模電二極管及其基本電路PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 模電二極管及其基本電路模電二極管及其基本電路 2 1.1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 第1頁(yè)/共54頁(yè) 3 若二極管管腳調(diào)換位置, 如 圖 (b)所示, 閉合開(kāi)關(guān)S, 燈泡 不發(fā)光。 由以上演示結(jié)果可知: 二極管具有單向?qū)?電性。 第2頁(yè)/共54頁(yè) 4 1. 半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體的特性 自然界中的各種物質(zhì)自然界中的各種物質(zhì),按導(dǎo)電能力劃分為按導(dǎo)電能力劃分為:導(dǎo)體、絕緣體導(dǎo)體、絕緣體 、半導(dǎo)體。、半導(dǎo)體。 (1)半導(dǎo)體導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，如鍺、硅、半導(dǎo)體導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，如鍺、硅、 砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。 (2)當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)

2、，它的導(dǎo)電能力明顯變化。當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。 稱熱敏特性和光敏特性。稱熱敏特性和光敏特性。 (3)往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)(其它化學(xué)元素其它化學(xué)元素)，會(huì)，會(huì) 使它的導(dǎo)電能力明顯改變。使它的導(dǎo)電能力明顯改變。 半導(dǎo)體為什么有此性質(zhì)呢？半導(dǎo)體為什么有此性質(zhì)呢？ 第3頁(yè)/共54頁(yè) 5 sisi 硅原子硅原子 (14)(14) Ge 鍺原子鍺原子(32)(32) Ge 2. 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 典型的半導(dǎo)體是典型的半導(dǎo)體是硅硅Si和和鍺鍺Ge，它們都是它們都是4價(jià)元素。價(jià)元素。 最外層原子軌道上具有最外層原子軌道上具有4個(gè)電

3、子個(gè)電子,稱為價(jià)電子。每個(gè)原稱為價(jià)電子。每個(gè)原 子的子的4個(gè)價(jià)電子不僅受自身原子核的束縛個(gè)價(jià)電子不僅受自身原子核的束縛,而且還與周而且還與周 圍相鄰的圍相鄰的4個(gè)原子發(fā)生聯(lián)系個(gè)原子發(fā)生聯(lián)系,這些價(jià)電子一方面圍繞自這些價(jià)電子一方面圍繞自 身的原子核運(yùn)動(dòng)身的原子核運(yùn)動(dòng),另一方面也時(shí)常出現(xiàn)在相鄰原子所屬另一方面也時(shí)常出現(xiàn)在相鄰原子所屬 的軌道上。的軌道上。 第4頁(yè)/共54頁(yè) 6 1.形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電 能力較弱能力較弱,接近絕緣體。接近絕緣體。 2.光照或受熱時(shí)，光照或受熱時(shí)， 可見(jiàn)：可見(jiàn)：本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。 + 4 + 4 + 4 + 4

4、 自由電子自由電子 空穴空穴 這樣這樣,相鄰的原子就被共有的價(jià)電子聯(lián)系在一起相鄰的原子就被共有的價(jià)電子聯(lián)系在一起,稱稱 為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。如圖為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。如圖1.2所示。所示。 激發(fā)價(jià)電子成為自由電子，激發(fā)價(jià)電子成為自由電子， 這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)本征激發(fā)或或 熱激發(fā)熱激發(fā)。 第5頁(yè)/共54頁(yè) 7 光照或受熱激發(fā)使半導(dǎo)體導(dǎo)電能力增強(qiáng)的現(xiàn)象稱為光照或受熱激發(fā)使半導(dǎo)體導(dǎo)電能力增強(qiáng)的現(xiàn)象稱為 本征激發(fā)本征激發(fā)或或熱激發(fā)熱激發(fā)。 可見(jiàn)：可見(jiàn)：本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。 自由電子自由電子帶負(fù)電的粒子帶負(fù)電的粒子 空穴空穴帶正電的粒子帶正電的粒子 自由電子、空穴統(tǒng)稱

5、為載流子。自由電子、空穴統(tǒng)稱為載流子。 3. 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半 導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。 為何呢？為何呢？ 1、N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷(或銻或銻)。 第6頁(yè)/共54頁(yè) 8 +4+4 +5+4 多余電子多余電子 自由電子自由電子 施主原子施主原子 硅原子硅原子 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 整塊整塊N 型半導(dǎo)體示意圖型半導(dǎo)體示意圖 。 可見(jiàn)：可

