武汉理工大学模电模电电信PPT学习教案

会计学1武汉理工大学模电模电电信武汉理工大学模电模电电信2.3 半导体二极管半导体二极管问题：问题：1）二极管）二极管D的符号，特性？的符号，特性？2）二极管电路的等效模型？）二极管电路的等效模型？3）二极管电路的分析步骤？）二极管电路的分析步骤？2.4 稳压二极管（自学）稳压二极管（自学）2.5 其他类型二极管（自学）其他类型二极管（自学）问题：问题：1）稳压管的特点、原理？）稳压管的特点、原理？2）稳压管电路的分析方法，并与普通二极管的比较？）稳压管电路的分析方法，并与普通二极管的比较？3）发光二极管）发光二极管LED的特性？（与普通二极管比较）的特性？（与普通二极管比较）4）LED的驱动条件？的驱动条件？*5）光电二极管的应用？）光电二极管的应用？*6）变容二极管、肖特基二极管的特点？）变容二极管、肖特基二极管的特点？2 2 半导体基础及二极管半导体基础及二极管第1页/共60页基本要求基本要求:1)了解了解PN结的形成过程、相关概念结的形成过程、相关概念2)掌握掌握Pn结的基本特性结的基本特性 3)熟悉熟悉二极管的二极管的V-I特性及其等效模型特性及其等效模型4)掌握二极管掌握二极管(包括稳压管包括稳压管)基本电路的分析方法基本电路的分析方法5)了解发光二极管的应用了解发光二极管的应用作业：作业：2(2.1.2)、3(1.3)任一，任一，4c(2.1.4c)，6(2.1.6)、7(1.7)，9(2.2.2)、10(2.3)、12(2.5)(至少一题仿真，可以全交仿真作业，但是必须配有解至少一题仿真，可以全交仿真作业，但是必须配有解题分析过程）题分析过程）2 2 半导体基础及二极管半导体基础及二极管第2页/共60页 2.1.1 本征半导体本征半导体 2.1.2 杂质半导体杂质半导体 2.1.3 载流子的漂移运动和扩散运动载流子的漂移运动和扩散运动问题：问题：1 1）什么是多子、少子？）什么是多子、少子？2 2）多子、少子产生的原因？）多子、少子产生的原因？3 3）载流子的运动方式有几种？与多）载流子的运动方式有几种？与多子、少子的关系？子、少子的关系？2.1 半导体基础知识半导体基础知识第3页/共60页典型的半导体有典型的半导体有硅硅Si和和锗锗Ge以及以及砷化镓砷化镓GaAs等。等。导电能力导电能力(电阻率电阻率)导体导体半导体半导体绝缘体绝缘体半导体的导电性能在不同条件下有着显著的差异半导体的导电性能在不同条件下有着显著的差异热敏性热敏性光敏性光敏性掺杂性掺杂性主要特性主要特性 热敏电阻热敏电阻 光电二极管和光电三极管及光敏电阻光电二极管和光电三极管及光敏电阻 二极管、三极管、场效应管二极管、三极管、场效应管 2.1.1 本征半导体本征半导体 半导体材料是一种晶体材料半导体材料是一种晶体材料第4页/共60页+4价电子价电子+41.本征半导体的晶体结构本征半导体的晶体结构呈电中性呈电中性半导体的导电性取决于价电子。半导体的导电性取决于价电子。硅和锗的原子结构及简化模型硅和锗的原子结构及简化模型 2.1.1 本征半导体本征半导体第5页/共60页硅和锗的晶体结构硅和锗的晶体结构 邻近原子之间以共价邻近原子之间以共价键相连，每个原子最外层键相连，每个原子最外层形成拥有形成拥有8个共有电子的个共有电子的稳定结构稳定结构1.本征半导体的晶体结构本征半导体的晶体结构在绝对在绝对0度及没有外界激发时，本征半导体相当于绝缘体。度及没有外界激发时，本征半导体相当于绝缘体。本征半导体本征半导体化学成分纯净的、结构完整的半导体晶体。化学成分纯净的、结构完整的半导体晶体。2.1.1 本征半导体本征半导体第6页/共60页当本征半导体受热或光照时，会？当本征半导体受热或光照时，会？空穴空穴共价键中的电共价键中的电子挣脱束缚成为子挣脱束缚成为自由电自由电子子后，在共价键中留下后，在共价键中留下的空位。半导体的特点的空位。半导体的特点 电子电子空穴对空穴对由本征激发由本征激发(热激发热激发)而产生的自由电子和空而产生的自由电子和空穴对穴对。本征半导体中电子本征半导体中电子空穴数量相等，室温下空穴数量相等，室温下数量少，导电性差。数量少，导电性差。电子空穴的移动电子空穴的移动2.