《2010秋《低频电子线路》常用半导体器件原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2010秋《低频电子线路》常用半导体器件原理（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、低频电子线路(4),山东大学 信息科学与工程学院 刘志军,2017/12/14,低频电子线路,2,回顾上节课,4.2 PN结PN结的形成PN结的单向导电性PN结电阻特性和电容特性PN结击穿特性PN结温度特性,2017/12/14,低频电子线路,3,本节课内容,4.3 晶体二极管及其基本电路4.3.1 二极管特性曲线4.3.2 二极管主要参数4.3.3 晶体二极管模型4.3.4 二极管基本应用电路4.3.5 稳压二极管及稳压电路4.3.6 其它二极管简介,2017/12/14,低频电子线路,4,4.3 晶体二极管及其基本电路,二极管是最基本、最简单的半导体器件。二极管可以组成各种各样的电路形式。
2、二极管电路应用十分广泛。,2017/12/14,低频电子线路,5,二极管工艺与类型, 结构和符号二极管是由管芯(PN结)加电极引线和管壳制成。结构示意和电路符号如下图所示：,2017/12/14,低频电子线路,6,工艺与类型,根据制作工艺(Facture technics)不同分为： 平面型二极管：适合整流， 低频应用(结电容大) 面接触型二极管：适合整流， 低频应用(结电容大)点接触型二极管 ：适合检波， 可高频应用(结电容小),2017/12/14,低频电子线路,7,二极管工艺类型（图）,2017/12/14,低频电子线路,8,4.3.1 二极管特性曲线,特性曲线(Characterist
3、ic Curve)是描述器件性能的图形表示。二极管特性曲线与PN结特性曲线基本相同（略有区别）。正向电流有体电阻和引线接触电阻作用。反向电流有表面漏电流的影响。,2017/12/14,低频电子线路,9,二极管特性曲线（图）,特性曲线与PN结特性相似,图 二极管伏安特性曲线,2017/12/14,低频电子线路,10,二极管特性曲线,正向特性(Direction Characteristic) 导通电压(阈值电压、死区电压)UD(ON)(室温下) Si 管， UD(ON)=（0.50.7）V Ge 管 UD(ON)=（0.10.3）V 反向特性(Reverse Characteristic) Si
4、 管，一般小于0.1A。 Ge 管，一般小于几mA。,2017/12/14,低频电子线路,11,4.3.2 二极管主要参数,最大整流电流IF最大反向工作电压UR反向电流IR最高工作频率fm直流电阻RD和交流电阻rd,2017/12/14,低频电子线路,12,最大整流电流IF,IF是指管子稳定工作时，所允许通过的最大正向平均电流。使用时不应超过此值（可加散热片）。,2017/12/14,低频电子线路,13,最大反向工作电压 URM,URM指工作时允许所加最大反向电压。 通常取击穿电压U(BR)的1/2做为UR。,2017/12/14,低频电子线路,14,反向电流 IR,IR是指击穿前的反向电流值
5、。此值越小表示管子单向导电性能越好。与IS有关（再加上表面漏电流），故与温度有关。,2017/12/14,低频电子线路,15,最高工作频率 fm,当工作频率超过fm，管子的工作性能（频率特性）变坏。fm 越大频率特性越好。fm是由管子的结电容所决定的，fm 大说明管子结电容小。,2017/12/14,低频电子线路,16,直流电阻和交流电阻,直流电阻 RD (DC Resistance)是二极管Q点处所加直流电压UD与所流过直流电流ID之比。其几何意义是直线斜率的倒数。交流电阻 rd (AC Resistance) 是其工作状态(U，I)处电压改变量U与电流改变量I之比。几何意义是曲线Q点处切线
6、斜率的倒数。,2017/12/14,低频电子线路,17,二极管电阻的几何意义（图 ）,图 二极管电阻的几何意义 (a)直流电阻RD； (b)交流电阻rD,2017/12/14,低频电子线路,18,4.3.3 二极管模型(Model),对电子线路进行分析(定量分析)时，电路中的实际器件必须用相应的电路模型（公式、图形、表格）来等效表示，这称为“数学建模”，简称“建模”。计算机辅助分析(CAA)计算要使用管子的数学模型。,2017/12/14,低频电子线路,19,二极管电路模型(折线化) （图）,图 二极管特性的折线近似及电路模型,2017/12/14,低频电子线路,20,二极管电路简化模型（图）
7、,(a),(c),(b),2017/12/14,低频电子线路,21,二极管近似模型（图 ）,以上三种电路模型(近似、简化、理想)均为二极管近似模型(线形化)。对不同电路模型可在不同需求时采用。,2017/12/14,低频电子线路,22,4.3.4 二极管基本应用电路,二极管在低频和高频以及数字电路均有广泛的应用。以下主要介绍几种基本应用。,2017/12/14,低频电子线路,23,二极管几种基本应用,整流电路限幅电路电平选择电路,2017/12/14,低频电子线路,24,二极管整流电路,把交流电转变为直流电，称为“整流”； 反之称为“逆变”。 整流 交流电 直流电 逆变,2017/12/14,
