03第一章(3) 晶体二极管及其应用1new

IIZmin Zmin
⑤电压温度系数α U 击穿电流大于该值 稳压管就是一种专门工作 /U T 后稳压性能才好 在反向击穿状态的二极管
Z Z
UZ>7V的稳压管一般为雪崩击穿型， 击穿电流不允许超 α为正，Uz<4V的稳压管一般为齐 过该值，否则稳压 稳压管工作时负极要接高 纳击穿型，α为负在(IZmin ～IZmax)范 管会因管耗过大而 DZ rz越小的管子稳压性 围内，稳压管交流 电位，并使其击穿 P ＝ 烧坏(此时管耗 Z UZ 在4V～7V之间的稳压管一般为 能越好 电阻的典型值 + UZ IZmax) 混合击穿型 稳压管电路符号 双稳压管电路符号
Im ax Z L max Z max
U
i /mA D U UZ Im in Z S i I Z min 20 R R L min 15 U10 in U Z Im R R 5 I Z min U Z L min R L min
R L max R
Z
IZmin R L min I Z min U
T
uD
iD I S (e
iD /mA T2 20 Ge
UT
1)
uD
iD /mA
T1
Si
15 10 5
1μ A 1.0 uD /V
T2 >T1
温度升高时，正向伏 PN结的伏安特性曲线 安特性曲线左移 每温升10℃，反向饱
T1
Is=0.1 pA
1pA
1.0
T2 和电流增大约一倍 当温度增加时，正向 硅（Si）PN结的反向饱和电流IS在10－9～10－15A量级， 电流也会增大 锗（Ge） PN结IS在uA量级
E 3V
图1．25 二极管直流电路
解：将二极管用恒压源模型近似后求解电路。
对于导通的Si管，可取UD ≈UON ≈0．7V，由此可算出
ID E U R
ON

3 0 .7 300
7 . 67 ( mA )
2.二极管的交流小信号模型
iD Q点附近的一定范围内伏 安特性曲线可近似看成 直线， 交流电压ud和电流id之间的 关系可用一个线性电阻来 近似，这就是二极管的小 信号模型。 二极管小信号模型就是 工作点处的交流电阻rd， id rd
U
Im in
UZ 1.0
uR / V D
Z
L min
IZmax
U
Im ax
U
Z