6、見(jiàn)： a) N 型半導(dǎo)體中自由電子很型半導(dǎo)體中自由電子很 多多(多數(shù)載流子多數(shù)載流子)，空穴很少，空穴很少( 少數(shù)載流子少數(shù)載流子) ； b) 導(dǎo)電性能顯著增加。導(dǎo)電性能顯著增加。 不能移動(dòng)的正離子不能移動(dòng)的正離子 第7頁(yè)/共54頁(yè) 9 2、P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼(或銦或銦)。 +4+4 +3+4 空穴空穴 受主原子受主原子 整塊整塊P 型半導(dǎo)體示意圖型半導(dǎo)體示意圖 。 硅原子硅原子 可見(jiàn)：可見(jiàn)： a) P 型半導(dǎo)體中自由電子很少型半導(dǎo)體中自由電子很少 (少少子子)，空穴很多，空穴很多(多子多子)； b) 導(dǎo)電性能顯著

7、增加。導(dǎo)電性能顯著增加。 不能移動(dòng)的負(fù)離子不能移動(dòng)的負(fù)離子 第8頁(yè)/共54頁(yè) 10 第9頁(yè)/共54頁(yè) 11 綜述與問(wèn)題綜述與問(wèn)題 N 型半導(dǎo)體特點(diǎn)型半導(dǎo)體特點(diǎn): 自由電子很多自由電子很多,空穴很少；空穴很少； 整塊整塊N 型半導(dǎo)體示意圖型半導(dǎo)體示意圖: + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + P 型半導(dǎo)體特點(diǎn)型半導(dǎo)體特點(diǎn): 自由電子很少自由電子很少,空穴很多；空穴很多； 整塊整塊N 型半導(dǎo)體示意圖型半導(dǎo)體示意圖: 若將上述二者結(jié)合在一起，會(huì)如何？若將上述二者結(jié)合在一起，會(huì)如何？ 第10頁(yè)/共54頁(yè) 12 1.1.2 PN結(jié)的形成及單向?qū)щ?/p>

8、特性結(jié)的形成及單向?qū)щ娞匦?一一. PN 結(jié)的形成結(jié)的形成 第11頁(yè)/共54頁(yè) 13 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 耗盡層、勢(shì)壘區(qū)耗盡層、勢(shì)壘區(qū) 空間電荷區(qū)穩(wěn)定空間電荷區(qū)穩(wěn)定 后形成后形成PN 結(jié)結(jié) P區(qū)中的多子空穴擴(kuò)散到區(qū)中的多子空穴擴(kuò)散到N區(qū)，與區(qū)，與N區(qū)的自由電子復(fù)合而消失區(qū)的自由電子復(fù)合而消失 N區(qū)中的多子自由電子擴(kuò)散到區(qū)中的多子自由電子擴(kuò)散到P區(qū)，與區(qū)，與P區(qū)的空穴復(fù)合而消失區(qū)的空穴復(fù)合而消失 第12頁(yè)/共54頁(yè) 14 PN結(jié)結(jié) 變薄變薄 二二

9、. PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?1. PN 結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置(加正向電壓加正向電壓)P 區(qū)加正區(qū)加正, N 區(qū)加負(fù)電壓區(qū)加負(fù)電壓 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) 外電場(chǎng)外電場(chǎng) + _ RE + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + I 當(dāng)內(nèi)外電場(chǎng)相互抵消時(shí)當(dāng)內(nèi)外電場(chǎng)相互抵消時(shí),PN相當(dāng)于短接相當(dāng)于短接:正向電流正向電流IE/ /R 內(nèi)電場(chǎng)被削弱，擴(kuò)散內(nèi)電場(chǎng)被削弱，擴(kuò)散 運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)形成較大的運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)形成較大的 電流。電流。 第13頁(yè)/共54頁(yè) 15 2、PN 結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置(加反向電壓加反向電壓) P區(qū)加負(fù)、區(qū)加負(fù)、N 區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。

