模电课件03第一章晶体二极管及其应用课件

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1、模电课件03第一章晶体二极管及其应用13 晶体二极管及其应用晶体二极管及其应用二极管的结构二极管的结构负负极极P N正正极极封封装装二极管的电路符号二极管的电路符号 二极管符号中的箭头二极管符号中的箭头方向就是二极管正向方向就是二极管正向电流的方向电流的方向 点接触型和面接触型点接触型和面接触型 模电课件03第一章晶体二极管及其应用13 1 晶体二极管的伏安特性晶体二极管的伏安特性 1 二极管的理想伏安特性方程二极管的理想伏安特性方程 电流与端电压之间的关系电流与端电压之间的关系)1(TDUuSDeIiPN结伏安特性方程结伏安特性方程 uD是加在二极管上的端电压，是加在二极管上的端电压，UT为

2、热电压当量，为热电压当量，UTkT/q,（当（当T300K时时UT 26mV）。）。IS即为即为PN结反向饱和电流，与结反向饱和电流，与少数载流子浓度有关少数载流子浓度有关 正偏时取正偏时取uD0，反偏时，反偏时uD代入负值代入负值 模电课件03第一章晶体二极管及其应用正偏正偏PN结存在着一个导结存在着一个导通电压通电压UON，称为二极，称为二极管的正向开启（死区或管的正向开启（死区或门限）电压门限）电压 PN结的伏安特性曲线结的伏安特性曲线（1）正偏）正偏PN结伏安特性方程结伏安特性方程 二极管的正偏伏安特性方程二极管的正偏伏安特性方程)1(TDUuSDeIiTDUuSDeIiiD/mAuD

3、/V1.01AGeSi当当uD06V以后，正向电流急剧增大，以后，正向电流急剧增大，PN结呈现结呈现较陡的伏安特性较陡的伏安特性 0.7V硅硅PN结导通电压为结导通电压为07V 锗锗PN结导通电压为结导通电压为03V 0.3V1 TDUue正偏时（即正偏时（即uD0），），且当且当uD4UT时时模电课件03第一章晶体二极管及其应用PN结的伏安特性曲线结的伏安特性曲线（2)反偏反偏PN结伏安特性方程结伏安特性方程 反偏时（即反偏时（即uD T1T2每温升每温升10，反向饱，反向饱和电流增大约一倍和电流增大约一倍 温度升高时，正向伏温度升高时，正向伏安特性曲线左移安特性曲线左移 T1T2当温度增加

4、时，正向当温度增加时，正向电流也会增大电流也会增大 模电课件03第一章晶体二极管及其应用（3）反向击穿现象及原因反向击穿现象及原因 iD/mAuD/V1.01AGeSi当当PN结反偏电压增大到一定值时，反向结反偏电压增大到一定值时，反向电流会急剧增大，这种现象称为电流会急剧增大，这种现象称为PN结反结反向击穿向击穿 反向击穿发生时的电压值反向击穿发生时的电压值U(BR)称为称为反向击穿电压反向击穿电压 U(BR)U(BR)导致出现反向击穿的原导致出现反向击穿的原因有下面两种：因有下面两种：雪崩击穿（价电子被雪崩击穿（价电子被碰撞电离）碰撞电离）齐纳击穿（价电子被齐纳击穿（价电子被场致激发）场致

5、激发）内建电场内建电场E空间电荷区空间电荷区内建电场内建电场E空间电荷区空间电荷区 两种击穿的特征两种击穿的特征 雪崩击穿电压较高，一般高于雪崩击穿电压较高，一般高于6V。温度升高时，击穿电压增大。温度升高时，击穿电压增大 齐纳击穿电压较低，一般小于齐纳击穿电压较低，一般小于4V。温度升高时，击穿电压减小。温度升高时，击穿电压减小 击穿发生时只要限制电流的大小，以防击穿发生时只要限制电流的大小，以防结温过高结温过高 模电课件03第一章晶体二极管及其应用132 二极管的直流电阻和交流电阻二极管的直流电阻和交流电阻 1直流电阻直流电阻RD 一般把加在二极管上的直流偏置电一般把加在二极管上的直流偏置

