模電課程設(shè)計(jì)二極管特性的研究

1、課程設(shè)計(jì)（論文）課程名稱(chēng)：模擬電子線路電課程設(shè)計(jì) 題 目：二極管特性的研究 院 （系）： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 摘 要半導(dǎo)體二極管是由PN結(jié)用外殼封裝起來(lái)，并加上電極引線構(gòu)成的。常見(jiàn)的二極管結(jié)構(gòu)有：點(diǎn)接觸型二極管，由一根金屬絲經(jīng)過(guò)特殊工藝與半導(dǎo)體表面相接形成PN結(jié)。因而結(jié)面積小，不能通過(guò)較大的電流。但其結(jié)電容較小，一般在1pF一下，工作頻率可達(dá)100MHz以上。因此適用于高頻電路和小功率整流；面接觸性二極管，是采用合金法工藝制成的。結(jié)面積大，能夠流過(guò)較大的電流，但其結(jié)電容大，因而只能在較低頻率下工作，一般僅作為整流管。平面二極管，是采用擴(kuò)散法制成的，結(jié)面積較大的可用于大功

2、率整流，結(jié)面積小的可作為脈沖數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)管。二極管的特性：具有單方向?qū)щ娦?。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。二極管的管壓降：硅二極管（不發(fā)光類(lèi)型）正向管壓降0.7V，銖管正向管壓降為0.3V，發(fā)光二極管正向管壓降隨不同發(fā)光顏色而不同。二極管的電壓與電流不是線性關(guān)系，所以將不同的二極管并聯(lián)時(shí)候要接相適應(yīng)的電阻。二極管的主要參數(shù)：用來(lái)表示二極管的性能好壞和適應(yīng)范圍的技術(shù)指標(biāo)。最大整流電流IF最高反向工作電壓UR 反向電流IR最高工作頻率fM 。 關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體二極管 管壓降 目 錄1緒論第1頁(yè)2設(shè)計(jì)任務(wù)第2頁(yè)3設(shè)計(jì)電路第3頁(yè)4結(jié)論總結(jié)第7頁(yè)5收獲心得第7頁(yè)6參考文獻(xiàn)第7頁(yè)二極管

3、交流特性的研究1緒論 EWB基于PC平臺(tái)的電子設(shè)計(jì)軟件，它提供了一個(gè)功能全名的SPICE A/D系統(tǒng)，支持模擬和數(shù)字混合電路的分析和設(shè)計(jì)，創(chuàng)造了集成的一體化設(shè)計(jì)環(huán)境，把電路原理圖的輸入、仿真和分析緊密地結(jié)合起來(lái)。系統(tǒng)將SPICE仿真器完全集成在原理圖輸入和測(cè)試儀器等工具中。與其他Windows環(huán)境下的系統(tǒng)軟件相類(lèi)似，它具有圖形化界面，提供按鈕時(shí)的工具欄，各個(gè)菜單中各個(gè)選項(xiàng)的物理意義一目了然。在輸入原理圖時(shí)，自動(dòng)地將其編輯成網(wǎng)絡(luò)表送到仿真器，加快建立和管理時(shí)間；而在仿真過(guò)程中，若改變?cè)O(shè)計(jì)，則立刻獲得該變化所帶來(lái)的影響，實(shí)現(xiàn)了交互式的設(shè)計(jì)和仿真。 MultisimV7是EWB的新產(chǎn)品，具有更為龐大

4、的元器件模型參數(shù)庫(kù)和更為齊全的儀器儀表庫(kù)；除了具有SPICE A/D全部分析功能外，還包含萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器、示波器、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、失真分析儀、頻率計(jì)、邏輯分析儀、波特圖儀、瓦特表等18種虛擬儀器儀表，可模擬實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的操作進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)。因而，通過(guò)學(xué)習(xí)Multisim，可以提高仿真能力，綜合能力和設(shè)計(jì)能力，還可以進(jìn)一步提高實(shí)踐能力。 二極管的工作原理，晶體二極管為一個(gè)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的P-N結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外

5、界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，P-N結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱(chēng)為二極管的擊穿現(xiàn)象。P-N結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。 2設(shè)計(jì)任務(wù)題目：研究二極管的交流特性從二極管的正向特性出發(fā)，將二極管的正極接在高電位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會(huì)導(dǎo)通，這種連接方式，稱(chēng)為正向偏置。必須說(shuō)明，當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時(shí)，二極管仍

