模拟电路：1-3 1-4半导体二极管及应用

IR R IZ 整流 + 滤波 UI UZ DZ 电路
+
RL UO IL
UI UO
-
UO U Z
（1）R的作用（限流） R的取值应使 I Z min I Z I Z max （2）限流电阻R的确定 UI最大且RL最大时， IZ取得最大值，应小于IZmax： UI最小且RL最小时， IZ取得最小值，应大于IZmin：
允许二极管流过的最大平均电流。
iD/m A 20
15 10
2、 最大反向工作电压UR：
实用时加在二极管上的最大反向电压。 通常：U 1 U R BR 2
U BR
40
IS
20
5 0 0.20.40.6 0.8 u /v D 10 20 30 40
U ON
UD
µ A
3、 反向电流IR：IR=IS 4、 最高工作频率fmax：
uD/V
iD/A
正向特性、反向特性和反向击穿特性。
硅二极管2CP10的V-I 特性
（1）正向特性：
R
iD
+
uD
iD IS (e
则：e
uD / UT
uD / UT
1)
uD / UT
当二极管两端加正偏电压，且uD>>4UT
E
1 iD ISe
iD/mA
20 15 10 5 10 0 10
静态工作点是指加在二极管上的直流偏置电压和电流。
直流电阻定义：R 直流偏压 U D D 直流电流 I D 由图可知： ① 二极管的直流电阻与其工作点有 关，电流越大，直流电阻越小。 ② 二极管反偏时的直流电阻很大。 ③ 二极管具有单向导电特性。
+ iD
iD
uD
Q2
I D2
I D1
Q1
U D1U D 2uD
反向 击穿 IS —二极管反向饱和电流。 特性 二极管是非线性器件。 二极管的特性曲线分为三个部分：
k 1.38 10 ( J / K ) q 1.6 1019 C T 300 K
23
30 20 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 40
PN结正向电流随正偏电压的增 大呈指数规律增加。（如图） 1）二极管的开启（死区、门限）电压： UOn Si：0.5V Ge：0.1~ 0.2 V 2）二极管的正向导通压降： 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： D Si：0.7V U Ge：0.3 V 此参数与PN结的接触电位差一致。
40 20 20 30 40
1 iD I S
-
0 0.2 0.4 0.6 0.8 u /v D 10
iD/µ A
（3）反向击穿特性： 二极管反偏电压增大到一定值时，反 向电流会急剧增大，二极管反向击穿。 UBR——反向击穿电压， Ge管的反向击穿电压比Si管小。 电击穿和热击穿： 反向击穿是一种可逆的电击穿， 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。 热击穿是一种不可逆的击穿。 电击穿可利用，热击穿需避免。
开启电压（死区电压、门槛电压）；正向导通压降；
热电压当量；电击穿、热击穿；直流电阻、交流电阻； 静态工作点。
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。
全量（总量）＝直流分量＋交流分量
R
iD
+ uD
E
iD/mA
20 15 10 5
Ge
U BR
40
20
0 0.2 0.4 0.6 0.8 u /v D 10 20 30 40
µ 反向击穿特性A
硅二极管2CP10的V-I 特性
（3）反向击穿特性：
R
iD
二极管反偏电压增大到一定值时，反 向电流会急剧增大，二极管反向击穿。 E uD UBR——反向击穿电压， Ge管的反向击穿电压比Si管小。 电击穿和热击穿： 雪崩击穿和齐纳击穿： 反向击穿是一种可逆的电击穿， 雪崩击穿 齐纳击穿 当反向电压降低后，二极管可恢 击穿 低掺杂的 高掺杂的 复到原来的反向截止状态。 原因 PN结， PN结，价 如果反向击穿时，电流过大，使 价电子被 电子被场 管子消耗的平均功率超过二极管 碰撞电离 致激发 容许值，会使管子过热而烧毁， >6V <4V 击穿 称为热击穿。 电压 热击穿是一种不可逆的击穿。 >0 <0 温度 电击穿可利用，热击穿需避免。 系数
uD
全量
=
uD
UD +
ud
ud
交流分量
UD直流分量
t
§1.3 晶体二极管及其应用 一、二极管的结构和电路符号
正(阳)极 负(阴)极 阳极
a
k
阴极
P
N
1、点接触型二极管：
结面积小、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：
结面积大、极间电容大，适于大电流整流。
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，用于高频整流和开关电路。
★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2（ P17 )：估算二极管上交流电压 与电流成分的振幅值Udm、Idm。
R
1k 10V
iD I D id
ui 500sint (mV )
U D 0.7 V; I D 9.3mA
+ R
+ ui -
三、二极管的直流电阻和交流电阻
（2）交流电阻（动态电阻）rd
diD U D duD 定义： d r I diD Q duD Q D
d UT uD / UT ( ISe ) duD Q ID
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 。 一般：
混频
§1.3 晶体二极管及其应用
二极管是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。 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、钳位、稳压、 混频、检波、调幅等等。
问题： 1、二极管的伏安特性分为哪几个部分？各有什么特点？ 2、二极管的主要参数有哪些？使用时要注意什么问题？ 3、如何确定二极管的直流电阻和交流电阻？ 4、二极管的直流模型和交流模型是怎样的？ 相关的概念：
U D 0 VUD
VDD 10 ID 10 mA R 1
VDD ID + UD
-
2）恒压源模型
VDD ID + UD UD

