第2章-二极管及其应用课件

2.1 半导体及半导体及PN结结2.3 二极管基本电路二极管基本电路2.4 特殊二极管特殊二极管2.2 二极管二极管电阻电位器电容电感二极管普通二极管发光二极管稳压二极管 三极管传感器 温度传感器光敏传感器（光敏二极管和光敏三极管）磁传感器（霍尔传感器）集成电路 直流稳压源汽车系统 2.1半导体及半导体及PNPN结结1.导导体体：电电阻阻率率 108 cm 物物质质。如如橡橡胶胶、塑料等。塑料等。3.半半导导体体：导导电电性性能能介介于于导导体体和和半半导导体体之之间间的的物物质质。大大多多数数半半导导体体器器件件所所用用的的主主要要材材料料是是硅硅(Si)和和锗锗(Ge)。半导体导电性能是由其原子结构决定的。半导体导电性能是由其原子结构决定的。硅原子结构硅原子结构硅原子结构硅原子结构(a)硅的原子结构图硅的原子结构图最外层电子称最外层电子称价电子价电子 价电子价电子锗原子也是锗原子也是 4 价元素价元素4 价价元元素素的的原原子子常常常常用用+4 电电荷荷的的正正离离子子和和周周围围 4个价电子表示。个价电子表示。+4(b)简化模型简化模型+4+4+4+4+4+4+4+4+4完完全全纯纯净净的的、不不含含其其他他杂杂质质且且具具有有晶晶体体结结构构的的半半导导体称为本征半导体。体称为本征半导体。将将硅硅或或锗锗材材料料提提纯纯便便形形成成单单晶晶体体，它它的的原原子子结结构构为为共共价价键键结结构。构。价价电电子子共共价价键键单晶体中的共价键结构单晶体中的共价键结构当当温温度度 T=0 K 时时，半半导体不导电，如同绝缘体。导体不导电，如同绝缘体。1本征半导体本征半导体 2.1.1半导体的基础知识半导体的基础知识 +4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半导体中的本征半导体中的 自由电子和空穴自由电子和空穴自由电子自由电子空穴空穴 若若 T ，将将有有少少数数价价电电子子克克服服共共价价键键的的束束缚缚成成为为自自由由电电子子，在在原原来来的的共共价价键键中中留留下下一一个个空空位位空穴。空穴。T 自自由由电电子子和和空空穴穴使使本本征征半半导导体体具具有有导导电电能能力力，但很微弱。但很微弱。空空穴穴可可看看成成带带正正电电的的载流子。载流子。1.半导体中两种载流子半导体中两种载流子带负电的带负电的自由电子自由电子带正电的带正电的空穴空穴 2.本本征征半半导导体体中中，自自由由电电子子和和空空穴穴总总是是成成对对出出现现，称为称为 电子电子-空穴对。空穴对。3.本本征征半半导导体体中中自自由由电电子子和和空空穴穴的的浓浓度度用用 ni 和和 pi 表示，显然表示，显然 ni=pi。4.由由于于物物质质的的运运动动，自自由由电电子子和和空空穴穴不不断断的的产产生生又又不不断断的的复复合合。在在一一定定的的温温度度下下，产产生生与与复复合合运运动动会会达达到到平衡，载流子的浓度就一定了。平衡，载流子的浓度就一定了。5.载载流流子子的的浓浓度度与与温温度度密密切切相相关关，它它随随着着温温度度的的升升高，基本按指数规律增加。高，基本按指数规律增加。2杂质半导体杂质半导体杂质半导体有两种杂质半导体有两种N 型半导体型半导体P 型半导体型半导体1）N 型半导体型半导体(Negative)在在硅硅或或锗锗的的晶晶体体中中掺掺入入少少量量的的 5 价价杂杂质质元元素素，如如磷磷、锑锑、砷砷等等，即即构构成成 N 型型半半导导体体(或或称称电电子子型型半半导导体体)。常用的常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。价杂质元素有磷、锑、砷等。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子自由电子施主原子施主原子N 型半导体的晶体结构型半导体的晶体结构 本本征征半半导导体体掺掺入入 5 价价元元素素后后，原原来来晶晶体体中中的的某某些些硅硅原原子子将将被被杂杂质质原原子子代代替替。杂杂质质原原子子最最外外层层有有 5 个个价价电电子子，其其中中 4 个个与与硅硅构构成成共共价价键键，多多余余一一个个电电子子只只受受自自身身原原子子核核吸吸引引，在在室室温温下下即可成为自由电子。即可成为自由电子。自自由由电电子子浓浓度度远远大大于于空空穴穴的的浓浓度度，即即 n p。