則將產(chǎn)生的電流為 I=IQ+I 如圖所示：Q為靜態(tài)工作點，一般疊加

3、在Q點的I和U之間的關(guān)系是非線性的，但當(dāng)U足夠小，即當(dāng)U0時，k曲 k直。 因此，此時二極管對疊加在Q點上的微小增量而言，等效為一電阻rD的電阻值即為該直線段斜率的倒數(shù)：,j,j,j,上述推導(dǎo)中Ij=IS (eU/VUT-1)為二極管在Q點時的電流，所以rj通常稱為二極管的增量結(jié)電阻或肖特基電阻，再稱為動態(tài)電阻。 再考慮到PN結(jié)的串聯(lián)電阻rs，晶體二極管的小信號電路模型如圖： 這一模型在U極小時成立，故是線性電路，同時還考慮到了U的工作頻率較高時的PN結(jié)等效電容Cj。 顯然，晶體二極管的小信號模型受U足夠小的限制，工程上要求|U 5.2mV。,三、理想二極管模型,理想二極管模型由直流電源Udd

4、、理想二極管D和等效電阻R組成串聯(lián)電路。 符號：如下頁圖： 特性： 當(dāng) U 0時，二極管D短路 當(dāng) U 0時，二極管D開路 一般情況下，二極管在運用時都使用這一模型。,四、晶體二極管電路分析方法,晶體二極管模型不同，采用的分析方法也有所不同， 對一般的二極管電路我們可以有以下分析方法： 利用伏安特性方程和電路方程聯(lián)立求解； 利用伏安特性曲線求解的圖解分析法； 簡化分析法：利用二極管簡化模型分析電 路； 微變等效電路分析法：將電路中的二極管用微變等效電路模型代替后來分析電路，常用于交流信號電路中。,二極管： 死區(qū)電壓=0 .5V，正向壓降0.7V(硅二極管) 理想二極管：死區(qū)電壓=0 ，正向壓降

5、=0,二極管的應(yīng)用舉例1：二極管半波整流,二極管的應(yīng)用舉例2：,五、二極管的主要參數(shù)及選擇原則,半導(dǎo)體器件的參數(shù)是對其特性的定量描述，是我們正確使用和合理選擇元器件的依據(jù)。 1、半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)有： 最大整流電流IF ：二極管長期工作時允許通過的最大正向平均電流。 IF由PN結(jié)面積和外界散熱條件決定，使用時，工作電流不能超過IF且須滿足散熱條件，否則將燒壞二極管。, 最大反向工作電壓UR：指二極管在使用時所允許加的最大反向電壓，一般地，取: UR=1/2 UBR ，否則二極管將反向擊穿。 反向電流IR ：指二極管未被擊穿時的反電流值，IR越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶?，IR與溫度有關(guān)，高溫

6、工作時要特別注意。 最高工作頻率fM：由PN結(jié)電容大小決定，信號頻率若超過fM，二極管的單向?qū)щ娦跃筒荒芎芎皿w現(xiàn)。,2、二極管的選擇, 要求導(dǎo)通電壓低時選鍺管，要求反向電流小時選硅管。 要求導(dǎo)通電流大時選平面型，要求反向工作頻率高時選點接觸型。 要求反向擊穿電壓高時選硅管； 要求耐高溫時選硅管。,第四節(jié) 穩(wěn)壓管,穩(wěn)壓管是我們要學(xué)的第二種管子，它是一種特殊的二極管，工作在反向擊穿狀態(tài)下，可以穩(wěn)定電壓，在電子電路中應(yīng)用廣泛。,U,IZ,穩(wěn)壓誤差,曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。,-,UZ,一、結(jié)構(gòu)： 一只二極管 二、特性：伏安特性等,一、穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓原理：,如上頁圖：當(dāng)反向電壓UZ達到一定數(shù)值以后，其反

