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1、第二讲 半导体二极管及常用二极管电路,2.1 PN结的形成及特性 2.2 半导体二极管 2.3 二极管的常用模型和分析方法 2.4 稳压二极管 2.5 常用二极管电路,内容,阅读：教材 第2章,模拟电路,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路,PN结的形成 PN结的单向导电性,2.1 PN结的形成及特性,关键问题 什么是PN结的单向导电性？,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路,2.1 PN结的形成及特性,【例1.2-1】 已知在T=300K时本征硅受激产生的电子浓度为1.431010cm-3，而本征硅原子浓度为5.11022cm-3，如果在本征硅中掺入十亿分之一的施主杂质，即，杂质浓度为 ，此
2、时的杂质半导体中空穴浓度、电子浓度分别是多少？ 解： 此时的电子浓度： nNd 空穴浓度为：,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.1PN结的形成及特性,2.PN结的单向导电性,外加正向电压,阻挡层内的总电场减弱，空间电荷总量减少； 空间电荷区变窄； 势垒区的电位差减小。,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.1PN结的形成及特性,2.PN结的单向导电性,外加反向电压,阻挡层内的总电场增强，空间电荷总量增加； 空间电荷区变宽； 势垒区的电位差增大。,关键问题 什么是二极管的门坎电压？ 为什么使用二极管时要注意不要超过最高反向工作电压VBR ？,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路,2.
3、2 半导体二极管,半导体二极管 二极管的伏安特性,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.2半导体二极管,1.半导体二极管,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.2半导体二极管,2.二极管的V-I特性,当vD 0 ,且 时,当vD 0 ,且 时，,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.2半导体二极管,2.二极管的V-I特性,例：已知PN结在T=300K时， , m=1,求 及 时的结电流。,解：当 时，PN结上为正偏压，有,当 时，PN结上为负偏压，有,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.2半导体二极管,2.二极管的V-I特性,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.2半导体
4、二极管,2.二极管的V-I特性,正向特性,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.2半导体二极管,2.二极管的V-I特性,反向特性,对Si二极管而言，一般地 VBR 4伏-齐纳击穿； VBR 7伏-雪崩击穿； 4伏 VBR 7伏-两种击穿都有,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.2半导体二极管,2.二极管的V-I特性,例：Si二极管I-V特性曲线如图 ，把Si管接入电路，求二极管上的电压降和通过二极管的电流。,解：电路方程 E=iDR+vD,从图中查出， ID=7(mA), VD=0.8(V),第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.2半导体二极管,2.二极管的V-I特性,温度对正向
5、特性的影响,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路,2.3 二极管的常用模型和分析方法,关键问题 什么是二极管的理想开关模型和恒压源模型？ 模型分析法的实质是什么？,常用的二极管模型 二极管的分析方法,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.3二极管的常用模型和分析方法,1.常用的二极管模型,理想二极管开关模型,正向导通，VD=0 (内阻r=0)，相当于开关闭合 c,反向截止，IS=0 (内阻r=)，相当于开关断开。,1.常用的二极管模型,恒压源模型,Si管：Von0.7(V)（实际：0.60.8） Ge管：Von0.2（V）,V Von，D通，通后压降为Von,V Von，D止，Is0，,第
6、二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.3二极管的常用模型和分析方法,1.常用的二极管模型,交流小信号模型（微变等效）,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.3二极管的常用模型和分析方法,2.分析方法,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.3二极管的常用模型和分析方法,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.3二极管的常用模型和分析方法,解析法 模型分析法(等效电路分析法),2.分析方法,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.3二极管的常用模型和分析方法,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.3二极管的常用模型和分析方法,例，如图 ，已知E和vi (微小变化电压)，求iD、v
7、D。,解 ：设vi=0 ，,E=0，,叠加交，直流量，,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路,2.4 稳压二极管,关键问题 稳压管为什么能够起到稳压的作用？,稳压管是利用PN结的反向击穿特性所具有的稳压性能而做成的，是一种用特殊工艺制造的面结型Si半导体二极管。,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.4稳压二极管,稳压管Dz的伏安特性,反向击穿电压为VBR=-Vz,Dz的反向击穿特性越陡，稳压特性越好。,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.4稳压二极管,稳压管的主要参数,Vz：Dz中I为额定电流时，稳压管两端的电压值。,Iz：Dz正常工作时的参考电流值。（Iz min）,rz：rz随
8、工作电流不同而变。,Pz：额定功耗。Pz=Iz maxVz,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路,2.5 常用二极管电路,关键问题 二极管常用电路的理解和分析,限幅和箝位电路 多二极管电路 整流电路 整流滤波电路 稳压管电路,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,1.限幅和箝位电路,串联下限幅电路,当viVon时，二极管导通，vo vi； viVon时，二极管截止，vo=0。,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,1.限幅和箝位电路,并联上限幅电路,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,1.限幅和箝位电路,双向限幅电路,第二讲
