清华模电课件第三课时.ppt

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1.2.2二极管的伏安特性,将PN结封装在塑料、玻璃或金属外壳里，再从P区和N区分别焊出两根引线作正、负极。

二极管的结构：

（a）外形图,半导体二极管又称晶体二极管。

（b）符号,图1.2.4二极管的外形和符号,半导体二极管的类型：

按PN结结构分：

有点接触型和面接触型二极管。

点接触型管子中不允许通过较大的电流，因结电容小，可在高频下工作。

面接触型二极管PN结的面积大，允许流过的电流大，但只能在较低频率下工作。

按半导体材料分：

有硅二极管、锗二极管等。

（b）面接触型,按用途划分：

有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。

二极管的伏安特性,在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，I=f（U）之间的关系曲线。

正向特性,硅管的伏安特性,反向特性,图1.2.4二极管的伏安特性,1.正向特性,当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。

相应的电压叫死区电压。

范围称死区。

死区电压与材料和温度有关，硅管约0.5V左右，锗管约0.1V左右。

正向特性,死区电压,当正向电压超过死区电压后，随着电压的升高，正向电流迅速增大。

2.反向特性,当电压超过零点几伏后，反向电流不随电压增加而增大，即饱和；,二极管加反向电压，反向电流很小；,如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电流会突然增大；,这种现象称击穿，对应电压叫反向击穿电压。

击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电压降低后，还可恢复正常。

3.伏安特性表达式（二极管方程）,IS：

反向饱和电流UT：

温度的电压当量在常温（300K）下，UT26mV,二极管加反向电压，即UUT，则I-IS。

二极管加正向电压，即U0，且UUT，则，可得，说明电流I与电压U基本上成指数关系。

结论：

二极管具有单向导电性。

加正向电压时导通，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合；加反向电压时截止，呈现很大的反向电阻，如同开关断开。

从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。

1.2.3二极管的主要参数,1.最大整流电流IF,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UR,工作时允许加在二极管两端的反向电压值。

通常将击穿电压UBR的一半定义为UR。

3.反向电流IR,通常希望IR值愈小愈好。

4.最高工作频率fM,fM值主要决定于PN结结电容的大小。

结电容愈大，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，PN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。

是由PN结的空间电荷区变化形成的。

（a）PN结加正向电压,（b）PN结加反向电压,综上所述：

C很小，通常为几个皮法几十皮法，有些结面积大的二极管可达几百皮法。

二极管是一种非线性器件，一般采用非线性电路的模型分析法。

理想模型,1.2.4二极管的电路模型,正向偏置,uD0,等效为导线,反向偏置,等效为断路,iD0,硅管：

uD0.7V，锗管：

uD0.3V。

恒压降模型,正向偏置,反向偏置,iD0,等效为断路,二极管应用电路,利用二极管的单向导电性，可组成整流、检波、限幅、保护等电路。

例输入电压uiUsint，波形如图所示，试画出输出电压uo的波形。

二极管为理想二极管。

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与阴极之间将承受的电压U,U导通电压，二极管正向偏置，导通；,U导通电压，二极管反向偏置，截止；,理想二极管的导通电压0,分析：

判断二极管在电路中的状态：

导通还是截止。

解,断开二极管,uAB=ui,当ui0，即uAB0时,二极管导通,原电路等效为,uo=ui,当ui0，即uAB0时,二极管截止,uo=0,原电路等效为,当ui0时,uo=ui,当ui0时,uo=0,脉动直流,输出直流的平均值,单相半波整流电路,例电路如图所示，已知ui=6sint（V）,二极管为理想二极管。

试画出uo的波形。

断开二极管,uABui3,解,二极管导通,当ui3时，,uAB0,当ui3时，,uAB0,二极管截止,二极管导通,当ui3时，,uAB0,当ui3时，,uAB0,二极管截止,原电路等效为,uo3V,uoui,原电路等效为,当ui3时，,uo3V,当ui3时，,uoui,单向限幅电路,例:

已知：

UA=+3V，UB=0V。

求：

输出端电位UO。

UAUB，D1优先导通。

设二极管的正向压降是0.3V，则UO=+2.7V。

当D1导通后,D2因反偏而截止。

D1起钳位作用，将输出端电位钳制在+2.7V。

解：

半导体二极管及其应用电路,1.2.5稳压管,一种特殊的面接触型半导体硅二极管。

稳压管工作于反向击穿区。

（b）稳压管符号,（a）稳压管伏安特性,图1.2.10稳压管的伏安特性和符号,稳压管的参数主要有以下几项：

1.稳定电压UZ,3.动态电阻rZ,2.稳定电流IZ,稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。

正常工作的参考电流。

IIZ，只要不超过额定功耗即可。

rZ愈小愈好。

对于同一个稳压管，工作电流愈大，rZ值愈小。

IZ=5mArZ16IZ=20mArZ3,IZ/mA,4.电压温度系数U,稳压管的参数主要有以下几项：

稳压管电流不变时，环境温度每变化1引起稳定电压变化的百分比。

（1）UZ7V,U0；UZ4V，U0；

（2）UZ在47V之间，U值比较小，性能比较稳定。

2CW17：

UZ=910.5V，U=0.09%/2CW11：

UZ=3.24.5V，U=-（0.050.03）%/,（3）2DW7系列为温度补偿稳压管，用于电子设备的精密稳压源中。

5.额定功耗PZ,额定功率决定于稳压管允许的温升。

PZ=UZIZ,PZ会转化为热能，使稳压管发热。

电工手册中给出IZM，IZM=PZ/UZ,例求通过稳压管的电流IZ等于多少？

R是限流电阻，其值是否合适？

IZIZM，电阻值合适。

解,使用稳压管需要注意的几个问题：

图1.2.13稳压管电路,1.外加电源的正极接管子的N区，电源的负极接P区，保证管子工作在反向击穿区；,2.稳压管应与负载电阻RL并联；,3.必须限制流过稳压管的电流IZ，不能超过规定值，以免因过热而烧毁管子。