南理工模电课件2-2.ppt
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主要内容链接主要内容链接F2.3半导体二极管半导体二极管1.半导体二极管的结构半导体二极管的结构2.二极管的二极管的VI特性特性3.二极管的参数二极管的参数F2.4二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法1.二极管正向二极管正向VI特性的各种模型特性的各种模型2.模型应用举例模型应用举例F2.5特殊二极管特殊二极管1.齐纳二极管齐纳二极管2.3半导体二极管半导体二极管1.半导体二极管的结构半导体二极管的结构半导体二极管是由半导体二极管是由PN结加上引线和管壳做成的，按结加上引线和管壳做成的，按结构可分为点接触型、面接触型、平面型等类型。
结构可分为点接触型、面接触型、平面型等类型。
（1）点接触型二极管点接触型二极管优点：
结电容小，工作优点：
结电容小，工作频率高频率高缺点：
不能承受高电压缺点：
不能承受高电压和大电流和大电流应用：
高频检波、脉冲应用：
高频检波、脉冲数字电路里的开数字电路里的开关、小电流整流关、小电流整流
（2）面接触型面接触型（面结型面结型）二极管二极管优点：
能通过较大的优点：
能通过较大的正向电流，反正向电流，反向击穿电压高，向击穿电压高，工作温度较高工作温度较高缺点：
结电容大，工缺点：
结电容大，工作频率低作频率低应用：
低频整流应用：
低频整流（3）集成电路中的平面型二极管集成电路中的平面型二极管平面型二极管属于稳定性好和寿命长的类平面型二极管属于稳定性好和寿命长的类型。
实际应用中，作为大电流整流的型号型。
实际应用中，作为大电流整流的型号较少，而作小电流开关用的型号则很多。
较少，而作小电流开关用的型号则很多。
（4）二极管的代表符号和实物照片二极管的代表符号和实物照片2.二极管的二极管的VI特性特性：
正向特性区：
正向特性区：
反向特性区反向特性区：
反向击穿特性区：
反向击穿特性区门坎电压门坎电压（死区电压死区电压）VthVth0.5VVth0.1V4444页：
半导体器件型号命名方法页：
半导体器件型号命名方法3.二极管的参数二极管的参数
（1）最大整流电流最大整流电流IF管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。
管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。
（2）反向击穿电压反向击穿电压VBR管子反向击穿时的外加电压值。
一般手册上给出的管子反向击穿时的外加电压值。
一般手册上给出的最高反向工作电压最高反向工作电压约为击穿电压的一半。
约为击穿电压的一半。
（3）反向电流反向电流IR管子管子未击穿未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单时的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好，向导电性越好，IR不随外加电压改变，随温度改变。
不随外加电压改变，随温度改变。
（4）极间电容极间电容若若PN结两端加上结两端加上随时间变化的电压随时间变化的电压，PN结会结会显示电容特性。
结电容分为两种：
势垒电容显示电容特性。
结电容分为两种：
势垒电容CB和扩散电容和扩散电容CD。
（a）势垒电容势垒电容CBPN结的势垒电容是用来描述势垒区的空间电结的势垒电容是用来描述势垒区的空间电荷随电压变化而产生的电容效应的。
荷随电压变化而产生的电容效应的。
外加正向电压升高外加正向电压升高空间电荷区变薄空间电荷区变薄表明有部分电子和空穴进入空间电荷区中和表明有部分电子和空穴进入空间电荷区中和了施主正离子和受主负离子，相当于电子和了施主正离子和受主负离子，相当于电子和空穴空穴向电容充电向电容充电外加正向电压降低外加正向电压降低空间电荷区变宽空间电荷区变宽表明有部分电子和空穴离开了空间电荷区，表明有部分电子和空穴离开了空间电荷区，相当于相当于电容的放电电容的放电外外加加反反向向电电压压时时，空空间间电电荷荷区区宽宽度度变变化化更更大大，势势垒垒电电容容效效应应更更明明显显，但但其其值值减减小小（b）扩散电容扩散电容CDPN结的扩散电容是用来描述外加电压作用下载流子结的扩散电容是用来描述外加电压作用下载流子在扩散过程中的积累情况。
在扩散过程中的积累情况。
外外加加正正向向电电压压时时，P区区空空穴穴扩扩散散进进入入N区区后后会会形形成成浓浓度度梯梯度度分分布布，越越靠靠近近PN结结边边缘缘的的空空穴穴浓浓度度越越高高，即即N区区有有空空穴穴的的积积累累。
同同样样，电电子子在在P区区的的情情况况也也类类似似。
外外加加正正向向电电压压升升高高，N区区空空穴穴积积累累将将增增加加，P区区电电子子的的积积累累也也同同样样增增加加，相相当当于于电电容容的的充充电电。
反反之之，外外加加正正向向电电压压降降低低时时，相相当当于于电电容容的的放放电电。
外外加加反反向向电电压压时时，由由于于扩扩散散电电流流小小，扩扩散散电电容容可可忽忽略略（c）PN结和结和二极管的高频等效电路二极管的高频等效电路4343页：
表页：
表2.3.12.3.1国产半导体二极管的参数国产半导体二极管的参数2.4二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法1.二极管二极管VI特性的各种模型特性的各种模型
