模電課件第二章二極管及其放大電路.ppt

1、第二章 半導(dǎo)體二極管及其電路,信息工程學(xué)院 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程組,2020/11/10,TAKE A REST,2020/11/10,2. 半導(dǎo)體二極管及其基本電路,半導(dǎo)體基本知識,PN結(jié)的形成和特性,半導(dǎo)體二極管(diode),特殊二極管,/wiki/Diode,術(shù)語,/wiki/PN_junction,/wiki/Semiconductor_device,作業(yè),2020/11/10,半導(dǎo)體二極管,一、二極管的結(jié)構(gòu),二極管 = PN結(jié) + 管殼 + 引線,結(jié)構(gòu),符

2、號,二、二極管的伏安特性,三、二極管的主要參數(shù),分類,型號,四、二極管的等效模型和應(yīng)用電路,2020/11/10,二極管分類（按管芯結(jié)構(gòu)）,1. 點(diǎn)接觸型二極管,N型鍺,正極引線,負(fù)極引線,外殼,金屬觸絲,PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，只允許通過較小電流（不超過幾十毫安） 用于檢波和變頻等高頻小電流電路。 eg. 鍺1N34A,2. 平面型二極管,用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用于開關(guān)、脈沖和高頻電路中。,3. 面接觸型二極管,PN結(jié)面積大，允許通過較大電流（幾到幾十安）用于工頻大電流整流電路,2020/11/10,二極管的型號,國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：,2AP9,用

3、數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。,器件的類型，P為普通管，Z為整流管，K為開關(guān)管,器件的材料，A為N型Ge，B為P型Ge， C為N型Si， D為P型Si。,2代表二極管，3代表三極管。,2020/11/10,二極管的伏安特性,硅：0.5 V,1. 正向特性,導(dǎo)通壓降,2. 反向特性,死區(qū) 電壓,實(shí)驗(yàn)曲線,硅：(0.60.8) V,鍺：0.1 V,鍺：(0.10.3V),2020/11/10,二極管的主要參數(shù),1. 最大整流電流IF：,2. 反向擊穿電壓VBR和最高反向工作電壓VRM ：,3. 反向電流IR：,室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安(A)

4、級。,二極管長期連續(xù)工作時(shí)，允許通過二極管的最大正向電流的平均值。,二極管反向電流急劇增加時(shí)對應(yīng)的反向電壓值，反向擊穿時(shí)的電壓值。,極間電容Cd、反向恢復(fù)時(shí)間TRR等,4. 最高工作頻率fM：,2020/11/10,二極管基本電路及分析方法,一、*簡單二極管電路的圖解分析法,二、二極管電路的簡化模型分析法（簡單有效、工程近似）,二極管基于VI特性的模型,模型分析法應(yīng)用舉例 整流電路 靜態(tài)工作情況分析 限幅電路 開關(guān)電路 低電壓穩(wěn)壓電路 小信號工作情況分析,2020/11/10,圖解分析法,應(yīng)用場合：電路中非線性器件的特性曲線已知,例1 電路以及二極管伏安特性曲線如圖，已知電源VDD和電阻R，求

5、二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流iD。,復(fù)雜、局限性,Q：工作點(diǎn),2020/11/10,二極管簡化模型1,1理想模型,正偏：,二極管電源電壓遠(yuǎn)大于二極管的正向管壓降,2020/11/10,二極管簡化模型2,2恒壓降模型（ID1mA ）,3折線模型,0.7V,2020/11/10,二極管簡化模型3,4小信號模型,2020/11/10,二極管簡化模型4,5PN結(jié)高頻電路模型(康華光五版P77),高頻或開關(guān)狀態(tài)運(yùn)用,rs ：半導(dǎo)體體電阻,rd ：結(jié)電阻,CD ：擴(kuò)散電容,CB ：勢壘電容,Cd ：結(jié)電容，包括勢壘電容與擴(kuò)散電容的總效果,PN結(jié)正向偏置： rd 阻值較?。籆d 主要取決于擴(kuò)散電容,

6、PN結(jié)反向偏置： rd 阻值很大；Cd 主要取決于勢壘電容,2020/11/10,整流電路,例2 二極管基本電路如圖所示，已知vs為正弦波。試?yán)枚O管理想模型，定性地繪出vo的波形。,半波整流電路,2020/11/10,靜態(tài)工作情況分析,例3 設(shè)簡單硅二極管基本電路及習(xí)慣畫法如圖所示，R=10k。對于下列兩種情況，求電路的ID和VD的值：,（1）VDD=10V； （2） VDD=1V,2020/11/10,限幅電路,例4 一限幅電路如圖所示，R=1k，VREF=3V，二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型：,（1）求解vI=0V、4V、6V時(shí)相應(yīng)的輸出電壓vO之值； （2）繪出當(dāng)vI=