本征半导体的两种载流子本征半导体的两种载流子 2.1.1 本征半导体本征半导体第7页/共60页半导体中有半导体中有2种种载流子载流子电子和空穴，电子和空穴，空穴可视为带正电的空穴可视为带正电的 离子，所带电量与电子相等，符号相反；空穴的移离子，所带电量与电子相等，符号相反；空穴的移 动方向与电子的相反，表示了电流的方向动方向与电子的相反，表示了电流的方向空穴的移动空穴的移动空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次 充填空穴来实现的，是虚拟的。充填空穴来实现的，是虚拟的。自由运动的带电粒子自由运动的带电粒子 电子空穴的电子空穴的复合、复合、移动移动2.本征半导体的两种载流子本征半导体的两种载流子 2.1.1 本征半导体本征半导体第8页/共60页 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。杂质半导体杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺入杂质的本征半导体。N型半导体型半导体掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体型半导体掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。2.1.2 杂质半导体杂质半导体第9页/共60页 1.N型半导体型半导体 五价杂质原子中多余五价杂质原子中多余的一个价电子无共价键束的一个价电子无共价键束缚而很容易形成自由电子。缚而很容易形成自由电子。N型半导体中型半导体中自由自由电子是多数载流子，电子是多数载流子，它主要由杂质原子它主要由杂质原子提供提供；空穴是少数载流子空穴是少数载流子,由热激发产生。由热激发产生。提供自由电子的五价杂提供自由电子的五价杂质原子质原子(施主杂质施主杂质)因带正电因带正电荷而成为荷而成为正离子正离子2.1.2 杂质半导体杂质半导体第10页/共60页 2、P型半导体型半导体 三价杂质原子形成共价三价杂质原子形成共价键时，缺少一个价电子而在键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。共价键中留下一个空穴。P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子，空穴是多数载流子，它主要由杂质提供它主要由杂质提供；自自由由电子是少数载流子，电子是少数载流子，由热激发产生。由热激发产生。空穴很容易俘获电子空穴很容易俘获电子(受受主杂质主杂质)，使杂质原子成为，使杂质原子成为负负离子离子。2.1.2 杂质半导体杂质半导体第11页/共60页 2.1.3 载流子的漂移运动和扩散运动载流子的漂移运动和扩散运动漂移运动漂移运动载流子在电场作用下的定向运动。载流子在电场作用下的定向运动。空穴的移动方向与电场方向一致；空穴的移动方向与电场方向一致；自由电子的移动方向与电场方向相反。自由电子的移动方向与电场方向相反。扩散运动扩散运动 因载流子的浓度差而引起的载流子运动。载流子从浓度因载流子的浓度差而引起的载流子运动。载流子从浓度高的区域向浓度低的区域的运动。高的区域向浓度低的区域的运动。第12页/共60页2.2 PN结2.2.1 PN结的形成结的形成 2.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性2.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿2.2.4 PN结的电容效应结的电容效应问题：问题：1）什么是）什么是PN结？结？2）PN结的特点？结的特点？(结合特性曲线结合特性曲线)3)什么是什么是PN结的反向击穿？结的反向击穿？4）PN结的等效电路？结的等效电路？第13页/共60页 PNPN结的形成过程结的形成过程PN结结P型和型和N型半导体结合型半导体结合面离子薄层形成面离子薄层形成的的空间电荷区空间电荷区。其中由于缺少多其中由于缺少多子又称子又称耗尽层耗尽层；还称还称势垒区势垒区。2.2.1 PN结的形成结的形成l 什么是什么是PN结？结？第14页/共60页 浓度差浓度差 空间电荷区形成空间电荷区形成内电场内电场 内电场促使少子内电场促使少子漂移漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的多子的扩散扩散并并复合复合 由由杂质离子形成杂质离子形成空间电荷区空间电荷区 PNPN结的形成过程结的形成过程 2.2.1 PN结的形成结的形成第15页/共60页 2.2.2 PN结单向导电性结单向导电性通过对通过对PNPN结结外加电压来讨论外加电压来讨论 1.