电电子子称称为为多多数数载载流流子子(简简称称多多子子)，空空穴穴称称为为少少数数载载流流子子(简称少子简称少子)。2）P 型半导体型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在在硅硅或或锗锗的的晶晶体体中中掺掺入入少少量量的的 3 价价杂杂质质元元素素，如如硼、镓、铟等，即构成硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体型半导体。+3空空穴穴浓浓度度多多于于电电子子浓浓度度，即即 p n。空空穴穴为为多多数数载载流流子子，电电子子为为少数载流子。少数载流子。3 价价杂杂质质原原子子称称为为受主原子。受主原子。受主受主原子原子空穴空穴P 型半导体的晶体结构型半导体的晶体结构说明：说明：1.掺掺入入杂杂质质的的浓浓度度决决定定多多数数载载流流子子浓浓度度；温温度度决决定少数载流子的浓度。定少数载流子的浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。杂质半导体总体上保持电中性。4.杂质半导体的表示方法如下图所示。杂质半导体的表示方法如下图所示。2.杂杂质质半半导导体体载载流流子子的的数数目目要要远远远远高高于于本本征征半半导导体，因而其导电能力大大改善。体，因而其导电能力大大改善。(a)N 型半导体型半导体(b)P 型半导体型半导体杂质半导体的的简化表示法杂质半导体的的简化表示法2.1.2PN 结结 在在一一块块半半导导体体单单晶晶上上一一侧侧掺掺杂杂成成为为 P 型型半半导导体体，另另一一侧侧掺掺杂杂成成为为 N 型型半半导导体体，两两个个区区域域的的交交界界处处就就形形成成了了一个特殊的薄层一个特殊的薄层(不能移动的正、负离子不能移动的正、负离子)，称为称为 PN 结结。PNPN结结图图 1.2.1PN 结的形成结的形成1PN 结的形成结的形成一、一、PN 结中载流子的运动结中载流子的运动耗尽层耗尽层空间电荷区空间电荷区PN1.扩散运动扩散运动2.扩扩散散运运动动形成空间电荷区形成空间电荷区电电子子和和空空穴穴浓浓度度差差形形成成多多数数载载流流子子的的扩扩散散运运动。动。PN 结结，耗耗尽层。尽层。PN3.空间电荷区产生内电场空间电荷区产生内电场PN空间电荷区空间电荷区内电场内电场UD空间电荷区正负离子之间电位差空间电荷区正负离子之间电位差 UD 电位壁垒电位壁垒；4.漂移运动漂移运动内内电电场场有有利利于于少少子子运运动动漂漂移。移。少少 子子 的的 运运动动与与多多子子运运动动方方向相反向相反 阻挡层阻挡层内电场阻止多子的扩散内电场阻止多子的扩散 阻挡层阻挡层。5.扩散与漂移的动态平衡扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动随着内电场的增强，漂移运动(电流电流)逐渐增加；逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流结总的电流空间电荷区的宽度约为几微米空间电荷区的宽度约为几微米 几十微米；几十微米；等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与扩散运动与漂移运动达到动态平衡。漂移运动达到动态平衡。电压壁垒电压壁垒 UD，硅材料约为，硅材料约为(0.6 0.8)V,锗材料约为锗材料约为(0.2 0.3)V。2 PN 结的单向导电性结的单向导电性1)PN PN 外加正向电压外加正向电压又称正向偏置，简称正偏。又称正向偏置，简称正偏。外电场方向外电场方向内电场方向内电场方向空间电荷区空间电荷区VRI空间电荷区变窄，有利于扩散空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电运动，电路中有较大的正向电流。流。PN在在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。2)PN PN 结结结结外加反向电压外加反向电压(反偏反偏)反反向向接接法法时时，外外电电场场与与内内电电场场的的方方向向一一致致，增增强强了了内内电场的作用；电场的作用；外电场使空间电荷区变宽；外电场使空间电荷区变宽；不不利利于于扩扩散散运运动动，有有利利于于漂漂移移运运动动，漂漂移移电电流流大大于于扩扩散电流，电路中产生反向电流散电流，电路中产生反向电流 I；由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。