模擬電子電路2章2(XXXX02)西北工業(yè)大學(xué)

1、2.3 二極管2.3.2二極管的結(jié)構(gòu)類型2.3.3二極管的特性曲線2.3.4 晶體二極管的參數(shù)2.3.4二極管的基本應(yīng)用電路2.3.5特殊二極管2.3.6 穩(wěn)壓二極管及穩(wěn)壓電路晶體二極管的模型2.3.1外特性分析方法特殊二極管2021/9/1212.3 二極管2.3.1 二極管的結(jié)構(gòu)類型2.3.2 二極管的特性曲線2.3.3 二極管的參數(shù)2021/9/1222.3.1 晶體二極管的結(jié)構(gòu)類型 在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1) 點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(a)點(diǎn)接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖20

2、21/9/123二極管的結(jié)構(gòu)示意圖(c)平面型(3) 平面型二極管 往往用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。(2) 面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型2021/9/124總結(jié)2021/9/1252021/9/1262.3.2 晶體二極管的伏安特性曲線二極管的伏安特性曲線晶體二極管的電路符號(hào)正向伏安特性曲線反向伏安特性曲線2021/9/1272.3.2 晶體二極管的伏安特性曲線 式中IS 為反向飽和電流，UD 為二極管兩端的電壓降，UT =kT/q 稱為溫度的電壓當(dāng)量，k為玻耳茲曼常數(shù)，q 為電子電荷量，T 為熱力學(xué)溫度。對(duì)于

3、室溫（相當(dāng)T=300 K），則有UT=26 mV。根據(jù)理論推導(dǎo)，二極管的伏安特性曲線可用下式表示：2021/9/128二極管的伏安特性曲線圖示2021/9/129(1) 正向特性 1、當(dāng)0uUD(ON)時(shí)，正向電流為零，UD(ON) 稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。 當(dāng)u0即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段： 2、當(dāng)uUD(ON)時(shí)，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。UD(ON) 2021/9/1210(2) 反向特性 當(dāng)u0時(shí)，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個(gè)區(qū)域： 1、 當(dāng)UBRu0時(shí)，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時(shí)的反向電流也稱反向飽和電流IS 。 、當(dāng)uUBR時(shí)，反向

4、電流急劇增加，UBR稱為反向擊穿電壓 。2021/9/1211在反向區(qū)，硅、鍺二極管的特性有所不同。 硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡， 反向飽和電流也很??； 鍺二極管的反向擊穿特性比較軟，過(guò)渡比較 圓滑，反向飽和電流較大。 從擊穿的機(jī)理上看，硅二極管 若|UBR|7V時(shí),主要是雪崩擊穿； 若|UBR|5V時(shí), 則主要是齊納擊穿。 當(dāng)在5V7V之間兩種擊穿都有，有可能獲得零溫度系數(shù)點(diǎn)。(3) 反向擊穿特性2021/9/1212 正向偏置二極管小功率正常工作時(shí)，管壓降變化范圍很小，硅二極管為：U D(ON)=0.5 0.7V 鍺二極管為：U D(ON)=0. 0.V硅二極管的反向飽和電流也很

5、小。.1uA鍺二極管的反向飽和電流較大。幾十uA2021/9/12132.3.3晶體二極管的參數(shù) 1、 最大整流電流IF二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許通過(guò)二極管的最大整流電流的平均值。2、 反向擊穿電壓UBR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VBR。2021/9/12143、 反向電流IR5、最高工作 頻率fM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。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級(jí)；鍺二極管在微安(A)級(jí)。fM與結(jié)電容有關(guān)，ffM時(shí)，單向?qū)щ娦员悴睢?4、極間電容(反向恢復(fù)時(shí)間)2021/9/12152.4 二極管基本電路及分析方法 二極管是

6、一種非線性器件3.4.1 二極管的圖解分析2021/9/12162.4 二極管基本電路及分析方法 二極管是一種非線性器件,在大信號(hào)工作時(shí)，其非線性表現(xiàn)為單向?qū)щ娦?，而?dǎo)通后所呈現(xiàn)的非線性往往是次要的。在不同條件下，可采用不同的近似方法來(lái)等效二極管。通常采用三種模型：、理想模型、簡(jiǎn)化模型、折線模型3.4.2 晶體二極管的模型2021/9/12172.4.1 晶體二極管的模型一、理想模型正向：UD(on)=0 反向： IR=0 理想二極管：ui2021/9/1218二、恒壓模型簡(jiǎn)化二極管：iuB0BUD(on)UD(on)正向：UD(on)=反向： IR=0 2.4.1 晶體二極管的模型2021/

7、9/1219三、折線模型折線二極管：iuB0BUD(on)正向：UD(on)=反向： IR=0 UD(on)rD2.4.1 晶體二極管的模型2021/9/1220三、折線模型iuB0BUD(on)VD(on)rD2.4.1 晶體二極管的模型2021/9/12212.4.2 二極管基本應(yīng)用電路一、整流二、限幅三、電平選擇2021/9/12221、半波整流一、整流2021/9/12232、全波整流U2aU2bU2aU2bU2bU2aU2aU2bU2aU2b2021/9/12242、全波整流U2U2U2U22021/9/12252021/9/1226 當(dāng)輸入信號(hào)電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí), 輸出電壓隨輸