外加正向电压外加正向电压PN结正偏时的导电情况结正偏时的导电情况特性：特性：低电阻低电阻 大的正向扩散电流大的正向扩散电流iD/mA1.00.50.51.00.501.0 D/VPN结的伏安结的伏安特性特性P区的电位高于区的电位高于N区的区的正偏正偏第16页/共60页P区的电位低于区的电位低于N区的电位区的电位反偏反偏 2.外加反向电压时外加反向电压时PN结反偏时的导电情结反偏时的导电情况况特性：特性：高电阻高电阻 很小的反向漂移电流很小的反向漂移电流 在一定的温度下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故在一定的温度下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，关，这个电流也称为这个电流也称为反向饱和电流反向饱和电流。iD/mA1.00.5iD=IS0.51.00.501.0 D/V 2.2.2 PN结单向导电性结单向导电性第17页/共60页综上所述综上所述 PN结正偏时，呈现低电阻，具有结正偏时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；较大的正向扩散电流；PN结反偏时，呈现高电阻，具有结反偏时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。很小的反向漂移电流。结论：结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。2.2.2 PN结单向导电性结单向导电性第18页/共60页 PN结反偏时，在一定电压范围内，电流为很小的反向饱和结反偏时，在一定电压范围内，电流为很小的反向饱和电流，当反向电压超过某值后，反向电流急剧增加。电流，当反向电压超过某值后，反向电流急剧增加。反向击穿反向击穿当当PN结的反向电结的反向电压压增加到一定数值时，反向电流突增加到一定数值时，反向电流突然然快速增加的现象快速增加的现象iDOVBR D热击穿热击穿PN结烧毁，不可逆结烧毁，不可逆 雪崩击穿雪崩击穿反向电场使电子加反向电场使电子加速，动能增大，撞击速，动能增大，撞击使自由电子数突增。使自由电子数突增。齐纳击穿齐纳击穿反向电场太强，反向电场太强，将电子强行拉出将电子强行拉出共价键共价键 电击穿电击穿PN 结未损坏，断电即恢复，结未损坏，断电即恢复，可利用。可利用。2.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿第19页/共60页电容效应电容效应-电压变化引起电荷变化，电压变化引起电荷变化，C=Q/V。PN结两端加上电压，引起电荷变化，即电容效应。结两端加上电压，引起电荷变化，即电容效应。(1)势垒电容势垒电容CB由阻挡层内部空间电荷引起，势垒区由阻挡层内部空间电荷引起，势垒区的空间电荷随外加电压变化而产生的电容效应。的空间电荷随外加电压变化而产生的电容效应。势垒电容示意图势垒电容示意图 2.2.4 PN结的电容效应结的电容效应第20页/共60页(2)扩散电容扩散电容CD外加电压的作用下扩散到外加电压的作用下扩散到P区或区或N区的少区的少子在扩散过程中的积累子在扩散过程中的积累高频时高频时PN结等效为：结等效为：结电容结电容包括包括CB和和CD；正偏时正偏时r小小C大大(CD)；反；反偏时，偏时，r大大C小小(CB)结面积小结电容小，工结面积小结电容小，工作频率高作频率高rC扩散电容示意图扩散电容示意图N区中的区中的少子空穴少子空穴 2.2.4 PN结的电容效应结的电容效应第21页/共60页 2.3.1 二极管的结构二极管的结构 2.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 2.