清華模電課件第三課時(shí)教學(xué)內(nèi)容

清華模電課件第三課時(shí)按用途劃分：有整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、發(fā)光二極管、變?nèi)荻O管等。二極管的伏安特性在二極管的兩端加上電壓，測量流過管子的電流，I=f

(U

)之間的關(guān)系曲線。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50I/mAU/V正向特性硅管的伏安特性死區(qū)電壓擊穿電壓U(BR)反向特性–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.02鍺管的伏安特性0圖1.2.4二極管的伏安特性1.正向特性當(dāng)正向電壓比較小時(shí)，正向電流很小，幾乎為零。相應(yīng)的電壓叫死區(qū)電壓。范圍稱死區(qū)。死區(qū)電壓與材料和溫度有關(guān)，硅管約0.5V左右，鍺管約0.1V左右。正向特性死區(qū)電壓60402000.40.8I/mAU/V當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓后，隨著電壓的升高，正向電流迅速增大。2.反向特性–0.02–0.040–25–50I/mAU/V反向特性當(dāng)電壓超過零點(diǎn)幾伏后，反向電流不隨電壓增加而增大，即飽和；二極管加反向電壓，反向電流很?。蝗绻聪螂妷豪^續(xù)升高，大到一定數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)突然增大；反向飽和電流這種現(xiàn)象稱擊穿，對應(yīng)電壓叫反向擊穿電壓。擊穿并不意味管子損壞，若控制擊穿電流，電壓降低后，還可恢復(fù)正常。擊穿電壓U(BR)3.伏安特性表達(dá)式(二極管方程)IS：反向飽和電流UT：溫度的電壓當(dāng)量在常溫(300K)下，UT

26mV二極管加反向電壓，即U<0，且|U|

>>UT，則I

-IS。二極管加正向電壓，即U>0，且U>>UT

，則，可得，說明電流I與電壓U基本上成指數(shù)關(guān)系。結(jié)論：二極管具有單向?qū)щ娦?。加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，呈現(xiàn)很小的正向電阻，如同開關(guān)閉合；加反向電壓時(shí)截止，呈現(xiàn)很大的反向電阻，如同開關(guān)斷開。從二極管伏安特性曲線可以看出，二極管的電壓與電流變化不呈線性關(guān)系，其內(nèi)阻不是常數(shù)，所以二極管屬于非線性器件。1.2.3二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流IF二極管長期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。2.最高反向工作電壓UR工作時(shí)允許加在二極管兩端的反向電壓值。通常將擊穿電壓UBR的一半定義為UR。3.反向電流IR通常希望IR值愈小愈好。4.最高工作頻率fMfM值主要決定于PN結(jié)結(jié)電容的大小。結(jié)電容愈大，二極管允許的最高工作頻率愈低。當(dāng)二極管上的電壓發(fā)生變化時(shí)，PN結(jié)中儲(chǔ)存的電荷量將隨之發(fā)生變化，使二極管具有電容效應(yīng)。是由PN結(jié)的空間電荷區(qū)變化形成的。(a)PN結(jié)加正向電壓（b)PN結(jié)加反向電壓-N空間電荷區(qū)PVRI+UN空間電荷區(qū)PRI+-UV綜上所述：

