绪论二极管.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,1,绪论,(Introduction),1.1,课程介绍,1.2,电子电路及其信号,1.3,模拟电路研究内容,1.4,本课程的特点,1.5,课程要求,1.6,本课程的内容框架,1.7,怎样学好这门课,1,绪论,(Introduction),1.1.1,大学课程分类：三大平台,a),基础课,体现了学历教育和大学教育的基础性,大学必修课,特点：课时多，教学内容基本稳定。,1.1,课程介绍,b),专业（技术）基础课,反映了学科和专业方向的基础性,学科必修课，是学院的平台课,特点：课时较多；承前启后；内容相对稳定，但有发展。,c),专业课,反映了,专业的应用性,是专业方向必修课和选修课,特点：分模块，课时少，内容变化快。,1.1.2,本课程的地位,是工科重要的专业（技术）基础课,是电子线路课程体系的第一门课，是电子信息类,专业的主干课程,是强调硬件应用能力的工程类课程,是工程师训练的基本入门课程,是很多重点大学的考研课程,现代社会赖以生存三大要素：,材料（物质）、能源（能量）、信息,信息技术,(Information Technology,，,IT),时代是以电子,和微电子技术的充分发展为基础的。,电子技术在国防、科学、工业、医学、通信及文生活,等各个领域中起到巨大的作用。,1.2,电子电路及其信号,1.2.1,电子技术的应用目标是处理信号,信号的产生、传输和处理。,电子线路是信号的载体，信号,是,信息的载体。,1.2.2,电子技术研究对象是硬件,电子器件,(Electronic device),电子电路（线路）,(Electronic circuit),电子系统,(Electronic system),电阻（,Resistance,，,R,）,电容（,Capacitance,，,C,）,电感（,Inductance,，,L,）,变压器（,Transformer,，,Tr,）,1.2.3,电子元器件,二极管,(Diode,，,D),三极管,(Transistor,，,T),集成电路（,Integrated,C,ircuit,IC,）,电 阻,精密型金属膜电阻器,金属氧化膜电阻器,大功率电阻器,贴片电阻器,压敏电阻器,热敏电阻器,贴片电容,陶瓷电容器,电解电容,电 容,涤纶电容,云母电容、,钽,(t,n),电解电容（,“但”电容,）等。,贴片电感,色码电感,传输线圈,电感线圈,电 感,二极管,发光二极管,三极管,集成电路芯片,集成电路插座,集成电路,模拟电路：产生和处理,模拟,信号,的,电子电路,。,数字电路：产生和处理,数字,信号,的,电子电路,。,a),信号：,指变化的电压或电流,电信号。,两类：模拟信号和数字信号。,1.2.4,电子电路分类,按信号的,连续性分类,模拟电路,(Analog circuit),数字电路,(Digital circuit),b),模拟信号,：信号的振幅随时间呈连续变化。,如语音（音频）信号、图像（视频）信号、模拟温度、压力的物理量检测信号等。,非电物理量,传感器,电信号,采样数据信号：,时间离散，,数值（幅度）连续,模拟信号：,时间和数值（幅度）都连续,c),数字信号,：,时间和幅值都是离散。,如开关信号、脉冲信,号、计算机编码信号等。,d),模拟电路,分类,根据信号频率分为：,低频电路,(Low Frequency Circuit),高频电路,(High Frequency Circuit),微波电路,(Microwave Circuit),根据器件模型分为：,非线性电路,(Nonlinear Circuit),线性电路,(Linear Circuit),1.2.5,电子系统,通常指由若干相互连接、相互作用的基本电路,组成的具有特定功能的电路整体。,一般要求：规模比较大、功能比较完整、有控,制部分。