第三章第二节_半导体二极管及其应用电路

三、二极管的等效电路
1、理想二极管等效电路
当外加正向电压时，二极管导通，正向压
降uD=0；外加反向电压时，二极管截止，
反向电流IR=0。
2、考虑正向压降的等效电路
D
K
K
UD
当外加正向电压大于UD时，二极管导通， 开关闭合，二极管两端压降为UD；当外加 电压小于UD时，二极管截止，开关断开。
二极管的两种等效电路
当 u<0 时 ， 二 极 管
D2、D4导通，D1、 D3截止。
第二节
D1
D2
io
A
+
RL u0
-
B
D4
+
u
-
D3
u
第二节
D1
io
+
RL uo
D2
-
0
π
uo(io）
uo
2π
3π ωt
io
0
π
iD
i iD1 , D3
2π
3πωt
i iD2 , D4
0
π
2π
3π ωt
第二节
uo(io）
uo
0
П
io
2П
相应的管子两端的反
∆UZ
UZ
向击穿电压（即稳压
0
U
IZ
管 的 稳 定 电 压 UZ ） 只 有很小的变化量∆UZ 。
∆IZ
IZM
稳压管的主要参数
1.稳定电压UZ。
第二节
wk.baidu.com
参数
r 2.动态电阻 Z。
3.稳定电流IZ。 4.额定功耗PZM及最大稳定电流IZM 5.电压温度系数
1. 稳定电压UZ
UZ是当稳压管中的电流 为规定的测试电流时， 稳压管两端的电压。
第二节
iD
D
C
O
uD
CD段，当正向电压大于死区电压后，正向电流近似 以指数规律迅速增长，二极管呈现充分导通状态。
2 反向特性
OB段称为反向特性。这时二极
管加反向电压，反向电流很小。
当温度升高时，半导体中本征激发 UBR 增加，是少数载流子增多，故反向 B 电流增大，特性曲线向下降。
A
第二节
iD
D
C
阳极 阴极
第二节
P型硅 N型硅片
正极引线
铝合金小球
金锑合金
金属支架
负极引线
阳极引线
金属触丝
管壳
N型锗片
阳极引线
二氧化硅保护层
N型硅
P型硅
阴极引线
负极引线
阳极
第二节
阴极
第二节
点接触型二极管特点：结面积小，因此结电容小，允许通
过的电流也小，适用于高频电路的检波或小电流的整流。
面接触型二极管特点：结面积大、结电容大，允许通过 较大的电流，适用于低频整流。
1
2 工作时一个管子处于正向
导通状态，具有负温度系
数；另一个管子处于反向
击穿状态，具有正温度系
3
数，二者互相补偿。
稳压管的主要参数
1.稳定电压UZ
第二节
参数
2.动态电阻rZ
3.稳定电流IZ 4.额定功耗PZM及最大稳定电流IZM 5.电压温度系数
第二节
RZ +
I +
U
DZ UZ
-
-
外加反向电压小于UZ时， 稳压管截止、开关断开；
UBR
B
当反向电压加到足够大时，会产
生反向击穿。利用击穿特性，可 A 制成稳压管。
第二节
iD
D
C
o
uD
二极管的伏安特性对温度很敏感，温度升高时，正向特性曲线 向左移，反向特性曲线向下移。
二、二极管的主要参数
第二节
1、最大整流电流IF； 2、最大反向工作电压UR；
3、反向电流IR；
4、最大工作频率fM。
o 0.4
-0.1
0.8
uD(v)
-0.2
二材极料 管的开伏启电安压特（V性）对导温通度电压很（敏V）感，反温向度饱和升电高流（时μ，A）
硅正（向Si）特性曲≈线0.向5 左移，0反.6~向1 特性曲线向下<0移.1。
锗（Ge） ≈0.1
0.2~0.5
几十
二、重点掌握伏安特性
特点：非线性
I
反向击穿 电压U(BR)
t 3Пω
U为交流电源u的有效值
桥式全波整流输出电压
uO的平均值UO为:
1
UO