（1）理想模型理想模型如果外加电压远远大于二极管的管压降，如果外加电压远远大于二极管的管压降，可将二极管视为理想开关，即外加正向电可将二极管视为理想开关，即外加正向电压时，二极管导通且导通压降压时，二极管导通且导通压降vD=0（相当相当于开关合上于开关合上）；外加反向电压时，二极管；外加反向电压时，二极管截止且截止且iD=0（相当于开关打开相当于开关打开）。
（2）恒压降模型恒压降模型如果外加正向电压远远大于二极管的管压如果外加正向电压远远大于二极管的管压降，则二极管导通且导通压降为恒定值。
降，则二极管导通且导通压降为恒定值。
外加反向电压时，二极管截止且外加反向电压时，二极管截止且iD=0。
（3）小信号模型小信号模型（3）小信号模型小信号模型如如果果工工作作中中，二二极极管管的的电电压压、电电流流在在某某个个静静态态工工作作点点Q（VDQ、IDQ）附附近近移移动动，则则二二极极管管的的VI特特性性曲曲线线在在这这个个小小范范围围内内可可用用一一小小段段直直线线替替代代，直直线线斜斜率率的的倒倒数数称称为为微变电阻微变电阻rd：
（3）小信号模型小信号模型（3）小信号模型小信号模型符号大小写含义的约定符号大小写含义的约定v英文大写字母加大写下标表示英文大写字母加大写下标表示直流量直流量v英文小写字母加小写下标表示英文小写字母加小写下标表示交流量交流量瞬时值瞬时值v英文大写字母加小写下标表示英文大写字母加小写下标表示交流量交流量的有效值或幅值的有效值或幅值v英文小写字母加大写下标表示英文小写字母加大写下标表示总的瞬总的瞬时值时值（包括直流量和交流量包括直流量和交流量）分析含有二极管的电路，分析含有二极管的电路，首先要判断二首先要判断二极管是导通还是截止极管是导通还是截止。
一般方法是：
先假设二极管截止一般方法是：
先假设二极管截止（断开断开），分析出二极管阳极和阴极的电压差，然分析出二极管阳极和阴极的电压差，然后根据具体的模型判断。
后根据具体的模型判断。
以硅管为例以硅管为例，理想模型：
电压差和，理想模型：
电压差和0V比比较；恒压降模型：
电压差和较；恒压降模型：
电压差和0.7V比较。
比较。
2.模型应用举例模型应用举例
（1）二极管电路的静态工作情况分析二极管电路的静态工作情况分析习惯画法习惯画法习惯画法习惯画法
（2）限幅电路限幅电路（3）开关电路开关电路vI1vI2二极管工作状态vOD1D20V0V导通导通0V0V5V导通截止0V5V0V截止导通0V5V5V截止截止5VO（4）低电压稳压电路低电压稳压电路求求解解过过程程第一步：
求二极管的静态工作点第一步：
求二极管的静态工作点第二步：
用小信号模型求第二步：
用小信号模型求vO的变动的变动（5）整流电路整流电路（5）整流电路整流电路信号处于正半周：
信号处于正半周：
二极管导通，二极管导通，vLvs信号处于负半周：
信号处于负半周：
二极管截止，二极管截止，vL0单相半波单相半波整流电路整流电路（5）整流电路整流电路+桥式全波桥式全波整流电路整流电路2.5特殊二极管特殊二极管1.齐纳二极管齐纳二极管齐纳二极管又称齐纳二极管又称稳压管稳压管，是用特殊工艺制造的面结型，是用特殊工艺制造的面结型硅半导体二极管。
硅半导体二极管。
（1）工作原理工作原理v稳压管在反向击穿稳压管在反向击穿时，电流在较大范时，电流在较大范围变动而电压变化围变动而电压变化不大，故有稳压特不大，故有稳压特性。
性。
v稳压管的正向稳压管的正向VI特性和普通二极管特性和普通二极管相似。
相似。
v稳压管用于稳压时，稳压管用于稳压时，需外加反向电压；需外加反向电压；作为普通二极管用作为普通二极管用时，外加正向电压。
时，外加正向电压。
7V4.5V10V4.5V2V2V-6V-0.7V
（2）性能参数性能参数（a）稳定电压稳定电压VZ流过稳压管的反向电流为规定的测试值时，稳压管流过稳压管的反向电流为规定的测试值时，稳压管两端的电压。
两端的电压。
（b）稳定电流稳定电流IZ（或或最小稳定电流最小稳定电流IZMin）保证稳压管具有正常稳压性能的最小工作电流。
由保证稳压管具有正常稳压性能的最小工作电流。
由VZMin确定。
确定。
（c）最大稳定电流最大稳定电流IZMax保证稳压管具有正常稳压性能的最大工作电流。
由保证稳压管具有正常稳压性能的最大工作电流。
由PZM确定确定（d）最大耗散功率最大耗散功率PZM=VZIZMax（e）动态电阻动态电阻（或交流电阻或交流电阻）rZrZVZ/IZ（b）稳定电压的温度系数稳定电压的温度系数k（或或）在稳压管中流过的电流为稳定电流在稳压管中流过的电流为稳定电流IZ时，环境温度每时，环境温度每变化变化1C，稳定电压稳定电压VZ的相对变化量。
的相对变化量。
（2）性能参数性能参数（3）应用应用直直流流电电压压源源限流电阻限流电阻并联式并联式稳压电稳压电路路电路的稳压原理电路的稳压原理当当RL不变而不变而VI升高时：
升高时：
当当VI不变而不变而RL变小时：
变小时：
稳压管和稳压管和限流电阻限流电阻是稳压的是稳压的关键器件关键器件判断稳压管正常工作条件判断稳压管正常工作条件作作业业60页：
页：
2.1.1作作业业60页：
页：
2.4.1，2.4.461页：
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2.4.10，2.5.1
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