,一般电子系统组成框图,1.3,模拟电路,研究内容,1,、,电子器件：,器件的工作原理、特点、电特性、电模型,。,2,、,电子电路：,电路的工作原理、特点、分析方法、电路设计方法。,包括：,3,、电子电路,应用：,分立元件电子电路、,集成电路,。,1,、电子器件是非线性的，精确求解,I,(,V,),关系比较复杂，采用工程近似估算法。,一定条件下线性化处理，重工程。,“,电路”课重模型,重拓扑结构,重线性,1.4,本课程的特点,2,、有很多微观、细节的问题。,BJT,输入特性曲线,BJT,输出特性曲线,4,、器件的特性具有离散性。,3,、,R,C,的实际值与标称值有差异。,5,、器件特性随温度、时间改变。,例：标称值,1K,的电阻,：,10%5%1%0.1%,实际值：,9001100,9501050,9901010,9991001,1.5,课程要求,1,、基本理论：电路的工作原理与分析方法（重点）,2,、基本知识：器件、电路的性能、应用，器件以外特性为主。,3,、基本技能：,实验能力、运算能力、读图能力、,仪器使用、查手册资料等。,“,四基,”,：基本概念、基本原理、基本分析方法、基本应用。,1.6,本课程的内容框架,三条主线,基本,放大器,集成运算,放大器,两源,第一条主线,基本放大器,1.,半导体器件,1,）静态（直流）工作点：,I,B,，,I,C,，,V,CE,。,2,）交流指标：,A,v,，,R,i,，,R,o,。,2.,基本放大电路：不同电路，不同公式。,3,）放大电路的频率响应：,f,H,，,f,L,，,BW,，,GBW,。,4,）功率放大电路。,3.,改善放大器的性能,引入负反馈。,第二条主线,集成电路运算放大器,1.,集成运放的内部电路,2.,集成运放的应用,1,）两个基本电路,2,）加法电路、减法电路,3,）比较器,4,）滤波器,第三条主线,两源,1.,信号源：正弦波信号发生器,2.,电源：直流稳压电源,牢固掌握基本理论、基本概念 和基本方法。,学好电路基础课（必要条件）。,注意理论与实际相结合。,强调工程的观点。,强调自学能力，注意学习方法：,善于总结对比，,寻求内在规律，,增强抽象能力。,入门时可能会遇到一些困难。,注意不断改进、总结和调整、提高。,1.7,怎样学好这门课,本章结束,3,半导体二极管,及其基本电路,(Diodes and Diode Circuits),3.0,半导体器件的种类及发展,3.1,半导体的基本知识,3.2 PN,结的形成及特性,3.3,半导体二极管,3.4,二极管基本电路及其分析方法,3.5,特殊二极管,3,半导体二极管及其基本电路,(Diodes and Diode Circuits),3.0,半导体器件的种类及发展,、种类：,二极管、三极管、场效应管、,集成电路,（,Integrated Circuit,，,IC,）,、发展：,电子器件的更新换代推动电子技术的发展，其中,电子学发展史上三个重要里程碑：,1)1906,年,电子管,发明（进入电子时代）,2)1948,年,晶体管,问世（,半导体器件,）,3)60,年代,集成电路,出现,(,进入信息时代,),1),第一代电子器件,电子管,1906,年，福雷斯特（,Lee De Fordst,）等发明，可实现整,流、稳压、检波、放大、振荡等多种功能电路。电子管体积,大、重量重、寿命短、耗电大。,ENIAC,：,Electronic Numerical Integrator and Calculator,电子数字积分器和计算器,1946,年由美国生产的世界上第一台计算机“埃尼阿克”,（,ENIAC,）,用了,1.8,万只电子管，占地,170m,2,，重,30t,，耗电,150kW,。,2),第二代电子器件,晶体管（半导体三极管）,1948,年，肖克利（,W.Shckly,）,等发明，在体积、重量等方面性能优于电子管。