6、电压压UD和直流偏置电流和直流偏置电流ID称为二极管称为二极管的工作点（的工作点（Q）uDiDUD1ID1Q1二极管的直流电阻二极管的直流电阻RD定义为：该工作定义为：该工作点处的直流电压和直流电流的比值点处的直流电压和直流电流的比值 QDDDIURQ2UD2ID2即即RDl=UD1/ID1，RD2=UD2/ID2。显然，显然，RD2UUONON二极管反偏，或正偏电二极管反偏，或正偏电压小于导通电压压小于导通电压UON时，时，二极管截止，电流为零；二极管截止，电流为零；当二极管导通后，其当二极管导通后，其端电压维持端电压维持UON不变。不变。伏安特性曲线伏安特性曲线DideluDuDiDUON

7、UONDideliD(2)(2)恒压源模型恒压源模型 适用直流电压适用直流电压模电课件03第一章晶体二极管及其应用二极管电压二极管电压uDUON时，时，iD=0当当uDUON时，二极管导通，且交流电阻时，二极管导通，且交流电阻rd不变不变 伏安特性曲线伏安特性曲线uDiDUON模型模型DidelrdiD(3)折线近似模型折线近似模型(1)理想开关模型理想开关模型(2)(2)恒压源模型恒压源模型 适用于分析含适用于分析含二极管的大信二极管的大信号电路号电路(3)折线近似模型折线近似模型适用低频大信适用低频大信号分析号分析模电课件03第一章晶体二极管及其应用例例11 Si二极管与恒压源二极管与恒压

8、源E和限流和限流电阻电阻R构成的直流电路如图构成的直流电路如图125所示。求二极管工作所示。求二极管工作点点UD和和ID的值。的值。IDUONRDE3V300图图125 二极管直流电路二极管直流电路解：将二极管用恒压源模型近似后求解电路。解：将二极管用恒压源模型近似后求解电路。对于导通的对于导通的Si管，可取管，可取UD UON 07V，由此可算出，由此可算出)(67.73007.03mARUEIOND模电课件03第一章晶体二极管及其应用2.2.二极管的交流小信号模型二极管的交流小信号模型 uDiDQ（UD，ID）UIQ点附近的一定范围内伏点附近的一定范围内伏安特性曲线可近似看成安特性曲线可近

9、似看成直线，直线，交流电压交流电压ud和电流和电流id之间的之间的关系可用一个线性电阻来关系可用一个线性电阻来近似，这就是二极管的小近似，这就是二极管的小信号模型。信号模型。二极管小信号模型就是二极管小信号模型就是工作点处的交流电阻工作点处的交流电阻rd，二 极 管 的二 极 管 的交 流 小 信交 流 小 信号模型号模型+uD=UD+ud-iD=ID+idrdid模电课件03第一章晶体二极管及其应用uD=UD+udRDE3V300+-（a）例）例12电路图电路图+-u(t)若在例若在例l1电路中串联一个电压源电路中串联一个电压源u（t）100sin2l0 4t(mV)，估算此时二极管上交流电

10、压与电流成分的振幅值估算此时二极管上交流电压与电流成分的振幅值Udm和和Idm(T=300K)。例例12+-RDE3V300（a）例）例12电路图电路图+-u(t)解：当正弦电压源未加上，解：当正弦电压源未加上，即即u(t)0V时，二极管的工作点时，二极管的工作点UD=070V，ID=767mA，rdUTID=26mV76mA=339DTdIUr 当加上正弦电压当加上正弦电压u(t)后后+-uR=UR+uRiD=ID+id+-udRD300+-u(t)RD300（b）例）例12交流等效电路交流等效电路+-u(t)+-uRid由此等效电路可求出由此等效电路可求出 Idm=Um(R+rd)=100

11、(300+339)033(mA)Udmrd Idm112(mV)模电课件03第一章晶体二极管及其应用当当|ui(t)|UON时，时，D1导通导通(D2仍截止仍截止)，使，使uo(t)保持保持07V不变不变 当当ui(t)RD，这种失，这种失真并不大真并不大 ui(t)uo(t)CD-+uc=25V钳位电路有时也叫直流钳位电路有时也叫直流恢复电路恢复电路 采用钳位电路就能将行采用钳位电路就能将行同步脉冲的顶部同步脉冲的顶部“钳钳”在同一电平上在同一电平上 tui2.5V-2.5V模电课件03第一章晶体二极管及其应用135 稳压管及其应用稳压管及其应用 1.0S iiD/mAuD/V5101520

