半导体二极管及其基本应用电路

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1、半导体二极管及其基本应用电路二极管 = 一个PN结 + 管壳 + 引线NP结构符号 阳极+阴极-半导体二极管的几种常用结构二极管的一般符号 二极管的符号发光二极管 稳压二极管 光电二极管 变容二极管 隧道二极管 温度效应 二极管 t 双向击穿二极管 磁敏二极管 体效应二极管 双向二极管 交流开关二极管二极管按结构分三大类：(1) 点接触型二极管PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。(3) 平面型二极管用于集成电路制造工艺中。 PN 结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。(2) 面接触型二极管PN结面积大，用 于工频（低频） 大电流整流电路。半导体二极管的型号国家标准对半导体

2、器件型号的命名举例如下：2AP9用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管。代表器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge， C为N 型Si， D为P型Si。2代表二极管，3代表三极管。如何识别和检测二极管呢？伏安特性(与PN结一样，具有单向导电性)UI死区（开启UON）电压 硅管0.5V,锗管0.1V。导通电压降: 硅管0.60.8V, 锗管0.10.3V 。反向击穿电 压U(BR)死区电压正向反向外电场不足以克服内电场,电流很小外电场不足以克服内电场,电流很小(1) 正向特性uEiVmA(2) 反向特性uEiVuA特点：非线性特点：非线性PN+PN+UI死

3、区电压 硅管 0.5V,锗管0.1V 。导通压降: 硅 管0.60.7V,锗 管0.10.3V。反向击穿电 压U(BR)死区电压正向反向当外加电压大于死区 电压内电场被大大减 削弱,电流增加很快 。UI死区电压 硅管 0.5V,锗管0.1V 。导通压降: 硅 管0.60.7V,锗 管0.20.3V。反向击穿电 压U(BR)死区电压反向由于少子的漂移运动形成很 小的反向电流,且U U(BR)时,其反向电 流突然增大,反向击穿。温度对二极管伏安特性的影响在环境温度升高时，二极管的正向特性将 ？移 ，反向特性将？移。二极管的特性对温度很敏感，具有负温度系数 。 50I / mAU / V0.20.4

4、 25510150.01 0.020温度增加主要参数1）最大整流电流 IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正 向平均电流。2）最高反向工作电压UR3）反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流 。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此 反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温 度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗 管的反向电流要大几十到几百倍。 4)最高工作频率fM在实际应用中，应根据管子所用的场合，按 其所承受的最高反向电压、最大正向平均电流、 工作频率、环境温度等条件，选择满足要求的二 极管。二极管二极管的单向导电性的单向导电性1. 1. 二极管加正向电压（正向偏

5、置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴 极接负极接负 ）时，）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正 向电阻较小，正向电流较大。向电阻较小，正向电流较大。2. 2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴 极接正极接正 ）时，）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反 向电阻较大，反向电流很小。向电阻较大，反向电流很小。3. 3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失 去单向导电性。去单向导电性。4. 4. 二极管的反向电流受温度

6、的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反 向电流愈大。向电流愈大。PN+PN+总 结二极管的等效电路1. 将伏安特性折线化理想 二极管近似分析 中最常用理想开关 导通时 UD0 截止时IS0导通时UDUon 截止时IS0导通时i与u成 线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路！理想 模型恒压降模型折线模型Q越高，rd越小。当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。ui=0时直流电源作用小信号作用静态电流2. 微变等效电路(低频交流小信号作用下的等效电路 )二极管电路分析举例二极管电路分析举例定性分析：判断二极管的工

7、作状态导通 截止否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0.60.8V.60.8V 锗锗0 0. .1 1 0.3V0.3V分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压的高低或所加电压U UD D的正负极性。的正负极性。若若 V V阳阳 VV阴阴或或 U UD D为正为正( ( 正向偏置正向偏置 ) )，二极管导通，二极管导通若若 V V阳阳 V V阴，阴，二极管导通二极管导通 。1 1、若忽略二极管压降，二极管可看作短路，、若忽略二极管压降，二极管可看作短路，U UABAB = 6V6V。2、若考虑二极管压降，若考虑二极管压降， U

8、UABAB低于低于6 6V V一个管压降，为一个管压降，为6.36.3或或 6.76.7V V。V V阴阴 = =12 12 V V，两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起 取取 B B 点作参考点，断开二极管，分点作参考点，断开二极管，分 析二极管阳极和阴极的电位。析二极管阳极和阴极的电位。解：解：1 1、V V1 1阳阳 = =6 V6 V，V V2 2阳阳= =0 V0 V，V V1 1阴阴 = = V V2 2阴阴= = 12 V12 VU UD1D1 = = ？V V，U UD2D2 =？V V . .二极管二极管都都导通？截止？，导通？截止？，U UAB=AB=?例2:D