,但是，由成百上千只晶体管和其他元件组成的分立电路体积大、焊点多，可靠性差。,3),第三代电子器件,集成电路,1958,年，基尔白等设想将管子、元件和线路集成封装在一起，三年后集成电路实现了商品化。,IC,按集成度分,:,类 别 元件个数,/,晶体管数,小规模集成电路,(,Small Scale Integration,，,SSI):10,10,2,中规模集成电路,(,Medium Scale Integration,，,MSI):10,2,10,3,大规模集成电路,(,Large Scale Integration,，,LSI):10,3,10,5,超大规模集成电路,(,Very Large Scale Integration,，,VLSI):,10,5,特大规模,集成电路,(,Ultra Large Scale Integration,，,ULSI),微机电系统,(Micro Electro Mechanical Systems,，,MEMS),外形尺寸在毫米量级，组成元器件尺寸在纳米、微米量级。将信号探测、处理、控制和执行各子系统集成于一体的可运作微型机电装置。,例：德国工程师制成黄蜂大小的能升空的直升飞机,应用：军事（小型间谍飞机）,单芯片系统,(system on chip),一片单芯片系统,一颗卫星,微型计算机,（嵌入衣服、皮包中）,微型手机,（耳机大小，一年充电一次）,目前，贝尔实验室正研制超小体积和超低功耗的第四代,半导体器件，它的问世将掀起电子技术新革命,:,4),第四代半导体器件,发展趋势,科学家研制出可计数事件的生物电路,美国麻省理工大学和波士顿大学的工程师设计出了一种可,以计算并“记忆”细胞事件的细胞，通过使一系列因子按照特定,顺序活动而形成的简单电路来实现。,这种电路与电脑芯片中的类似，能够用于计数细胞分裂的,次数或者研究某个发展阶段的顺序，也能用作生物传感器来计,数不同毒素的方位。,研究小组开发了两种细胞计数器，虽然这种细胞电路与电,脑的类似，研究者的意图却并非制造微型生物电脑。两篇论文,的第一作者之一，哈佛大学研究生,Timothy Lu,说：“我认为生,物电路并不一定能够完成电脑能够完成的事情。”他认为，在,细胞内进行精细的计算将非常困难，因为控制活细胞要比硅芯,片困难的多。取而代之的是，研究者专注于设计微型的部件来,完成特别的任务。,另一名第一作者,Ari Friedland,说：“我们的目标是设计一种,能够完成细胞一些方面功能的工具”。,3.1,半导体的基本知识,3.1.1,半导体,（,Semiconductor,）,材料,物体的导电性：,导 体原子核外层电子数小于,4,，铜、铝等；,绝缘体原子核外层电子数接近,8,，玻璃、陶瓷等；,半导体原子核外层电子数等于,4,，硅（,Si,）、锗（,Ge,）、砷化镓（,GaAs,）等。,半导体,特点,:,导电能力可控,（受控于光照、温度、,掺杂,等）,载流子,(Carrier),的种类：,导 体自由电子（数量很多）,绝缘体几乎没有,半导体自由电子、空穴,半导体的两种,载流子是构成,半导体器件的,关键因素。,3.1.2,半导体的,共价键,(covalent bond),结构,4,4,Si,硅原子,（原子序数,14,）,Ge,锗原子,（原子序数,32,）,+4,+4,+4,+4,惯性核,(b),硅晶体的空间排列,(a),共价键结构平面示意图,半导体是空间排列有序的,晶体,(crystal),1,、本征半导体,(Intrinsic Semiconductor),纯净无掺杂的半导体晶体。,制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到,99.9999999%,，常称为“九个,9”,。,半导体的分类：,本征半导体、杂质半导体,区别在于组成材料的元素、载流子构成数量不同，从而,导致两种半导体,导电能力,的大小不同。