第二章 二极管及其电路201009

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小信号工作情况分析
例7 如图所示二极管电路中，VDD=5V ，R=5kΩ，，恒压降模型 的VD=0.7V，vs=0.1sinωt （V）： （1）求输出电压vO的交流量和总量； （2）绘出vO的波形
直 流 通 路
交 流 通 路
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特殊二极管1
一．稳压管（齐纳二极管） 1. 面结型硅半导体二极管 2. 稳定电压为反向击穿（齐纳）电压VZ 3. 代表符号、V-I特性、反向击穿时的模型 iD/mA 4. 主要参数：VZ、 IZ（min）、 IZ（max）、rZ、PZM、 α 5. 并联式稳压电路 －VZ －VZ0 6. 应用举例 0
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半导体二极管 一、二极管的结构 结构 分类 型号
二极管 = PN结 + 管壳 + 引线 P N
符号
+
阳 极
－
阴 极
二、二极管的伏－安特性
三、二极管的主要参数
四、二极管的等效模型和应用电路
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二极管分类（按管芯结构） 1. 点接触型二极管
金属触丝 正极引线 负极引线 N型锗
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稳压管应用举例2
例2.2.1 如图所示稳压管稳压电路中，稳压管的稳定电压 VZ=6V，最小稳定电流 IZ（min）=5mA，最大稳定电 流 IZ（max）=25mA，负载电阻RL=600Ω，求限流电 阻R的取值范围。
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常见二极管外形
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晶体二极管(猫须)
半波整流电路
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静态工作情况分析
例3 设简单硅二极管基本电路及习惯画法如图所示，R=10kΩ。 对于下列两种情况，求电路的ID和VD的值：
（1）VDD=10V； （2） VDD=1V
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限幅电路
例4 一限幅电路如图所示，R=1kΩ，VREF=3V，二极管为硅二极 管。分别用理想模型和恒压降模型： （1）求解vI=0V、4V、6V时相应的输出电压vO之值； （2）绘出当vI=6sinωt（V）相应的输出电压波形
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TAKE A REST
2. 半导体二极管及其基本电路 • 半导体基本知识 • PN结的形成和特性 • 半导体二极管(diode)
• 特殊二极管 /wiki/Diode
/wiki/PN_junction /wiki/Semiconductor_device 术语
高频或开关状态运用
rs ：半导体体电阻 rd ：结电阻 CD ：扩散电容 CB ：势垒电容 Cd ：结电容，包括势垒电容与扩散电容的总效果 PN结正向偏置： rd 阻值较小；Cd 主要取决于扩散电容 PN结反向偏置： rd 阻值很大；Cd 主要取决于势垒电容
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整流电路
例2 二极管基本电路如图所示，已知vs为正弦波。试利用二 极管理想模型，定性地绘出vo的波形。
二极管的型号 国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
2AP9
用数字代表同类器件的不同规格。 器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管
器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge， C为N型Si ， D为P型Si。 2代表二极管，3代表三极管。
20线 击穿电压VBR
术语1
Diode：anode（阳极）、cathode （阴极） thermionic diodes rectifying property：整流特性（rectifiers） varicap diode：变容二极管 unidirectional electric current property：单向电流特性/单向导电性 forward biased condition：正向偏置条件 reverse biased condition：反向偏置条件 non-linear electrical characteristic：非线性特性 silicon or germanium：硅或锗 “cat’s whisker” crystals devices： vacuum tube devices： semiconductor p-n junctions：半导体PN结 Schottky diode： current–voltage characteristic, or I–V curve Carriers： depletion layer or depletion region 2018/10/11
二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值，反向击 穿时的电压值。 3. 反向电流IR：
室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管一 般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。 4. 最高工作频率fM： 极间电容Cd、反向恢复时间TRR等