9、半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,1.限幅和箝位电路,箝位电路,第一个T/4时间，当vi大于二极管的导通电压Von时，二极管导通，电容C充电，,vi 到达峰值,vc=Vim-Von vi下降。理想情况下，电容不放电，,当vi下降到与 vc值相等时，二极管变为反偏。输出,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,1.限幅和箝位电路,箝位电路,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,2.多二极管电路,例1，电路如图 ，判断图中二极管是导通还是截止，并确定输出电压Vo，设二极管Von=0.7V。,将D1、D2断开，,对D1管，有VD1=Va-
10、Vb1=15-0=15V；,接入二极管后，,D2管优先导通，将电位限制在 Va=-10V+0.7V=-9.3V ， 此时D1因承受反向压降而截止。,所以，Vo=-9.3V。,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,2.多二极管电路,例2，求如图所示电路当Vi=0V、Vi=4V时输出电压和二极管上的电流。二极管的Von=0.7V。,当Vi=0V时：,当Vi=4V时：,Vo=3.3+0.7=4(V),iD1=iR2-iD2=0.63(mA),iD1=0， Vo=1.2+0.7=1.9(V),第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,2.多二极管电路,例2电路的
11、输出与输入特性曲线,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,2.多二极管电路,例2电路中D1和D2的电流,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,2.多二极管电路,二极管与逻辑电路,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,2.多二极管电路,二极管或逻辑电路,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,3.发光二极管电路,发光二极管（LED）由砷化镓等化合物半导体材料制成，它能将电流转化为光信号,也就是将电能转化为光能。,如果二极管正偏，电子和空穴注入空间电荷区成为过剩少子。这些少子扩散到N区或 P区，在那里与多子复合，
12、复合时会发出光子。,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,3.整流电路,整流电路是二极管的一个重要应用。是小功率（200W以下）直流稳压电源的组成部 分。其主要功能是利用二极管的单向导电性，将市电电网的单相正弦（AC）单方向脉动（DC）（后经滤波、稳压直流电源）。即，整流是将交流电转化成单一极性的直流的过程。,可用二极管的理想模型分析这类电路。,工作原理 电路分析,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,3.整流电路工作原理,单相半波整流,利用二极管的单向导电性能，使经变压器出来的电压只有半个周期可以到达负载，造成负载电压Vo是单方向的脉动直流电压。,
13、特点：电路结构简单，脉动大。,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,3.整流电路工作原理,单相桥式全波整流,电桥的简化符号：,特点：输出电压高；波纹电压较小（脉动小）；Tr在正负半周都有电流供给RL，效率较高。,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,3.整流电路电路分析,分析整流电路的性能时，主要考察四项参数： 整流电路的输出电压平均值（直流电压）Vo（AV） 整流电路的输出电压脉动系数S 整流二极管正向平均电流ID（AV） 整流管的反向峰值电压VRM,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,3.整流电路电路分析,1）Vo（AV）
14、：输出电压在一个周期内的平均值。（即输出电压的直流分量）,半波整流：,全波整流：,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,3.整流电路电路分析,2）S：表征整流输出波形脉动的量。,定义：,Vo1M指的是输出电压的基波峰值,半波整流：,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,3.整流电路电路分析,2）S：表征整流输出波形脉动的量。,定义：,Vo1M指的是输出电压的基波峰值,全波整流 :,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,3.整流电路电路分析,3）ID（AV）,半波整流 :,全波整流 :,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5
15、常用二极管电路,3.整流电路电路分析,4）VRM：二极管承受的最大反向峰值电压VRM。,半波整流：处于负半周时，二极管截止，承受的最大反向电压为,全波整流：v2 0时，D1、D3通，D2、D4止， v2 0时，D2、D4通，D1、D3止，,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,4.整流滤波电路电容整流滤波电路,单相桥式整流滤波电路,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,4.整流滤波电路电容整流滤波电路,讨论： 加了电容滤波后，输出电压直流成分提高了（输出电压的平均值增加） 加了电容滤波后，输出电压的脉动成分减小。 电容放电的d=RLC放电过程则输出电
16、压，同时脉动成分，滤波效果。,当RLC， VO(AV) = 应选择C大，RL大。,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,4.整流滤波电路电容整流滤波电路,讨论： 电容滤波电路中二极管的导电时间缩短了。,导电角180，且d, 导电角。因此，整流管在短暂的导电时间内流过一个很大的冲击电流，对管子的寿命不利。所以必须选择较大容量的整流二极管。,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,4.整流滤波电路电感整流滤波电路,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,5.稳压管电路,稳压原理,限流电阻R的选择,主要指标,第二讲 半导体二极管及常用二极管电路 2.5常用二极管电路,5.稳压管电路,当RL不变：（输入电压变大） VI IR VOIz IO ,当VI不变:（负载变小） RLVOIZIO,稳压原理,
