二極管及其放大電路

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2023/3/5半導體二極管一、二極管的結(jié)構(gòu)

二極管=PN結(jié)+管殼+引線NP結(jié)構(gòu)符號陰極－陽極+二、二極管的伏－安特性三、二極管的主要參數(shù)分類型號四、二極管的等效模型和應用電路第2頁/共30頁

2023/3/5二極管分類（按管芯結(jié)構(gòu)）1.點接觸型二極管N型鍺正極引線負極引線外殼金屬觸絲PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，只允許通過較小電流（不超過幾十毫安）用于檢波和變頻等高頻小電流電路。eg.鍺1N34A2.平面型二極管用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于開關、脈沖和高頻電路中。3.面接觸型二極管PN結(jié)面積大，允許通過較大電流（幾到幾十安）用于工頻大電流整流電路第3頁/共30頁

2023/3/5二極管的型號國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。器件的類型，P為普通管，Z為整流管，K為開關管器件的材料，A為N型Ge，B為P型Ge，C為N型Si，D為P型Si。2代表二極管，3代表三極管。第4頁/共30頁

2023/3/5二極管的伏－安特性硅：0.5V1.正向特性導通壓降反向飽和電流2.反向特性死區(qū)電壓擊穿電壓VBR實驗曲線uEiVmAuEiVuA鍺硅：(0.6~0.8)V鍺：0.1V鍺：(0.1~0.3V)第5頁/共30頁

2023/3/5二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流IF：2.反向擊穿電壓VBR和最高反向工作電壓VRM

：3.反向電流IR：室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安(A)級。二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大正向電流的平均值。二極管反向電流急劇增加時對應的反向電壓值，反向擊穿時的電壓值。極間電容Cd、反向恢復時間TRR等4.最高工作頻率fM：第6頁/共30頁

2023/3/5二極管基本電路及分析方法一、**簡單二極管電路的圖解分析法二、二極管電路的簡化模型分析法（簡單有效、工程近似）二極管基于V—I特性的模型模型分析法應用舉例整流電路靜態(tài)工作情況分析限幅電路開關電路低電壓穩(wěn)壓電路小信號工作情況分析第7頁/共30頁

2023/3/5圖解分析法應用場合：電路中非線性器件的特性曲線已知例1電路以及二極管伏—安特性曲線如圖，已知電源VDD和電阻R，求二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流iD。復雜、局限性DRiD+－vDQ：工作點第8頁/共30頁

2023/3/5二極管簡化模型1+－1．理想模型+－反偏：+－正偏：+－二極管電源電壓遠大于二極管的正向管壓降第9頁/共30頁

2023/3/5二極管簡化模型2+－2．恒壓降模型（ID≥1mA）+－3．折線模型+－1mA0.7V1mA0.7V第10頁/共30頁

2023/3/5二極管簡化模型34．小信號模型+－△vD+－△iD△vD△iD第11頁/共30頁

2023/3/5二極管簡化模型45．PN結(jié)高頻電路模型(康華光五版P77)高頻或開關狀態(tài)運用rs：半導體體電阻rd：結(jié)電阻CD：擴散電容CB：勢壘電容Cd：結(jié)電容，包括勢壘電容與擴散電容的總效果PN結(jié)正向偏置：rd

阻值較?。籆d主要取決于擴散電容PN結(jié)反向偏置：rd

阻值很大；Cd主要取決于勢壘電容第12頁/共30頁

2023/3/5整流電路例2二極管基本電路如圖所示，已知vs為正弦波。試利用二極管理想模型，定性地繪出vo的波形。半波整流電路第13頁/共30頁

2023/3/5靜態(tài)工作情況分析例3設簡單硅二極管基本電路及習慣畫法如圖所示，R=10kΩ。對于下列兩種情況，求電路的ID和VD的值：（1）VDD=10V；（2）VDD=1V第14頁/共30頁

2023/3/5限幅電路例4一限幅電路如圖所示，R=1kΩ，VREF=3V，二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型：（1）求解vI=0V、4V、6V時相應的輸出電壓vO之值；（2）繪出當vI=6sinωt（V）相應的輸出電壓波形第15頁/共30頁

2023/3/5開關電路例5二極管電路如圖所示，利用二極管理想模型求解:當vI1和vI2為0V或5V時，求vI1和vI2的值不同組合情況下，輸出電壓vo的值。開關電路習慣畫法開關電路理想模型VCC第16頁/共30頁

2023/3/5低電壓穩(wěn)壓電路例6低電壓穩(wěn)壓電路如圖所示，利用二極管的正向壓降特性，合理選取電路參數(shù)，對于硅二極管可以獲得輸出電壓vO（=VD）近似等于0.7V，若采用幾只二極管串聯(lián)，則可獲得1V以上的輸出電壓。第17頁/共30頁