空间电荷区空间电荷区图图 1.2.3反相偏置的反相偏置的 PN 结结反反向向电电流流又又称称反反向向饱饱和和电电流流。对对温温度度十十分分敏敏感感，随随着温度升高，着温度升高，IS 将急剧增大将急剧增大。PN外电场方向外电场方向内电场方向内电场方向VRIS综上所述：综上所述：当当 PN 结结正正向向偏偏置置时时，回回路路中中将将产产生生一一个个较较大大的的正正向向电电流流，PN 结结处处于于 导导通通状状态态；当当 PN 结结反反向向偏偏置置时时，回回路路中中反反向向电电流流非非常常小小，几几乎乎等等于于零零，PN 结结处处于于截止状态截止状态。可见，可见，PN 结具有结具有单向导电性单向导电性。3 PN结的电容效应结的电容效应(1)扩散电容扩散电容CD非平衡少子的积累非平衡少子的积累PN+.V变化时，变化时，P区区积累的非平衡少积累的非平衡少子浓度分布图子浓度分布图V03V=0V0)PN+PN结变宽结变宽空间电荷层中空间电荷层中的电荷量增大的电荷量增大b.当当PN结正向偏置电压降低时结正向偏置电压降低时可见，空间电荷量随着可见，空间电荷量随着PN结偏置电压的变化而变化。结偏置电压的变化而变化。这种电容效应用势垒电容这种电容效应用势垒电容CB表征。表征。V-V(V0)PN+综上所述：综上所述：PN 结结总总的的结结电电容容 Cj 包包括括势势垒垒电电容容 Cb 和和扩扩散散电电容容 Cd 两两部部分分。一一般般来来说说，当当二二极极管管正正向向偏偏置置时时，扩扩散散电电容容起起主主要要作作用用，即即可可以以认认为为 Cj Cd；当当反反向向偏偏置置时时，势垒电容起主要作用，可以认为势垒电容起主要作用，可以认为 Cj Cb。Cb 和和 Cd 值值都都很很小小，通通常常为为几几个个皮皮法法 几几十十皮皮法法，有些结面积大的二极管可达几百皮法。有些结面积大的二极管可达几百皮法。Cj=CD+CB 2.2 二极管二极管 2.2.1 二极管的结构与类型二极管的结构与类型 2.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 2.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数在在PN结上加上引线和封装，就成为一个分立的半结上加上引线和封装，就成为一个分立的半导体二极管元件。导体二极管元件。2.2.1 二极管的结构与类型二极管的结构与类型符号符号：D 阳极阳极阴极阴极分类：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负极引线负极引线 面接触型面接触型N型锗型锗PN 结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金平面型平面型点接触型：点接触型：正极正极引线引线触丝触丝N 型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线PN结面积小，结电容小，用于检波结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。和变频等高频电路。PN结面积大，用于低频大结面积大，用于低频大电流整流电路。电流整流电路。往往用于集成电路制造工中。往往用于集成电路制造工中。PN 结面积可大可小，结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。半导体二极管图片二极管元件的伏安特性公式表示二极管元件的伏安特性公式表示 2.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性锗二极管锗二极管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反向击穿特性特性硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V V-I I 特性特性反向击穿反向击穿特性特性反向特性反向特性正向特性正向特性 正向特性：正向特性：在正向特性的起始部分在正向特性的起始部分,存在死区存在死区,开启电压开启电压(门坎电压门坎电压)V)Vthth，硅管为硅管为0.5V0.5V，锗管为锗管为0.1V0.1V。