极管及其基本电路34节.ppt

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1、3.3 二极管3.3.1 二极管的结构3.3.2 二极管的伏安特性3.3.3 二极管的主要参数,1,3 二极管及其基本电路,在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管分类 材料：硅二极管和锗二极管 用途：整流、稳压、开关、普通二极管 结构、工艺：点接触型、面接触型,二极管的结构,小功率二极管,大功率二极管,稳压二极管,发光二极管,二极管的结构,(1)点接触型二极管,PN结面积小，所以极间电容小，适用于高频电路和数字电路。不能承受高的反向电压和大电流.,集成电路中的平面型二极管,往往用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,(2)面接触型二极管,PN结面积

2、大，可承受较大的电流,但极间电容也大.适用于整流电路,不宜用于高频电路。,(b)面接触型,二极管的代表符号,二极管的伏安特性,二极管的伏安特性曲线,正向特性,反向特性,反向击穿特性,(1)正向特性：正向电压低于某一数值时,正向电流很小,只有当正向电压高于某一值后,才有明显的正向电流。该电压称为门限电压或死区电压Vth。硅管的Vth约为0.5V,锗管的Vth约为0.1V。通常认为,当正向电压大于Vth时,二极管导通。,(2)反向特性：二极管加反向电压,反向电流数值很小,且基本不变,称反向饱和电流。硅管反向饱和电流为纳安数量级,锗管的为微安数量级。反向电流随温度升高而明显增加。,(3)反向击穿特性

3、：当反向电压加到一定值（VBR）时,反向电流剧增,即反向击穿。普通二极管反向击穿电压一般在几十伏以上(高反压管可达几千伏)。,二极管的伏安特性,二极管的温度特性：二极管的特性对温度很敏感,温度升高,正向特性曲线向左移,反向特性曲线向下移。其规律是：在室温附近,在同一电流下,温度每升高,正向压降减小.V；温度每升高,反向电流约增大 1 倍。,器件参数是其特性的定量描述,是正确使用和合理选择器件的依据.1.最大整流电流IF2.反向击穿电压VBR和最高反向工作电压VRM3.反向电流IR4.极间电容Cd5.反向恢复时间TRR,二极管的主要参数,管子正常运行时,允许通过的最大正向平均电流.,管子反向击穿

4、时的电压值为反向击穿电压.击穿时,反向电流剧增,二极管的单向导电性被破坏,甚至因过热而损坏.一般手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半,以确保管子安全运行.,管子未被击穿时的反向电流,其值愈小,则管子的单向导电性愈好.,极间电容是反映二极管中PN结电容效应的参数,Cd=CD+CB.在高频和开关状态运用时,必须考虑极间电容的影响.,当二极管外加电压极性翻转时，其原工作状态不能在瞬间完全随之变化。,3.4 二极管的基本电路及其分析方法 简单二极管电路的图解分析方法 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,10,3 二极管及其基本电路,二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采用非线性电路

5、的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V-I 特性曲线。,3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法,解：由电路的KVL方程，可得,即,是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线,Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点,例3.4.1 图示电路，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD。,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,1.二极管V-I 特性的建模,将指数模型 分段线性化，得到二极管特性的等效模型。,1.二极管V-I 特性的建模,当iD1mA时，vD=0.7V(硅管),（4）小信号模型,v

6、s=0 时,Q点称为静态工作点，反映直流时的工作状态。,vs=Vmsint 时（VmVDD）,将Q点附近小范围内的V-I 特性线性化，得到小信号模型，即以Q点为切点的一条直线。,注意：小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点Q有关。该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且vDVT。,在静态工作点Q附近小范围内，二极管V-I特性近似为以Q点为切点的一条直线，其斜率的倒数即微变电阻rd,由,得Q点处的微变电导,则,常温下（T=300K）,（4）小信号模型,（a）V-I特性（b）电路模型,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,2模型分析法应用举例,1）整流电路,（a）电路图（b）vs和vo的波形,2

7、)二极管的静态工作情况分析,理想模型,恒压模型,（硅二极管典型值）,折线模型,（硅二极管典型值）,设,（a）简单二极管电路（b）习惯画法,（a）简单二极管电路（b）习惯画法,2)二极管的静态工作情况分析,理想模型,恒压模型,（硅二极管典型值）,折线模型,（硅二极管典型值）,设,俩结果说明,3）限幅电路,电路如图，R=1k，VREF=3V，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当vI=6sint V时，绘出相应的输出电压vO的波形。,分析,4）开关电路,电路如图所示，求AO的电压值,解：,先断开D，以O为基准电位，即O点为0V。,则接D阳极的电位为-6V，接阴极的电位为-12V。,阳

8、极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。,导通后，D的压降等于零，即A点的电位就是D阳极的电位。,所以，AO的电压值为-6V。,P81例,P82图,5）低电压稳压电路,直流通路、交流通路、静态、动态等概念，在放大电路的分析中非常重要。,6）小信号工作情况分析,图示电路中，VDD=5V，R=5k，恒压降模型的VD=0.7V，vs=0.1sinwt V。（1）求输出电压vO的交流量和总量；（2）绘出vO的波形。,解：,1.已知二极管D的正向导通管压降VD=0.6V，C为隔直电容，vi(t)为小信号交流信号源。试求：1)二极管的静态工作电流IDQ，以及二极管的直流导通电阻R直。2)在室温300K时，D的小信号交流等效电阻r交。,课堂练习,解：,2.二极管限幅电路：已知电路的输入波形为 v i，二极管的VD 为0.6伏，试画出其输出波形。,解：,vi 3.6V时，二极管导通，vo=3.6V,vi 3.6V时，二极管截止，vo=vi,