8、入電壓相應(yīng)變化； 當(dāng)輸入電壓超出該范圍時(shí), 輸出電壓保持不變。 將輸出電壓vo開始不變的電壓值稱為限幅電平。 當(dāng)輸入電壓高于限幅電平時(shí), 輸出電壓保持不 變的限幅稱為上限幅。 當(dāng)輸入電壓低于限幅電平時(shí), 輸出電壓保持不 變的限幅稱為下限幅。二. 限幅電路限幅的概念2021/9/1227并聯(lián)二極管上限幅電路 二、限幅改變值就可改變限幅電平。2021/9/1228 V, 限幅電平為V。u時(shí)二極管導(dǎo)通, uoV； uiV, 二極管截止, uou。波形如圖(a)所示。 Um, 則限幅電平為。u, 二極管截止, uou；u, 二極管導(dǎo)通, uo。波形圖如圖 ()所示。Um, 則限幅電平為-E, 波形圖如

9、圖 ()所示。 2021/9/1229二極管并聯(lián)上限幅電路波形關(guān)系VVmVm2021/9/1230并聯(lián)下限幅電路 UDUi+Uo+ER并聯(lián)上限幅電路UDUi+Uo+ER2021/9/1231串聯(lián)限幅電路2021/9/1232雙向限幅電路 2021/9/12332.4.2 二極管基本應(yīng)用電路一、整流二、限幅三、電平選擇2021/9/1234三、電平選擇電路 圖 (a) 給出了一個(gè)二極管電平選擇電路，其中二極管D1和D2為理想二極管，輸入信號(hào)ui1和ui2的幅度均小于電源電壓E，波形如圖 (b) 所示。分析電路的工作原理，并作出輸出信號(hào)uo的波形。 2021/9/1235解：因?yàn)閡i1和ui2均小

10、于E，所以D1和D2至少有一個(gè)導(dǎo)通。（1）設(shè)ui1 ui2，則D2導(dǎo)通，D1截止，uo = ui2；（3）當(dāng)ui1 = ui2時(shí)，D1和D2才同時(shí)導(dǎo)通，uo = ui1 = ui2。（4）功能：電路完成低電平選擇，當(dāng)高、低電平分別代表邏輯1和邏輯0時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了邏輯“與”運(yùn)算。 2021/9/1236四、二極管門電路 二極管“與”門電路 2021/9/12372二極管門電路 二極管“或”門電路 2021/9/12382.5 特殊二極管穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管。伏安特性曲線與二極管的伏安特性曲線完全一樣。2.5.1 穩(wěn)壓二極管及基本應(yīng)用電路（b）伏安特性 (c) 應(yīng)用電路(b)(c

11、)(a)符號(hào)92021/9/1239一、穩(wěn)壓作用 電流增量很大的變化，只引起電壓增量很小的變化。穩(wěn)壓特性2021/9/1240 (1) 穩(wěn)定電壓UZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。二、主要參數(shù)2021/9/1241 (2) 最大耗散功率 PZM 穩(wěn)壓管的最大功率損耗取決于PN結(jié)的面積和散熱等條件。反向工作時(shí)PN結(jié)的功率損耗為 PZ= UZ IZ，由 PZM和UZ可以決定IZmax。 (4) 最大穩(wěn)定工作電流 IZmax 和最小穩(wěn)定工作 電流IZmin 穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即PZmax =UZIZmax 。而Izmin對(duì)應(yīng)UZmin。 若IZIZ

12、min則不能穩(wěn)壓。二、主要參數(shù)2021/9/1242(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)VZ 溫度的變化將使VZ改變，在穩(wěn)壓管中當(dāng)VZ 5.7 V時(shí)，VZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。 當(dāng)VZ5 .7V時(shí)，VZ具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。 當(dāng)5 VVZ 7 V時(shí)，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。二、主要參數(shù)2021/9/1243 2、電阻的作用一是起限流作用， （1）保護(hù)穩(wěn)壓管 （2）當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，通過(guò)該電阻上電壓降的變化起到穩(wěn)壓作用。三、應(yīng)用 3、 使用時(shí)必須對(duì)流過(guò)管子的電流加以控制 1、穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)應(yīng)反接，并串入一只電阻。2021

13、/9/1244三、應(yīng)用a、反偏；b、IZ必須在穩(wěn)定最小電流IZmin和最大電流IZmax之間，即: IZmin IZ IZmax工作條件： IZDZILRLV0ViR+-2021/9/1245三、應(yīng)用工作條件：IZmin IZ IZmax1、Ui=Ui min，RL=RLMin時(shí)IZ最?。?IZDZILRLV0ViR2021/9/1246三、應(yīng)用工作條件：IZmin IZ IZmax2、Ui=Ui max，RL=RLMax時(shí)IZ最大：結(jié)論： IZDZILRLU0UiR2021/9/1247其它二極管變?nèi)荻O管光電子器件光電二極管 發(fā)光二極管 激光二極管2021/9/12482021/9/1249 優(yōu)點(diǎn)：開關(guān)頻率高正向壓降低缺點(diǎn)：反向擊穿電壓比較低 2021/9/12502021/9/1251晶體二極管圖片2021/9/12522021/9/12532021/9/12542021/9/12553.3.3 晶體二極管的參數(shù) 一、 直流電阻二、交流電阻二極管兩端所加的直流電壓VD與流過(guò)的直流電流ID之比。二極管在其工作狀態(tài)（VD， ID ）的電壓微變量與電流微變量之比。在常溫下：由得：2021/9/1256*3.3.3 晶體二極管的溫度特