导通导通后，管压降后，管压降硅管为硅管为0.7V0.7V，锗管锗管为为0.2V0.2V反向特性：反向特性：|V(BR)|V 硅管的反向电流极小，锗管的反向电流较硅管的反向电流极小，锗管的反向电流较大。大。硅：小于小于1A；锗：几十几十A几百几百A反向击穿：反向击穿：|V|V(BR)PN结的反向击穿结的反向击穿 当当PNPN结的反向电结的反向电压增加到一定数值时，压增加到一定数值时，反向电流突然快速增反向电流突然快速增加，此现象称为加，此现象称为PNPN结结的的反向击穿。反向击穿。热击穿热击穿不可逆不可逆 雪崩击穿雪崩击穿 齐纳击穿齐纳击穿 电击穿电击穿可逆可逆齐纳击穿齐纳击穿 半导体的掺杂浓度高半导体的掺杂浓度高击穿电压低于击穿电压低于4V4V击穿电压具有负的温度系数击穿电压具有负的温度系数空间电荷层中有较强的电场空间电荷层中有较强的电场电场将电场将PNPN结中的价电子从共价键中激发出来结中的价电子从共价键中激发出来击穿的机理击穿的机理条件条件击穿的特点击穿的特点半导体的掺杂浓度低半导体的掺杂浓度低击穿电压高于击穿电压高于6V6V击穿电压具有正的温度系数击穿电压具有正的温度系数空间电荷区中就有较强的电场空间电荷区中就有较强的电场电场使电场使PNPN结中的少子结中的少子“碰撞电离碰撞电离”共价键中的价电子共价键中的价电子击穿的机理击穿的机理条件条件击穿的的特点击穿的的特点 雪崩击穿雪崩击穿温度对半导体二极管特性的影响温度对半导体二极管特性的影响1.1.当温度上升时，死区电压、正向管压降降低。当温度上升时，死区电压、正向管压降降低。V VD D/T T=（22.522.5）mV/mV/C C2.2.温度升高温度升高，反向饱和电流增大。反向饱和电流增大。即即 温度每升高温度每升高1 1C C，管压降降低（，管压降降低（22.522.5）mVmV。即即 平均温度每升高平均温度每升高1010C C，反向饱和电流增大一倍。，反向饱和电流增大一倍。2.2.3 2.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数1.1.额定整流电流额定整流电流I IF F2.2.反向击穿电压反向击穿电压V V(BR)(BR)管子长期运行所允许通管子长期运行所允许通过的电流平均值。过的电流平均值。二极管能承受的最高反二极管能承受的最高反向电压。向电压。O Oi iD D正向特性正向特性击穿电压击穿电压死区死区电压电压V V(BR)(BR)反向特性反向特性V VD D4.4.反向电流反向电流I IR R3.3.最高允许反向工作电压最高允许反向工作电压V VR R为了确保管子安全工作，所允许的最高反向电压。为了确保管子安全工作，所允许的最高反向电压。室温下加上规定的反向电压时测得的电流。室温下加上规定的反向电压时测得的电流。V VR R=（1/22/31/22/3）V V(BR)(BR)5.5.正向电压降正向电压降V VF F6.6.最高工作频率最高工作频率f fM M指通过一定的直流测试电流时的管压降。指通过一定的直流测试电流时的管压降。f fM M与结电容有关，当工作频率超过与结电容有关，当工作频率超过f fM M时，二极管的时，二极管的单向导电性变坏。单向导电性变坏。2.3 二极管基本电路二极管基本电路 2.3.1 二极管的等效电路二极管的等效电路 2.3.2 二极管的应用二极管的应用1.图解分析方法图解分析方法 二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V V-I I 特性曲线。特性曲线。例：例：电路如图所示，已知二极管的电路如图所示，已知二极管的V V-I I 特性曲线、电源特性曲线、电源V VDDDD和和电阻电阻R R，求二极管两端电压，求二极管两端电压v vD D和流过二极管的电流和流过二极管的电流i iD D。解：由电路的解：由电路的KVLKVL方程，可得方程，可得 即即 是一条斜率为是一条斜率为-1/R的直线，称为的直线，称为负载线负载线 Q Q的坐标值（的坐标值（V VD D，I ID D）即为所求。）即为所求。Q Q点称为电路的点称为电路的工作点工作点 2 二极管电路的等效模型分析法二极管电路的等效模型分析法1.1.二极管二极管V V-I I 特性的建模特性的建模 将指数模型将指数模型 分段线性化，得到二极管特性的等效模型。分段线性化，得到二极管特性的等效模型。