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数2.3 半导体二极管半导体二极管2.3 半导体二极管半导体二极管 2.3.4 二极管的等效模型二极管的等效模型 2.3.5 二极管应用电路二极管应用电路第22页/共60页 2.3.1 二极管的结构二极管的结构(1)点接触型二极管点接触型二极管(1)(1)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图构成：构成：PN 结结+引线引线+管壳管壳 二极管二极管分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型特点：特点：PN结面积小，结电容结面积小，结电容小，用于高频检波、小，用于高频检波、变频和小电流整流变频和小电流整流符号：符号：阳极阳极(+)(+)阴极阴极(-)(-)第23页/共60页(3)平面型二极管平面型二极管(2)面接触型二极管面接触型二极管(2)(2)面接触型面接触型特点：特点：PN结面积大，用于结面积大，用于低频大电流整流低频大电流整流特点：特点：在集成电路制造艺中采用，在集成电路制造艺中采用，PN 结面积可大可小，用于结面积可大可小，用于高频整流和开关电路高频整流和开关电路正极正极引线引线负极负极引线引线(3)集成电路中平面型集成电路中平面型PNP 型支持衬底型支持衬底 2.3.1 二极管的结构二极管的结构第24页/共60页+iDvD-R 2.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性)1e(IiTDV/vSD 0 D/V0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 405101520 10 20 30 40iD/AiD/mA死死区区VthVBR硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V V-I I 特性特性0 D/V0.2 0.4 0.6 20 40 605101520 10 20 30 40iD/AiD/mAVthVBR锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V V-I I 特性特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向击穿特性反向击穿特性开启开启/门坎门坎/死区电压死区电压0.5V0.1V实质同实质同PN结特性结特性第25页/共60页 2.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数(1)最大整流电流最大整流电流IF最大正向平均电流最大正向平均电流(2)反向击穿电压反向击穿电压VBR和最大反向工作电压和最大反向工作电压VRM=VBR/2(3)反向电流反向电流I IR R越小单向导电性越好越小单向导电性越好(4)正向压降正向压降VF(5)极间电容极间电容CB势垒电容势垒电容CB扩散电容扩散电容CD正偏时正偏时r小小C大大(CD)；反偏时；反偏时，r大大C小小(CB)第26页/共60页 二极管是非线性器件，一般用线性器件来等效模拟分析。二极管是非线性器件，一般用线性器件来等效模拟分析。常用的二极管等效模型有：常用的二极管等效模型有：理想模型；恒压降模型；折理想模型；恒压降模型；折线模型。线模型。理想模型理想模型-用理想二极管用理想二极管(理想电子开关理想电子开关。正向导通：正向导通：正向正向电阻为电阻为0，正向压降为，正向压降为0；反向截反向截止：止：反向电阻为反向电阻为，反向电流为，反向电流为0)代替实际二极管。代替实际二极管。2.3.4 二极管的等效模型二极管的等效模型正偏导通正偏导通vD=0；反偏截止反偏截止iD=0第27页/共60页 二极管是非线性器件，一般用线性器件来等效模拟分析。二极管是非线性器件，一般用线性器件来等效模拟分析。常用的二极管等效模型有：常用的二极管等效模型有：理想模型；恒压降模型；折理想模型；恒压降模型；折线模型。线模型。恒压降模型恒压降模型-考虑二极管的正考虑二极管的正向导通电压为恒定不变的，用向导通电压为恒定不变的，用理想二理想二极管极管+二极管的恒定正向压降二极管的恒定正向压降Von代替代替实际二极管，即在理想模型上串联一实际二极管，即在理想模型上串联一个恒压源个恒压源Von。vD=Von=0.60.7V/0.20.3VVonVon 2.3.4 二极管的等效模型二极管的等效模型第28页/共60页 二极管是非线性器件，一般用线性器件来等效模拟分析。二极管是非线性器件，一般用线性器件来等效模拟分析。常用的二极管等效模型有：常用的二极管等效模型有：理想模型；恒压降模型；折理想模型；恒压降模型；折线模型。线模型。