,3.1.3,本征半导体、空穴及其导电作用,例判断对错：本征半导体是指没有掺杂的纯净半导体。,（,）,改为“纯净的,半导体,晶体”,。,不仅与掺杂有关,而且与结构有关,intrinsic:(,指价值、性质,),固有的,内在的,本质的,化学成分纯净的半导体,在物理结构上呈单晶体形态,特点,本征激发：,价电子,获得能量,挣脱原子核的束缚，成为,自由电子,，从而可能参与导电。这一现象称为本征激发。,也称热激发。,T=0K(,-273,C),和没有外界激发时：,四个,价电子,(b,onded electron),受共价键束缚，不能自由移,动，是,束缚电子,，不能参与导电。,2,、本征激发,T=,300K(,室温,),时：产生自由电子。,本征激发产生两种载流子：,自由电子空穴（成对出现）,即：电子空穴对,(Electron Hole Pair),空穴：,价电子离开共价键后留下的空,位。,自由电子：负电荷,空穴：正电荷,(,空位处原子核正离子,),代表束缚电子产生的电流,(,方向相反,),判断：半导体整体呈电中性,空穴运动是一个虚拟概念。,（）,空穴是半导体区别于导体的重要特点,复合,(recombination),：,自由电子,释放能量,而进入有空位,的共价键，使,自由电子和空穴成对消,失,，这一现象称为复合。,本征激发和复合,在一定温度下,会达到,动态平衡,!,本征激发和复合的过程,温度,一定,激发与复合动态平衡,载流子数确定,缺点：载流子少，导电性差，温度稳定性差！,a),本征载流子浓度：,电子浓度,=,空穴浓度,b),导电能力很弱,：,室温下只有极少数原子的价电子受激发产生电子,空穴对，如硅约,三万亿分之一,。,c),导电性能对温度很敏感,：,本征载流子浓度随温度升高近似按,指数规律,增大。,应用：热敏电阻性元件,3,、本征半导体,特点,N,型半导体,(Negative),五价元素,(,磷,),，,施主杂质,/,N,型杂质,(Donor impurities),自由电子、空穴、正离子,自由电子数,空穴数,（多子）（少子）,3.1.4,杂质半导体,(Extrinsic Semiconductor),1,、,概念：在本征半导体中掺入少量其它元素,(,杂质,),的半导体。,P,型半导体,(Positive),三价元素,(,硼,),，,受主杂质,/,P,型杂质,(Acceptor impurities),自由电子、空穴、负离子,空穴数,自由电子数,（多子）,（少子）,类型：,掺杂：,电荷：,载流子：,N,型半导体,(n-type semiconductor),P,型半导体,(,p-type semiconductor),说明：,1,）施主杂质、受主杂质：“主”指的是电子。,2,）,N,型杂质、,P,型杂质：“,N,、,P”,指掺入的杂质提供的多子是,什么性质的。,3,）以,P,型半导体为例，束缚电子填补空穴的运动等效于空穴发生位移，离开杂质原子。可以理解为受主杂质电离为带正电的空穴和带负电的受主离子。,P,型半导体,空穴,受主离子,N,型半导体,受主离子,空穴,2,、杂质,半导体特点：,多子,主要由,杂质原子,提供，,所以其,浓度,主要取决于掺杂,浓度，受温度影响小；,少子,由,热激发,形成，,所以其,浓度,主要取决于本征激发，,受温度影响大。,应用：制作集成电路内的电阻元件；,制作半导体有源器件的基本,材料,PN,结。,杂质半导体导电能力远大于本征半导体,；,（百万倍）,杂质半导体受温度影响远小于本征半导体,。,T,=300 K,室温下，本征硅的空穴和电子浓度：,p,=,n,=1.410,10,/cm,3,（,三万亿分之一,）,典型数据：本征硅的原子浓度,=4.9610,22,/cm,3,浓度基本上相差,10,6,/cm,3,载流子数目剧增！