（1 1）理想模型理想模型 （a a）V V-I I特性特性 （b b）代表符号）代表符号 （c c）正向偏置时的电路模型）正向偏置时的电路模型 （d d）反向偏置时的电路模型）反向偏置时的电路模型 在实际电路中,当电源电压远比二极管的管压降大时,利用此法是可行的。2.3.1 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V V-I I 特性的建模特性的建模（2 2）恒压降模型恒压降模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型（3 3）折线模型折线模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 2.3.1 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V V-I I 特性的建模特性的建模（4 4）小信号模型）小信号模型 过过Q Q点的切线可以等点的切线可以等效成一个微变电阻效成一个微变电阻即即根据根据得得Q Q点处的微变电导点处的微变电导则则常温下（常温下（T T=300K=300K）（a a）V V-I I特性特性 （b b）电路模型）电路模型 2.3.1 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V V-I I 特性的建模特性的建模（4 4）小信号模型）小信号模型 特别注意：特别注意：小信号模型中的微变电阻小信号模型中的微变电阻r rd d与静态工作点与静态工作点Q Q有关。有关。该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且v vD DV VT T 。（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型交流电路2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（2 2）静态工作情况分析）静态工作情况分析理想模型理想模型（R R=10k=10k）当当V VDDDD=10V=10V 时，时，恒压模型恒压模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）折线模型折线模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）设设当当V VDDDD=1V=1V 时，时，请自己考虑？请自己考虑？（a a）简单二极管电路）简单二极管电路 （b b）习惯画法）习惯画法 2.3.2 二极管的应用二极管的应用1 1 整流电路（整流电路（理想模型理想模型）（a a）电路图）电路图 （b b）v vs s和和v vo o的波形的波形半波整流电路2 2 限幅电路限幅电路 电路如图，电路如图，R R=1k=1k，V VREFREF=3V=3V，二极管为硅二极管。分别用理想，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当模型和恒压降模型求解，当v vI I=6sin=6sin t t V V时，绘出相应的输出电压时，绘出相应的输出电压v vO O的波的波形。形。3 3 开关电路（开关电路（理想模型理想模型）电路如图所示，求电路如图所示，求AOAO的电压值的电压值解：解：先断开先断开D D，以，以O O为基准电位，为基准电位，即即O O点为点为0V0V。则接则接D D阳极的电位为阳极的电位为-6V-6V，接，接阴极的电位为阴极的电位为-12V-12V。阳极电位高于阴极电位，阳极电位高于阴极电位，D D接入时正向导通。接入时正向导通。导通后，导通后，D D的压降等于零，即的压降等于零，即A A点的电位就是点的电位就是D D阳极的电位阳极的电位。所以，所以，AOAO的电压值为的电压值为-6V-6V。在分析这种电路时，即判断电路中二极管处于导通在分析这种电路时，即判断电路中二极管处于导通状态还是截止状态，应掌握一条基本原则：状态还是截止状态，应掌握一条基本原则：1.1.可以可以先将二极管断开，确定零电位点先将二极管断开，确定零电位点，然后观察，然后观察（或经过计算）阳、阴两极间是正向电压还是反向电（或经过计算）阳、阴两极间是正向电压还是反向电压，若是前者则二极管导通，否则二极管截止。压，若是前者则二极管导通，否则二极管截止。