2023/3/5小信號工作情況分析例7如圖所示二極管電路中，VDD=5V，R=5kΩ，，恒壓降模型的VD=0.7V，vs=0.1sinωt

（V）：（1）求輸出電壓vO的交流量和總量；（2）繪出vO的波形直流通路交流通路第18頁/共30頁

2023/3/5穩(wěn)壓管（齊納二極管）面結(jié)型硅半導體二極管穩(wěn)定電壓為反向擊穿（齊納）電壓VZ代表符號、V-I特性、反向擊穿時的模型主要參數(shù)：VZ、IZ（min）、IZ（max）、rZ、PZM、α并聯(lián)式穩(wěn)壓電路應用舉例－VZ0特殊二極管1代表符號iD/mAvD/V0－IZTQ－VZ－IZ(min)－IZ(max)第19頁/共30頁

2023/3/5特殊二極管2(了解)變?nèi)荻O管(varicap)結(jié)電容隨外加反向電壓的增加而減小符號(P89圖3.5.5a)結(jié)電容與電壓的關系曲線(P89圖3.5.5b)肖特基二極管(SBD)金屬-半導體結(jié)二極管(表面勢壘二極管)符號(陽極連接金屬、陰極連接N型半導體)正向V-I特性(P89圖3.5.6)多子導電，電容效應?。癸柡停ぷ魉俣瓤煺?qū)ㄩT坎電壓和正向壓降都比PN結(jié)二極管小反向擊穿電壓較小，反向漏電流比PN結(jié)二極管大光電子器件光電二極管：反向電流與照度成正比，光電轉(zhuǎn)換發(fā)光二極管：電子與空穴復合，顯示器件、電光轉(zhuǎn)換激光二極管（半導體激光器）：發(fā)射帶寬極窄的同調(diào)光(coherentlight)第20頁/共30頁

2023/3/5并聯(lián)式穩(wěn)壓電路例8穩(wěn)壓電路如圖所示，設R=180Ω，VI=10V，RL=1kΩ，穩(wěn)壓管的VZ=6.8V，IZT=10mA，r

ZT=20Ω，IZ（min）=5mA。試分析當VI出現(xiàn)±1V的變化時，VO的變化是多少？第21頁/共30頁

2023/3/5穩(wěn)壓管應用舉例1例9設計一個穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，作為車載收音機的供電電源。已知收音機直流電源為9V，音量最大時應供給功率0.5W。汽車上的供電電源在12~13.6V之間波動。要求選用合適的穩(wěn)壓管（IZ（min）、IZ（max）、VZ、PZM），以及合適的限流電阻（阻值、額定功率）第22頁/共30頁

2023/3/5穩(wěn)壓管應用舉例2例2.2.1如圖所示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓VZ=6V，最小穩(wěn)定電流IZ（min）=5mA，最大穩(wěn)定電流IZ（max）=25mA，負載電阻RL=600Ω，求限流電阻R的取值范圍。第23頁/共30頁

2023/3/5常見二極管外形第24頁/共30頁

2023/3/5晶體二極管(貓須)第25頁/共30頁

2023/3/5TypesofsemiconductordiodeDiodeSchottkydiodeZenerdiodeTunneldiodeLight-emittingdiodePhotodiodeVaricapSiliconcontrolledrectifier第26頁/共30頁

2023/3/5術語1Diode：anode（陽極）、cathode（陰極）thermionicdiodes：熱游離二極管（真空管）rectifyingproperty：整流特性（rectifiers）varicap：變?nèi)荻O管（電子式的可調(diào)電容器）unidirectionalelectriccurrentproperty：單向電流特性/單向?qū)щ娦詅orwardbiasedcondition：正向偏置條件reversebiasedcondition：反向偏置條件non-linearelectricalcharacteristic：非線性特性siliconorgermanium：硅或鍺“cat’swhisker”crystalsdevices：貓須晶體器件

vacuumtubedevices：真空管

semiconductorp-njunctions：半導體PN結(jié)Schottkydiode：肖特基二極管current–voltagecharacteristic,orI–Vcurve：伏安特性Carriers：載流子depletionlayerordepletionregion：耗盡層第27頁/共30頁

2023/3/5術語2conductionband(mobile)electrons

：束縛電子donorandacceptorimpurities：雜質(zhì)半導體

peakinversevoltage：峰值反向電壓avalanchediode：雪崩二極管zenerdiode：齊納二極管Light-emittingdiode：發(fā)光二極管Photodiode：光電二極管Siliconcontrolledrectifier：可控硅Tunneldiode：隧道二極管Schottkydiode：肖特基二極管Varicapdiode：變?nèi)荻O管Ra