,掺杂后,N,型半导体中的由电子浓度：,n=,510,16,/cm,3,3.2 PN,结,(PN Junction,),的形成及特性,1.,漂移电流,2.,扩散电流,3.2.1,载流子的漂移与扩散,在,电场作用,下，载流子定向运动形成的电流。,电场越强，载流子浓度越大飘移电流越强。,电子导电器件优于空穴导电器件。,由于载流子,浓度不均匀,，从浓度大处向浓度小处运动，,形成扩散电流。,扩散电流大小与浓度梯度有关。,电子移动速度,约为空穴的,3,倍,因浓度差,多子的扩散运动,空间电荷区形成内电场,内电场促使,少子漂移,(Drift),内电场阻止多子扩散,(Diffusion),最后，多子的,扩散,和少子的,漂移,达到,动态平衡,（通过界面的净载流子数,=0,）,。,总电流为零,3.2.2 PN,结,的形成,在边界处 相遇复合,由,杂质离子形成空间电荷区,(PN,结,),1)PN,结,实质,=,空间电荷区,(Space charge region),=,耗尽层,(,区,),(Depletion layer),内建电场,V,0,电,位,V,-,qV,0,电,子势能,=,内电场,=,势垒区,=,非线性电阻（电阻率很高）,(,built-in potential barrier,),说明：,根据某种特征命名,2)PN,结,宽度与多子,(,掺杂,),浓度,的关系,在,PN,结中，掺杂的多子浓度较高时，则,产生相同数量的电荷,只需在较窄的区间。,对不同掺杂浓度的,PN,结：,掺杂浓度越,高，,空间电荷区越,窄,(,薄,),；,掺杂浓度越,低，,空间电荷区越,宽,(,厚,),。,在一定掺杂浓度下,:,扩散,越强（流过的载流子数量多）,，空间电荷区越宽,(,与半导体材料的介电常数有关,),；,漂移运动使空间电荷区变窄（少子中和交界面上对,方的空间电荷）。,3)PN,结的类型,不对称结：空间电荷区两边宽度不同。,P,+,N,结,PN,+,结,对称结：,空间电荷区两边宽度相同。,P,N,3.2.3 PN,结的单向导电性,PN,结两端外加,不同极性,的电压，其导电能力不同。,1.PN,结加正向电压（,P,区正,）,外加电压削弱内电场,两侧多数载流子向,PN,节移动,PN,结变窄,V,F,R,+,_,内电场,E,F,P,N,I,F,PN,结呈现,低阻性,，,I,F,大,（,F_Forward,）,空穴,中和,一部分负离子,电子,中和,一部分正离子,扩散运动,漂移运动多子扩散为主正向电流，大,2.PN,结加反向电压（,N,区正,）,外加电压加强内电场,PN,结变宽,结论：,PN,结正向电流,反向电流；,正向电阻很小，反向电阻很大；,即：,PN,结外加正向电压导通，外加反向电压截止。,-,单向导电性（关键：存在耗尽区）,V,R,R,+,_,内电场,E,R,I,R,/,I,S,P,N,PN,结呈现,高阻性,，,反向饱和电流（,I,S,=,I,R,）小。,S_Saturation,R_Reverse,空穴远离,PN,结,电子远离,PN,结,漂移运动,扩散运动少子漂移为主 反向电流，小,反向电压,，,通常正向电压,，,3.PN,结,V-I,特性的表达式,理论分析证明：,：,PN,结两端的外加电压,：通过,PN,结的电流,：反向饱和电流,：热电压,(,分子热运动引起,的电压效应,/,温度的电压当量,),T=300K(,室温,),时：,PN,结伏安特性,(D_Diode),1,n,：,发射系数，为经验常数,(12),。,两种击穿机理：,PN,结外加反向电压时,当,|,反向电压,|,|,V,BR,|,时，,反向电流急剧增大，结电压基本不变,，称为,PN,结的反向击穿,（电击穿）,。,2),齐纳击穿,(Zener breakdown),：,重掺杂,的,PN,结中。,耗尽层薄，强电场直接电离层内本征原子，产生新电子,空穴对，反向电流急剧增大。,场致击穿,。,3.2.4 PN,结,的反向击穿,V,R,R,+,_,内电场,E,R,P,N,1),雪崩击穿,(Avalanche breakdown,),:,轻掺杂,的,PN,结中。