2.2.如果有多个二极管，则正向电压如果有多个二极管，则正向电压最大者最大者优先导通优先导通。例：例：一二极管开关电路如图所示。当一二极管开关电路如图所示。当v v 1 1和和v v 2 2为为0V0V或或5V5V时，求时，求v v 1 1和和v v 2 2的值不同组合情况下，输出电压的值不同组合情况下，输出电压 o o的值。设二极管是理想的。的值。设二极管是理想的。解：解：(1)当当v 1=0V,v 2=5V时时,D1为正向偏置，为正向偏置，D1导通，导通，vo=0V,此时此时 D2的阴极电位为的阴极电位为5V，阳极为，阳极为0V，处于反向偏置，故处于反向偏置，故D2截止。截止。(2)(2)以此类推，将以此类推，将v v 1 1和和v v 2 2 的其余三种组合及输出电压列于下的其余三种组合及输出电压列于下表：表：v v 1 1 v v 2 2 D D1 1 D D2 2 v v0 0 0V 0V 0V 0V 导通导通 导通导通 0V 0V 0V 0V 5V 5V 导通导通 截止截止 0V 0V 5V 5V 0V 0V 截止截止 导通导通 0V 0V 5V 5V 5V 5V 截止截止 截止截止 5V 5V与运算与运算例例 设图示电路中的二极管性能均为理想。试判断各电设图示电路中的二极管性能均为理想。试判断各电路中的二极管是导通还是截止，并求出路中的二极管是导通还是截止，并求出A A、B B两点之间的两点之间的电压电压ABAB值值。V115 V10 VV2R2 k VABB+_D2AD1(a)V115 V10 VV2R2 k VABB+_D2AD1(b)解解 判断电路中二极管工作状态的方法判断电路中二极管工作状态的方法 1.1.断开二极管，设定参考零电位点，分析电路断开二极管，设定参考零电位点，分析电路断开点的开路电压。如果该电压能使二极管正偏，断开点的开路电压。如果该电压能使二极管正偏，且大于二极管的死区电压，二极管导通；否则二且大于二极管的死区电压，二极管导通；否则二极管截止。极管截止。2.2.如果电路中有两个二极管，利用方法如果电路中有两个二极管，利用方法1 1分别分别判断各个二极管两端的开路电压，开路电压高的判断各个二极管两端的开路电压，开路电压高的二极管优先导通；当此二极管导通后，再根据电二极管优先导通；当此二极管导通后，再根据电路的约束条件，判断另一个二极管的工作状态。路的约束条件，判断另一个二极管的工作状态。设参考零电位点为设参考零电位点为B B点，对于图点，对于图 a a，经判断知，经判断知，D D1 1、D D2 2两端的开路电压分别为：两端的开路电压分别为：D D2 2反偏电压为反偏电压为5 V5 VD D1 1导通导通V VAB AB=0 V=0 VD D2 2截止截止V115 V10 VV2R2 k VABB+_D2AD1(a)10 V10 V，5 V5 V设参考零电位点为设参考零电位点为B B点，对点，对于图于图 b b，经判断知，经判断知，D D1 1、D D2 2两端的开路电压分别为两端的开路电压分别为即即 D D1 1上的反偏电压为上的反偏电压为15 V15 VD D2 2优先导通优先导通V VAB AB=15 V15 VD D1 1截止截止10 V10 V，25 V25 VD D2 2导通后导通后V115 V10 VV2R2 k VABB+_D2AD1(b)解例：2.4 2.4 特殊二极管特殊二极管2.4.1 2.4.1 稳压二极管稳压二极管特点特点a.a.正向特性与普通管类似正向特性与普通管类似稳压管通常工作于稳压管通常工作于反向电击穿状态反向电击穿状态伏安特性伏安特性+i iZ Zu uZ ZV VZ ZQ QB BA AO OU UZ Zi iZ ZI IZ Z U UZ Z I IZ Z符号符号b.b.反向击穿特性很陡反向击穿特性很陡1.1.硅稳压管的主要电参数硅稳压管的主要电参数(1)(1)稳定电压稳定电压U UZ Z(3)(3)最大允许工作电流最大允许工作电流I IZMZM(4)(4)最大允许功率耗散最大允许功率耗散P PZMZMV VZ ZQ QB BA AO OU UZ Zi iZ ZI IZ Z U UZ Z I IZ Z(2)动态电阻：动态电阻：rz越小，稳压性能越好。越小，稳压性能越好。(5)(5)温度系数温度系数稳定电压温度系数稳定电压温度系数 一般，一般，VZ 4 V，7 V，0(为雪崩击穿为雪崩击穿)具有正温度系数；具有正温度系数；4 V VZ 7 V，很小。