模电2.3-2.4

•
最大整流电流I 最大整流电流 F 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。
• 反向击穿电压 BR 反向击穿电压V 管子反向击穿时的电压值。 管子反向击穿时的电压值。 • 反向电流 R 反向电流I 二极管加最高反向工作电压时的反向电流。 二极管加最高反向工作电压时的反向电流。 • 极间电容
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4. 低电压稳压电路 VI=10V，R=10K ，若VI变化±1V，相应的硅二极管电 变化± ， ， 压如何变动？ 压如何变动？
VI iD
+ R
+ △VI _
R +
+ △VI _
R vO D
iD
iD rD
+
vD
–
VI
vD
–
△ vD
–
解：利用二极管恒压降模型 VD=0.7V Q点电流为 点电流为
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① 正向特性 • 死区：死区电压硅管 0.5V, 锗管 0.1V 死区：死区电压硅管 • 线性区：正向压降硅管 0.7V，锗管 0.2V 线性区：正向压降硅管 ，
iD/mA
② 反向特性 • 截止区： 反向电流硅管 0.1mA 截止区： 反向电流硅管 • 受温度影响大。 受温度影响大。 ③ 反向击穿特性
I（mA）
① 雪崩击穿 • 由倍增效应引起的击穿。 由倍增效应引起的击穿。 • 通常发生在掺杂浓度较低的PN结中。 结中。 通常发生在掺杂浓度较低的 结中 U ② 齐纳击穿 • • • 强电场破坏共价健引起的。 强电场破坏共价健引起的。 通常发生在掺杂浓度较高的PN结中 结中。 通常发生在掺杂浓度较高的 结中。 雪崩击穿和齐纳击穿均为电击穿。 雪崩击穿和齐纳击穿均为电击穿。 电击穿
P N P 型 支持衬底
(a)点接触型 点接触型
(b)面接触型 (b)面接触型
(c)平面型 (c)平面型
PN结面积小，用于 结面积小， 结面积小 高频电路检波或小 电流整流
PN结面积大， 结面积大， 结面积大 用于低频整流
PN 结面积可大可小， 结面积可大可小， 用于大功率整流或 开关电路中 6/17
B
D 3K
A
+
6V
12V
（a） ）
–
O
解： 先断开 ，以O为基准电位，即O点为 。 先断开D， 为基准电位， 点为0V。 为基准电位 点为 则接D阳极的电位为 则接 阳极的电位为-6V，接阴极的电位为 阳极的电位为 ，接阴极的电位为-12V。 。 阳极电位高于阴极电位， 接入时正向导通 接入时正向导通。 阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。 导通后， 的压降等于零 的压降等于零， 点的电位就是D阳极的电位 导通后，D的压降等于零，即A点的电位就是 阳极的电位。 点的电位就是 阳极的电位。 所以， 的电压值为 的电压值为-6V。 所以，AO的电压值为 。
ID = 10V-0.7V = 0.93mA 10K
rd = VT 26mV = ≈ 28Ω ID 0.93mA
二极管微变电阻
2∆vd = 2V ×
rd = 5.58mV R+rd
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vd的变化为±2.79V 的变化为±
2.4.1，2.4.3， ， ， 2.4.5(b, c, d)， 2.4.6 ，
BR
0
U（V）
PN结反向击穿 结反向击穿
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4. PN结的电容效应 结的电容效应 势垒电容C ① 势垒电容 B 多子的充放电引起的。 多子的充放电引起的。是指外加电压的变化导致空间电 荷区存储电荷的变化，从而显示出电容效应。 荷区存储电荷的变化，从而显示出电容效应。
P
N
P
N
VD (a) 电压增加时
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●2.4.2 模型分析法应用举例
1. 二极管的静态工作情况分析
（1）VDD=10V 时 （R=10kΩ） ） Ω 理想模型
VD = 0 V ID = VDD / R = 1 mA
恒压模型 硅二极管典型值） VD = 0.7 V（硅二极管典型值）
VDD iD +
VDD iD + iD
VDD
• 用途：整流、限幅、稳压、发光 用途：整流、限幅、稳压、 半导体二极管图片
半导体发光二极管LED 半导体发光二极管
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● 2.3.2 二极管的伏安特性
R iD + vD -
iD = IS (e
vD /VT
− 1)
iD/mA
20 15 10
iD/mA
20 15 ①
VBR
− 40
Vth
− 60 − 40 − 20
●
PN结的形成与单向导电性 结的形成与单向导电性
正向偏置
较大的正向电流 I 反向偏置 较小的反向电流
+ –
外电场
– +
外电场
I
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PN结的理论伏安特性曲线 结的理论伏安特性曲线
I（mA） （ ） 2 1.5 1 0.5 （V） ） B D T=25℃ ℃
I = IS (e −1)
vD V T
• 曲线 曲线OD段 表示 结正向 段 表示PN结正向 偏置时的伏安特性， 偏置时的伏安特性，称为 正向特性； 正向特性； • 曲线 曲线OB段 表示 结反向 段 表示PN结反向 偏置时的伏安特性， 偏置时的伏安特性，称为 反向特性。 反向特性。
υ O/V
rD = 0.17 rD+R 9 6 3 3 6 9 υ I/V 0 π 2π
vo =vI
(2) vI ≥ (Vth +VREF ) = 3.5 V时
R + rD Vth VREF +
ωt
VREF+Vth=3.5 V π 2π ωt
υI
−
υO
−
(c)
(d)
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3. 开关电路 设二极管是理想的， 设二极管是理想的，判 断图中的二极管导通还 是截止，并求V 是截止，并求 AO
反向击 穿特性
− 60
20
正向特 性
①
反向 特性
− 40 − 20
15 10 5 0
0.2 0.4 0.6
VBR
②
− 10 − 20 − 30
υ D/V
Vth
③
− 40
iD/µ A
• 击穿区：反向击穿电压VBR一般在几十伏以上。 击穿区：反向击穿电压 一般在几十伏以上。
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● 2.3.3 二极管的主要参数
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2.3 半导体二极管
●2.3.1 半导体二极管的结构
阳极
阴极 • 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。 结上加上引线和封装， 结上加上引线和封装 就成为一个二极管。 • 按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。 按结构分有点接触型 面接触型和平面型三大类 点接触型、 三大类。
阳极 阴极 引线 引线
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2.4 二极管基本电路及其分析方法
● 2.4.1 二极管 二极管V-I特性的建模 特性的建模
1.理想模型 理想模型
2.恒压降模型 恒压降模型
3.折线模型 折线模型
电源电压》二极管管压降 电源电压》 忽略正向压降和反向电流
iD>1mA VD为常数(硅管 0.7V) 为常数 硅管
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4.小信号模型 小信号模型 二极管工作在正向特性的某一小范围内时， 二极管工作在正向特性的某一小范围内时， 正向特性可以等效成一个微变电阻。 正向特性可以等效成一个微变电阻。
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2. 限幅电路 (1)vI=0,4,6 (2)vi=6sinωt
+ R + D
+ R rD Vth VREF (b) +
(1) vI < (Vth +VREF ) = 3.5 V时
R + +
υI
VREF − (a)
υO
−
υI
−
υO
−
υI
− VREF
υO
−
υ O/V
9 6 3 0 斜率 =1 斜率 =
∆vD 即 rd = ∆iD
根据 iD = IS (evD /VT − 1)
得Q点处的微变电导 点处的微变电导
diD gd = dvD
Q
IS vD /VT = e VT
Q
iD ID ≈ = VT VT
则 rd =
1 VT = gd ID
VT 26(mV) 常温下（ 常温下（T=300K） rd = = ） ID ID(mA)
ID = (VDD −VD ) / R = 0.93 mA
折线模型 （硅二极管典型值） Vth = 0.5 V 硅二极管典型值） 设 rD = 0.2 kΩ
+ Vth rD
υD
VD
−
υD
−
υD
−
VDD −Vth ID = = 0.931mA VD = Vth + IDrD = 0.69 V R + rD
U（mV） （ ） 0 0.25 50 75 100 -IS
(uA)
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3. PN结的反向击穿 结的反向击穿
• PN结击穿 ： 加大 结的反向电压到某一值时 ， 反向电 结击穿： 加大PN结的反向电压到某一值时 结的反向电压到某一值时， 结击穿 流突然剧增。发生击穿所需的电压称为击穿电压 击穿电压。 流突然剧增。发生击穿所需的电压称为击穿电压。 • 特点：反向电压增加很小，反向电流却急剧增加。 特点：反向电压增加很小，反向电流却急剧增加。
VD (b) 电压减小时