6、然不能導(dǎo)通，流過(guò)二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱(chēng)為“門(mén)坎電壓”，又稱(chēng)“死區(qū)電壓”，鍺管約為0.1V，硅管約為0.5V）以后，二極管才能直正導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為0.3V，硅管約為0.7V），稱(chēng)為二極管的“正向壓降”。從二極管的反向特性出發(fā)，二極管的正極接在低電位端，負(fù)極接在高電位端，此時(shí)二極管中幾乎沒(méi)有電流流過(guò)，此時(shí)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱(chēng)為反向偏置。二極管處于反向偏置時(shí)，仍然會(huì)有微弱的反向電流流過(guò)二極管，稱(chēng)為漏電流。當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會(huì)急劇增大，二極管將失去單方向?qū)щ娞匦?，這種狀態(tài)稱(chēng)為二極管

7、的擊穿。 在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)該先檢查二極管是否好壞，先把萬(wàn)用表的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥到歐姆檔的RX10檔位（注意不要使用RX1檔，以免電流過(guò)大燒壞二極管），再將紅、黑兩根表筆短路，進(jìn)行歐姆調(diào)零。利用正向特性測(cè)試把萬(wàn)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(fù)極）搭觸二極管的負(fù)極。若表針不擺到0值而是停在標(biāo)度盤(pán)的中間，這時(shí)的阻值就是二極管的正向電阻，一般正向電阻越小越好。若正向電阻為0值，說(shuō)明管芯短路損壞，若正向電阻接近無(wú)窮大值，說(shuō)明管芯斷路。短路和斷路的管子都不能使用。利用反向特性測(cè)試把萬(wàn)用表的紅表筆搭觸二極管的正極，黑表筆搭觸二極管的負(fù)極，若表針指在無(wú)窮大值或接近無(wú)窮大值，二極管就是合格的。當(dāng)然我

8、們現(xiàn)在用Multisim軟件實(shí)驗(yàn)前先不用判斷二極管是否好壞，直接通過(guò)仿真電路，因?yàn)橹挥性诘皖l小信號(hào)下二極管才能等效成一個(gè)電阻，所以仿真電路圖中的交流信號(hào)的頻率為1KHz、數(shù)值為10mV（有效值）。由于交流信號(hào)很小，輸出電壓不失真，故可以認(rèn)為直流電壓表（側(cè)平均值）的讀數(shù)是電阻上直流電壓值。在直流電流不同時(shí)二極管管壓降的變化。利用直流電壓表測(cè)電阻上電壓，從而得到二極管管壓降。在直流電流不同時(shí)二極管交流等效電阻的變化。利用示波器測(cè)得電阻上交流電壓的峰值，從而得到二極管交流電壓的峰值。 3設(shè)計(jì)電路圖一直流電源為1V時(shí)的電路圖和測(cè)量結(jié)果 圖二為直流電源電壓為1V的波形圖 圖三為直流電源電壓為4V時(shí)的電路

9、圖和測(cè)試結(jié)果圖四為直流電源電壓為4V時(shí)的波形圖二極管直流電壓UD,交流電壓Ud,有：UD=U-UR,Ud=U-UrU=1V時(shí) Ud=10mV-9.649mV=0.351mVU=4V時(shí) Ud=10mV-9.93mV=0.07mV表1仿真數(shù)據(jù)直流電源V1/V交流信號(hào)V2/mVR交流電壓Ur/mV二極管交流電壓Ud/mV1109.6490.3514109.930.074結(jié)論總結(jié)比較直流電源在1V和4V兩種情況下二極管的直流管壓降可知，二極管的直流電流越大，管壓降越大，直流管壓降不是常量。比較直流電源電壓在1V和4V兩種情況下二極管的交流管壓降可知，二極管的直流電流越大，其交流管壓降越小，說(shuō)明隨著靜態(tài)電流的增大，動(dòng)態(tài)電阻將減??；兩種情況下電阻的交流壓降均接近輸入交流電壓值，說(shuō)明二極管的動(dòng)態(tài)電阻很小。5收獲與得經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我收獲了很多，先是這個(gè)Multisim軟件，當(dāng)時(shí)下載下來(lái)就不會(huì)用，研究了整整一個(gè)下午，才慢慢的開(kāi)始會(huì)連接電路圖，當(dāng)電路圖連接好了，卻測(cè)不出波形圖，心情是無(wú)比的沮喪，經(jīng)過(guò)幾次反復(fù)電路圖的修改最終把波形圖測(cè)試出來(lái)，當(dāng)看到穩(wěn)定的波形圖時(shí)那心情是無(wú)比的激動(dòng)、喜悅，有一種成就感，也讓我對(duì)二極管的特性有了更深入的了解，我覺(jué)得不管干什么都要持之以恒，堅(jiān)持不懈，困難并不可怕，可怕的是我們面對(duì)困難是的態(tài)度，加油，我為自己代言。6