電子線路第 1 章2二極管ppt課件

1、1.2.5 二極管結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)二極管結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管: :將將PNPN結(jié)引出電極，加上封裝構(gòu)成結(jié)引出電極，加上封裝構(gòu)成正極陽極）正極陽極）負(fù)極陰極）負(fù)極陰極）N NP P二極管符號(hào)二極管符號(hào)按結(jié)構(gòu)分類按結(jié)構(gòu)分類點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 面接觸型面接觸型平面型平面型 1. 二極管的結(jié)構(gòu)二極管的結(jié)構(gòu)(1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路用于檢波和變頻等高頻電路(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路用于工頻大電流整流電路(3) 平面型二極管平面型二極管PN 結(jié)面積可大可小，結(jié)

2、面積可大可小，用于集成電路制造工藝、高頻整流和開關(guān)用于集成電路制造工藝、高頻整流和開關(guān)電路中電路中(1) 最大整流電流最大整流電流 IF(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 VBR 和和最大反向工作電壓最大反向工作電壓 VRM 二極管反向電流急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反二極管反向電流急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓向電壓值稱為反向擊穿電壓VBR。 為安全計(jì)，在實(shí)際工作時(shí)，一般為安全計(jì)，在實(shí)際工作時(shí)，一般: (3) 反向電流反向電流 IR在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下，一般在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。是最大反向工作電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安

3、硅二極管的反向電流一般在納安(n A)級(jí)；級(jí)；鍺二極管在微安鍺二極管在微安(A)級(jí)。級(jí)。(4) 正向壓降正向壓降VF 在規(guī)定的正向電流下，二極管的正在規(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在中等電流水平下約0.60.8V；鍺二極；鍺二極管約管約0.20.3V。(6) 極間電容極間電容C j(5) 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻 rd 反映了二極管正向特性曲線斜率的反映了二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。倒數(shù)。 rd 與工作電流的大小有關(guān)與工作電流的大小有關(guān)即即 PN結(jié)處于反向擊穿狀態(tài)時(shí)，通過的結(jié)處于反向擊穿狀態(tài)時(shí)，通過的電流變化很大，而

4、反偏端電壓幾乎不電流變化很大，而反偏端電壓幾乎不變，這樣一種特性，被用來制成穩(wěn)壓變，這樣一種特性，被用來制成穩(wěn)壓二極管。二極管。 從穩(wěn)壓二極管從穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線的伏安特性曲線上可以確定穩(wěn)壓上可以確定穩(wěn)壓二極管的參數(shù)。二極管的參數(shù)。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線在規(guī)定的穩(wěn)壓管反在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流向工作電流IZIZ下，下，所對(duì)應(yīng)的反向工作所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。電壓。 概念與一般二極管的動(dòng)態(tài)電阻相同穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)電阻是從它的反向電阻是從它的反向特性上求取的。特性上求取的。穩(wěn)壓管的最大功率穩(wěn)壓管的最大功率損耗取決于損耗取決于PN結(jié)的結(jié)的面積和散熱等條

5、件。面積和散熱等條件。反向工作時(shí)反向工作時(shí)PN結(jié)的功率損耗結(jié)的功率損耗由由 PZM 和和VZ可以決定可以決定 I Z max穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最工作電流取決于最大耗散功率大耗散功率IZ min對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于VZ min若若IZI Z min，則不能起穩(wěn)壓作用。，則不能起穩(wěn)壓作用。 穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)應(yīng)反接，并串穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)應(yīng)反接，并串入一只電阻。入一只電阻。限流作用，以保限流作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管；護(hù)穩(wěn)壓管；輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，通過該輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號(hào)以電阻上電壓降的變化，取出誤差信號(hào)以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起

