模擬電子技術基礎01-2講義二極管課件

1.2半導體二極管◆半導體二極管是由PN結加上引出線和管殼構成的。1、按照所用的半導體材料：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、開關二極管等。3、按照管芯結構：可分為點接觸型二極管、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。結面積大，則用于大功率整流。結面積小，則用于高頻、脈沖和開關電路中。二極管的符號二、二極管的伏安特性半導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，二極管的伏安特性曲線可用下式表示反向特性當V＜0即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個區(qū)域：①當VBR＜V＜0時，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時的反向電流也稱反向飽和電流IS

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

溫度升高時，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，使得管子發(fā)熱，電流達到一定程度，管子因過熱而燒壞。③最大反向工作電壓VRM指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。指管子反向擊穿時的電壓。在實際工作時，最大反向工作電壓VRM一般只按反向擊穿電壓VBR的一半計算。

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，結電容起作用，二極管將不能很好的體現(xiàn)單向導電性。

④反向電流IR指管子未擊穿之前的反向電流，其值愈小，則管子的單向導電性愈好。由于反向電流與溫度有關，所以使用二極管時注意溫度的影響。

例題二極管基本電路如圖所示，VDD=10V，應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

當流過二極管的電流近似等于或大于1mA時，可以認為二極管導通后，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工作時，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置的電平范圍內，有選擇地傳輸一部分。一限幅電路如圖所示，R=1KΩ，VREF=3V。當Ui=6sinωt(V)時，利用恒壓降模型繪出相應的輸出電壓UO的波形。二極管的恒壓降為0.7V。解①Ui<3.7V時D截止，UO=Ui;②Ui>3.7V時D導通，UO=0.7+3=3.7V五、二極管應用舉例2、開關電路：利用二極管的單向導電性以接通或斷開電路，這在數(shù)字電路中廣泛應用。例題：二極管開關電路如圖所示，當Ui1和Ui2為0V或5V時，求Ui1和Ui2的值不同組合情況下，輸出電壓Uo的值。設二極管是理想的。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通導通導通導通05553、整流電路：將交流電壓轉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，試繪出負載RL兩端的電壓波形，設二極管為理想的。解Ui>0V時D2、D3導通，UO=UiUi≤0V時D4、D1導通，UO=-Ui1、穩(wěn)壓管的伏安特性①穩(wěn)壓管的雜質濃度比較大，空間電荷區(qū)內的電荷密度也大，該區(qū)域也很窄，容易形成強電場（強電場容易引起齊納擊穿）。②當反向電壓加到某一定值時VZ，產生反向擊穿，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)時的參考電流。電流低于Izmin時穩(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℃時穩(wěn)壓值的變化量。VZ小于4V的管子具有負溫度系數(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。負載為9V的收音機，當它的音量最大時，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音量最大時，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。◆光電二極管光電二極管的結構與普通二極管類似，但在它的PN結處，通過管殼上的一個玻璃窗口能接收外部的光照。這種器件的PN結在反向偏置狀態(tài)下運行，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：把光信號轉換成電信號◆發(fā)光二極管