模拟电子电路2章2(XXXX02)西北工业大学

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1、2.3 二极管2.3.2二极管的结构类型2.3.3二极管的特性曲线2.3.4 晶体二极管的参数2.3.4二极管的基本应用电路2.3.5特殊二极管2.3.6 稳压二极管及稳压电路晶体二极管的模型2.3.1外特性分析方法特殊二极管12.3 二极管2.3.1 二极管的结构类型2.3.2 二极管的特性曲线2.3.3 二极管的参数22.3.1 晶体二极管的结构类型 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面点接触型、面接触型和平面型型三大类。三大类。(1)点接触型二极管点接触型二极管 PNPN结面积小，结电

2、容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。(a)(a)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3二极管的结构示意图(c)平面型(3)平面型二极管 往往用于集成电路制造工往往用于集成电路制造工艺中。艺中。PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管 PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。(b)面接触型4阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅(c)平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(a)点接触型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴

3、极引线(b)面接触型阴极阳极(d)符号总结562.3.2 晶体二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线晶体二极管的电路符号正向伏安正向伏安特性曲线特性曲线反向伏安反向伏安特性曲线特性曲线72.3.2 晶体二极管的伏安特性曲线 式中IS 为反向饱和电流，UD 为二极管两端的电压降，UT=kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q 为电子电荷量，T 为热力学温度。对于室温（相当T=300 K），则有UT=26 mV。根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示：Du/UDi(1)TsI e8二极管的伏安特性曲线图示Du/UDi(1)TsI e9(1)正向特性 1、当0

4、uUD(ON)时，正向电流为零，UD(ON)称为死区电压或开启电压。当u0即处于正向特性区域。正向区又分为两段：2、当uUD(ON)时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。UD(ON)10(2)反向特性 当u0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：1、当当UBRu0时时，反向电流很小，且，反向电流很小，且基本不随反向电压的基本不随反向电压的变化而变化，此时的变化而变化，此时的反向电流也称反向电流也称反向饱反向饱和电流和电流I IS S 。、当、当uUuUBRBR时，反向电时，反向电流急剧增加，流急剧增加，U UBRBR称为反向称为反向击穿电压击穿电压 。11在反向区，硅、锗二极管的特性有

5、所不同。在反向区，硅、锗二极管的特性有所不同。硅 二 极 管硅 二 极 管 的 反 向 击 穿 特 性 比 较 硬、比 较 陡，的 反 向 击 穿 特 性 比 较 硬、比 较 陡，反向饱和电流也很小；反向饱和电流也很小；锗 二 极 管锗 二 极 管 的 反 向 击 穿 特 性 比 较 软，过 渡 比 较的 反 向 击 穿 特 性 比 较 软，过 渡 比 较 圆滑，反向饱和电流较大。圆滑，反向饱和电流较大。从击穿的机理上看，从击穿的机理上看，硅二极管硅二极管 若若|UBR|7V时时,主要是雪崩击穿；主要是雪崩击穿；若若|UBR|5V时时,则主要是齐纳击穿。则主要是齐纳击穿。当在当在5V7V之间两

6、种击穿都有，有可能获得之间两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。零温度系数点。(3)反向击穿特性12 正向偏置二极管小功率正常工作时，管压降变正向偏置二极管小功率正常工作时，管压降变化范围很小，硅二极管为：化范围很小，硅二极管为：U D(ON)=0.5 0.7V 锗二极管为：U D(ON)=0.0.V硅二极管的反向饱和电流也很小。硅二极管的反向饱和电流也很小。.1uA锗二极管的反向饱和电流较大。几十锗二极管的反向饱和电流较大。几十uA132.3.3晶体二极管的参数 1、最大整流电流IF二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值。2、反向击穿电压UBR二极管反向电流急剧增加时对应

7、的反向电压值称为反向击穿电压VBR。143 3、反向电流反向电流I IR R5、最高工作、最高工作 频率频率fM在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安级；锗二极管在微安(A)级。级。fM与结电容有关，与结电容有关，ffM时，单向导电性便差。时，单向导电性便差。4、极间电容、极间电容(反向恢复时间)152.4 二极管基本电路及分析方法 二极管是一种非线性器件3.4.1 二极管的图解分析DDVRVDD),(DDDVIDD

