清华模电课件第三课时.ppt

1、1.2.2二极管的伏安特性二极管的伏安特性将将 PN 结结封封装装在在塑塑料料、玻玻璃璃或或金金属属外外壳壳里里，再再从从 P 区和区和 N 区分别焊出两根引线作正、负极。区分别焊出两根引线作正、负极。二极管的结构：二极管的结构：(a)外形图外形图半导体二极管又称晶体二极管。半导体二极管又称晶体二极管。(b)符号符号图图 1.2.4二极管的外形和符号二极管的外形和符号半导体二极管的类型：半导体二极管的类型：按按 PN 结结构结结构分：分：有点接触型和面接触型二极管。有点接触型和面接触型二极管。点点接接触触型型管管子子中中不不允允许许通通过过较较大大的的电电流流，因因结结电电容容小，可在高频下工

2、作。小，可在高频下工作。面面接接触触型型二二极极管管 PN 结结的的面面积积大大，允允许许流流过过的的电电流流大，但只能在较低频率下工作。大，但只能在较低频率下工作。按半导体材料分：按半导体材料分：有硅二极管、锗二极管等。有硅二极管、锗二极管等。(a)(a)点接触型点接触型 (b)面接触型面接触型按按用用途途划划分分：有有整整流流二二极极管管、检检波波二二极极管管、稳稳压压二二极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。二极管的伏安特性二极管的伏安特性在在二二极极管管的的两两端端加加上上电电压压，测测量量流流过过管管子子的的电电流流，I=f(U)之间

3、的关系曲线之间的关系曲线。604020 0.002 0.00400.5 1.02550I/mAU/V正向特性正向特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性死区电压死区电压击穿电压击穿电压U(BR)反反向向特特性性 50I/mAU/V0.20.4 25510150.010.02锗管的伏安特性锗管的伏安特性0图图 1.2.4二极管的伏安特性二极管的伏安特性1.正向特性正向特性当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。相相应应的的电电压压叫叫死死区区电电压压。范范围围称称死死区区。死死区区电电压压与与材材料料和和温温度度有有关关，硅硅管管约约 0.5 V 左左右右

4、，锗锗管约管约 0.1 V 左右左右。正向特性正向特性死区死区电压电压60402000.4 0.8I/mAU/V当当正正向向电电压压超超过过死死区区电电压压后后，随随着着电电压压的的升升高高，正正向向电电流流迅迅速速增大。增大。2.反向特性反向特性 0.02 0.0402550I/mAU/V反向特性反向特性当当电电压压超超过过零零点点几几伏伏后后，反反向向电电流流不不随随电电压压增增加加而而增增大，即饱和；大，即饱和；二二极极管管加加反反向向电电压压，反反向电流很小；向电流很小；如如果果反反向向电电压压继继续续升升高高，大大到到一一定定数数值值时时，反反向向电电流会突然增大；流会突然增大；反向

5、饱反向饱和电流和电流 这种现象称这种现象称击穿击穿，对应电压叫，对应电压叫反向击穿电压反向击穿电压。击击穿穿并并不不意意味味管管子子损损坏坏，若若控控制制击击穿穿电电流流，电电压压降降低后，还可恢复正常。低后，还可恢复正常。击穿击穿电压电压U(BR)3.伏安特性表达式伏安特性表达式(二极管方程二极管方程)IS：反向饱和电流反向饱和电流UT：温度的电压当量温度的电压当量在常温在常温(300 K)下，下，UT 26 mV二二极极管管加加反反向向电电压压，即即 U UT，则则 I IS。二极管加正向电压，即二极管加正向电压，即 U 0，且且 U UT，则，则，可得，可得 ，说明电流，说明电流 I 与

6、电压与电压 U 基本上成指数关系。基本上成指数关系。结论：结论：二二极极管管具具有有单单向向导导电电性性。加加正正向向电电压压时时导导通通，呈呈现现很很小小的的正正向向电电阻阻，如如同同开开关关闭闭合合；加加反反向向电电压压时时截截止止，呈现很大的反向电阻，如同开关断开。呈现很大的反向电阻，如同开关断开。从从二二极极管管伏伏安安特特性性曲曲线线可可以以看看出出，二二极极管管的的电电压压与与电电流流变变化化不不呈呈线线性性关关系系，其其内内阻阻不不是是常常数数，所所以以二二极极管管属于非线性器件。属于非线性器件。1.2.3二极管的主要参数二极管的主要参数1.最大整流电流最大整流电流 IF 二极管

7、长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。2.最高反向工作电压最高反向工作电压 UR工工作作时时允允许许加加在在二二极极管管两两端端的的反反向向电电压压值值。通通常常将将击穿电压击穿电压 UBR 的一半定义为的一半定义为 UR。3.反向电流反向电流 IR通常希望通常希望 IR 值愈小愈好。值愈小愈好。4.最高工作频率最高工作频率 fMfM 值值主主要要 决决定定于于 PN 结结结结电电容容的的大大小小。结结电电容容愈愈大大，二极管允许的最高工作频率愈低。二极管允许的最高工作频率愈低。当二极管上的电压发生变化时，当二极管上的电压发生变化时，PN 结中储

8、存的电荷结中储存的电荷量将随之发生变化，使二极管具有电容效应。量将随之发生变化，使二极管具有电容效应。是由是由 PN 结的结的空间电荷区变化形成的。空间电荷区变化形成的。(a)PN 结加结加正向电压正向电压（b)PN 结加结加反向电压反向电压 N空间空间电荷区电荷区PVRI+UN空间空间电荷区电荷区PRI+UV综上所述：综上所述：C 很很小小，通通常常为为几几个个皮皮法法 几几十十皮皮法法，有有些些结结面面积积大的二极管可达几百皮法。大的二极管可达几百皮法。二极管是一种非线性器件，一般采用非线性电二极管是一种非线性器件，一般采用非线性电路的路的模型模型模型模型分析法。分析法。+iDuD理想模型