Um sin tdt
0
2 2 U 0.9U

负载电阻RL中流过的电流iO的平均值IO为:
第二节
io
流过每个二极管的平均
+
+ 电流ID为IO的一半。即
u
-
RL uo
-
每个二极管在截止时，它的两端承受的最大反向电压
2. 稳定电流IZ
稳定电流是稳压管工作 时的参考电流值，通常 把手册上给定的稳压电 流值看成稳压管正常工 作时的电流下限。
第二节
I
∆UZ
UZ
0
U
IZ
∆IZ
IZM
3.动态电阻rZ
第二节
rZ是稳压管在稳定工作范围内，管子两端电压的变化量与相
应的电流变化量之比，即： rZ=∆UZ/∆IZ
rZ越小，则反向击穿特性曲
o
uD
3 反向击穿特性
BA段称为反向击穿特性
当二极管外加反向电压大于一定数值时，反向电流 突然剧增，称为二极管反向击穿。
iD (mA)
-200 -100
~
100 75℃
80 60
20℃
40
20
o-10 1
-20 -30 (μA)
2 uD (v)
第二节
iD (mA)
-80 -40
100
80
60
40
20
来等效正向导通的二极 管。
D
K
UD
等效电路
第二节 iD
0
UD uD
特性曲线的近似
当外加正向电压大于UD时，二极管导通， 开关闭合，二极管两端压降为UD；当外加 电压小于UD时，二极管截止，开关断开。
（三）二极管电路的分析方法
第二节
分析方法
图解法 计算分析法
第二节
二极管具有单向导电性，利用它可以进行 交流电到直流电的转换。
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
P– + N 反向特性
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。
正向特性
P+ – N
导通压降
硅0.6~0.8V 锗0.1~0.3V
U
死区电压
硅管0.5V, 锗管0.1V。
外加电压＞死区电压 二极管才能导通。
第二节
参数
半导体 二极管 的主要 参数
第二节
例4-1 在如图所示的稳压管稳压电路中，已知稳压管
的稳定电压UZ=6V，最小稳定电流IZmin=5mA，最大稳定
电流IZmax=25mA；负载电阻RL=600Ω。求解限流电阻R的
取值范围。
R +
UI=10V
IR
解： UR=UI-UZ=10-6=4V
+
IR=IDZ+IL
IDZ DZ
IL RL UO
四个二极管
D1~D4结成 电桥形式
D4
+
u
-
D3
D1
A
+
RL u0
D2
-
B
u>0时
uO u
D4
+
u
-
D3
当 交 流 电 源 u>0 时 ， 二 极 管
D1、D3导通，相当于开关闭 合；D2、D4截止；相当于开 关断开。
第二节
D1 D2
io
A
+
RL u0
-
B
u<0时
D4
-
u
uO u
+
D3
就是交流电源电压u的峰值。记为：
设计选择二极管时 必须满足下列条件
IF ID 0.45 U RL
UR UDR 2U
第二节
限幅电路常用于有选择 地传输信号波形的一部 分。
当 u>UR+UD 时 ， 二 极 管 D
导通, uO=UR+UD。
当 u<UR+UD 时 ， 二 极 管 D
截止, uO=u。
第三章
半导体二极管的结构和类型
半
二极管的伏安特性曲线
导
体
二极管的主要参数
二
极
管
二极管的等效电路及应用
稳压二极管
第二节
半导体二极管是由一个PN结及它所在的 结构 半导体再加上电极引线和管壳构成。
类型
按材料分类
硅管，锗管
点接触型 按结构分类
面接触型
硅平面型
按用途分类
普通二极管，整流二极管，开关二极管， 稳压二极管等
I
线越陡，稳压作用越好。
4最. 额大128 r定稳Z(Ω功定) 2耗电CW流P1 ZIMZ及M
∆UZ
UZ
0
IZ
U
PZ4M是由管子允许温升限定
∆IZ
的最大功率损耗
0 4 8 1 1 I (mA)
26
IZM
IZM=PZZM/UIZ
5.电压温度系数
温度变化1℃时，稳 定电压变化的百分数
第二节
电压温度系数越小， 温度稳定性越好。
其中IDZ=(5~25)mA IL=UZ/RL=6/600=10mA
-
-
所以IR=(15~35)mA
所以限流电阻R的取值范围为114~227Ω.
本节知识要点
一、二极管的伏安特性
1. 伏安特性方程：
2. 伏安特性曲线
二极管加正向电压时，产生扩散
电流，电流和电压成指数关系；
加反向电压时，产生漂移电流， 其数值很小；体现出单向导电性。
硅平面型二极管特点：结面积大的可用于大功率整流；结 面积小的，结电容大，适用于脉冲数字电路，作为开关管 使用。
D V
mA
R RW
V
伏安特性方程：
第二节
D
mA
V
R RW
V
1 正向特性
OD段称为正向特性。
UBR
OC段，正向电压较小， B 正向电流非常小，只有当 正向电压超过某一数值时， A 才有明显的正向电流，这 个电压称为死区电压，亦 称开启电压。
外加反向电压大于UZ时，
稳压管反向击穿稳压，开
关闭合，两端电压为UZ。
K
UZ UZ
i
∆IZ +
∆UZ
0
rZu
-
等效电路 微变等效电路 特性曲线的近似
RZ +
I +
U
DZ UZ
-
-
第二节
稳压管 稳压条件
当U>UZ时，稳压管DZ 击穿稳压。
必须适当选择RZ的阻 值，使流过稳压管的 电流在管子的参数— —稳定电流IZ和最大 稳定电流IZM之间
!
在u的最大值及UR都远远大 于UD的条件下采用理想二
极管等效电路来分析。
+
u 限幅 电 路
+
及u 波形
uO
UR+UD
0
R
UR
+
D
uO
-
R
+
K
uO
UD 0.7v
UR
-
u
ωt
第二节
新规定的 符号
工程中常用 的符号
稳压管是利用PN结的反向击穿特 性来实现稳定电压作用的。
第二节
I
当稳压管反向击穿后，
有较大的电流增量∆IZ。
对器件性能的定量描述 器件使用的极限条件
两大类
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。 最大反向工作电压UR 管子使用时允许加的最大反向电压。
反向电流IR 二极管未发生击穿时的反向电流值。
最大工作频率fM 二极管单向导电作用开始明显退化时的交流信号的频率。
第二节
为简化分析计算，在一定的条件下可以近似用 某些线性电路来等效实际的二极管。
（一）理想二极管等效电路
iD 当外加正向电压时，二极
管导通，正向压降uD=0,
D
相当于开关闭合；
当外加反向电压时，二极
管截止，反向电流IR=0， 相当于开关断开。
等效电路
0
uD
特性曲线的近似
(二）考虑正向压降的等效电路
在二极管充分导通且工 作电流不是很大时，可
以 近 似 认 为 UD 为 常 数 ， 用 一 个 直 流 电 压 源 UD