模拟电子技术基础：第3讲 半导体二极管

2.伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性
i f (u)
u
i IS(eUT 1) (常温下UT 26mV)
击穿 电压
温度的 电压当量
材料 硅Si 锗Ge
开启电压 0.5V 0.1V
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 开启 和电流 电压
反向饱和电流 1µA以下 几十µA
O
利用I
D
的变化来补偿I
Z
的变化。
L
4. 稳压管稳压电路的计算
（1）UI的选择 UI＝（2～3）UZ
为减小Sr,取 值矛盾!
Sr
rz R
UI UO
（2）稳压管的选择 UZ＝UO IZM－IZ > ILmax－ ILmin
（3）限流电阻的选择 保证稳压管既稳压又不损坏。
I DZmin I Z 且 I DZmax I ZM 电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。
V＝10V，ID≈ 20mA
rd
( 26 ) 20
1.3，Id
( 5 )mA 1.3
3.85mA
在伏安特性上，Q点越高，二极管的动态电阻越小！
从二极管的伏安特性可以反映出：
正向特性为 指数曲线
u
i IS(eUT 1)
u
若正向电压u UT，则i ISeUT；
若反向电压u
U
，
T
则i
IS。
3. 伏安特性受温度影响
反向特性为横轴的平行线
T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓
→反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓ T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移
4.电容效应
（1） 势垒电容 PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生
变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放 电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。 （2） 扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载 流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和 释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
结电容： Cj Cb Cd
结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定 程度，则失去单向导电性！
三、二极管的等效电路
1. 将伏安特性折线化
导通时i与u成 线性关系
理想 二极管
理想开关 导通时 UD＝0 截止时IS＝0
近似分析 中最常用
导通时UD＝Uon 截止时IS＝0
应根据不同情况选择不同的等效电路！
I DZ min
UImin U Z R
ILmax
IZ
R U Imin U Z IZ ILmax
电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。
IDZ max
UImax UZ R
I Lm in
I ZM
若求得Rmin>Rmax，怎么办？
R UImax U Z I ZM I Lmin
讨论一
判断电路中二极管的工作状态，求解输出电压。
平面型： 结面积可小、可大 小的工作频率高 大的结允许的电流大
二、二极管（PN结）的特性
1.单向导电性
PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加
剧，由于外电源的作用，形 成扩散电流，PN结处于导通 状态。
PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，
有利于漂移运动，形成漂移电 流。由于电流很小，故可近似 认为其截止。
判断二极管工作状态的方法？
讨论二
1. V＝2V、5V、10V时二极管中
的直流电流各为多少？
2. 若输入电压的有效值为5mV，
则上述各种情况下二极管中的交
ID
流电流各为多少？
rd
V＝5V时，
uD iD
UT IDQ
Q
uD=V-iR
ID
V
UD R
V 较小时应实测伏安 特性，用图解法求ID。
(5 0.7)A 8.6mA 500
3. 稳压管稳压电路的工作原理
UI UR UO IR IDZ IL
电网电压UI UO (UZ) IDZ IR UR UO
若U I
U
R，则U
基本不变。利用
O
R上的电压变化补偿
U
的波动。
I
RL
UO
(U Z
)
IDZ
IR
RL IL IR
若I D Z
I
L，则U
R基本不变，U
也就基本不变。
V=10V时，ID
V R
( 10 )A 500
20mA
讨论二
rd
uD iD
UT I DQ
，I
d
Ui rd
V＝2V，ID≈2.6mA
V＝5V，ID≈ 8.6mA
rd
( 26 ) 2.6
10，Id
( 5 )mA 10
0.5mA
rd
( 26 ) 8.6
3.02，Id
( 5 )mA 3.02
1.66mA
结电容为扩散电容（Cd）与势垒电容（Cb）之和。
扩散路程中 电荷的积累 与释放
空间电荷区 宽窄的变化 有电荷的积 累与释放
五、稳压二极管
1. 伏安特性
由一个PN结组 成，反向击穿后 在一定的电流范 围内端电压基本 不变，为稳定电 压。
2. 主要参数
进入稳压区的最小电流 不至于损坏的最大电流
稳定电压UZ、稳定电流ห้องสมุดไป่ตู้Z 最大功耗PZM＝ IZM UZ 动态电阻rz＝ΔUZ /ΔIZ
第三讲 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
一、二极管的组成
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
点接触型： 结面积小，结电容小 故结允许的电流小 最高工作频率高
面接触型： 结面积大，结电容大 故结允许的电流大 最高工作频率低
三、二极管的等效电路
2. 微变等效电路
当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。
ui=0时直流电源作用
根据电流方程，rd
uD iD
UT ID
小信号作用
Q越高，rd越小。 静态电流
四、二极管的主要参数
• 最大整流电流IF：最大平均值 • 最大反向工作电压UR：最大瞬时值 • 反向电流 IR：即IS • 最高工作频率fM：因PN结有电容效应