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1、本书所用符号规定:,UD（ID）,大写字母、大写下标，表示直流量。,uD（iD）,小写字母、大写下标，表示全量。,ud（id）,小写字母、小写下标，表示交流分量。,ud,全量,交流分量,UD直流分量,全量（总量）直流分量交流分量 uD=UD+ud,二极管是诞生最早的半导体器件之一，其应用非常广泛。几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用。如：整流、限幅、箝位、稳压、混频、检波、调幅等等。,1.3 晶体二极管及其应用,整流,箝位,混频,检波,二极管是诞生最早的半导体器件之一，其应用非常广泛。几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要
2、的作用。如：整流、限幅、箝位、稳压、混频、检波、调幅等等。,1.3 晶体二极管及其应用,一、二极管的结构和电路符号,阳(正)极,阴(负)极,1、点接触型二极管：,结面积小，允许电流小、极间电容小，用于检波和变频等高频电路。,2、面接触型二极管：,3、平面型二极管：,用于集成电路制造工艺中，结面积可大可小，小的工作频率高，大的允许电流大，用于高频整流和开关电路。,结面积大、允许电流大，极间电容大，适于大电流整流，工作频率低。,二极管的内部结构：,工作速度和大功率两者难以得兼。,常见的二极管外形：,二、二极管的伏安（V-I)特性,1、二极管的伏安特性方程：,UT 温度电压当量（热电压当量）,UT=
3、kT/q，常温下 UT26mV。,IS 二极管反向饱和电流。,这就是著名的PN结电流方程,限流电阻,波尔兹曼常数,电子电量,2、二极管的伏安特性曲线：,（1）二极管的开启（死区、门限）电压Uon：,正向特性,当二极管两端的正偏电压uD4UT时，,正向电流随正偏电压的增大呈指数规律增加。（如图）,（2）二极管的正向导通压降UD：,二极管导通后，管压降随电流变化很小，可认为是恒定的。,典型值：,2、二极管的伏安特性曲线：,（3）二极管的反向饱和电流IS：,反向特性,当二极管两端的反偏电压|uD|4UT时，,IS为常数，不随反偏电压而变化，反偏时电流很小，相当于截止，二极管可看成是一个高阻抗的元件。
4、,可见二极管具有单向导电性。,2、二极管的伏安特性曲线：,（4）二极管的反向击穿电压UBR：,反向击穿,二极管反偏电压增大到一定值时，反向电流急剧增大，二极管反向击穿。,UBR反向击穿电压，,关于电击穿和热击穿：,电击穿是一种可逆的击穿，,当反向电压降低后，二极管可恢复到原来的反向截止状态。,如果反向击穿时，电流过大，使管子消耗的平均功率超过二极管容许值，会使管子过热而烧毁，称为热击穿，为不可逆击穿。,*电击穿可利用，热击穿需避免。,2、二极管的伏安特性曲线：,（4）二极管的反向击穿电压UBR：,二极管反偏电压增大到一定值时，反向电流急剧增大，二极管反向击穿。,UBR反向击穿电压，,电击穿是一
5、种可逆的击穿，,当反向电压降低后，二极管可恢复到原来的反向截止状态。,如果反向击穿时，电流过大，使管子消耗的平均功率超过二极管容许值，会使管子过热而烧毁，称为热击穿，为不可逆击穿。,*电击穿可利用，热击穿需避免。,电击穿有两种：,关于电击穿和热击穿：,3、二极管的伏安特性曲线与材料和温度的关系：,温度升高，IS增大(1倍/10C),温度升高，Uon下降，正向曲线左移22.5mV/C。,硅二极管的性能优于锗二极管,（1）直流电阻RD,直流电阻定义：,静态工作点（直流工作点）Q的概念:,Q1,Q2,由图可知：,二极管的直流电阻不是一个常量，而是与其工作点有关，电流越大，直流电阻越小。,二极管反偏时
6、的直流电阻很大。,二极管具有单向导电特性。,静态工作点是指加在二极管上的直流偏置电压和电流。,4、二极管的直流电阻和交流电阻,（2）交流电阻（动态电阻）rd,定义：,可见，二极管的动态电阻与工作点有关，并且可用静态电流来计算，ID rd。,（3）让我们来比较一下二极管的直流电阻和交流电阻,思考：1、能否用万用表来测量二极管的直流电阻或交流电阻？,2、你会用万用表来判断二极管的极性及其性能的好坏？,1、最大平均整流电流IF,2、最大反向工作电压UR：,3、反向电流IR：,4、最高工作频率fmax：,允许二极管流过的最大平均电流。,IR=IS,由于PN结的电容效应，若二极管上的交流电压频率超过该值