U
UR在数值上应小于反向击穿电压U（BR）
反向电流IR ：IR就是反向饱和电流IS
最高工作频率fM
1．3．3 二极管模型 1.二极管伏安特性的分段线性近似模型 Didel (1)理想开关模型 适用于UD>>UON 理想二极管UON=0 (2)恒压源模型 适用直流电压 伏安特性曲线 -uD+ uD 正偏时正向电压为零 反偏时反向电流为零 iD
1μ A 1.0
0.7V
uD /V
0.3V 当uD<0．5V时，正向电流实际很小，不能认为PN结 而当uD>0．6V以后，正向电流急剧增大，PN结呈现 硅PN结导通电压为0．7V 锗PN结导通电压为0．3V 真正导通 较陡的伏安特性
（2)反偏PN结伏安特性方程
反偏时（即uD<0）， 且当uD＜＜-4UT时， ①二极管反偏时，Ge U e 1 管的反向饱和电流至 少比Si管大三个数量 二极管的反偏伏安特性方程 i D I S 级以上 反向电流不随反向偏压而变化， ②温度增加时，二极 反偏时PN结仅有很小的反向饱 管的反向饱和电流明 和电流，相当于截至、可看成 显增大 一个高阻抗的元件
ΔI
Q（UD，ID）
uD ΔU
二极管的 交流小信 号模型
iD=ID+ id + uD=UD+ud -
例1．2若在例l．1电路中串联一个电压源 u（t）＝100sin2π×l0 4t(mV)，估算此时二极管上交流电压与电流 成分的振幅值Udm和Idm (T=300K) 。 解：当正弦电压源未加上， uR=UR+uR 即u(t) ＝ 0V时，二极管的工作点 + iD=ID+id UD=0．70V，ID=7．67mA， R 300Ω E + 3V 当加上正弦电压u(t)后 -uD=UD+ud D + UT rd u(t) ID rd≈UT／ID （a）例1．2电路图 =26mV ／ 7 ． 6mA uR + =3．39Ω id R 300Ω + 由此等效电路可求出 D ud + Idm=Um／(R+rd) u(t) =100／(300+3．39)＝0．33(mA) Udm＝rd Idm＝1．12(mV) （b）例1．2交流等效电路
12V
15V
UD10 > UD20 D1优先导通 故UA=- UON=-0.7V UD20=-12-UA=-12-(-0.7）=-11.3V< UON D2截止
故
D1导通D2截止
例1．1
Si二极管与恒压源E和限流 电阻R构成的直流电路如图 1．25所示。求二极管工作 点UD和ID的值。
R 300Ω ID D UON
1．3 晶体二极管及其应用
封 装
二极管的结构 点接触型和面接触型
正 极
P
N
负 极
二极管的电路符号 二极管符号中的箭头 方向就是二极管正向 电流的方向
1．3 ．1 晶体二极管的伏安特性
1 ．二极管的理想伏安特性方程
电流与端电压之间的关系
uD
PN结伏安特性方程
iD I S (e
UT
1)
uD是加在二极管上的端电压，UT为热电压当量，UT＝kT/q, （当T＝300K时UT ＝26mV）。IS即为PN结反向饱和电流，与 少数载流子浓度有关 正偏时取uD>0，反偏时uD代入负值
RHale Waihona Puke U ID Q DiD
ID2
ID1 Q1
Q2
即RDl =UD1/ID1 ，RD2 = UD2/ID2 。 显然，RD2<RDl ID|Q RD
UD1 UD2
uD
二极管反偏时因电流极小，故反偏时直 流电阻很大
2．交流电阻rd 在二极管将工作点处电压的微变增量与相应的电流微变增量 的比值称为二极管在该点处的交流电阻rd 二极管在工作点（Q）处的交流（动态）电阻rd被表示为 rd ≈Δ U／Δ I 将
电容上的电压是脉动的。即出现波形失真。
1．3．5 稳压管及其应用
二极管的反向击穿特性曲线非常陡直
iD /mA 20 击 15 死 穿 截止区 10 区 区 5 U UZ
Z
(1 ) 稳压管参数 ①稳定电压UZ
Si 导 通 区 1.0 uD / V
②最小稳定电流I 击穿电压十分稳定 Zmin 在规定测试电流(如 ③最大稳定电流IZmax 50mA)下的反问击 在击穿区的工作点上交 ④动态电阻rz 穿电压 流电阻很小
单向
iD
二极管反偏，或正偏电压 小于导通电压UON时，二 极管截止，电流为零；
当二极管导通后，其端 电压维持UON不变。 模型
UON Didel UON
uD
iD
(3) 折线近似模型
适用低频大信 号分析 二极管电压uD≤UON时，iD=0 当uD≥UON时，二极管导通，且交流电阻rd不变 伏安特性曲线 iD uD iD 模型 Didel UON (1)理想开关模型 (2)恒压源模型 rd
（1）正偏PN结伏安特性方程
正偏时（即uD>0）， 且当uD＞4UT时
uD
uD
iD I S (e
UT
1)
e
UT
1
二极管的正偏伏安特性方程
iD /mA
uD
Ge
iD I S e
UT
Si
PN结的伏安特性曲线
正偏PN结存在着一个导 通电压UON ，称为二极 管的正向开启（死区或 门限）电压
IIZmax Zmax
2 稳压管电路
整流滤波电路 D C UI R
UoRL是用电负载+IL)R =UZ=UI - (IZ IR
IZ UZ DZ IL RL Uo + R称为限流电阻i S 输入电压UI必须大于 击穿电压
uD / V iD
稳压管稳压电路 当RL一定
设UI
UZ Uo
IZ
(IZ+IL)R
1．3．4 二极管应用电路举例
1．二极管限幅电路 假设输入信号ui (t)是振幅为3V的正弦电压 + R ui(t) + 3V D1 D2 uo(t) ui(t) Si二极管D1和D2可以用恒压源 近似(UON ≈0．7V)
t
3V 当| ui (t)| < UON时，D1和D2均未导通，视为开路，故限 0.7V 流电阻R上电流为零，此时uo(t)=ui(t) 当ui (t)> UON时，D1导通(D2仍截止)，使uo(t)保持0．7V不变 当ui(t)< -UON时，D2导通(D1截止)，uo(t)保持在-0．7V不变 这是一种双向限幅电路
-0.7V
ui(t)
t
+ + ui(t) -
R
D1 D2 uo(t) -
限幅电路在脉冲电路中常用 作波形变换，如将正弦电压 变为方波。在模拟电子设备 中，限幅电路可作保护电路。 例如接收机输入端在遇到强 电压干扰时，可能造成电路 不能正常工作甚至损坏设备。 若在输入端加入限幅器，则 可避免这种情况。对正常接 收的信号，由于输入信号幅 度很小，限幅器并不起作用。
(3) 折线近似模型
适用于分析含 二极管的大信 号电路