第18讲_第十章半导体及二极管(二)(2011年新版).doc

第2篇 电子学
第10章 半导体及二极管

大纲要求：掌握二极管和稳压管特性、参数
了解载流子，扩散，漂移；PN结的形成及单向导电性
10.1 半导体的基本知识
10.2 半导体二极管
10.3 稳压二极管
10.3.1 稳压原理及特性
稳压二极管的特性曲线与普通二极管基本相似，只是稳压二极管的反向特性曲线比较陡。　　　　
稳压二极管的正常工作范围，是在伏安特性曲线上的反向电流开始突然上升的A、B段。 这一段的电流， 对于常用的小功率稳压管来讲，一般为几毫安至几十毫安。

10.3.2 主要电参数
(1) 稳定电压VZ ：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。 (2) 动态电阻rZ rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 rZ =DVZ /DIZ
(3) 最大耗散功率：极限参数，取决于稳压管允许温升
(4) 最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流IZmin
(5)稳定电压温度系数——aVZ
温度的变化将使VZ改变，在稳压管中当êVZ ê ＞6V时，VZ具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。
当êVZ ê＜4 V时， VZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。
当4 V＜êVZ ê ＜6 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。
例题：
例 1：二极管为硅管，其中R = 3 kW，试分别用二极管理想模型和恒压降模型求出 VDD =3V 和VDD= 10 V 时 IO 和 UO 的值。

解：VDD = 3 V
理想    UO = VDD = 3 V      IO  = VDD / R = 3 / 3 = 1 (mA)
恒压降 UO = VDD– UD(on) = 3 - 0.7 = 2.3 (V)        IO  = UO / R = 2.3 / 3= 0.77 (mA)  
                 VDD = 10V
理想    IO = VDD / R =10 / 3 =3. 33(mA)
恒压降  UO= VDD – UD(on)  = 10 - 0.7 = 9.3 (V)       IO = UO / R = 9.3 / 3 = 3. 1(mA)  
            VDD 大，采用理想模型 ；VDD 小， 采用恒压降模型
例2 ：  试求电路中电流 I1、I2、IO 及输出电压 UO 的值。
解：假设二极管断开  UP = 15 V                                                  

输入电压
理想二极管
输出
电压
VA
VB
V1
V2
0V
0V
正偏导通
正偏导通
0V
0V
3V
正偏导通
反偏截止
0V
3V
0V
反偏截止
正偏导通
0V
3V
3V
正偏导通
正偏导通
3V
理想二极管：正偏导通，电压降为零，相当于开关闭合；反偏截止，电流为零，相当于开关断开。
恒压降模型：正偏电压 > UD(on) 时导通，等效为恒压源 UD(on)；否则截止，相当于二极管支路断开。
4.在图中双向二极管限幅电路中，已知vi＝6sinωt(V)，若二极管的正向导通压降为0.7V，请分别写出输出电压vo的表达式，试画出vo的波形。

解: 对图 (a) ，当vi≥0.7V，D1 导通，D2截止，输出vo＝0.7V。
当-07＜vi＜0.7 V，D1 、D2均因反偏处于截止状态，输出vo＝vi＝6sinωt(V)。
当vi＜-0.7，D1 截止，D2导通， 输出vo＝-0.7
输出vo的波形见图1.5(a)。
对图1.4 (b)，用类似的方法得
当vi≥1.7，D1 导通，D2截止，vo＝1.7 V
当-1.7＜vi＜1.7，D1 、D2均因反偏截，止vo＝vi＝6sinωt(V)
当vi＜-1.7，D1 截止，D2导通，vo＝-1.7 V
vo的波形见图 (b)。

5. 将两个半导体二极管背靠背连接起来，是否能构成一个半导体三极管，为什么?
解：不能。以NPN半导体三极管为例，虽然可以看成是两个背靠背的二极管，但两个二极管的正极是公用的，其连接处保持了半导体结构的连续性和完整性。公用正极的半导体层非常薄，少数载流子的渡越时间很短，只有极少部分复合掉。当把两个二极管背靠背连接起来时，少数载流子由一个二极管的负极到达其正极，还来不及到达另一个二极管的负极便全部复合掉，因而其电流放大系数将等于零，所以没有三极管放大作用这一基本功能。
6．二极管电路如图所示，判断图中二极管是导通还是截止状态，并确定输出电压Vo。设二极管的导通压降为0.7V。
解：判断二极管在电路中的工作状态，常用的方法是：首先假设将要判断的二极管断开(图中A、B两点断开)，然后求得该二极管阳极与阴极之间承受的电压。如果该电压大于导通电压，则说明该二极管处于正向偏置而导通，两端的实际电压为二极管的导通压降；如果该电压小于导通电压，则二极管处于反向偏置而截止。判断过程中，如果电路中出现两个以上二极管承受大小不相等的正向电压，则应判定承受正向电压较大者优先导通，其两端电压为导通电压降，然后再用上述方法判断其余二极管的状态，分析如下。
(1)在图 (a)中，首先将二极管VD断开，求二极管两端将承受的电压VAB＝VA-VB＝-5V-(-10V)＝5V。显然，二极管接入以后处于正向偏置，工作在导通状态。如果设二极管是理想器件，正向导通压降VVD=0V，则输出电压VO＝VA-VVD＝-5V。若考虑二极管的正向压降VVD＝0.7V，则输出电压VO＝VA-VVD＝-5V-0.7V＝-5.7V。
(2)在图 (b)中，断开二极管VD，有VAB＝VA-VB＝-10V-(-5V)＝-5V。可见，二极管VD接入以后，将承受反向电压，VD处于截止状态(相当于断开)，电路中电流等于零(设反向饱和电流为零)，R上的电压降等于零，故VO＝VB＝-5V。
(3)在图（c)中，首先将VDl和VD2断开，求得两管将承受的电压为：
VDl：VB1A＝VB1-VA＝0V-(-9V)＝9V
VD2： VB2A＝VB2-VA＝-12V-(-9V)＝-3V
二极管接入以后，VD1因正偏处于导通，则
VO＝VA＝VB1-VDV1＝0V-0.7V=-0.7V
而VB2A＝-12V-(-0.7V)＝-11.3V，所以VD2因反偏处于截止状态。
(4)在图 (d)中，首先将VD1和VD2断开，求得两管将承受的电压。
VDl： VAB1＝VA-VB1＝15V-0V＝15V
VD2： VAB2＝VA-VB2＝15V-(-10V)＝25V
二极管接入以后，因VD2承受的正向电压较VDl高，优先导通；使A点的电位为VA＝VB2+VVD2＝-10V+0.7V＝-9.3V。VDl因承受反向电压而截止。故
VO＝VA＝-9.3V