10、 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) 外電場(chǎng)外電場(chǎng) PN結(jié)變厚結(jié)變厚 I0 內(nèi)外電場(chǎng)相互加強(qiáng)內(nèi)外電場(chǎng)相互加強(qiáng),PN相當(dāng)于斷開(kāi)相當(dāng)于斷開(kāi): 反向電流反向電流I0 - + RE + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，擴(kuò)散受抑內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，擴(kuò)散受抑 制。漂移加強(qiáng)，形成較小制。漂移加強(qiáng)，形成較小 的反向漂移電流的反向漂移電流0。 呈呈 現(xiàn)高電阻，現(xiàn)高電阻， PN結(jié)截止。結(jié)截止。 第14頁(yè)/共54頁(yè) 16 第15頁(yè)/共54頁(yè) 17 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu) PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就

11、成為半導(dǎo)體二極管。 二極管結(jié)構(gòu)二極管結(jié)構(gòu)兩層半導(dǎo)體，一個(gè)兩層半導(dǎo)體，一個(gè)PN結(jié)。結(jié)。 二、圖形符號(hào)二、圖形符號(hào) PN 陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極 D 第16頁(yè)/共54頁(yè) 18 三、伏安特性三、伏安特性 死區(qū)電壓死區(qū)電壓: 硅管硅管0.5V, 鍺管鍺管0.1V 。 導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅管硅管0.7V, 鍺管鍺管0.3V。 反向擊穿反向擊穿 電壓電壓VBR 理想二極管：理想二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓=0 ；導(dǎo)通正向壓降；導(dǎo)通正向壓降=0； 反向飽和電流反向飽和電流=0 ；反向擊穿電壓；反向擊穿電壓=。 反向飽和電流反向飽和電流IS IS0 vD iD +vD- - E iD V RmA +vD- - E

12、 iD V RmA 擊穿使二極擊穿使二極 管永久損壞管永久損壞 第17頁(yè)/共54頁(yè) 19 )1(e T S V v D D Ii 其中其中iD、 vD 的關(guān)系為：的關(guān)系為： vD PN結(jié)兩端的電壓降結(jié)兩端的電壓降 iD流過(guò)流過(guò)PN結(jié)的電流結(jié)的電流 IS 為反向飽和電流為反向飽和電流 VT = =kT/ /q 稱為溫度的電壓當(dāng)量稱為溫度的電壓當(dāng)量 其中其中k為玻耳茲曼常數(shù)：為玻耳茲曼常數(shù)：1.3810 23 J/ /K q 為電子電荷量為電子電荷量1.610 9 C T 為熱力學(xué)溫度為熱力學(xué)溫度,單位為單位為K 對(duì)于常溫對(duì)于常溫(相當(dāng)相當(dāng)T=300 K)時(shí)：則有時(shí)：則有VT=0.026V 第18

13、頁(yè)/共54頁(yè) 20 四、四、PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流 突然快速增加，此現(xiàn)象稱為突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的結(jié)的反向擊穿。反向擊穿。 1、熱擊穿、熱擊穿 熱擊穿的特征：二極管承受很大反向電壓時(shí)，熱擊穿的特征：二極管承受很大反向電壓時(shí)， 反向電流急劇增大，二極管的結(jié)電阻為反向電流急劇增大，二極管的結(jié)電阻為0 ，失去單向?qū)蜗驅(qū)?電性，電性，永久損壞二極管，并很容易燒壞永久損壞二極管，并很容易燒壞PN結(jié)。結(jié)。 一般的整流、檢波二極管擊穿時(shí)均為熱擊穿，因此一般的整流、檢波二極管擊穿時(shí)均為熱擊穿，因此 在實(shí)

14、際使用中應(yīng)避免熱擊穿。在實(shí)際使用中應(yīng)避免熱擊穿。 2、電擊穿、電擊穿 電擊穿的特征：可逆。在反向電壓作用下反向電擊穿的特征：可逆。在反向電壓作用下反向 電流急劇增大，但只要結(jié)功率不超過(guò)耗散功率電流急劇增大，但只要結(jié)功率不超過(guò)耗散功率 ，電流，電流 不超過(guò)最大值，就不會(huì)損壞二極管，當(dāng)反向電壓降低后不超過(guò)最大值，就不會(huì)損壞二極管，當(dāng)反向電壓降低后 ，二極管仍可恢復(fù)原來(lái)的工作狀態(tài)。，二極管仍可恢復(fù)原來(lái)的工作狀態(tài)。 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管(齊納齊納二極管二極管)擊穿時(shí)一般為電擊穿。擊穿時(shí)一般為電擊穿。 第19頁(yè)/共54頁(yè) 21 RD 0 UD = 0.7V(硅管硅管) 0.3V(鍺管鍺管) 0(E較大時(shí)

