模电课件 第二章 二极管及其放大电路

模拟电子技术——电子技术基础精品课程第二章半导体二极管及其电路信息工程学院电子技术基础课程组2020/1/28TAKEAREST2020/1/282.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)•特殊二极管术语://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_device作业2020/1/28半导体二极管一、二极管的结构二极管=PN结+管壳+引线NP结构符号阴极－阳极+二、二极管的伏－安特性三、二极管的主要参数分类型号四、二极管的等效模型和应用电路2020/1/28二极管分类（按管芯结构）1.点接触型二极管N型锗正极引线负极引线外壳金属触丝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。eg.锗1N34A2.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2020/1/28二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。2020/1/28iu0二极管的伏－安特性硅：0.5V1.正向特性导通压降反向饱和电流2.反向特性死区电压击穿电压VBR实验曲线uEiVmAuEiVuA锗硅：(0.6~0.8)V锗：0.1V锗：(0.1~0.3V)2020/1/28二极管的主要参数1.最大整流电流IF：2.反向击穿电压VBR和最高反向工作电压VRM：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。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。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。极间电容Cd、反向恢复时间TRR等4.最高工作频率fM：2020/1/28二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2020/1/28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。mADiRVDDDDVVvD0DIDV的负载线斜率为R1特性曲线二极管IV)1()1(TDSDVveIin：非线性元件RvViDDDD线性元件：Q复杂、局限性DRiD+－vDDDVQ：工作点2020/1/28二极管简化模型1+－DvDi1．理想模型Dv+－Di反偏：Di+－Dv0Di0Dv正偏：+－DvDi0Di0Dv二极管电源电压远大于二极管的正向管压降2020/1/28二极管简化模型2+－DvDi2．恒压降模型（ID≥1mA）Dv+－Di3．折线模型thDVv+－DiDr锗管硅管V2.0V7.0Dv锗管硅管V1.0V5.0thv2001mAV5.0V7.0Dr1mA0.7V1mA0.7V2020/1/28二极管简化模型34．小信号模型+－sv)sin(mstVvmADiRVDDDDVVDv0DIDVQmDDVVmDDVVRVVmDDRVVmDD0DIDV'QQ△vD+－dr）（常温下，K300mV261DDTddTIIVgr△iD△vD△iD2020/1/28二极管简化模型45．PN结高频电路模型(康华光五版P77)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2020/1/28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。半波整流电路2020/1/28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=1V2020/1/28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2020/1/28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。开关电路习惯画法开关电路理想模型VCC2020/1/28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。2020/1/28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2020/1/28一．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VZ3.代表符号、V-I特性、反向击穿时的模型4.主要参数：VZ、IZ（min）、IZ（max）、rZ、PZM、α5.并联式稳压电路6.应用举例－VZ0特殊二极管1代表符号iD/mAvD/V0－IZTQ－VZ－IZ(min)－IZ(max)2020/1/28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（半导体激光器）：发射带宽极窄的同调光(coherentlight)2020/1/28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，rZT=20Ω，IZ（min）=5mA。试分析当VI出现±1V的变化时，VO的变化是多少？2020/1/28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）2020/1/28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。2020/1/28常见二极管外形2020/1/28晶体二极管(猫须)2020/1/28TypesofsemiconductordiodeDiodeSchottkydiodeZenerdiodeTunneldiodeLight-emittingdiodePhotodiodeVaricapSiliconcontrolledrectifier2020/1/28术语1Diode：anode（阳极）、cathode（阴极）thermionicdiodes：热游离二极管（真空管）rectifyingproperty：整流特性（rectifiers）varicap：变容二极管（电子式的可调电容器）unidirectionalelectriccurrentproperty：单向电流特性/单向导电性forwardbiasedcondition：正向偏置条件reversebiasedcondition：反向偏置条件non-linearelectricalcharacteristic：非线性特性siliconorgermanium：硅或锗“cat’swhisker”crystalsdevices：猫须晶体器件vacuumtubedevices：真空管semiconductorp-njunctions：半导体PN结Schottkydiode：肖特基二极管current–voltagecharacteristic,orI–Vcurve：伏安特性Carriers：载流子depletionlayerordepletionregion：耗尽层2020/1/28术语2conductionband(mobile)electrons：束缚电子donorandacceptorimpurities：杂质半导体peakinversevoltage：峰值反向电压avalanchediode：雪崩二极管zenerdiode：齐纳二极管Light-emittingdiode：发光二极管Photodiode：光电二极管Siliconcontrolledrectifier：可控硅Tunneldiode：隧道二极管Schottkydiode：肖特基二极管Varicapdiode：变容二极管Radiodemodulation：解调、检波Powerconversion：能量变换Over-voltageprotection：过压保护Logicgates：逻辑门Ionisingradiationdetectors：Currentsteering：2020/1/28作业半导体二极管：2.1.2、2.1.6稳压二极管：2.2.4、2.2.5、2.3.1