12、导通区导通区死区死区截止区截止区击穿区击穿区二极管的反向击穿特性曲线非常陡直二极管的反向击穿特性曲线非常陡直 击穿电压十分稳定击穿电压十分稳定 在击穿区的工作点上交在击穿区的工作点上交流电阻流电阻很小很小 稳压管就是一种专门工作稳压管就是一种专门工作在反向击穿状态的二极管在反向击穿状态的二极管 稳压管电路符号稳压管电路符号DZ+-稳压管工作时负极要接高稳压管工作时负极要接高电位，并使其击穿电位，并使其击穿 IZmin IZmax UZ(1)稳压管参数稳压管参数 稳定电压稳定电压UZUZ在规定测试电流在规定测试电流(如如50mA)下的反问击下的反问击穿电压穿电压 最小稳定电流最小稳定电流IZmi

13、nIZmin击穿电流大于该值击穿电流大于该值后稳压性能才好后稳压性能才好 最大稳定电流最大稳定电流IZmax IZmax击穿电流不允许超击穿电流不允许超过该值，否则稳压过该值，否则稳压管会因管耗过大而管会因管耗过大而烧坏烧坏(此时管耗此时管耗P PZ ZU UZ Z I IZmaxZmax)动态电阻动态电阻rz 在在(I IZminZmin I IZmaxZmax)范范围内，稳压管交流围内，稳压管交流电阻的典型值电阻的典型值 r rz z越小的管子稳压性越小的管子稳压性能越好能越好 电压温度系数电压温度系数 ZZU/TUUZ7V的稳压管一般为雪崩击穿型，的稳压管一般为雪崩击穿型，为正，为正，U

14、z4V的稳压管一般为齐的稳压管一般为齐纳击穿型，纳击穿型，为负为负 UZ在在4V7V之间的稳压管一般为之间的稳压管一般为混合击穿型混合击穿型 双稳压管电路符号双稳压管电路符号模电课件03第一章晶体二极管及其应用2 稳压管电路稳压管电路 稳压管稳压电路稳压管稳压电路DZUZDR+CRL-UoRL是用电负载是用电负载 R称为限流电阻称为限流电阻 输入电压输入电压UI必须必须大于大于击穿电压击穿电压 IRIZIL整流滤波电路整流滤波电路Uo=UZ=UI -(IZ+IL)R 当当RL一定一定设设UIUZIZ(IZ+IL)R使输入电压增量的绝大部分都降落在电阻使输入电压增量的绝大部分都降落在电阻R上上U

15、o变化很小变化很小当当UI一定一定设设RL IL IZ(IZ+IL)RUo变化很小变化很小UZS iiDuD/V模电课件03第一章晶体二极管及其应用选择稳压管时应注意选择稳压管时应注意 1.0S iiD/mAuD/V5101520IZmin IZmaxIZ不能过大，应使不能过大，应使IZIZmax IZ也不能太小，应使也不能太小，应使IZIZmin，否则不能稳定输出电压否则不能稳定输出电压 限流电阻值限流电阻值R必必须满足下列关系须满足下列关系(1)(1)当当UI=UImax和和IL=ILmin（即（即RL=RLmax）时）时 IZ=IRmax-ILmin IZmin minminImZLZZ

16、inIRURUU minminminImLZZLZinRUIRUUR minminminImmaxmaxmaxImLZZLZinLZZLZaxRUIRUURRUIRUU 模电课件03第一章晶体二极管及其应用作业作业 1.1,1.3(a)(d),1.4(a)(b),1.6,1.8,1.9模电课件03第一章晶体二极管及其应用判断二极管通断的方法判断二极管通断的方法（1 1）设二极管断开）设二极管断开（2 2）求二极管两端的电压）求二极管两端的电压U UX X（3 3）U UX XUUONON则导通，实现电压为则导通，实现电压为U UONON（4 4）U UX XU U=15V UON ON D D1 1导通导通 U UD20D20=-12-=-12-（-15-15）=3V U=3V UON ON D D2 2导通导通12V12V15V15VU UD10D10 U UD20 D20 D D1 1优先导通优先导通故故U UA A=-U=-UONON=-0.7V=-0.7V U UD20D20=-12-U=-12-UA A=-12-(-0.7=-12-(-0.7）=-11.3V U=-11.3V UON ON D D2 2截止截止故故 D D1 1导通导通D D2 2截止截止