耗尽层宽，少子,漂移加速，碰撞层内本征原子，产,生新电子、空穴对，连锁反应，类似雪崩。,碰撞电离。,(Reverse,Breakdown,，,BR),注意：,电击穿：可逆的（前提：不超过,PN,结最大耗散功率），,为人所用（如稳压管）,热击穿：电击穿后，,PN,结发热超过耗散功率，过热烧毁。,V,BR,7V,：雪崩击穿；,V,BR,C,D,，故,C,C,B,。,C,D,、,C,B,均比反偏时大；,且,C,D,C,B,，故,C,C,D,PN,结反偏时：,结论：,温度升高时，反向电流呈指数规律增加。,硅材料：每升高,10,，反向饱和电流增大一倍。,锗材料：每增加,12,，反向电流大约增加一倍。,正温特性,/,正温度系数,3.2.6 PN,结的温度特性,指,PN,结的,三个基本特性,受温度影响的特性。,单向导电特性、击穿特性、电容特性,反映了性能是否稳定，决定了器件的使用级别。,1.,单向导电特性,温度每升高,1,，,PN,结的正向压降减小,22.5mV,。,负温特性,/,负温度系数,I,D,V,D,PN,结最高温度限制：,当温度升高到一定程度，本征激发产生的少子浓度可能达到或超过掺杂（多子）浓度，杂质半导体变得和本征半导体一样，,PN,结消失。,硅,(Si),：约为（,150,200,）,锗,(Ge),：约为（,75,100,）,2.,击穿特性,雪崩击穿：正温特性；,齐纳击穿：负温特性；,两者都有：有可能获得零温特性。,3.,电容特性,电容量随温度变化。,3.3,半导体二极管,(Diode),图片,3.3.1,半导体二极管的结构,(1),点接触型,二极管,=PN,结,+,引线,+,管壳。,类型：,点接触型、面接触型,和,平面型。,PN,结面积很小，极间电容很小。适用于高频、小电流。,三价元素,瞬时正向,大电流熔接,(3),平面型,(2),面接触型,符,号,电路符号（电气图用）,阳极,(Anode),阴极,(Cathode),理想二极管符号,旧的电路符号,PN,结面积大，极间电容大。,适合整流，不适合高频。,集成电路中,3.3.2,二极管的,V-I,特性,1.,正向特性,门坎电压,(,死区电压,),：室温下,硅管,V,th,(0.50.6)V,锗管,V,th,(0.10.2)V,导通电压,V,D(on,),：,硅管,0.7V,；锗管,0.2V,。,V,th,(th_,threshold),非线性,器件！,单向导电性,(,主要的,),导通后的非线性,2.,反向特性,反向饱和电流：,硅管：,0.1,A,锗管：,二极管管压降时,基本思想：,3.4.2,二极管电路的简化模型分析法,(2),恒压降模型,0.7V,使用条件：,当,i,D,1mA,或,i,D,1mA,时。应用较广泛。,二极管导通时：管压降,v,D,=0.7V,恒定。,基本思想：,V-I,特性,代表符号,V,th,=0.5V,r,D,：二极管导通电流,=1mA,时，管压降,=0.7V,。即：,V-I,特性,代表符号,(3),折线模型,V,th,0.7V,直流,电阻,基本思想：,二极管导通时，管压降不恒定，随电流增加而增加。,参数的确定：,直流大信号导通状态下的微变关系。,Q,V-I,特性上,用,V-I,特性表达式,V-I,特性,代表符号,微变电阻,r,d,(,交流电阻,),求法,：,(,T,=300K),静态工作点,(Q_Quiescent Piont),直流工作状态,(4),小信号模型,说明：直流电阻和交流电阻,直流电阻,r,D,：,二极管两端所加直流,电压,V,D,与流过二极管的直流电流,I,D,之比。,r,D,、,r,d,随,Q(,I,DQ,V,DQ,),变化，是非线性电阻。,交流电阻,r,d,：,二极管在其直流工作,状态,(,I,DQ,V,DQ,),处的电压微变量与电,流微变量之比。,特性曲线上不同点处的交、直流电阻不同，,同一点处的交、直流电阻也不同。