6、到穩(wěn)壓調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用作用1.3 半導(dǎo)體二極管電路的等效模型及半導(dǎo)體二極管電路的等效模型及分析方法分析方法1.3.1 半導(dǎo)體二極管在電路中半導(dǎo)體二極管在電路中的等效模型的等效模型電路如下圖所示電路如下圖所示計(jì)算需采用數(shù)值迭代法，分析計(jì)算過程復(fù)雜，計(jì)算需采用數(shù)值迭代法，分析計(jì)算過程復(fù)雜，指數(shù)模型一般只用于計(jì)算機(jī)仿真。指數(shù)模型一般只用于計(jì)算機(jī)仿真。1. 指數(shù)模型指數(shù)模型真實(shí)地反映了實(shí)際二極管的工作特性。真實(shí)地反映了實(shí)際二極管的工作特性。在具體應(yīng)用中，利用伏安特性曲線，在具體應(yīng)用中，利用伏安特性曲線，用作圖的方法來分析二極管電路。用作圖的方法來分析二極管電路。簡(jiǎn)化模型：二極管簡(jiǎn)

7、化模型：二極管V- I 特性特性)7 . 0()(VVVonD二極管的導(dǎo)通電壓降可以忽略二極管的導(dǎo)通電壓降可以忽略二極管可視為理想元件二極管可視為理想元件電路模型？電路模型？VDon） = 0.7V硅）硅） VDon） = 0.2V鍺）鍺） 當(dāng)外加信號(hào)工作在特性曲線的某一小范圍當(dāng)外加信號(hào)工作在特性曲線的某一小范圍內(nèi)時(shí)，二極管的電流將與外加電壓的變化成線內(nèi)時(shí)，二極管的電流將與外加電壓的變化成線性關(guān)系，可用小信號(hào)模型來進(jìn)行等效。性關(guān)系，可用小信號(hào)模型來進(jìn)行等效。Q點(diǎn)點(diǎn)未加交流信號(hào)時(shí)，外電路設(shè)置未加交流信號(hào)時(shí)，外電路設(shè)置的靜態(tài)工作點(diǎn)。的靜態(tài)工作點(diǎn)。VQ、IQ Q點(diǎn)處點(diǎn)處二極管的端電壓二極管的端電壓及

8、流過二極管的及流過二極管的電流電流 二極管工作在正向特性的某一小范圍二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí)，其正向特性可以等效為內(nèi)時(shí)，其正向特性可以等效為:微變電阻微變電阻常溫下常溫下T=300K）簡(jiǎn)單應(yīng)用電路分析簡(jiǎn)單應(yīng)用電路分析限幅限幅初步分析初步分析依據(jù)二極管的單向?qū)щ娦砸罁?jù)二極管的單向?qū)щ娦?二極管狀態(tài)判斷二極管狀態(tài)判斷整流整流顯然，顯然，v 0 與與 v I 的關(guān)系由的關(guān)系由D 的狀態(tài)決定的狀態(tài)決定而且，而且，D 處于反向截止時(shí)最簡(jiǎn)單！處于反向截止時(shí)最簡(jiǎn)單！D導(dǎo)通：導(dǎo)通：D截止：截止：D導(dǎo)通的條件導(dǎo)通的條件若若D正向?qū)?，那么？正向?qū)ǎ敲?？若若D反向截止，則相當(dāng)于開路反向截止，則相當(dāng)

9、于開路正向?qū)ǚ治龇椒ǎ赫驅(qū)ǚ治龇椒ǎ簣D解法圖解法等效電路模型法等效電路模型法 將非線性將非線性 線性線性 2CP1硅），硅）， IF = 1mA，VBR = 40V。求。求VD、ID。假設(shè)假設(shè)D截止截止(開路開路)求求D兩端開路電壓兩端開路電壓 二極管狀態(tài)判斷二極管狀態(tài)判斷正偏正偏D正向?qū)?！正向?qū)ǎ》雌悍雌篋反向截止反向截止 ID = 0VD = -10V反偏：反偏： D反向擊穿反向擊穿普通：熱擊穿損壞普通：熱擊穿損壞VD = - VBR = -40V齊納：電擊穿齊納：電擊穿電路如下圖所示，判斷電路如下圖所示，判斷D的狀態(tài)的狀態(tài)例例1.2解：解：假設(shè)假設(shè)D截止截止(開路開路)，與