15、較大時(shí)) 相當(dāng)于短接相當(dāng)于短接 稱為導(dǎo)通稱為導(dǎo)通 E 0.5V(硅管硅管)、 0.2V(鍺管鍺管)時(shí)：時(shí)： I 0，處在死區(qū)，處在死區(qū),尚未導(dǎo)通。實(shí)際中這種情況要避免尚未導(dǎo)通。實(shí)際中這種情況要避免 。 E 0.7V(硅管硅管)、 0.3V(鍺管鍺管)時(shí)：時(shí)： R UE I D E R D I RD UD 五、五、二極管特點(diǎn)總結(jié)二極管特點(diǎn)總結(jié) 1、當(dāng)二極管上加正向電壓時(shí)：、當(dāng)二極管上加正向電壓時(shí)： (即即PN結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置) 第20頁(yè)/共54頁(yè) 22 2、當(dāng)二極管上加反向電壓時(shí)、當(dāng)二極管上加反向電壓時(shí) (即即PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置) PN結(jié)或二極管具有結(jié)或二極管具有 單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?/p>

16、 E 擊穿電壓時(shí)：擊穿電壓時(shí)： RD , I 0 UD E 二極管相當(dāng)于斷開(kāi)，稱為截止。二極管相當(dāng)于斷開(kāi)，稱為截止。 E 擊穿電壓時(shí)：擊穿電壓時(shí)： RD 0， UD 0 R E I 二極管相當(dāng)于短接，壞了。這種情況要避免。二極管相當(dāng)于短接，壞了。這種情況要避免。 E R D RD UD I 第21頁(yè)/共54頁(yè) 23 RL uiuo ui uo t t 二極管半波整流電路如圖所示。畫出輸出電壓二極管半波整流電路如圖所示。畫出輸出電壓 uo 的波形。的波形。 例例1 第22頁(yè)/共54頁(yè) 24 六、六、PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 1、勢(shì)壘電容、勢(shì)壘電容CB 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層

17、結(jié)外加反向電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層(PN結(jié)結(jié)) 的寬度要相應(yīng)地隨之改變，即的寬度要相應(yīng)地隨之改變，即PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量要結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量要 隨之變化，就像電容充放電一樣。隨之變化，就像電容充放電一樣。 空空間間電電荷荷區(qū)區(qū) W + + + R + E + + P N CB大小大小式式3.2.6 第23頁(yè)/共54頁(yè) 25 2、擴(kuò)散電容、擴(kuò)散電容CD 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓不同時(shí)，結(jié)外加正向電壓不同時(shí)，PN結(jié)兩側(cè)堆積的少子結(jié)兩側(cè)堆積的少子 的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過(guò)的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過(guò) 程程。 + 耗盡層耗盡層 N區(qū)區(qū)P區(qū)區(qū) CD大小大小式式3.2.4

18、 二極管的極間電容二極管的極間電容(結(jié)電容結(jié)電容) CdCB + CD 電容效應(yīng)在交流信號(hào)作用下才會(huì)明顯表現(xiàn)出來(lái)。電容效應(yīng)在交流信號(hào)作用下才會(huì)明顯表現(xiàn)出來(lái)。 第24頁(yè)/共54頁(yè) 26 第25頁(yè)/共54頁(yè) 27 6.半導(dǎo)體二極管、三極管的型號(hào)半導(dǎo)體二極管、三極管的型號(hào)(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)) 2AP9 用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。 代表器件的類型，代表器件的類型，P為普通管，為普通管，Z為整流管，為整流管，K為開(kāi)關(guān)管。為開(kāi)關(guān)管。 代表器件的材料，代表器件的材料，A為為N型型Ge，B為為P型型Ge， C為為N型型 Si， D為為P型型Si。 2代表二極管，代表二極管，3