7、向電流IZ突然急劇增加，此時，反向電壓只要有一個少量的增加，反向電流就會增加很多，即IZVZ，此時管子被擊穿，而且為電擊穿，非熱擊穿。 管子在擊穿后，通過其中的電流在很大范圍內(nèi)變化，而管子兩端的電壓變化范圍卻很小，這一現(xiàn)象使二極管在一定范圍內(nèi)能夠起到穩(wěn)定電壓的作用。,注意：這個“一定范圍”就是管子由“擊穿”轉(zhuǎn)化為“穩(wěn)壓”的決定條件，管外電路必須有限制電流的措施，使電擊穿不致于引起熱擊穿而損壞二極管。 另外，利用反向擊穿特性制成的二極管稱為穩(wěn)壓管或齊納二極管，主要用于產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓。,二、穩(wěn)壓管的符號及等效電路,1、符號（右上圖） 2、等效電路（右下圖） D1表示穩(wěn)壓管正向偏置以及反向偏置但未擊

8、穿時等效為一普通二極管。 D2 rd UZ為稱壓管工作在反向擊穿下的情況。 D2為理想二極管 rd為穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻。 UZ為穩(wěn)壓管的穩(wěn)定工作電壓值。,三、穩(wěn)壓管的主要參數(shù),1、穩(wěn)定電壓UZ：指穩(wěn)壓管中的電流為規(guī)定電流時，穩(wěn)壓管兩端的電壓，一般地，即使為同一型號的穩(wěn)壓管來說，UZ都具有較大的分散性。 2. 穩(wěn)定電流IZ： IZ為穩(wěn)壓管正常工作的參考電流值，可以有IZmin和Izmax IZmin：保證可靠擊穿所允許的最小反向電流，當(dāng)IZ IZmin時，穩(wěn)壓效果差（或不能穩(wěn)壓）。,LZmax：保證穩(wěn)壓管安全工作所允許的最大反向電流，當(dāng)IZ IZmax時，將使PN 結(jié)過熱而燒壞。 當(dāng)IZ較大，即使

9、 IZ IZmax，但管子的功率不超過額定功耗時，亦可以工作正常。 3. 動態(tài)電阻rZ：rZ是穩(wěn)壓管兩端的電壓和通過穩(wěn)壓管的電流變化量之比。rZ=UZ/IZ 4、額定功耗PZ：這是由管子允許溫度升高所決定的參數(shù)，其數(shù)值為穩(wěn)定電壓VZ與允許的最大電流IZM和乘積PZ = UZIZM,5、溫度系數(shù)： 即說明穩(wěn)定電壓值受溫度影響的參數(shù)，其數(shù)值為溫度每升高1oC時，穩(wěn)定電壓值的相對變化量。如硅穩(wěn)壓管UZ低于4V時具有負溫度系數(shù)（齊納擊穿）高于7V時具有正溫度系數(shù)（雪崩擊穿）。（因為齊納擊穿的UBR隨T而下降，雪崩擊穿的UBR隨T而增加）。,（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。

10、,（5）最大允許功耗,三、穩(wěn)壓二極管的參數(shù)（概括）,（1）穩(wěn)定電壓 UZ,（3）動態(tài)電阻,四、穩(wěn)壓管的應(yīng)用：,穩(wěn)壓管正常工作的條件為： 一是必須工作在反向擊穿狀態(tài)（利用正向特性穩(wěn)壓的除外）； 二是必須使穩(wěn)壓管中的電流處在IZmin與IZmax之間。 穩(wěn)壓電路可以有多種實現(xiàn)電路，一般的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路就是其中一種。,負載電阻 。,要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生20%波動時，負載電壓基本不變。,穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例,穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):,解：令輸入電壓達到上限時，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmax 。,求：電阻R和輸入電壓 ui 的正常值。,方程1,令輸入電壓降到下限時，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmin 。,方程2,聯(lián)立方程1、2，可解得：,五、 其它二極管,二極管種類繁多，除普通二極管和穩(wěn)壓管外，還有： 變?nèi)荻O管：其增量電容值隨外加反向電壓而變化； 發(fā)光二極管：導(dǎo)通時可發(fā)光，截止時不發(fā)光。 其它：肖待基表面墊壘二極管、隧道二極管、光敏二極管等。,測試二極管的好壞：使用萬用表測試二極管性能的好壞，測試前先把萬用表的轉(zhuǎn)換開 關(guān)撥到歐姆檔的RX1K檔位（注意不要使用RX1檔，以免電流過大 燒壞二極管），再將紅、黑兩根表筆短路，進行歐姆調(diào)零。1、正向特性測試把萬用表的黑表筆（表內(nèi)正極）搭觸二極管的 正極，紅表筆（表內(nèi)負極）搭觸二極