,R,L,v,i,v,o,+,+,-,-,D,v,i,v,o,t,t,0,0,整流电路中，,通常,v,i,V,D(on),，,选择,理想模型,:,V,D(on),=0,。,1,、正半周时,，,v,i,0,，二极管,加,正向,电压（正偏）,导通,，在,理想模型中,二极管相当于短路,，,故,v,o,=,v,i,，,输出正半周波形。,2.,模型分析法应用举例,(1),二极管整流电路,(,Diode Rectifier,）,整流：将,交流电,转变为脉动,直流电,。,半波整流电路,例,3.4.2,2,、负半周时,，,v,i,0,，二极管,加,反向,电压（反偏）,截止,，在理,想模型中,二极管相当于开路断开,，,故,v,o,=0,，输出,零波形。,正半周：,D1,、,D3,导通,D2,、,D4,截止,负半周,D2,、,D4,导通,D1,、,D3,截止,例：,全波整流电路的输出波形。,(2),二极管电路的静态工作情况分析,例,3.4.3(,旧,2.4.1),：求,V,DD,=10,、,1V,时，二极管的电流,I,D,、电压,V,D,值,(,r,D,=0.2k,),。,理想模型,恒压降模型,解：,a),V,DD,=10V,时,参考电位点,习惯,画法,折线模型,V,DD,i,D,v,D,R,r,D,V,th,电源电压远大于管压降时：,恒压降模型与折线模型结果很接近，,使用恒压降模型。,b),V,DD,=1V,时,:,计算方法同上。,模型选,择方法,0V,0.1mA,0.7V,0.03mA,0.51V,0.049mA,电源电压较低时：,恒压降模型误差大，,使用折线模型。,理想模型,恒压降模型,折线模型,0V,1mA,0.7V,0.93mA,0.69V,0.931mA,理想模型,恒压降模型,折线模型,V,DD,=10V,时,R,v,I,v,O,+,+,-,-,D,3V,V,REF,例,3.4.4,使用理想模型和恒压降模型求解。,求,v,I,=0,4,6V,时，,v,O,=?,v,I,=6sin,t,V,，,v,O,波形。,v,I,/V,t,0,-6,6,v,O,/V,t,0,3,-6,(3),限幅电路,（,Amplitude Limiting,）,v,I,=4,、,6V,，二极管导通,:,v,I,=0V,，二极管截止，,v,O,=,v,I,。,v,O,=3V,（理想模型）。,v,O,=3.7V,（恒压降模型）。,v,O,/V,t,0,3.7,-6,理想模型,恒压降模型,R,v,I,v,O,+,+,-,-,D,3V,V,REF,v,I,=4,、,6V,，二极管导通,:,v,I,=0V,，二极管截止，,v,O,=,v,I,。,解,:,例旧,2.4.2,采用折线模型,设,V,th,=0.5V,，,r,D,=200,，,求,v,I,=0,4,6V,时，,v,O,=?,v,I,=6sin,t,V,，,v,O,波形。,R,v,I,v,O,+,+,-,-,3V,V,REF,V,th,r,D,v,I,=6sin,t,V,R,v,I,v,O,+,+,-,-,3V,V,REF,V,th,r,D,v,O,v,O,v,I,|,v,I,|0.7V,时，,D,1,、,D,2,中有一个导通，,|,v,O,|=0.7V,上限幅,下限幅,v,I,例：双向限幅电路如图所示，使用恒压降模型。,V,改变,V,值就可改变限幅电平,V,R,V,m,v,I,t,0,v,I,V,R,时，二极管导通，,v,O,=,v,I,。,例：理想二极管电路中,v,I,=,V,m,sin,t,V,，求输出波形,v,O,。,解：,V,R,V,m,v,O,t,0,v,I,V,R,时，二极管截止，,v,O,=,V,R,。,(4),开关电路（电平选择电路）,二极管的单向导电性表现为开关特性。,可作为电子开关。,例,3.4.5(,旧,2.4.3),求,v,I1,和,v,I2,不同值组合时的,v,O,值（二极管为理想,模型）。