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二极管基本电路及分析方法
一、**简单二极管电路的图解分析法 二、二极管电路的简化模型分析法（简单有效、工程近似） 1. 二极管基于V—I特性的模型
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开关电路
例5 二极管电路如图所示，利用二极管理想模型求解:当vI1 和vI2为0V或5V 时，求vI1和vI2的值不同组合情况下， 输出电压vo的值。 VCC
开关电路习惯画法
开关电路理想模型
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低电压稳压电路
例6 低电压稳压电路如图所示，利用二极管的正向压降特性， 合理选取电路参数，对于硅二极管可以获得输出电压vO（=VD） 近似等于0.7V，若采用几只二极管串联，则可获得1V以上的 输出电压。
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－IZT
vD/V
－IZ(min) Q
代表符号
－IZ(max)
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特殊二极管2(了解)
二．变容二极管(varicap) 1. 结电容随外加反向电压的增加而减小 2. 符号(P89图3.5.5a) 3. 结电容与电压的关系曲线(P89图3.5.5b) 三．肖特基二极管(SBD) 1. 金属-半导体结二极管(表面势垒二极管) 2. 符号(阳极连接金属、阴极连接N型半导体) 3. 正向V-I特性(P89图3.5.6) 4. 多子导电，电容效应小（抗饱和），工作速度快 5. 正向导通门坎电压和正向压降都比PN结二极管小 6. 反向击穿电压较小，反向漏电流比PN结二极管大 四．光电子器件 1. 光电二极管：反向电流与照度成正比，光电转换 2. 发光二极管：电子与空穴复合，显示器件、电光转换 3. 激光二极管：
2. 模型分析法应用举例 • 整流电路 • 静态工作情况分析 • 限幅电路 • 开关电路 • 低电压稳压电路 • 小信号工作情况分析
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图解分析法
应用场合：电路中非线性器件的特性曲线已知 例1 电路以及二极管伏—安特性曲线如图，已知电源VDD和电阻 R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD。 R iD
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Types of semiconductor diode
Diode
Zener diode
Schottky diode
Tunnel diode
Light-emitting diode
Photodiode
Varicap
Silicon controlled rectifier
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0
i
锗
1. 正向特性 i
u
V
mA
2. 反向特性 i u
V
uA
反向饱和电流 死 区 电 压
E 导通压降 硅：(0.6~0.8) V
锗：(0.1~0.3V)
u
硅：0.5 V 锗：0.1 V
E
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二极管的主要参数
1. 最大整流电流IF： 二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向 电流的平均值。 2. 反向击穿电压VBR和最高反向工作电压VRM ：
+
iD m A
VDD
D
vD
－
V DD R
二极管V I特性曲线
Q
ID
1 斜率为 的负载线 R
VDD v D 线性元件：i D R
0
VD
VDD
vD V
非线性元件(n 1)：i D I S (e vD VT 1)
Q：工作点 复杂、局限性2018/10/11
二极管简化模型1
1．理想模型
rD
0.7V
3．折线模型 +
vD
－
+
－ 1mA
iD iD
v th
0.5V 硅管 0.1V 锗管
0.7V
0.7V 0.5V rD 200 1mA 2018/10/11
二极管简化模型3
4．小信号模型
+
iD m A
V DD R
V DD Vm R V DD Vm R
Q'
vs
－
ID
PN结面积小，结电容小，只允许 通过较小电流（不超过几十毫安） 用于检波和变频等高频小电流电路。 外壳
2. 平面型二极管
用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于开 关、脉冲和高频电路中。
3. 面接触型二极管
PN结面积大，允许通过较大电流（几到几十安）用于 工频大电流整流电路
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并联式稳压电路
例8 稳压电路如图所示，设R=180Ω，VI=10V， RL=1kΩ，稳压管的VZ=6.8V，IZT=10mA，r ZT=20Ω，IZ（min）=5mA。试分析当VI出现± 1V的变化时，VO的变化是多少？
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稳压管应用举例1
例9 设计一个稳压管稳压电路，作为车载收音机的供电电源。 已知收音机直流电源为9V，音量最大时应供给功率 0.5W。汽车上的供电电源在12~13.6V之间波动。要求 选用合适的稳压管（IZ（min）、 IZ（max）、VZ、PZM）， 以及合适的限流电阻（阻值、额定功率）