8、低频电子线路,25,二极管半波整流电路及波形（图）,图 二极管半波整流电路及波形 (a)电路； (b)输入、输出波形关系 改变电路及二极管的接入方式，可得到不同的输出波形。,2017/12/14,低频电子线路,26,常见整流电路,半波整流全波整流桥式整流倍压整流,2017/12/14,低频电子线路,27,二极管限幅电路,限幅电路又称为 “削波电路”，能够把输入电压变化范围加以限制，常用于波形变换和整形。限幅电路的传输特性(指信号输出和输入的关系)。,2017/12/14,低频电子线路,28,限幅概念,单向限幅门限电压双向限幅上门限下门限,2017/12/14,低频电子线路,29,限幅电路传输特
9、性（图）,图 限幅电路的传输特性,2017/12/14,低频电子线路,30,二极管限幅电路及波形（图）,图 二极管上限幅电路及波形 (a)电路 (b)输入、输出波形关系,2017/12/14,低频电子线路,31,二极管电平选择电路,电平选择电路是能够从多路输入信号中选出最低电平或最高电平的电路形式。常用于脉冲数字电路。,2017/12/14,低频电子线路,32,二极管电平选择电路,高电平选择低电平选择,2017/12/14,低频电子线路,33,二极管电平选择电路（图）,图 二极管低电平选择电路及波形 (a)电路 (b)输入、输出波形关系,2017/12/14,低频电子线路,34,上例说明,以上
10、为低电平选择电路。输入u1、u2，加入方波信号。E是电源为5V电压。看输出u0的变化情况。是与门电路。,2017/12/14,低频电子线路,35,高电平选择电路,若将VD1、VD2换向，将E加负值，则可变为高电平选择电路。电路若输入数字量，则为或门电路。,2017/12/14,低频电子线路,36,5.3.5 稳压二极管及稳压电路,稳压二极管正是利用PN结的“反向击穿特性”。稳压二极管可用于限幅和稳压。,2017/12/14,低频电子线路,37,稳压二极管符号及特性,图 稳压二极管及其特性曲线 （a)电路符号 （b) 伏安特性曲线,2017/12/14,低频电子线路,38,稳压二极管符号（图）,
11、2017/12/14,低频电子线路,39,双向稳压管符号（图）,2017/12/14,低频电子线路,40,稳压二极管主要参数,稳压电压 UZ额定功耗 Pz稳定电流 Iz动态电阻 rz温度系数 ,2017/12/14,低频电子线路,41,稳压电压UZ,指管子长期稳定时的工作电压值（电流为规定值）。注意UZ分散性较大。,2017/12/14,低频电子线路,42,额定功耗Pz :,与材料、结构、工艺有关。使用时不允许超过此值。受热击穿限制。,2017/12/14,低频电子线路,43,稳定电流Iz,是稳压管的正常工作电流。工作电流要限制在一个工作范围内。不能大于IzmaxPZ /U Z（管子损坏）不能
12、小于Izmin(管子不工作）,2017/12/14,低频电子线路,44,动态电阻 rz,是在击穿状态下，管子两端电压变化量与电流变化量的比值。反映在特性曲线上，是工作点处切线斜率的倒数。 一般为几欧姆到几十欧姆（越小越好）。,2017/12/14,低频电子线路,45,温度系数,指管子受温度影响的程度。7V 是 正温系数(雪崩击穿)；5V 是 负温系数(齐纳击穿)；57V 温度系数 最小。,2017/12/14,低频电子线路,46,稳压二极管电路,电路结构稳压管负载电阻限流电阻,2017/12/14,低频电子线路,47,稳压二极管稳压电路举例 （图）,图 稳压二极管稳压电路,2017/12/14
13、,低频电子线路,48,稳压电路分析,当Ui和RL变化时，电路可使输出电压Uo保持稳定。 UO = UiIR （KVL) I = IZIL (KCL),2017/12/14,低频电子线路,49,稳压电路分析,当Ui变化时 I 变 IZ变(UZ不变)则UO不变。 IR=UR变当RL变化 IL变I变IR=UR变 IZ不变UZ不变UO不变,2017/12/14,低频电子线路,50,稳压电路分析,是 依靠R上电压变化进行调节。对 限流电阻 R 要合理选择Rmax要使Uz还能工作，Rmin不能使IZ太大，以免烧毁。 -对限流电阻R要合理选择，见书（P115）有介绍。,2017/12/14,低频电子线路,5
14、1,4.3.6 其它二极管简介,除以上基本二极管，还有许多其他用途的二极管（特殊二极管）。如：变容二极管 光电二极管 发光二极管 肖特基二极管等。,2017/12/14,低频电子线路,52,变容二极管,变容二极管结电容（反向应用时势垒电容比较大）。变容二极管在高频电路有广泛应用，如电压功率交换、电子调谐、功率调制等。,2017/12/14,低频电子线路,53,变容二极管（图）,图 变容二极管符号,2017/12/14,低频电子线路,54,光电二极管,光电二极管具有光电转换 性能（光电管外壳用玻璃窗口）。 受光照端为前极，不受光照端为后极。,2017/12/14,低频电子线路,55,光电二极管（图）,图 光电二极管符号,2017/12/14,低频电子线路,56,发光二极管,发光二极管具有 电光转换 的性能 。可见光有 红、黄、绿、蓝、紫等。发光亮度与工作电流成比例。属于冷光源，是环保节能和绿色能源。可用于各种指示灯、七段数码显示等。,