C

很小，通常為幾個(gè)皮法~幾十皮法，有些結(jié)面積大的二極管可達(dá)幾百皮法。二極管是一種非線性器件，一般采用非線性電路的模型分析法。+?iDuD①理想模型1.2.4二極管的電路模型正向偏置uD＝0等效為導(dǎo)線反向偏置等效為斷路iD＝0硅管：uD＝0.7V，鍺管：uD＝0.3V。②恒壓降模型+?iDuD正向偏置反向偏置iD＝0＋－uD等效為等效為斷路二極管應(yīng)用電路利用二極管的單向?qū)щ娦裕山M成整流、檢波、限幅、保護(hù)等電路。D+-uiRL+-uo例輸入電壓ui＝Usinωt，波形如圖所示，試畫出輸出電壓uo的波形。二極管為理想二極管。tui常用的判斷方法是：首先假設(shè)二極管斷開，然后求得二極管陽極與陰極之間將承受的電壓UU>導(dǎo)通電壓，二極管正向偏置，導(dǎo)通；U<導(dǎo)通電壓，二極管反向偏置，截止；理想二極管的導(dǎo)通電壓＝0分析：判斷二極管在電路中的狀態(tài)：導(dǎo)通還是截止。解+-uiRL+-uoAB斷開二極管uAB=ui+-uiRL+-uo當(dāng)ui>0，即uAB>0時(shí)二極管導(dǎo)通原電路等效為+-uiRL+-uouo=ui當(dāng)ui<0，即uAB<0時(shí)二極管截止uo=0原電路等效為tuituo當(dāng)ui>0時(shí)uo=ui當(dāng)ui<0時(shí)uo=0脈動(dòng)直流輸出直流的平均值D+-uiRL+-uo單相半波整流電路例電路如圖所示，已知ui=6sinωt(V),二極管為理想二極管。試畫出uo的波形。+-Dui+-uo3V1k+-tui0斷開二極管AB+-ui+-uo3V1k+-uAB＝ui－3解二極管導(dǎo)通當(dāng)ui>3時(shí)，uAB>0當(dāng)ui≤3時(shí)，uAB<0二極管截止二極管導(dǎo)通當(dāng)ui>3時(shí)，uAB>0當(dāng)ui≤3時(shí)，uAB<0二極管截止+-ui+-uo3V1k+-原電路等效為uo＝3Vuo＝ui原電路等效為+-ui+-uo3V1k+-33當(dāng)ui>3時(shí)，uo＝3V當(dāng)ui≤3時(shí)，uo＝uituiuot00+-Dui+-uo3V1k+-單向限幅電路例:已知：UA=+3V，UB=0V。求：輸出端電位UO。

∵UA＞UB，∴D1優(yōu)先導(dǎo)通。設(shè)二極管的正向壓降是0.3V，則UO=+2.7V。當(dāng)D1導(dǎo)通后,D2因反偏而截止。D1起鉗位作用，將輸出端電位鉗制在+2.7V。解：半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路

1.2.5穩(wěn)壓管一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。

I/mAU/VO+正向+反向U(b)穩(wěn)壓管符號(hào)(a)穩(wěn)壓管伏安特性+I圖1.2.10穩(wěn)壓管的伏安特性和符號(hào)穩(wěn)壓管的參數(shù)主要有以下幾項(xiàng)：1.穩(wěn)定電壓UZ3.動(dòng)態(tài)電阻rZ2.穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時(shí)的穩(wěn)定工作電壓。正常工作的參考電流。I<IZ時(shí)，管子的穩(wěn)壓性能差；I>IZ，只要不超過額定功耗即可。rZ愈小愈好。對于同一個(gè)穩(wěn)壓管，工作電流愈大，rZ值愈小。IZ=5mArZ

16IZ=20mArZ

3IZ/mA4.電壓溫度系數(shù)U穩(wěn)壓管的參數(shù)主要有以下幾項(xiàng)：穩(wěn)壓管電流不變時(shí)，環(huán)境溫度每變化1℃引起穩(wěn)定電壓變化的百分比。(1)

UZ>7V,U>0；UZ<4V，U<0；(2)

UZ在4~7V之間，U值比較小，性能比較穩(wěn)定。2CW17：UZ=9~10.5V，U=0.09

%/℃2CW11：UZ=3.2~4.5V，U=-(0.05~0.03)%/℃(3)2DW7系列為溫度補(bǔ)償穩(wěn)壓管，用于電子設(shè)備的精密穩(wěn)壓源中。5.額定功耗PZ額定功率決定于穩(wěn)壓管允許的溫升。PZ=UZIZPZ會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，使穩(wěn)壓管發(fā)熱。電工手冊中給出IZM，IZM=PZ/UZ[例]求通過穩(wěn)壓管的電流IZ等于多少？R是限流電阻，其值是否合適？IZVDZ+20VR=1.6k+

UZ=12V-

IZM=18mA例題電路圖IZ

<IZM

，電阻值合適。[解]VDZR使用穩(wěn)壓管需要注意的幾個(gè)問題：圖1.2.13穩(wěn)