7、6sint（V）相應(yīng)的輸出電壓波形,2020/11/10,開關(guān)電路,例5 二極管電路如圖所示，利用二極管理想模型求解:當(dāng)vI1和vI2為0V或5V 時(shí)，求vI1和vI2的值不同組合情況下，輸出電壓vo的值。,開關(guān)電路習(xí)慣畫法,開關(guān)電路理想模型,VCC,2020/11/10,低電壓穩(wěn)壓電路,例6 低電壓穩(wěn)壓電路如圖所示，利用二極管的正向壓降特性，合理選取電路參數(shù)，對于硅二極管可以獲得輸出電壓vO（=VD）近似等于0.7V，若采用幾只二極管串聯(lián)，則可獲得1V以上的輸出電壓。,2020/11/10,小信號工作情況分析,例7 如圖所示二極管電路中，VDD=5V ，R=5k，恒壓降模型的VD=0.7V，

8、vs=0.1sint （V）：,（1）求輸出電壓vO的交流量和總量； （2）繪出vO的波形,直流通路,交流通路,2020/11/10,穩(wěn)壓管（齊納二極管） 面結(jié)型硅半導(dǎo)體二極管 穩(wěn)定電壓為反向擊穿（齊納）電壓VZ 代表符號、V-I特性、反向擊穿時(shí)的模型 主要參數(shù)：VZ、 IZ（min）、 IZ（max）、rZ、PZM、 并聯(lián)式穩(wěn)壓電路 應(yīng)用舉例,VZ0,特殊二極管1,代表符號,IZT,Q,VZ,IZ(min),2020/11/10,特殊二極管2(了解),變?nèi)荻O管(varicap) 結(jié)電容隨外加反向電壓的增加而減小 符號(P89圖3.5.5a) 結(jié)電容與電壓的關(guān)系曲線(P89圖3.5.5b),

9、肖特基二極管(SBD) 金屬-半導(dǎo)體結(jié)二極管(表面勢壘二極管) 符號(陽極連接金屬、陰極連接N型半導(dǎo)體) 正向V-I特性(P89圖3.5.6) 多子導(dǎo)電，電容效應(yīng)?。癸柡停?，工作速度快 正向?qū)ㄩT坎電壓和正向壓降都比PN結(jié)二極管小 反向擊穿電壓較小，反向漏電流比PN結(jié)二極管大,光電子器件 光電二極管：反向電流與照度成正比，光電轉(zhuǎn)換 發(fā)光二極管：電子與空穴復(fù)合，顯示器件、電光轉(zhuǎn)換 激光二極管（半導(dǎo)體激光器）：發(fā)射帶寬極窄的同調(diào)光(coherent light),2020/11/10,并聯(lián)式穩(wěn)壓電路,例8 穩(wěn)壓電路如圖所示，設(shè)R=180，VI=10V，RL=1k，穩(wěn)壓管的VZ=6.8V，IZT=

10、10mA，r ZT=20，IZ（min）=5mA。試分析當(dāng)VI出現(xiàn) 1V的變化時(shí)，VO的變化是多少？,2020/11/10,穩(wěn)壓管應(yīng)用舉例1,例9 設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，作為車載收音機(jī)的供電電源。已知收音機(jī)直流電源為9V，音量最大時(shí)應(yīng)供給功率0.5W。汽車上的供電電源在1213.6V之間波動(dòng)。要求選用合適的穩(wěn)壓管（IZ（min）、 IZ（max）、VZ、PZM），以及合適的限流電阻（阻值、額定功率）,2020/11/10,穩(wěn)壓管應(yīng)用舉例2,例2.2.1 如圖所示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓VZ=6V，最小穩(wěn)定電流 IZ（min）=5mA，最大穩(wěn)定電流 IZ（max）=25mA，負(fù)載電阻

11、RL=600，求限流電阻R的取值范圍。,2020/11/10,常見二極管外形,2020/11/10,晶體二極管(貓須),2020/11/10,Types of semiconductor diode,Diode,Schottky diode,Zener diode,Tunnel diode,Light-emitting diode,Photodiode,Varicap,Silicon controlled rectifier,2020/11/10,術(shù)語1,Diode：anode（陽極）、cathode （陰極） thermionic diodes：熱游離二極管（真空管） rectifying

12、property：整流特性（rectifiers） varicap：變?nèi)荻O管（電子式的可調(diào)電容器） unidirectional electric current property：單向電流特性/單向?qū)щ娦?forward biased condition：正向偏置條件 reverse biased condition：反向偏置條件 non-linear electrical characteristic：非線性特性 silicon or germanium：硅或鍺 “cats whisker” crystals devices：貓須晶體器件 vacuum tube devices：真空管

13、semiconductor p-n junctions：半導(dǎo)體PN結(jié) Schottky diode：肖特基二極管 currentvoltage characteristic, or IV curve：伏安特性 Carriers：載流子 depletion layer or depletion region：耗盡層,2020/11/10,術(shù)語2,conduction band (mobile) electrons ：束縛電子 donor and acceptor impurities：雜質(zhì)半導(dǎo)體 peak inverse voltage：峰值反向電壓 avalanche diode：雪崩二極管 zener diode：齊納二極管 Light-emitting diode：發(fā)光二極管 Photodiode：光電二極管 Silicon controlled rectifier：可控硅 Tunnel diode：隧道二極管 Schottky diode：肖特基二極管 Varicap