9、理想模型1.2.4 二极管的电路模型正向偏置正向偏置uD0等效为等效为导线导线反向偏置反向偏置等效为等效为断路断路iD0硅管：硅管：uD0.7V，锗管：锗管：uD0.3V。恒压降模型恒压降模型+iDuD正向偏置正向偏置反向偏置反向偏置iD0uD等效为等效为等效为等效为断路断路二极管应用电路 利用二极管的利用二极管的单向导电性单向导电性单向导电性单向导电性，可组成整流、检，可组成整流、检波、限幅、保护等电路。波、限幅、保护等电路。D+-uiRL+-uo例例 输入电压输入电压ui Usint，波形如图所示，试画，波形如图所示，试画出输出电压出输出电压uo的波形。二极管为理想二极管。的波形。二极管为

10、理想二极管。tui常用的判断方法是：常用的判断方法是：常用的判断方法是：常用的判断方法是：首先假设二极管断开，然后求得二极管阳极首先假设二极管断开，然后求得二极管阳极与阴极之间将承受的电压与阴极之间将承受的电压U U U 导通电压，二极管正向偏置，导通；导通电压，二极管正向偏置，导通；导通电压，二极管正向偏置，导通；导通电压，二极管正向偏置，导通；U U 0，即，即uAB0时时二极管导通二极管导通原电路等效为原电路等效为+-uiRL+-uouo=ui当当ui0，即，即uAB0时时uo=ui当当ui3时，时，uAB0当当ui3时，时，uAB3时，时，uAB0当当ui3时，时，uAB3时，时，uo

11、3V当当ui3时，时，uouituiuot00+-Dui+-uo3V1k+-单向限幅电路单向限幅电路例例:已知：已知：UA=+3V，UB=0V。求：输出端电位求：输出端电位UO。UA UB，D1 优先导通优先导通。设二极管的正向压降是设二极管的正向压降是 0.3V，则则 UO=+2.7V。当当 D1 导通后导通后,D2 因反偏而截止。因反偏而截止。D1起起钳位钳位作用，将输出端电位钳制在作用，将输出端电位钳制在+2.7 V。解：解：半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 1.2.5稳压管稳压管一一种种特特殊殊的的面面接接触触型型半半导体硅二极管。导体硅二极管。稳稳压压管管工工作作于于

12、反反向向击击穿穿区区。I/mAU/VO+正向正向 +反向反向 U(b)稳压管符号稳压管符号(a)稳压管伏安特性稳压管伏安特性+I图图 1.2.10稳压管的伏安特性和符号稳压管的伏安特性和符号 稳压管的参数主要有以下几项：稳压管的参数主要有以下几项：1.稳定电压稳定电压 UZ3.动态电阻动态电阻 rZ2.稳定电流稳定电流 IZ稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。正正常常工工作作的的参参考考电电流流。I IZ，只要不超过额定功耗即可。只要不超过额定功耗即可。rZ 愈愈小小愈愈好好。对对于于同同一一个个稳稳压压管管，工工作作电电流愈大，流愈大，rZ 值值愈

13、小。愈小。IZ=5 mA rZ 16 IZ=20 mA rZ 3 IZ/mA4.电压温度系数电压温度系数 U 稳压管的参数主要有以下几项：稳压管的参数主要有以下几项：稳稳压压管管电电流流不不变变时时，环环境境温温度度每每变变化化 1 引引起起稳稳定定电压变化的百分比。电压变化的百分比。(1)UZ 7 V,U 0；UZ 4 V，U 0；(2)UZ 在在 4 7 V 之间，之间，U 值比较小，性能比较稳定。值比较小，性能比较稳定。2CW17：UZ =9 10.5 V，U =0.09%/2CW11：UZ =3.2 4.5 V，U =(0.05 0.03)%/(3)2DW7 系系列列为为温温度度补补偿

14、偿稳稳压压管管，用用于于电电子子设设备备的的精密稳压源中。精密稳压源中。5.额定功耗额定功耗 PZ额额定定功功率率决决定定于于稳稳压压管管允允许许的的温升。温升。PZ=UZIZPZ 会转化为热能，使稳压管发热。会转化为热能，使稳压管发热。电工手册中给出电工手册中给出 IZM，IZM=PZ/UZ 例例 求求通通过过稳稳压压管管的的电电流流 IZ 等等于于多多少少？R 是是限限流流电电阻，其值是否合适？阻，其值是否合适？IZVDZ+20 VR=1.6 k+UZ=12 V IZM=18 mA例题电路图例题电路图IZ IZM，电阻值合适。电阻值合适。解解 VDZR使用稳压管需要注意的几个问题：使用稳压管需要注意的几个问题：图图 1.2.13稳压管电路稳压管电路UOIO+IZIRUI+1.外外加加电电源源的的正正极极接接管管子子的的 N 区区，电电源源的的负负极极接接 P 区区，保证管子工作在反向击穿区；保证管子工作在反向击穿区；RL2.稳稳压压管管应应与与负负载载电电阻阻 RL 并联并联；3.必必须须限限制制流流过过稳稳压压管管的的电电流流 IZ，不不能能超超过过规规定定值值，以以免免因因过热而烧毁管子。过热而烧毁管子。