19、代表三極管。代表三極管。 用字母表示材料用字母表示材料, , A鍺鍺PNP管、管、B鍺鍺NPN管、管、C硅硅 PNP管、管、D硅硅NPN管管 用字母表示器件的種類用字母表示器件的種類, , X低頻小功率管、低頻小功率管、D低頻大低頻大 功率管、功率管、G高頻小功率管、高頻小功率管、A高頻大功率管、高頻大功率管、K開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管 用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào) 用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格 三極管三極管 3DG110B 第26頁(yè)/共54頁(yè) 28 第27頁(yè)/共54頁(yè) 29 3.4 二極管的基本電路及其分析方法二極管的基本電路及其分析方法 一、

20、模型法一、模型法 1、理想模型、理想模型(理想二極管理想二極管) 理想模型將二極管看成：理想模型將二極管看成： 死區(qū)電壓死區(qū)電壓=0 ；導(dǎo)通正向壓降；導(dǎo)通正向壓降=0； 反向飽和電流反向飽和電流=0 ；反向擊穿電壓；反向擊穿電壓=。 理想二極管模型理想二極管模型 u i US0 US 0 + u - - + US - - i R + u - - i R + US - - + u - - i R + US - - i=US/ /Ri=0伏安特性伏安特性 第28頁(yè)/共54頁(yè) 30 i u D U U D為二極管的導(dǎo)通壓降。硅管為二極管的導(dǎo)通壓降。硅管 0.7V；鍺管；鍺管 0.3V。 2、恒壓降模

21、型、恒壓降模型(實(shí)際二極管實(shí)際二極管) 恒壓降模型將二極管看成：恒壓降模型將二極管看成： 導(dǎo)通正向壓降硅管導(dǎo)通正向壓降硅管 0.7V；鍺管；鍺管 0.3V ； 反向飽和電流反向飽和電流0 ；反向擊穿電壓；反向擊穿電壓=。 恒壓降模型恒壓降模型 USUD USUD + u - - + US - - i R + u - - i R + US - - uD i R + US - - i=(US- -U D)/ /Ri=0 伏安特性伏安特性 第29頁(yè)/共54頁(yè) 31 i u Uth Uth為二極管的死區(qū)壓降：硅管為二極管的死區(qū)壓降：硅管 0.5V；鍺管；鍺管 0.1V。 rD為二極管的動(dòng)態(tài)電阻，約為為

22、二極管的動(dòng)態(tài)電阻，約為200 。 3、折線模型、折線模型 折線降模型將二極管看成：折線降模型將二極管看成： 反向飽和電流反向飽和電流0 ；反向擊穿電壓；反向擊穿電壓=。 折線模型折線模型 斜率為斜率為1/ /rD USUthUSUth + u - - + US - - i R + u - - i R + US - - Uth i R + US - - rD + u - - 第30頁(yè)/共54頁(yè) 32 US為恒定電壓；為恒定電壓； ui為動(dòng)態(tài)小信號(hào)電壓。設(shè)：為動(dòng)態(tài)小信號(hào)電壓。設(shè)：ui Um sin t 若電路工作在線性段，則根據(jù)疊加定理，電路可若電路工作在線性段，則根據(jù)疊加定理，電路可 等效為：等

23、效為： 4、小信號(hào)模型、小信號(hào)模型 所謂小信號(hào)模型如圖示：所謂小信號(hào)模型如圖示： + UD - - US ID R + ud- - id R + ui- - rd + u - - US i R + ui- - 用前面學(xué)過(guò)用前面學(xué)過(guò) 的方法求的方法求 )mA( )mV(26 D I rd + u - - US i R + ui- - 第31頁(yè)/共54頁(yè) 33 US為恒定電壓；為恒定電壓； ui為動(dòng)態(tài)小信號(hào)電壓。為動(dòng)態(tài)小信號(hào)電壓。ui Um sin t 顯然，二極管上的電壓電流關(guān)系，即負(fù)載線方程為：顯然，二極管上的電壓電流關(guān)系，即負(fù)載線方程為： 證明：證明： + u - - US i R + ui