,解：,习惯画法,理想模型,v,I1,/V,v,I2,/V,v,O,/V,t,t,t,0,0,0,5,5,5,基本原则：,首先将二极管断开，然后,判断其状态是导通或截止。,与逻辑,例：二极管“或”门电路,(,设二极管为理想模型,),。,“,与”门电路,v,A,/V,v,B,/V,v,O,/V,t,t,t,0,0,0,5,5,5,或逻辑,例旧,2.4.4(,新例,3.4.6,类似,),V,I,=10V,，,R,=10k ,若,问,v,D,如何变化？,解,:,V,I,=10V,时，采用恒压降模型，有：,V,D,=0.7V,I,D,=(10-0.7)V/10k =0.93mA,在此,Q,点上：,二极管电压变化：,3-4V,以下时，采用多只二极管串接，可获得较好的稳压特性。,二极管上的,电压变化很小,(5),低压稳压电路,3.5,特殊,二极管,3.5.1,齐纳二极管（稳压管）,1.,稳压作用,伏安特性,稳压管是应用在,反向击穿区,的,特殊硅二极管。,电流增量很大的变,化，只引起电压增量很小的变化。,普,通,二,极,管,反向电流,最大工作电流,I,Z(max),：,稳压管可能烧毁。,稳压值：,V,Z,(,测试电流,I,ZT,时,),注意：,稳压二极管在工作时应,反接,，,并,串入一只电阻,。,反向击穿电压曲线越陡，,动态电阻,r,z,愈小，,稳压性能愈好。,2.,应用电路,伏安特性曲线与硅二极管的,完全一样。,动态电阻,r,z,很小。,R,：*限流电阻。限制,I,Z,，防止管耗,过大（,I,Z,I,Z(max),）。,*使电路有一个合适的工作状态。,V,Z,I,R,+,-,a),反偏；,b),I,Z,满足,I,Z(min),I,Z,I,Z(max),。,稳压管工作条件：,并联式稳压电路,D,Z,I,Z,+,-,I,L,R,L,V,O,V,I,R,+,-,R,L,与稳压管并联,(1),稳定电压,V,Z,在规定的稳压管反向工作电流下，所对应的反向工,作电压。,3.,主要参数,(2),动态电阻,r,Z,与一般二极管的动态电,阻概念相同，但稳压二极管,的动态电阻是从它的反向特,性上求取。,r,Z,愈小，反映稳,压管的击穿特性愈陡，,稳压,性能愈好,。,r,Z,=,V,Z,/,I,Z,(3),最大耗散功率,P,ZM,取决于,PN,结面积和散热等条件。反向工作时,PN,结的功率损耗为,P,Z,=,V,Z,I,Z,，由,P,ZM,和,V,Z,可以决定,I,Z(max),。,(4),最大稳定工作电流,I,Z(max),和最小稳定工作电流,I,Z(min),I,Z(max),取决于最大耗散功率：,P,Zmax,=,V,Z,I,Zmax,。,I,zmin,对应于,V,Zmin,，若,I,Z,I,Zmin,则不能稳压。,(5),稳定电压温度系数,C,TV,*,当,V,Z,5.7 V,时，温度系数为正值，雪崩效应占优势。,*当,V,Z,5.7V,时，温度系数为负值，齐纳效应占优势。,*当,5 V,V,Z,7 V,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。,温度的变化改变,V,Z,。,3.5.2-4,其他二极管,变容二极管：,PN,结加反向电压，利用势垒电容制作的二极管。,光电二极管：,利用光能在耗尽层内激发出大量电子、空穴对，改变反向饱和电流的大小，反偏使用。,发光二极管：,用特殊半导体材料制成,PN,结，可发出可见光（红、黄、绿、兰等）和不可见光（红外线等），且发光强度与正偏电压大小成比例。,激光二极管：,发射出单波长的光，主要是红外线。,肖特基二极管：,利用金属与,N,型半导体接触，在交界面形成势垒的二极管。,PN,结三大特性的基本应用：,单向导电特性：,晶体二极管,等；,反向击穿特性：,稳压二极管,等：,电 容 特 性：,变容二极管,等。,其他,结束了,