8、VR162.4 二极管基本电路及分析方法 二极管是一种非线性器件,在大信号工作时，其非线性表现为单向导电性，而导通后所呈现的非线性往往是次要的。在不同条件下，可采用不同的近似方法来等效二极管。通常采用三种模型：、理想模型、简化模型、折线模型3.4.2 晶体二极管的模型172.4.1 晶体二极管的模型一、理想模型正向：UD(on)=0 反向：IR=0 理想二极管：理想二极管：ui18二、恒压模型简化二极管：简化二极管：iuB0BUD(on)UD(on)正向：UD(on)=0.7 Si0.3 GeVV反向：IR=0 2.4.1 晶体二极管的模型19三、折线模型折线二极管：折线二极管：iuB0BUD

9、(on)正向：UD(on)=0.7 Si0.3 GeVV反向：IR=0 UD(on)rD2.4.1 晶体二极管的模型20三、折线模型iuB0BUD(on)VD(on)rDUriTDD1iUDT1/UTU USTIeD1v/VD(1)uTSdIed1DDiuddDuiddDuiDr26()iDmV2.4.1 晶体二极管的模型212.4.2 二极管基本应用电路一、整流二、限幅三、电平选择221、半波整流一、整流232、全波整流U2aU2bU2bU2aU2aU2bU2aU2b242、全波整流U2U2U2U22526 当输入信号电压在一定范围内变化时当输入信号电压在一定范围内变化时,输出电压随输入电压

10、相应变化；输出电压随输入电压相应变化；当输入电压超出该范围时当输入电压超出该范围时,输出电输出电压保持不变。压保持不变。将输出电压将输出电压vo开始不变的电压值称为开始不变的电压值称为限幅电平。限幅电平。当输入电压高于限幅电平时当输入电压高于限幅电平时,输出电压保持不输出电压保持不 变的限幅称为变的限幅称为上限幅。上限幅。当输入电压低于限幅电平时当输入电压低于限幅电平时,输出电压保持不输出电压保持不 变的限幅称为变的限幅称为下限幅。下限幅。二二.限幅电路限幅电路限限幅幅的的概概念念27VDuiuoRE并联二极管上限幅电路 二、限幅改变值就可改变限幅电平。28 V,限幅电平为限幅电平为V。u时二

11、极管导通时二极管导通,uoV；uiV,二极管截止二极管截止,uou。波形如图。波形如图(a)所所示。示。Um,则限幅电平为则限幅电平为。u,二极管截二极管截止止,uou；u,二极管导通二极管导通,uo。波形图如图。波形图如图()所示。所示。Um,则限幅电平为则限幅电平为-E,波形图如图波形图如图()所示。所示。29tuiO(b)EuotOEtui(a)UmuoOtUmOtuiO(c)EuoEOt二极管并联上限幅电路波形关系二极管并联上限幅电路波形关系V VVmVmVmVm30并联下限幅电路并联下限幅电路 UDUi+Uo+ER并联上限幅电路并联上限幅电路UDUi+Uo+ER31串联限幅电路串联限

12、幅电路32双向限幅电路双向限幅电路 332.4.2 二极管基本应用电路一、整流二、限幅三、电平选择34三、电平选择电路三、电平选择电路 图图(a)给出了一个二极管电平选择电路，其中二极管给出了一个二极管电平选择电路，其中二极管D1和和D2为理想二极管，输入信号为理想二极管，输入信号ui1和和ui2的幅度均小于电源电压的幅度均小于电源电压E，波形如图，波形如图(b)所示。分析电路的工作原理，并作出输出信所示。分析电路的工作原理，并作出输出信号号uo的波形。的波形。R E ui2 uo t ui1(a)D1 ui1 D2 t ui2 0 t uo 0(b)0 35解：因为解：因为ui1和和ui2均

13、小于均小于E，所以，所以D1和和D2至少有一个导通。至少有一个导通。（1 1）设）设ui1 ui2，则，则D2导通，导通，D1截止，截止，uo=ui2；（3 3）当）当ui1=ui2时，时，D1和和D2才同时导通，才同时导通，uo=ui1=ui2。（4 4）功能：电路完成低电平选择，当高、低电平分别代表逻辑）功能：电路完成低电平选择，当高、低电平分别代表逻辑1和逻辑和逻辑0时，就实现了逻辑时，就实现了逻辑“与与”运算。运算。R E ui2 uo t ui1 0(a)D1 ui1 D2 t ui2 0 t uo 0(b)1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 36四、二极管门电路四、二极