24、- - i u R uuU i iS 當(dāng)當(dāng)ui0時(shí)時(shí)稱為稱為靜態(tài)靜態(tài)，此時(shí)負(fù)載線稱為，此時(shí)負(fù)載線稱為直流負(fù)載線直流負(fù)載線 ，它與伏安特性的交點(diǎn)，它與伏安特性的交點(diǎn)Q(UD, ID)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。 R uU R u iS 當(dāng)當(dāng)ui0時(shí)時(shí)稱為稱為動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)，此時(shí)負(fù)，此時(shí)負(fù) 載線稱為載線稱為交流負(fù)載線交流負(fù)載線，它隨，它隨ui 的的 變化而移動(dòng)，它與伏安特性的交變化而移動(dòng)，它與伏安特性的交 點(diǎn)在點(diǎn)在Q和和Q之間移動(dòng)。之間移動(dòng)。 US US/ /R R Q Q Q US+Um US- -Um 第32頁(yè)/共54頁(yè) 34 此時(shí)工作點(diǎn)的變化范圍很小，且在此時(shí)工作點(diǎn)的變化范圍很小，且在Q點(diǎn)附近，

25、即在點(diǎn)附近，即在 伏安特性的線性段移動(dòng)，故對(duì)小輸入信號(hào)伏安特性的線性段移動(dòng)，故對(duì)小輸入信號(hào)ui而言，二而言，二 極管相當(dāng)于一個(gè)電阻極管相當(dāng)于一個(gè)電阻rd，大小可由下列方法求得：，大小可由下列方法求得： i u Q i u Q d d u i g r 1 Q du di )1(e T S U u Ii TT ee T S T S U U Q U u Q D U I U I du di )1(e T S U U D D II T e S U UD I T D U I 所以：所以： 即：即： D T 1 I U g r d d )mA( )mV(26 D I 第33頁(yè)/共54頁(yè) 35 二、圖解分析法

26、二、圖解分析法 前提條件：已知二極管的前提條件：已知二極管的V-I曲線。曲線。 例例1 已知二極管的已知二極管的V-I曲線及其各元件參數(shù)曲線及其各元件參數(shù), 求求uD、iD i u + uD - - UDD iD R 解：由電路得二極管兩端電壓電流的關(guān)系為：解：由電路得二極管兩端電壓電流的關(guān)系為： uDUDDiDR 在在V-I曲線圖上作此直線方程，通過(guò)兩曲線的交點(diǎn)曲線圖上作此直線方程，通過(guò)兩曲線的交點(diǎn) 即可求出即可求出uD、iD 。 UDD R UDD iD uD 負(fù)載線負(fù)載線 第34頁(yè)/共54頁(yè) 36 )1(e T S U u D D Ii 三、迭代法三、迭代法 前提條件：已知二極管的前提條

27、件：已知二極管的V-I曲線的數(shù)學(xué)模型。曲線的數(shù)學(xué)模型。 例例2 已知二極管的已知二極管的V-I曲線方程為：曲線方程為： + uD - - UDD iD R 解：由電路得二極管兩端電壓電流的關(guān)系為：解：由電路得二極管兩端電壓電流的關(guān)系為： uDUDDiDR 聯(lián)立兩個(gè)方程求解即可。聯(lián)立兩個(gè)方程求解即可。 求圖示電路求圖示電路uD、iD 的大小。的大小。 第35頁(yè)/共54頁(yè) 恒壓源模型恒壓源模型 mA3 . 9 K1 V)7 . 010( I 測(cè)量值：測(cè)量值： 9.32 mA 相對(duì)誤差：相對(duì)誤差： 0 0 2 . 0 32. 9 9.332. 9 理想二極管模型理想二極管模型 mA10 K1 V10

28、 I 相對(duì)誤差：相對(duì)誤差： 0 0 7 32. 9 32. 910 I R + E 10V - - 1k 0.7V I R 1k + E 10V - - I R 1k + E 10V - - 例例3 求圖示二極管上的電流求圖示二極管上的電流 I 。 第36頁(yè)/共54頁(yè) 二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R1k，UREF=2V， 輸入信號(hào)為輸入信號(hào)為ui。 ui為為4V的直流信號(hào)，分別采用理想二極管模型的直流信號(hào)，分別采用理想二極管模型 、恒壓源模型計(jì)算電流、恒壓源模型計(jì)算電流I 和輸出電壓和輸出電壓 uo 解解：(1)采用理想模型分析。采用理想模型分析。 (2)采用恒