折线模型折线模型-考虑二极管的正向考虑二极管的正向导通电压为线性可变的，相当于用导通电压为线性可变的，相当于用理理想二极管想二极管+二极管的门槛电压二极管的门槛电压Vth+等效等效电阻电阻rd=V/I代替实际二极管，即在代替实际二极管，即在理想模型上串联一个恒压源理想模型上串联一个恒压源Vth，再串，再串联联rd。rdvD=0.5/0.1+iDrdVth 2.3.4 二极管的等效模型二极管的等效模型第29页/共60页*小信号模型小信号模型(交流信号）交流信号）二极管工作在正向特性的某一小范围内二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个时，其正向特性可以等效成一个微变电阻微变电阻DDdivr 即即)1(/SDD TVveIi根据根据得得Q点处的微变电导点处的微变电导QDDddvdig QV/vTSTDeVI TDVI dd1gr 则则DTIV 常温下（常温下（T=300K）)mA()mV(26DDdIIVrT 2.3.4 二极管的等效模型二极管的等效模型第30页/共60页 理想模型理想模型折线模型折线模型 恒压降模型恒压降模型适用于电源大适用于电源大正偏导通正偏导通vD=0；vD=0.7V/0.2VvD=0.5/0.1+iDrd适用于电源较小适用于电源较小适用于电源较小适用于电源较小反偏截止反偏截止iD=0 2.3.4 二极管的等效模型二极管的等效模型第31页/共60页RLD+-+-vivo 整流整流（P25）（交流变直流）（交流变直流）2.3.5 二极管应用电路二极管应用电路分析方法：分析方法：假设二极管假设二极管D断开，分别讨论其正偏、反偏时断开，分别讨论其正偏、反偏时工作情况。工作情况。仿真仿真结论：结论：半波整流。半波整流。(书上波形基于哪种模型？书上波形基于哪种模型？)问题：问题：仿真波形接近哪种模型？仿真波形接近哪种模型？第32页/共60页双向限幅电路：如下图，设双向限幅电路：如下图，设vi(t)=3sint,利用利用恒压降模型，画出输出波形。恒压降模型，画出输出波形。(P25)Rvi(t)vo(t)D1D2解：解：恒压降模型电路为：恒压降模型电路为：思考？思考？D1、D2 支路各串联电池，支路各串联电池，vo如何变化？如何变化？V+3-30.7-0.7 假设假设D1D1、D2D2断开，断开，D1D1阴极阴极0.7V0.7V，D2D2阳极阳极-0.7V-0.7V，vi0.7Vvi0.7V,D1,D1导通，导通，vo=0.7Vvo=0.7V；VDvi-0.7V,vi-0.7V,D2D2导通导通,vo=-0.7Vvo=-0.7V；-0.7Vvi0.7V-0.7Vvi0.7V,D1,D1、D2D2均截止均截止,vo=vivo=vi。限幅电路限幅电路仿真仿真2.3.5 二极管应用电路二极管应用电路第33页/共60页RD1+-+-vivoD2低电压稳压电路低电压稳压电路多只二极管串接用于多只二极管串接用于34V以下稳压以下稳压 利用二极管的恒压模型的正向压降特性，利用二极管的恒压模型的正向压降特性，vD0.7V2.3.5 二极管应用电路二极管应用电路第34页/共60页 开关电路（即理想模型）开关电路（即理想模型）分析原则：分析原则：假设假设D断开，分析断开，分析D的阳阴的阳阴(+,)极间是正向电压极间是正向电压还是负向电压，若是正向，则还是负向电压，若是正向，则D导通，反之导通，反之D截止截止例例2.1.1(P26)假设假设D是理想的，求是理想的，求vi1=0V，vi2=5V的不同组合的不同组合 时，时，vo的值的值解：解：当当vi1=0V，vi2=5V时，时，D1正偏导通，正偏导通，vo=0V，D2反偏截止；反偏截止；同理，可得下表同理，可得下表Vi2Vi14.7K Vcc5VD1D2voVcc5VVi1Vi2D1D2vo4.7K 理想模理想模型型2.3.5 二极管应用电路二极管应用电路第35页/共60页输入电压输入电压理想二极管理想二极管输出输出电压电压Ui1Ui2D1D20 V0 V正正偏偏导导通通正正偏偏导导通通0 V0 V5 V正偏正偏导通导通反反偏偏截截止止0 V5 V0 V反反偏偏截截止止正正偏偏导导通通0 V5 V反反偏偏截截止止反偏反偏截止截止5 V5 V逻辑逻辑“与与”2.3.5 二极管应用电路二极管应用电路第36页/共60页 二极管电路分析方法：二极管电路分析方法：1）确定模型；）确定模型；2）画出模型等效电路；）画出模型等效电路；3）假设理想二极管断开，分析二极管阳极、阴极端）假设理想二极管断开，分析二极管阳极、阴极端电位，判断偏置状态；电位，判断偏置状态；4）根据要求具体求解；）根据要求具体求解；二极管的应用：二极管的应用：整流、限幅、稳压、开关电路、保护整流、限幅、稳压、开关电路、保护2.3.5 二极管应用电路二极管应用电路第37页/共60页 2.4.1 稳压二极管的伏安特性稳压二极管的伏安特性2.4 稳压二极管稳压二极管 2.4.2 稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数第38页/共60页2.4.1 稳压二极管的伏安特性稳压二极管的伏安特性1）符号及稳压特性）符号及稳压特性 利用二极管利用二极管反向击穿特性反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工实现稳压。稳压二极管稳压时工作在作在反向电击穿反向电击穿状态。一般为硅管。状态。一般为硅管。(a)符号符号 当正偏以及反偏电压小于稳压当正偏以及反偏电压小于稳压值且反偏电流不够大时特性同普通值且反偏电流不够大时特性同普通二极管；二极管；当反偏电压大于稳压值且电流当反偏电压大于稳压值且电流符合要求起稳压作用。符合要求起稳压作用。(b)伏安特性伏安特性第39页/共60页(1)稳定电压稳定电压VZ(2)动态电阻动态电阻rZ -在规定的稳压管反向工作在规定的稳压管反向工作电流电流IZ下，所对应的反向工作电压。下，所对应的反向工作电压。rZ=VZ/IZ(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流和最小稳定工作电流 IZmin稳压条件：稳压条件：IZmin IZ IZmax2.4.2 2.4.2 稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数(5)稳定电压温度系数稳定电压温度系数 VZ第40页/共60页3）稳压电路并联式稳压电路）稳压电路并联式稳压电路+R-IR+-RLIOVOVIIZDZ正常稳压时正常稳压时?VO=VZ限流限流2.4 稳压二极管稳压二极管第41页/共60页 2.5.1 发光二极管发光二极管 2.5.2 光电二极管光电二极管 2.5.3 变容二极管变容二极管2.5 其他类型二极管其他类型二极管 2.5.4 肖特基二极管肖特基二极管第42页/共60页2.5.1 发光二极管发光二极管 外加正偏电压大于开启电压，外加正偏电压大于开启电压，且电流足够大，一般几个毫安且电流足够大，一般几个毫安(510mA)，不能超过最大值，不能超过最大值（约（约50mA）。亮度与正向电流。亮度与正向电流成正比。成正比。发光条件：发光条件：驱动电压低，功耗小，寿命长，可靠性高。驱动电压低，功耗小，寿命长，可靠性高。伏安特性：伏安特性：相似于普通相似于普通D，但是开启电压、正，但是开启电压、正向电压较大向电压较大(1.3-2.4V)。LED可以直接由门电路驱动。可以直接由门电路驱动。mAVVFDIVVR10255限流第43页/共60页2.3.1 发光二极管发光二极管 内部：内部：两个电极一大一小、两个电极一大一小、一高一矮。一般来说，电极较小、一高一矮。一般来说，电极较小、个头较矮的一个是正极；电极较个头较矮的一个是正极；电极较大的是负极。大的是负极。外部：外部：新的长引脚为正。新的长引脚为正。极性判别：观察极性判别：观察法法贴片贴片LED 贴片二极管：贴片二极管：俯视，一边带俯视，一边带彩色线的是负极，另一边是正极，彩色线的是负极，另一边是正极，如有绿色点的为负极。如有绿色点的为负极。第44页/共60页 指针万用表检测时，指针万用表检测时，调调到到“欧姆欧姆x1”档，二极管发档，二极管发光的的时候，红表笔连接的光的的时候，红表笔连接的是的正端，黑表笔连接的是是的正端，黑表笔连接的是的负端。的负端。发光发光LED开启门限较大，开启门限较大，有可能数字万用表提供的电有可能数字万用表提供的电压无法启动它。压无法启动它。极性判别：测量极性判别：测量法法第45页/共60页二极管电路二极管电路(含稳压管含稳压管)分析方法小结：分析方法小结：1)1)分析电路，根据具体条件或题目要求分析电路，根据具体条件或题目要求确定确定二极管二极管模型模型；2)2)画画出相应二极管出相应二极管模型电路模型电路；3)3)假定模型电路中理想二极管断开假定模型电路中理想二极管断开，分别分析计算理想二，分别分析计算理想二极管阳极端和阴极端的电位；极管阳极端和阴极端的电位；4)4)比较阳极和阴极端电位的高低，判断其工作区域是正向比较阳极和阴极端电位的高低，判断其工作区域是正向导通、反向截止还是反向击穿导通、反向截止还是反向击穿5)5)根据题目要求分析求解。