半导体二极管及其电路

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,模拟电子技术电子技术基础精品课程,单击编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,上页,下页,第2章 半导体二极管及其电路,半导体二极管,将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了半导体二极管，简称,二极管,P,N,P,N,符号,阳极,阴极,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,半导体二极管的类型,按半导体材料分,：,有硅二极管、锗二极管等。,按用途分,：,有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。,半导体二极管,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,几种常见的二极管外形,半导体二极管,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,几种常见的二极管外形,半导体二极管,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管的,V-I,特性,与PN结一样，二极管具有单向导电性,反向击穿电压,V,(BR),50,I,/mA,V/V,0.2,0.4,25,5,10,15,0,图2 硅管的伏安特性,图3 锗管的伏安特性,半导体二极管,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管的伏安特性,v,D,i,D,导通压降:,硅管0.7V,锗管,0.3V,反向击穿电压,U,(BR),死区电压 硅管0.5V,锗管0,.,1,V,反向漏电流,Is,（很小，,A,级）,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管基本电路,二极管等效模型,图4 理想模型,图5 恒压降模型,图6 折线模型,（a）,V-I,特性 （b）代表符号,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管基本电路,理想模型,图中的虚线表示实际二极管的,V-I,特性，图b为它的代表符号。由图a可见，正向偏置时，其管压降为0,V,，当二极管处于反向偏置时，认为它的电阻为无穷大，电流为零。在实际的电路中，当电源电压远比二极管的管压降大时，利用此法来近似分析是可行的。,图4 理想模型,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管基本电路,恒压降模型,正向偏置时，其管压降认为是恒定的，且不随电流而变，典型值为硅管,0.7V、锗管0.,1,V,。不过这只有当二极管的电流近似等于或大于,1mA,时才是正确的。,图5 恒压降模型,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管基本电路,折线模型,此模型认为二极管的管压降不是恒定的，而是随着通过二极管电流的增加而增加，在模型中用一个电池和一个电阻,r,D,来作进一步的近似。,恒压源的电压选定为二极管的门坎电压Vth（Von），约为硅管0.5V、锗管0.1V。,图6 折线模型,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管基本电路,小信号模型,图7 小信号模型,即,常温下（,T,=300K）,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管基本电路,二极管应用电路,整流电路,限幅电路,开关电路,稳压电路,发光,变容,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管基本电路,整流电路,利用二极管的单向导电性把交流电转换成单向脉动的直流电的过程称为整流。下图所示电路为一种最简单的单向半波整流电路。,图8 半波整流电路（a）,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管基本电路,1),半波整流电路,图8 半波整流电路（b）,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,2)全,波整流电路,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,3),单相桥式整流电路,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管基本电路,限幅电路,下图所示电路是一种简单的双向限幅电路，R为限流电阻。,图9 限幅电路,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管基本电路,限幅电路,设二极管为恒压降模型。当输入信号,v,i,小于二极管的导通电压（0.7v）时，二极管截止，,v,o,v,i,；当,v,i,值超过0.7v后，二极管导通。二极管导通后，其伏安特性类似于恒压特性，所以其两端电压,v,o,被限制在0.7v附近。该电路常作为限幅保护电路。,图9 限幅电路（b）,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管基本电路,低压稳压电路,利用二极管正向导通时的恒压特性可以用作某些电路的低压稳压电路,图9 限幅电路,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管基本电路,开关电路,在开关电路中，利用二极管的单向导电性可以接通或断开电路，这在数字电路中得到广泛的应用。,在分析这种电路时，应当掌握一条基本原则,：,即判断电路中的二极管是处于导通或截止状态，可以,“,先将二级管断开，然后分析正、负两极间是正电压还是负电压，若是前者则二极管导通，否则二极管截止,”,。,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,二极管基本电路,开关电路,图10 开关电路,0V 0V,导通,导通,0V,0V 5V,导通,截止,0V,5V 0V,5V 5V,截止,导通,0V,截止,截止,5V,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,特殊二极管,稳压二极管,发光二极管,光电二极管,变容二极管,肖特基二极管,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,特殊二极管,稳压管的伏安特性,图11 稳压管的符号及伏安特性,稳压二极管工作在反向击穿状态,当工作电流,I,Z,在,I,zmax,和,I,zmin,之间时,其两端电压近似为常数,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,(1)稳定电压,V,Z,在规定的稳压管反向工作电流,I,Z,下，所对应的反向工作电压。,(3)最大耗散功率,P,ZM,(,2,)最大稳定工作电流,I,Zmax,和最小稳定工作电流,I,Zmin,稳压二极管主要参数,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,稳压电路,正常稳压时,V,O,=,V,Z,#,稳压条件是什么？,I,Zmin,I,Z,I,Zmax,#,不加,R,可以吗？,#,上述电路,V,I,为正弦波，且幅值大于,V,Z,，,V,O,的波形是怎样的？,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,VD,Z,R,使用稳压管需要注意的几个问题,稳压管电路,U,O,I,O,+,I,Z,I,R,U,I,+,1.,外加,电源的正极接管子的 N 区,，电源的,负极接 P 区,，,保证管子工作在反向击穿区；,R,L,2.,稳压管,应,与,负载电阻,R,L,并联；,3.,必须限制流过稳压管的电流,I,Z,，不能超过规定值,，以免因过热而烧毁管子。,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,特殊二极管,发光二极管,发光二极管（LED）包括可见光、不可见光、激光等不同类型。,图12 发光二极管外形及符号,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,特殊二极管,光电二极管,光电二极管是一种光敏器件，通常用硅材料制成,图12 光电二极管符号及伏安特性,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,特殊二极管,变容二极管,图13 变容二极管符号及压控特性,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,特殊二极管,肖特基二极管,图13 肖特基二极管符号及压控特性,电子技术基础精品课程模拟电子技术基础,