29、壓源模型模型分析。采用恒壓源模型模型分析。 mA2 k1 2VV4 REFi R Uu I mA3 . 1 k1 V7 . 02VV4 DREFi R UUu I 例例4 UREF I + ui - - R + uo - - uo = UREF=2V uo=UD+UREF=0.7+2=2.7V 第37頁(yè)/共54頁(yè) 如果如果ui為幅度為幅度4V的交流三角波，波形如圖的交流三角波，波形如圖(b)所示。所示。 分別采用理想二極管模型和恒壓源模型分析電路并畫出相分別采用理想二極管模型和恒壓源模型分析電路并畫出相 應(yīng)的輸出電壓波形。應(yīng)的輸出電壓波形。 解：解：(1)采用理想二極管模采用理想二極管模 型分

30、析。波形如圖所示。型分析。波形如圖所示。 0 -4V 4V ui t 2V 2V uo t 例例5 UREF I + ui - - R + uo - - 第38頁(yè)/共54頁(yè) 0 2.7V uo t 0 -4V 4V ui t 2.7V (2)采用恒壓源模型分析，波形如圖所示。采用恒壓源模型分析，波形如圖所示。 UREF I + ui - - R + uo - - 第39頁(yè)/共54頁(yè) 41 D 6V 12V 3k B A UAB + 例例6 第40頁(yè)/共54頁(yè) 42 B D1 6V 12V 3k A D2 UAB + 例例7 第41頁(yè)/共54頁(yè) 43 ui18sin t V， t 例例8 第42

31、頁(yè)/共54頁(yè) 44 DZ 2、伏安特性、伏安特性 3.5 特殊二極管特殊二極管 一、齊納二極管一、齊納二極管(穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管) 穩(wěn)壓管結(jié)構(gòu)：穩(wěn)壓管結(jié)構(gòu)： 兩層硅半導(dǎo)體，一個(gè)兩層硅半導(dǎo)體，一個(gè)PN結(jié)結(jié) u i IZmax UZ IZ UZ IZ 穩(wěn)壓管反向擊穿時(shí)穩(wěn)壓管反向擊穿時(shí), 只要只要IZIZmax , 就不會(huì)永久擊穿。就不會(huì)永久擊穿。 穩(wěn)定穩(wěn)定 電壓電壓 斜率很大：斜率很大： 1/ /rZ= I/ / U 1、圖形符號(hào)、圖形符號(hào) 穩(wěn)壓管正向使穩(wěn)壓管正向使 用時(shí)與普通硅用時(shí)與普通硅 二極管相同。二極管相同。 死區(qū)電壓死區(qū)電壓: 0.5V 導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 0.7V 第43頁(yè)/共5

32、4頁(yè) 45 3、工作原理、工作原理 (1)當(dāng)穩(wěn)壓管正向偏置時(shí)當(dāng)穩(wěn)壓管正向偏置時(shí) E R DZ I UD RD E 0.5V時(shí)：時(shí)： I 0，處在死區(qū)。穩(wěn)壓管尚未導(dǎo)通。，處在死區(qū)。穩(wěn)壓管尚未導(dǎo)通。 E 0.7V時(shí)：時(shí)： 穩(wěn)壓管電阻：穩(wěn)壓管電阻： RD 0 穩(wěn)壓管電壓穩(wěn)定在穩(wěn)壓管電壓穩(wěn)定在: UD= 0.7V 穩(wěn)壓管相當(dāng)于短接穩(wěn)壓管相當(dāng)于短接,稱為導(dǎo)通稱為導(dǎo)通 圖中電流：圖中電流： R UE I D 第44頁(yè)/共54頁(yè) 46 (2)當(dāng)穩(wěn)壓管反向偏置時(shí)當(dāng)穩(wěn)壓管反向偏置時(shí) E R DZ UZ IZ RD 穩(wěn)壓作用穩(wěn)壓作用 R UE I Z Z 當(dāng)當(dāng)EUZ時(shí)：時(shí)： 穩(wěn)壓管電阻：穩(wěn)壓管電阻：RD 圖中電流：圖中電流：