模拟电子技术大一教程2资料

模拟电子技术基础德州学院计算机科学系系统结构教研室2012·09主讲：安定第二讲1.3半导体二极管1.3.1半导体二极管的结构类型1.3.2半导体二极管的伏安特性曲线1.3.3半导体二极管的参数1.3.4半导体二极管的温度特性1.3.5半导体二极管的型号1.3.6稳压二极管(3)平面型二极管往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型二极管符号图01.11二极管的结构示意图(c)平面型1.3.2半导体二极管的伏安特性曲线式中IS为反向饱和电流，V为二极管两端的电压降，VT=kT/q称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q为电子电荷量，T为热力学温度。对于室温（相当T=300K），则有VT=26mV。)1(eTSVVII半导体二极管的伏安特性曲线如图01.12所示。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。根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示:(1.1)图01.12二极管的伏安特性曲线图示(1)正向特性硅二极管的死区电压Vth=0.5V左右，锗二极管的死区电压Vth=0.1V左右。当0＜V＜Vth时，正向电流为零，Vth称为死区电压或开启电压。当V＞0即处于正向特性区域。正向区又分为两段：当V＞Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。(2)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。当V≥VBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压。在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|≥7V时,主要是雪崩击穿；若|VBR|≤4V时,则主要是齐纳击穿。当在4V～7V之间两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。1.3.3半导体二极管的参数半导体二极管的参数包括最大整流电流IF、反向击穿电压VBR、最大反向工作电压VRM、反向电流IR、最高工作频率fmax和结电容Cj等。几个主要的参数介绍如下：(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整流电流的平均值。(2)反向击穿电压VBR——和最大反向工作电压VRM二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。(3)反向电流IR(4)正向压降VF(5)动态电阻rd在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下，约0.6～0.8V；锗二极管约0.2～0.3V。反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。显然，rd与工作电流的大小有关，即rd=VF/IF1.3.4半导体二极管的温度特性温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管温度每增加8℃，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加12℃，反向电流大约增加一倍。另外，温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加1℃，正向压降VF(VD)大约减小2mV，即具有负的温度系数。这些可以从图01.13所示二极管的伏安特性曲线上看出。图01.13温度对二极管伏安特性曲线的影响1.3.5半导体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：半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片1.3.6稳压二极管稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一样，稳压二极管伏安特性曲线的反向区、符号和典型应用电路如图01.14所示。图01.14稳压二极管的伏安特性(a)符号(b)伏安特性(c)应用电路(b)(c)(a)从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极管的参数。(1)稳定电压VZ——(2)动态电阻rZ——在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。rZ=VZ/IZ(3)最大耗散功率PZM——稳压管的最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向工作时PN结的功率损耗为PZ=VZIZ，由PZM和VZ可以决定IZmax。(4)最大稳定工作电流IZmax和最小稳定工作电流IZmin————稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax=VZIZmax。而Izmin对应于VZmin。若IZ＜Izmin，则不能起稳压作用。(5)稳定电压温度系数——VZ温度的变化将使VZ改变，在稳压管中当VZ＞7V时，VZ具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。当VZ＜4V时，VZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。当4V＜VZ＜7V时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。1.光电二极管利用半导体的光敏特性，其反向电流随光照强度的增加而上升。IV照度增加符号1.3.7特殊二极管简介2.发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几~几十mA符号二极管电路分析举例定性分析：判断二极管的工作状态导通截止否则，正向管压降硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。若V阳V阴或UD为正，二极管导通（正向偏置）若V阳V阴或UD为负，二极管截止（反向偏置）反向截止时二极管相当于断开。若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，电路如图，求：UABV阳=－6V，V阴=－12V，V阳V阴，二极管导通，若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=－6V。实际上，UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V例1：取B点作为参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。D6V12V3kBAUAB+–例2:电路如图，求：UAB若忽略二极管正向压降，二极管VD2可看作短路，UAB=0V，VD1截止。VD１6V12V3kBAVD2UAB+–取B点作参考点，V1阳=－6V，V2阳=0V，V1阴=V2阴，由于V2阳电压高，因此VD2导通。ui8V二极管导通，可看作短路uo=8Vui8V二极管截止，可看作开路uo=ui已知：二极管是理想的，试画出uo波形。Vsin18tuiu2t18V参考点8V例3二极管的用途：整流、检波、限幅、箝位、开关、元器件保护、温度补偿等。D8VRuoui++––