很小。具有温度补偿的硅稳压管具有温度补偿的硅稳压管把一只把一只为正为正的管子与另一的管子与另一只只为负的管为负的管子串联子串联 2DW7 系列稳压管结构系列稳压管结构(a)2DW7 稳压管外形图稳压管外形图(b)内部结构示意图内部结构示意图管管子子内内部部包包括括两两个个温温度度系系数相反的二极管对接数相反的二极管对接在一起。在一起。温温度度变变化化时时，一一个个二二极极管管被被反反向向偏偏置置，温温度度系系数数为为正正值值；而而另另一一个个二二极极管管被被正正向向偏偏置置，温温度度系系数数为为负负值值，二二者者互互相相补补偿偿，使使 1、2 两两端端之之间间的的电电压压随随温温度度的的变变化化很很小小。例例：2DW7C，U =0.005%/图图 2DW7 稳压管稳压管2.稳压电路稳压电路正常稳压时正常稳压时 VO=VZ2.4.1 稳压二极管稳压二极管稳压原理稳压原理VI VO VZ IZ I R VO RL VO VZ I R IZVO 额定功耗额定功耗 PZ额额定定功功率率决决定定于于稳稳压压管管允允许许的的温升。温升。PZ=UZIZPZ 会转化为热能，使稳压管发热。会转化为热能，使稳压管发热。电工手册中给出电工手册中给出 IZM，IZM=PZ/UZ 例例 求求通通过过稳稳压压管管的的电电流流 IZ 等等于于多多少少？R 是是限限流流电电阻，其值是否合适？阻，其值是否合适？IZVDZ+20 VR=1.6 k+UZ=12 V-IZM=18 mA例题电路图例题电路图IZ IZM，电阻值合适。，电阻值合适。解解 VDZR使用稳压管需要注意的几个问题：使用稳压管需要注意的几个问题：图图 稳压管电路稳压管电路UOIO+IZIRUI+1.外外加加电电源源的的正正极极接接管管子子的的 N 区区，电电源源的的负负极极接接 P 区区，保证管子工作在反向击穿区；保证管子工作在反向击穿区；RL2.稳稳压压管管应应与与负负载载电电阻阻 RL 并联并联；3.必必须须限限制制流流过过稳稳压压管管的的电电流流 IZ，不不能能超超过过规规定定值值，以以免免因因过热而烧毁管子。过热而烧毁管子。例例：稳压二极管的应用稳压二极管的应用RLuiuORDZiiziLUZ稳压二极管技术数据为：稳压值稳压二极管技术数据为：稳压值U UZ Z=10V=10V，I Izmaxzmax=12mA=12mA，I Izminzmin=2mA=2mA，负载电阻，负载电阻R RL L=2k=2k，输入电压，输入电压u ui i=12V=12V，限流电阻，限流电阻R=200 R=200 ，求，求iZ。若若负载电阻负载电阻变化范围为变化范围为1.5 1.5 k k -4 -4 k k ，是否还能稳压，是否还能稳压？RLuiuORDZiiziLUZUZ=10V ui=12VR=200 Izmax=12mA Izmin=2mARL=2k (1.5 k 4 k)iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA）i=（ui-UZ）/R=（12-10）/0.2=10（mA）iZ=i-iL=10-5=5（mA）RL=1.5 k ,iL=10/1.5=6.7（mA）,iZ=10-6.7=3.3（mA）RL=4 k ,iL=10/4=2.5（mA）,iZ=10-2.5=7.5（mA）负载变化负载变化,但但iZ仍在仍在12mA和和2mA之间之间,所以稳压管仍能起所以稳压管仍能起稳压作用稳压作用稳压管正常工作的条件稳压管正常工作的条件:IZ(min)IZIZM2.4.2 光电二极管光电二极管光电二极管光电二极管:利用半导体的光敏特性，其利用半导体的光敏特性，其反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。发光二极管发光二极管:正向电流流过时，发出一定波长正向电流流过时，发出一定波长范围的光范围的光光电传输系统光电传输系统 2.4.3 发光二极管发光二极管2.4.4 变容二极管变容二极管（a a）符号）符号 （b b）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）变容二极管的特点变容二极管的特点b.电容量与所加的反向偏置电压的大小有关。电容量与所加的反向偏置电压的大小有关。a.当二极管反向偏置时，因反向电阻很大，可当二极管反向偏置时，因反向电阻很大，可作电容使用。作电容使用。