9、 D1 1承受反向电压为承受反向电压为6 V6 V流过流过 D D2 2的电流为的电流为求：求：U UABAB在这里，在这里， D D2 2 起钳位作起钳位作 用，用， D D1 1起隔离作用。起隔离作用。 BD16V 12V3kAD2UAB+2 2、 U UD2D2 U UD1D1 D D2 2 优先导通，优先导通， D D1 1截止。截止。解： 理想模型： ，加在二极管阳极的电位高于加在 二极管阴极的电位，二极管导通。例3 电路如图所示， ， 。试分别用理 想模型和恒压降模型，求解电路的 和 的值 。，加在二极管阳极的电位高于加在二 极管阴极的电位，二极管导通。解：恒压降模型 ：例4 电路

10、如图所示，假设图中的二极管是理想的， 试判断二极管是否导通，并求出相应的输出电压 。解：二极管D导通，输 出电压 。 二极管D截止，输出 电压 。b.V5V时，判断出二极管D导通,直流电 流为c.V=10V时 ，1. V2V、5V、10V时二极管中的直流 电流各为多少？ a.V2V时，判断出二极管D导通,直流电流 为二极管导通电压UD 为 0.6V,UT=26mV二极管的近似分析计算IR10VE1kIR10VE1k例：串联电压源模型测量值 9.32mA相对误差理想二极管模型 RI 10VE1k相对误差0.7V2. 若输入电压的有效值为20mV，f=1kHz的正弦波，则上述各 种情况下二极管中的

11、交流电流的有效值各为多少？a.V2V，ID2.8mAb.V5V，ID 8.8mAc.V10V，ID 18.8mA在伏安特性上，Q点越高，二极管的动态电阻越小！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。以下主要介绍二极管在低频电路的几种应用。二极管几种基本应用 整流电路限幅电路电平选择电路（1）工作原理u2的正半周，D导通， ADRLB，uO= u2 。 u2的负半周，D截止，承受反向电压，为u2； uO=0。基本应用电路 1、整流电路 整流电路是利用二极管的单向导电 作用，将交流电变成直流电的电路 。半波整流电路改变电路及二极管的接入方式,可得不同波形。基本应用电路全

12、波整流电路牢记全波整流电路下列2个电路特征： （1）一组全波整流电路中使用两只整流二极管； （2）电源变压器次级线圈必须有中心抽头。二极管限幅电路 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。例：二极管构成的限幅电路如图所示，R1k，UREF=2V，输入信号为ui。(1)若 ui为4V的直流信号，分别采用理想二极管模型、理想二极管串联电压源模型计算电流I和输出电压uo解：（1）采用理想模型分析。采用理想二极管串联电压源模型分析。（2）如果ui为幅度4V的交流三角波，波形如图（b）所 示，分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模 型分析电路并画出相应的输

13、出电压波形。解：采用理想二极管模型分析。波形如图所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V采用理想二极管串联 电压源模型分析，波形 如图所示。( (二极管阳极电位二极管阳极电位) )u ui i8V 8V，二极管二极管D D导通导通，可看作可看作短路短路, , u uo o= = 8V8V二极管限幅电路及波形（图）2.7V例例2 2：二极管电平选择电路 能够从多路输入信号中选出最低电平或 最高电平的电路称为电平选择电路。二极管电平选择电路（图）1、输入u1、u2，加入方波信号,二 极管的导通电压UON=0.7v 2、 E为电源，为5V电压。3、看输出u0的

14、变化情况以上为低电平选择电路 。从 多 路 输 入 信 号 中 选 出 最 低 电 平 或 最 高 电 平 的 电 路 ， 称 为 电 平 选 择 电 路 。 一 种 二 极 管 低 电 平 选 择 电 路 如 图 所 示 。 设 两 路 输 入 信 号 u 1 ,u 2 均 小 于 E 。 表 面 上 看 似 乎 V 1 , V 2 都 能 导 通 ， 但 实 际 上 若 u 10.65V时V1才能导通； (u0-u2)0.65V时V2才能导 通。如果V2导通，则V2右端的电压为u0=(u2+0.65)， 但是因为u10.65V，依然是加了正向电压电压，所以V1还是 导通，使得u0=(u1+

15、0.65)，(u0-u2)=(ui+0.65-u2)0.65V 。V2加了反向电压而截止。V2被V1限制了。反之亦 然。稳压管是特殊的面接触型半导体硅二极管, 其反向击穿是可逆的,且反向电压较稳定。稳压二极管及其应用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 。42一、稳压二极管符号及其伏安特性曲线稳压误差曲线越 陡，电 压越稳 定。-+ IZminiZ /mAuZ/VOUZ IZmaxUZIZ IZ稳压二极管的特性 工作条件：反向击穿正向同 二极管稳定 电压43当稳压二极管工作在反向击穿 状态下,工作电流IZ在Izmax和Izmin 之间变化时,其两端电压近似为常 数.v稳压管应与负载电阻并联。v应采取限流措施，以防热击穿。v外加电源正极接N区，负极接P区。二、稳压二极管的主要参数（1）稳定电压 UZ（2）电压温度系数 稳压值受温度变化影响的系数。（3）动态电阻（4）稳定电流IZ（5）最大允许功耗三、稳压过程RLIZ+uCCUOURIZURUOIRUIUOUZ= UOUI三、稳压过程RLIZ+uCCUOuRRLUOIZURUOILIRUI不变UI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