根据题目要求分析求解。例题例题稳压管的基本作用：稳压管的基本作用：稳压器或电压基准元件稳压器或电压基准元件如，浪涌、过压保护，电弧抑制电路，串、并联稳压。如，浪涌、过压保护，电弧抑制电路，串、并联稳压。第46页/共60页例例2-1:设二极管设二极管D1、D2为理想二极管，判断它们在图为理想二极管，判断它们在图1中是导中是导通还是截止？并求通还是截止？并求 Uo 解：解：假设假设D1、D2断开断开D1的阳极为的阳极为0V，阴极为，阴极为-9V;D2的阳极为的阳极为-12V，阴极为，阴极为-9V;D1导通，导通，D2截止，输出电压截止，输出电压=0例题例题第47页/共60页例例2-2：在图在图a和和b所示的电路中，假设所示的电路中，假设D是理想的，其输入信号为是理想的，其输入信号为Ui=10sint(v)。分别画出它们的输出波形和传输特性。分别画出它们的输出波形和传输特性Uo=f(ui)。解：解：假设假设D断开，图断开，图a，D的阳极的阳极5V，当，当Ui5V时，时，D截止，截止，Uo=5V。图图b，D的阴极的阴极5V，Ui5V时，时，D导通，导通，Uo=5V；Ui0.7Vvi0.7V,D1,D1导通，导通，vo=0.7Vvo=0.7V；VDvi-0.7V,vi-0.7V,D2D2导通导通,vo=-0.7Vvo=-0.7V；-0.7Vvi0.7V-0.7Vvi0.7V,D1,D1、D2D2均截止均截止,vo=vivo=vi。第49页/共60页Rvi(t)vo(t)D1D2*例例2-4：双向限幅电路：如下图，设双向限幅电路：如下图，设vi(t)=3sint,Vth=0.5V，R=1K,rD=200,利用折线模型，画出输出波形。利用折线模型，画出输出波形。(P61,2.4.7)解：解：假折线模型电路为：假折线模型电路为：0.92例题例题3-30.5-0.5 假设假设D1D1、D2D2断开，断开，D1D1阴极阴极0.5V0.5V，D2D2阳极阳极-0.5V-0.5V，-0.92Vth v vi-0.5V-0.5V,D2,D2导通导通,v vo=(vi+Vth)rD/(R+rD)-Vth,V Vom=-0.92V=-0.92V；-0.7Vv-0.7Vvi0.7V0.5V0.5V,D1,D1导通，导通，v vo=(v=(vi-V-Vth)r)rD/(R+r/(R+rD)+Vth,v)+Vth,vom=0.92V=0.92V；第50页/共60页例例2-5:判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态判断方法：判断方法：正向偏置正向偏置VAVB，导通；，导通；反向偏置反向偏置VAVB，截止；，截止；解题方法：解题方法：断开二极管断开二极管2AP1（理（理想），想），求求VA和和VB解：解：VA=15 10/(10+140)=1V；VB=-102/(18+2)+155/(25+5)=1.5V；VA3V时，稳压管时，稳压管DZ反向击穿稳反向击穿稳压，压，vovi 3V 当当0vi3V时，稳压管时，稳压管DZ反向击穿稳反向击穿稳压，压，vo3V 当当0vi3V时，稳压管反向截止，时，稳压管反向截止，vovi 第58页/共60页2.12 电路如图所示，设所有稳压管均为硅管（正向导通电压为电路如图所示，设所有稳压管均为硅管（正向导通电压为VD0.7V），且稳定电压），且稳定电压VZ8V，已知，已知vi15sint(V)，试分，试分别画出别画出vO1和和vO2的波形。的波形。习题解答习题解答解：（解：（b）2个个DZ反向串联，必定一个反向串联，必定一个正偏，另一个反偏，假设反偏的正偏，另一个反偏，假设反偏的Dz断开，断开，图图b中，当中，当 时，稳压管时，稳压管DZ1正向导通、正向导通、DZ2反向击穿，反向击穿，vo8.7V；当当 时，稳压管时，稳压管DZ1反向击穿、反向击穿、DZ2正向导通，正向导通，vo8.7V；当当 时，稳压时，稳压管管DZ1 和和DZ2未击穿，必有一个反向截止，未击穿，必有一个反向截止，vovi；iZDvVV.V 87iZDvVV.V 87ZDiZD.VVVvVV.V 8787第59页/共60页