7、，则二极管的单向导电性将会将明显变差。,使用时要特别注意不能超过IF和UR，否则容易损坏管子。,长期正常工作时允许加在二极管两端的最大反向电压。若超过此值，二极管有被击穿的可能。,因为电流通过二极管时就要发热，如果正向电流超过此值，二极管就会有烧坏的危险。,通常：,现在让我们来看看这个电路图，,？,思 考 题,方法：用叠加原理，交、直流分开计算，然后叠加得到总量。,如何求出二极管两端的总电压和总电流呢？,直流中二极管怎么处理？,交流中二极管怎么处理？,分段线性模型,交流小信号模型,理想开关模型,1、二极管伏安特性的分段线性模型,恒压降模型,折线模型,正偏导通,uD=0;反偏截止,iD=0,导通
8、时:uD=UD(0.7V)截止:iD=0,导通:uD=Uon+IDrD 截止:iD=0,最常用,要求:iD1mA,rd 工作点处的交流电阻。,当在二极管的工作点上叠加有低频交流小信号电压ud时，只要工作点选择合适，且ud足够小，可将Q点附近的伏安特性曲线看成直线(线性化)，则交流电压与电流之间的关系可用一个线性电阻rd来近似。,2、交流小信号模型,注意：小信号模型只能反映交流电压和电流之间的关系，不能反映总的电压与电流的关系。,【例题】试估算二极管上交流电压与 电流成分的振幅值Udm、Idm。,(1)未加上正弦信号时，由10V直流电源确定二极管的静态 工作点；,(2)加上正弦信号后，二极管在静
9、态工作点上叠加一个交流 小信号，二极管在电路中可等效为一个线性元件，这样 就可以利用叠加原理分别计算其直流量和交流量。,(3)注意二极管的直流模型和交流小信号模型是不同的。,【例题】试估算二极管上交流电压与 电流成分的振幅值Udm、Idm。,直流等效电路,画直流等效电路，估算静态工作点。,画交流等效电路，估算振幅值。,交流等效电路,注意：交直流分开计算，但两者有内在联系。,如图所示，二极管击穿后，反向电流急剧增加，但端电压几乎不变，表明二极管击穿后具有稳压功能。在安全限流条件下，可以利用二极管的击穿特性制成稳压管。,1、稳压管的工作特点,正常情况下，稳压管应该工作在反向电击穿 状态。,2、稳压
10、管的电路符号,1.4 稳压管及其应用,(1)稳定电压UZ（选管的主要依据）,(3)动态电阻rZ,在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。,rZ=UZ/IZ；,(2)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流 IZmin,(4)稳定电压温度系数,3、稳压管的主要参数,雪崩管为正；,齐纳管为负。,稳压性能变差；,易过热（产生热击穿）；,rZ 越小，稳压性能越好，一般为几到几十,4、稳压管的电路模型,正常工作时，稳压管的电路模型如下：,相当于一个电源为UZ，内阻为rZ的恒压源。,UI,UO,（1）R的作用：限流,R的取值应使,（2）限流电阻R的确定,UI最大且RL最大时，IZ取
11、得最大值，应小于IZmax：,UI最小且RL最小时，IZ取得最小值，应大于IZmin：,5、稳压管稳压电路,UI,UO,（1）R的作用（限流）,R的取值应使,（2）限流电阻R的确定,5、稳压管稳压电路,（3）注意问题,外接电源的极性和大小应保证稳压管工作在反向击穿区。,负载应与稳压管并联。,应该接限流电阻。,阶段性小结,二极管由一个PN结构成，具有单向导电性。,普通二极管与稳压二极管的工作状态不同，主要参 数、电路模型和应用也不同。,讨论：如何判断电路中二极管的工作状态,2V,-2V,0,=-2V,【例题】如图所示电路中，输入电压UI=20V，采用2CW15稳压管，UZ=8V，正向压降为0.7
12、V，试问每种电路的输出电压UO的大小各为多少？,【例题】在图示电路中，已知稳压管Dz1和Dz2的稳定电压分别为8V和6V,且具有理想稳压特性，则输出电压UO1=，UO2=。,2V,6V,？,思 考 题,1、稳压管稳压时工作在特性曲线的哪个区域？,2、使用稳压管时应注意什么问题？,3、稳压管限流电阻的取值范围如何确定？,4、二极管的结电容CJ=（）+（），在正偏条件下，CJ（）；在反偏条件下，CJ（）。,5、变容二极管工作时，应外加（）偏电压。,硅稳压管2CW15的UZ=8V，2CW17的UZ=10V，,？,思 考 题,1、两个2CW15串联或并联接入稳压电路中，问能够产生几种稳压输出。,2、1个2CW15和1个2CW17和串联或并联接入稳压电路中，问能够产生几种稳压输出。,1、在本征半导体中掺入5价元素，则多子应是，掺杂越多，则其数量越；少子是，掺杂越多，则其数量越。,？,思 考 题,2、杂质半导体中少子的数量比同温度下本征半导体的同种载流子。,3、平衡PN结中多子的扩散电流 少子的漂移电流。,4、PN结内电场的方向是由 区指向 区。,5、PN结内电场 多子的扩散运动而 少子的漂移运动。,6、PN正偏时处于 状态，具有较大的正向 电流，PN反偏时处于 状态，只有很小的反向 电流。,