10、假設(shè)不符，故二極管導(dǎo)通與假設(shè)不符，故二極管導(dǎo)通此時(shí)此時(shí)D兩端的開路電壓為兩端的開路電壓為試判斷圖題中二極管導(dǎo)通還是截試判斷圖題中二極管導(dǎo)通還是截止，為什么止，為什么? 例例1.3解：解：假設(shè)假設(shè)D截止截止(開路開路)，此時(shí)等效電路為，此時(shí)等效電路為此時(shí)此時(shí)D兩端的開路電壓為兩端的開路電壓為與假設(shè)不符，故二極管導(dǎo)通與假設(shè)不符，故二極管導(dǎo)通電路如圖，求：電路如圖，求：VAB 若忽略二極管正向壓降，二極管若忽略二極管正向壓降，二極管VD2可看作短路，可看作短路，UAB = 0 V ，VD1截止。截止。取取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn)點(diǎn)作參考點(diǎn)V2 陽電壓高陽電壓高VD2導(dǎo)通。導(dǎo)通。 試畫出試畫出 u o 波形。

11、波形。知：知：V sin18tui 二極管是理想的二極管是理想的例例1.5解：解：D導(dǎo)通，可看作短路導(dǎo)通，可看作短路例例1.6已知已知VDD=10V ，求，求VD、ID。解：解：VDD=10V 時(shí)時(shí)（1理想開關(guān)模型理想開關(guān)模型（2恒壓降模型恒壓降模型（3折線模型折線模型如下圖。試畫出輸出波形。如下圖。試畫出輸出波形。例例1.7| vi |0.7V時(shí)時(shí) D1、D2有一個(gè)導(dǎo)通，有一個(gè)導(dǎo)通，所以所以v o =0.7V|vi |0.7V時(shí)時(shí)D1、D2截止，截止，所以所以v o=vi假設(shè)假設(shè)D截止開路求截止開路求D兩端開路電壓兩端開路電壓1.3.2 半導(dǎo)體二極管電路的分析方法半導(dǎo)體二極管電路的分析方法1

12、. 圖解法圖解法聯(lián)立求解，可得聯(lián)立求解，可得VD、ID圖解法圖解法直線與伏安直線與伏安特性的交點(diǎn)特性的交點(diǎn)根據(jù)電路原理，兩者根據(jù)電路原理，兩者端電壓和電流相等端電壓和電流相等兩線交點(diǎn)兩線交點(diǎn)Q為靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的為靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的IQ為靜為靜態(tài)電流，態(tài)電流， VQ為靜態(tài)電壓。為靜態(tài)電壓。圖解法關(guān)鍵圖解法關(guān)鍵畫直線畫直線線性部分線性部分 直流負(fù)載線直流負(fù)載線非線性部分非線性部分指數(shù)特性指數(shù)特性靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn) Q ？靜態(tài)分析靜態(tài)分析v i = 0VI = 0疊加原理疊加原理動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析相關(guān)。與相應(yīng)變化，但斜率只負(fù)載線將在隨RvViDD)(RitVVRiVvDimDDDDDDsin 為何要設(shè)立靜態(tài)工作點(diǎn)為何要設(shè)立靜態(tài)工作點(diǎn)Q ?2. 工程近似法工程近似法 當(dāng)輸入電壓超過或低于某一參考值后，當(dāng)輸入電壓超過或低于某一參考值后，限幅電路輸出電壓將被限制在某一電平限幅電路輸出電壓將被限制在某一電平稱作限幅電平不隨輸入電壓變化。稱作限幅電平不隨輸入電壓變化。若二極管具有理想的開關(guān)特性若二極管具有理想的開關(guān)特性二極管反接時(shí)：二極管反接時(shí)：限幅特性限幅特性二極管的靜態(tài)工作點(diǎn)為：二極管的靜態(tài)工作點(diǎn)為： 恒壓降模型恒壓降模型3. 小信號(hào)等效分析法小信號(hào)等效分析法例例1.8解：解：輸入交流信號(hào)較小時(shí)，可將二極管視為線輸入交流信號(hào)較小時(shí)，可將二極管視為線性元件，用引線電阻體電阻串聯(lián)來