14、管门电路 二极管二极管“与与”门电路门电路 372二极管门电路二极管门电路 二极管二极管“或或”门电路门电路 382.5 特殊二极管稳压二极管稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管。伏安特性曲线伏安特性曲线与二极管的伏安特性曲线完全一样。与二极管的伏安特性曲线完全一样。2.5.1 稳压二极管及基本应用电路（b）伏安特性）伏安特性 (c)应用电路应用电路(b)(c)(a)符号符号939一、稳压作用 电流增量很大的变化，只引起电压增量很小的变化。稳压特性40(1)稳定电压稳定电压UZ 在规定的稳压管反向在规定的稳压管反向工作电流工作电流IZ下，所对应的下，所对应的反

15、向工作电压。反向工作电压。二、主要参数41(2)(2)最大耗散功率最大耗散功率 PZM 稳压管的最大功率损耗稳压管的最大功率损耗取决于取决于PN结的面积和散热等结的面积和散热等条件。反向工作时条件。反向工作时PN结的功结的功率损耗为率损耗为 PZ=UZ IZ，由，由 PZM和和UZ可以决定可以决定IZmax。(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作和最小稳定工作 电流电流IZmin 稳压管的最大稳定工作稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，电流取决于最大耗散功率，即即PZmax=UZIZmax。而。而Izmin对对应应UZmin。若若IZIZmin则不能则

16、不能稳压。稳压。二、主要参数42(5)稳定电压温度系数稳定电压温度系数 VZ 温度的变化将使温度的变化将使VZ改变，在稳压管中当改变，在稳压管中当 VZ 5.7 V时，时，VZ具有正温度系数，反向击穿具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。是雪崩击穿。当当 VZ 5.7V时，时，VZ具有负温度系数，具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。反向击穿是齐纳击穿。当当5 V VZ 7 V时，稳压管可以获得时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。为标准稳压管使用。二、主要参数43 2、电阻的作用一是起限流作用，、电阻的作用一是起限流作

17、用，（1）保护稳压管）保护稳压管 （2）当输入电压或负载电流变化时，）当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化起到稳压作用。通过该电阻上电压降的变化起到稳压作用。三、应用 3、使用时必须对流过管子的电流加以控使用时必须对流过管子的电流加以控制制 1、稳压二极管在工作时应、稳压二极管在工作时应反接反接，并串入一，并串入一只电阻。只电阻。44三、应用a、反偏；、反偏；b、IZ必须在稳定最小电流必须在稳定最小电流IZmin和最大电流和最大电流IZmax之间，即之间，即:IZmin IZ IZmax工作条件：工作条件：IZDZILRLV0ViR+-45三、应用工作条件：IZmin IZ I

18、Zmax1、Ui=Ui min，RL=RLMin时IZ最小：minminUUUizzZLIRRminZIminminminminUUUizLLZzRRRImaxR IZDZILRLV0ViR46三、应用工作条件：IZmin IZ IZmax2、Ui=Ui max，RL=RLMax时IZ最大：maxmaxUUUizzZLIRRmaxZImaxmaxmaxmaxUUUizLLZzRRRIminRminmaxRRR结论：IZDZILRLU0UiR47其它二极管其它二极管变容二极管变容二极管光电子器件光电子器件光电二极管光电二极管 发光二极管发光二极管 激光二极管激光二极管4849 优点：开关频率高正

19、向压降低缺点：反向击穿电压比较低 5051晶体二极管图片525354108642120.80.48400.40.81.2602090902060I/mAU/V806040202010200 1005020757550I/mAU/V20300300200 100(a)2AP22(锗管)的伏安特性曲线(b)2CP1020(锗管)的伏安特性曲线01553.3.3 晶体二极管的参数 一、直流电阻二、交流电阻viDDDR 二极管两端所加的直流电压VD与流过的直流电流ID之比。二极管在其工作状态（VD，ID）的电压微变量与电流微变量之比。DD(,V)viDQDQDIrDD(,V)vDQDQIddiDvDQ

20、drdiVTDQIv/VVTTQIe26()()DDQmArI在常温下：由得：Dv/VDi(1)TsI e56*3.3.3 晶体二极管的温度特性 1 1、温度对反向电流的影响：温度对反向电流的影响：硅二极管温度每增加硅二极管温度每增加1010，反向电流将约增加，反向电流将约增加一倍；一倍；锗二极管温度每增加锗二极管温度每增加1212，反向电流大约增加，反向电流大约增加一倍。一倍。2 2、温度对正向压降的影响温度对正向压降的影响：每增加每增加11，正向压降，正向压降VF(VD)大约减小大约减小2 2mV，即，即具有负的温度系数。具有负的温度系数。反向电流增加正向压降减少57 温度对二极管伏安特性曲线的影响图示58*3.3.3 晶体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：5960谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH