12半导体二极管解析

1.2.4 二极管的等效电路
一、 非线性元件的认识 二、二极管V- I 特性的建模 三、 应用举例
一、 非线性元件的认识
1. 线性元件回顾 ? 电阻：元件两端的
电压是元件通过的 电流的线性函数
二极管是一种非线 性器件，因而二极 管电路应采用非线 性的分析方法。
u ? R ?i
? 电容：元件存储的电 荷是元件两端的电压 的线性函数
② ? 10
? 20
Vth
? D/V
? 30
③
? 40
iD/? A
锗二极管2AP15的V-I 特性
?处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是 反向伏安特性曲线。
? 与PN结的伏安特性基本上是相同的 ? 硅管的正向压降0.7伏左右，锗管的正向压降0.3伏左右 ? 硅管的反向电流极小，锗管的反向电流较大
1.2 半导体二极管
1.2.1 半导体二极管的几种常见结构 1.2.2 二极管的伏安特性 1.2.3 二极管的主要参数 1.2.4 二极管的等效电路 1.2.5 稳压二极管 1.2.6 其它类型二极管
1.2.1 半导体二极管的结构
1. 二极管： PN 结加上管壳和引线，就成 为半导体二极管。
图1.2.1 二极管的几种外形
（2）最高反向工作电压URM： 二极管工作时允许外加的最大反向电压。URM≤1/2U(BR)
（3）反向电流IR (IS )： 二极管未击穿时的电流。其值越小单向导电性（热稳定性）越好。
（4）最高工作频率f M：
指二极管的上限频率。f ＜ f M
xj
?
1
2?fC j
,
f
??
x j ? ,失去单向导电性
(b) 反向特性
当V＜0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：
当VBR＜V＜0时，反向电 流很小，且基本不随反向电压 的变化而变化，此时的反向电
流也称反向饱和电流 IS 。iD ? -IS
当V≥V BR时，反向电流急剧增加， VBR称 为反向击穿电压 。
特性(以Si为例):
D导通：条件：V ? 0.5V ，特点：VD ? 0.7V ， 相当于开关闭合，其上消耗0.7V压降。
? 40
10 Vth
5
正向特性
? 30 ? 20 ? 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8
? 10 死区
? 20
? D/V
? 30
? 40
iD/? A
反向击穿 特性
ห้องสมุดไป่ตู้
硅二极管2CP10的V-I 特性
iD/mA
反向特性
20
正向特性
反向击穿 特性
? 60
VBR
15
①
10
5 ? 40 ? 20 0
0.2 0.4 0.6
(a) 正向特性
当V＞0即处于正向特性 为 区域。正向区又分为两段： 什
么？
当0＜V＜Vth时，正向电 流为零， Vth称为死区电压或 开启电压。 外加电压不足以克服内电场的作用
当V＞Vth时，开始出现正向电流，并按指数规
律增长。
iD
?
I evD /VT S
硅二极管的死区电压 Vth=0.5 V左右， 锗二极管的死区电压 Vth=0.1 V左右。
积可大可小，用于高频 整流和开关电路中。
阳极a
k 阴极
(d) 代表符号
1.2.2 二极管的伏安特性
二极管的电流与端电压之间的关系或曲线
(1) 二极管元件的伏安特性曲线逐点测量
R
iD
+
vD
-
(2) 二极管元件的伏安特性公式表示
iD ? IS (e vD /VT ? 1)
反向特性
iD/mA
20
15
V BR
? 数学模型方法 ? 图解分析方法 ? 模型简化方法－折线化或其他简化模型 ? 小信号线性化方法 其本质是对非线性元件伏安特性的模型再构建
二、 二极管V- I 特性的建模
设有如右图含二 极管的非线性电 路，电路分析要 解出i D 和vD
(1) 采用数学模 型方法，需解非
? ?
iD
?
IS (evD /VT
（3）应用简化模型方法
1. 理想模型 简单模型2.，恒便压于降近模似估型算。 模型分析法
3. 折线模型
复杂模型，为利用程序借助计算机解题提供基础。
二极管的结构示意图
PN结面积 小，结电容小， 用于检波和变频 等高频电路。
(a)点接触型
(2) 面接触型二极管
(b)面接触型
PN结面积大， 用于工频大电流整 流电路。
(3) 平面型二极管
阳极 阴极 引线 引线
P N P 型支持衬底
(c)平面型
(4) 二极管的代表符号
往往用于集成电路 制造工艺中。PN 结面
D截止：条件：V ? 0.5V ，特点：i D ? 0 ， 相当于开关断开。
(3). 温度对伏安特性的影响
i ? f (u)
图1.2.3 二极管的伏安特性
T↑ →少子浓度增加→ PN结变窄→ 势垒电位差U0↓→ 在相同u的作用下 →正向特性左上移，反向特性右下移。
1.2.3 二极管的主要参数
（1）最大整流电流IF 指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。I≤IF
q ? C ?u
? 电感：元件内部的磁 通是元件通过的电流 的线性函数
? ? L ?i
2. 线性电阻的伏安特性 即是欧姆定律
i
R
u
3. 半导体二极管的非 线性伏安特性
iD ? IS(evD/VT ? 1)
iD/mA 1.0
0.5
–1.0
–0.5
0
0.5
1.0 ? D/V
4. 含非线性元件的电路一般分析方法
半导体二极管图片1
半导体二极管图片2
半导体二极管图片3
2. 二极管类型：
二极管按结构分有点接触型、面接触 型和平面接触型三大类 ，分别适用于不 同的应用场合。
根据制造材料的不同，有硅和锗两种 不同种类的二极管，两者性能上也有差异。
按用途可分为：整流管、检波管、稳 压管、开关管。
（1）点接触型二极管
? 1)
(1)
线性方程
?iD ? (VDD ? vD ) R
(2)
（2）应用图解分析方法
因为加有正向电压，所以在二极管的 正向伏安特性上作负载线
由：i D=(VDD-vD)/R
i
VDD／R
iD
vD ＝0 时 i D=VDD/R i D ＝0 时 vD =VDD
u
vD VDD
则在两线的交叉点 上为所求
（5）微变电阻 rD rD 是二极管特性曲线上工作
iD
点Q 附近电压的变化与电流的
变化之比：
ID
Q
rD
?
? uD ? iD
UD
uD
显然，rD是对Q附近的微小变化区域内的电阻。
注：对二极管特性和极限运用条件的定量描述 ,也是 设计电路时选择器件的依据。
使用时，（ ? I F ，? VWRM ），否则管子易损 坏。器件手册的参数仅供选型参考，必要时实 测。