U D 0.7 V
VDD U D 10 0.7 ID 9.3 mA R 1

五、二极管的等效模型
2、交流小信号模型
iD
§1.3 晶体二极管及其应用
二极管是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。 几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许 检波 多的电路中起着重要的作用。如：整流、限幅、钳位、稳压、 整流 一、二极管的结构和电路符号 混频、检波、调幅等等。
二、二极管的伏安特性 三、二极管的主要参数 箝位 四、二极管的电路模型 五、二极管应用电路的分析
U ON
UD
uD
-
µ A
40
iD IS (e
uD / UT
1)
如何求出二极管两端的总 电压和总电流呢？
五、二极管的等效模型
1、二极管的直流模型 1） 理想开关模型★★ 2） 恒压源模型 ★★★ 3） 折线模型
ID
ID
ID
uD
UD
UD
uD
UOn
uD
UOn
例1：硅二极管与恒压源VDD=10V和限 流电阻R=1k构成的电路如图示，求二 极管工作点UD和ID的值。 1）理想模型
+u i -
+
rd ud
-
六、二极管应用电路举例
R
UI
D
+
UO
-
ui
R
+
uo -
1、稳压电路（低压）
2、整流电路
R + - ui
D1
+ u D2 o -
+
-
C
+
ui
4、钳位电路
uo -
3、限幅电路
§1.4 特殊二极管
一、稳压管及其应用 二、PN结的电容效应及变容二极管
问题： 1、稳压管稳压时工作在什么状态？ 2、稳压管的主要参数有哪些？使用时要注意什么问题？ 3、PN结的结电容包括哪两个部分？它们的大小与什么因 素有关？ 相关概念： 稳压、势垒电容、扩散电容
1
1
+ iD
iD
uD
-
ΔID Q ID
UD
id
uD
ΔUD
ud
uD / UT
正偏时：几~几十 反偏时：几百k~几M
iD ISe
三、二极管的直流电阻和交流电阻
（3）让我们来比较一下二极管的直流电阻和交流电阻
UD RD ID
UT rd ID
四、 二极管的主要参数 1、 最大平均整流电流IF
(1) 稳定电压UZ（选管的主要依据） 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。 (2)最大稳定工作电流 IZmax 和最小 稳定工作电流 IZmin UZ IZmin
U
I I Z min , 稳压性能变差； I I Z max , 易过热（产生热击穿）；