模电课程设计二极管特性的研究综述.docx

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模电课程设计二极管特性的研究综述

课程设计（论文）

课程名称：

模拟电子线路电课程设计

题目：

二极管特性的研究

院（系）：

专业班级：

姓名：

学号：

指导教师：

摘要

半导体二极管是由PN结用外壳封装起来，并加上电极引线构成的。

常见的二极管结构有：

①点接触型二极管，由一根金属丝经过特殊工艺与半导体表面相接形成PN结。

因而结面积小，不能通过较大的电流。

但其结电容较小，一般在1pF一下，工作频率可达100MHz以上。

因此适用于高频电路和小功率整流；②面接触性二极管，是采用合金法工艺制成的。

结面积大，能够流过较大的电流，但其结电容大，因而只能在较低频率下工作，一般仅作为整流管。

③平面二极管，是采用扩散法制成的，结面积较大的可用于大功率整流，结面积小的可作为脉冲数字电路中的开关管。

二极管的特性：

具有单方向导电性。

在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。

二极管的管压降：

硅二极管（不发光类型）正向管压降0.7V，铢管正向管压降为0.3V，发光二极管正向管压降随不同发光颜色而不同。

二极管的电压与电流不是线性关系，所以将不同的二极管并联时候要接相适应的电阻。

二极管的主要参数：

用来表示二极管的性能好坏和适应范围的技术指标。

①最大整流电流IF②最高反向工作电压UR③反向电流IR④最高工作频率fM。

关键词：

半导体二极管管压降

1绪论……………………………………………………………第1页

2设计任务………………………………………………………第2页

3设计电路………………………………………………………第3页

4结论总结………………………………………………………第7页

5收获心得………………………………………………………第7页

6参考文献………………………………………………………第7页

二极管交流特性的研究

1绪论

EWB基于PC平台的电子设计软件，它提供了一个功能全名的SPICEA/D系统，支持模拟和数字混合电路的分析和设计，创造了集成的一体化设计环境，把电路原理图的输入、仿真和分析紧密地结合起来。

系统将SPICE仿真器完全集成在原理图输入和测试仪器等工具中。

与其他Windows环境下的系统软件相类似，它具有图形化界面，提供按钮时的工具栏，各个菜单中各个选项的物理意义一目了然。

在输入原理图时，自动地将其编辑成网络表送到仿真器，加快建立和管理时间；而在仿真过程中，若改变设计，则立刻获得该变化所带来的影响，实现了交互式的设计和仿真。

MultisimV7是EWB的新产品，具有更为庞大的元器件模型参数库和更为齐全的仪器仪表库；除了具有SPICEA/D全部分析功能外，还包含万用表、信号发生器、示波器、频谱分析仪、网络分析仪、失真分析仪、频率计、逻辑分析仪、波特图仪、瓦特表等18种虚拟仪器仪表，可模拟实验室内的操作进行各种实验。

因而，通过学习Multisim，可以提高仿真能力，综合能力和设计能力，还可以进一步提高实践能力。

二极管的工作原理，晶体二极管为一个由P型半导体和N型半导体形成的P-N结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。

当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。

当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。

当外加的反向电压高到一定程度时，P-N结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。

P-N结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。

2设计任务

题目：

研究二极管的交流特性

从二极管的正向特性出发，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。

必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。

只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门坎电压”，又称“死区电压”，锗管约为0.1V，硅管约为0.5V）以后，二极管才能直正导通。

导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。

从二极管的反向特性出发，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。

二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。

当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。

在实验前应该先检查二极管是否好坏，先把万用表的转换开关拨到欧姆档的RX10档位（注意不要使用RX1档，以免电流过大烧坏二极管），再将红、黑两根表笔短路，进行欧姆调零。

利用正向特性测试把万用表的黑表笔（表内正极）搭触二极管的正极，红表笔（表内负极）搭触二极管的负极。

若表针不摆到0值而是停在标度盘的中间，这时的阻值就是二极管的正向电阻，一般正向电阻越小越好。

若正向电阻为0值，说明管芯短路损坏，若正向电阻接近无穷大值，说明管芯断路。

短路和断路的管子都不能使用。

利用反向特性测试把万用表的红表笔搭触二极管的正极，黑表笔搭触二极管的负极，若表针指在无穷大值或接近无穷大值，二极管就是合格的。

当然我们现在用Multisim软件实验前先不用判断二极管是否好坏，直接通过仿真电路，因为只有在低频小信号下二极管才能等效成一个电阻，所以仿真电路图中的交流信号的频率为1KHz、数值为10mV（有效值）。

由于交流信号很小，输出电压不失真，故可以认为直流电压表（侧平均值）的读数是电阻上直流电压值。

在直流电流不同时二极管管压降的变化。

利用直流电压表测电阻上电压，从而得到二极管管压降。

在直流电流不同时二极管交流等效电阻的变化。

利用示波器测得电阻上交流电压的峰值，从而得到二极管交流电压的峰值。

3设计电路

图一直流电源为1V时的电路图和测量结果

图二为直流电源电压为1V的波形图

图三为直流电源电压为4V时的电路图和测试结果

图四为直流电源电压为4V时的波形图

二极管直流电压UD,交流电压Ud,有：

UD=U-UR,Ud=U-Ur

U=1V时Ud=10mV-9.649mV=0.351mV

U=4V时Ud=10mV-9.93mV=0.07mV

表1仿真数据

直流电源V1/V

交流信号V2/mV

R交流电压Ur/mV

二极管交流电压Ud/mV

1

10

9.649

0.351

4

10

9.93

0.07

4结论总结

比较直流电源在1V和4V两种情况下二极管的直流管压降可知，二极管的直流电流越大，管压降越大，直流管压降不是常量。

比较直流电源电压在1V和4V两种情况下二极管的交流管压降可知，二极管的直流电流越大，其交流管压降越小，说明随着静态电流的增大，动态电阻将减小；两种情况下电阻的交流压降均接近输入交流电压值，说明二极管的动态电阻很小。

5收获与得

经过这次课程设计，我收获了很多，先是这个Multisim软件，当时下载下来就不会用，研究了整整一个下午，才慢慢的开始会连接电路图，当电路图连接好了，却测不出波形图，心情是无比的沮丧，经过几次反复电路图的修改最终把波形图测试出来，当看到稳定的波形图时那心情是无比的激动、喜悦，有一种成就感，也让我对二极管的特性有了更深入的了解，我觉得不管干什么都要持之以恒，坚持不懈，困难并不可怕，可怕的是我们面对困难是的态度，加油，我为自己代言。

6参考书目：

[1]王卫东，江晓安，《模拟电子电路基础》，西安电子科技大学出版社：

2003

[2]王远，《模拟电子技术》，北京机械工业出版社，1994

[3]董在望，《通信电路原理》，北京高等教育出版社，2002

[4]朱正涌，《半导体集成电路》，北京清华大学出版社，2001

[5]衣承斌、刘金南，《模拟集成电子技术基础》，南京东南大学出版社1994