半导体二极管及其基本应用电路.ppt
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1、半导体二极管及其基本应用电路半导体二极管及其基本应用电路 二极管二极管=一个一个PN结结+管壳管壳+引线引线NP结构结构符号符号阳极阳极+阴极阴极-半导体二极管的几种常用结构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一般符号 二极管的符号二极管的符号发光二极管发光二极管 稳压二极管稳压二极管 光电二极管光电二极管 变容二极管变容二极管 隧道二极管隧道二极管 温度效应温度效应二极管二极管 t 双向击穿二极管双向击穿二极管 磁敏二极管磁敏二极管 体效应二极管体效应二极管 双向二极管双向二极管 交流开关二极管交流开关二极管 二极管按结构分三大类:二极管按结构分三大类:(1)点接触型二极管点接
2、触型二极管PN结面积小,结电容小,结面积小,结电容小,用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。(3)平面型二极管平面型二极管用于集成电路制造工艺中。用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小,用结面积可大可小,用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管面接触型二极管PN结面积大,用结面积大,用于工频(低频)于工频(低频)大电流整流电路。大电流整流电路。半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下:国家标准对半导体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。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型,代表
3、器件的类型,P为普通管,为普通管,Z为整流管,为整流管,K为开关管。为开关管。代表器件的材料,代表器件的材料,A为为N型型Ge,B为为P型型Ge,C为为N型型Si,D为为P型型Si。2代表二极管,代表二极管,3代表三极管。代表三极管。如何识别和检测二极管呢?如何识别和检测二极管呢?伏安特性伏安特性(与与PN结一样,具有单向导电性结一样,具有单向导电性)UI死区(开启死区(开启U UONON)电压)电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。导通电压降导通电压降:硅管硅管0.60.8V,锗管锗管0.1。反向击穿电反向击穿电压压U(BR)死区死区电压电压正向正向反向反向外电场不足以克服外电场不足以克
4、服内电场内电场,电流很小电流很小外电场不足以克服外电场不足以克服内电场内电场,电流很小电流很小(1)正向特性正向特性uEiVmA(2)反向特性反向特性uEiVuA特点:非线性特点:非线性特点:非线性特点:非线性PN+PN+UI死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。导通压降导通压降:硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.10.3V。反向击穿电反向击穿电压压U(BR)死区死区电压电压正向正向反向反向当外加电压大于死区当外加电压大于死区电压内电场被大大减电压内电场被大大减削弱削弱,电流增加很快电流增加很快。UI死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。导通压降导通压降:硅硅
5、管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿电反向击穿电压压U(BR)死区死区电压电压反向反向 由于少子的漂移运动形成很由于少子的漂移运动形成很小的反向电流小的反向电流,且且U U(BR)时时,其反向电其反向电流突然增大流突然增大,反向击穿。反向击穿。温度对二极管伏安特性的影响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在环境温度升高时,二极管的正向特性将?移,?移,反向特性将?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。二极管的特性对温度很敏感,具有负温度系数。50I/mAU/V0.20.4 25510150.010.020温度增加温度增加主要参数
6、主要参数1)最大整流电流)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二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向平均电流。向平均电流。2)最高反向工作电压)最高反向工作电压UR3)反向电流)反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。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。的反向电流要大几十到几
7、百倍。4)最高工作频率最高工作频率fM 在实际应用中,应根据管子所用的场合,按在实际应用中,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、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,选择满足要求的二工作频率、环境温度等条件,选择满足要求的二极管。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(正向偏置,阳极接正、阴二极管加正向电压(正向偏置,阳极接正、阴二极管加正向电压(正向偏置,阳极接正、阴二极管加正向电压(正向偏置,阳极接正、阴极接负极接负极接负极接负 )时,)时,)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
8、通状态,二极管正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。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、阴极接正极接正极接正极接正 )时,)时,)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。向电阻较大,反向电
9、流很小。向电阻较大,反向电流很小。3.3.3.3.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。去单向导电性。去单向导电性。4.4.4.4.二极管的反向电流受温度的影响,温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响,温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响,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。向电流愈大。向电流愈大。PN+PN+总总 结结二极管的等效电路二极管的等效电路 1.将伏安特性折线化将伏安特性折线化理想理想二极管二极
10、管近似分析近似分析中最常用中最常用理想开关理想开关导通时导通时 UD0截止时截止时IS0导通时导通时UDUon截止时截止时IS0导通时导通时i与与u成成线性关系线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路!应根据不同情况选择不同的等效电路!理想理想模型模型恒压降模型恒压降模型折线模型折线模型Q越高,越高,rd越小。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。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时直流电源作用时直流电源作用小信号作用小信号作用静态电流静态电流2.微
11、变等效电路微变等效电路(低频交流小信号作用下的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二极管电路分析举例二极管电路分析举例定性分析:定性分析:判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止否则,正向管压降否则,正向管压降否则,正向管压降否则,正向管压降硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.10.3V.10.3V 分析方法:分析方法: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的高低或所加电压
12、的高低或所加电压U UD D的正负极性。的正负极性。的正负极性。的正负极性。若若若若 V V阳阳阳阳 V V阴阴阴阴或或或或 U UD D为正为正为正为正(正向偏置正向偏置正向偏置正向偏置),二极管导通,二极管导通,二极管导通,二极管导通若若若若 V V阳阳阳阳 V VV阴,阴,阴,阴,二极管导通。二极管导通。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,、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=6V 6V。2、若考虑二极管压降,若考虑二极管压降,若考虑二极管压降,若考虑二极管压降,U
13、 UABAB低于低于低于低于6V6V一个管压降,为或一个管压降,为或一个管压降,为或一个管压降,为或V V。V V阴阴阴阴 =12 V12 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。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:解:解:1 1、V V1 1阳阳阳阳=6 V6 V,V V2 2阳阳阳阳=0 V=0 V,V V1 1阴阴阴阴=V V2 2阴
14、阴阴阴=12 V12 VU UD1D1=?V V,U UD2D2=?V V.二极管都二极管都二极管都二极管都导通?截止?,导通?截止?,导通?截止?,导通?截止?,U UAB=AB=?例例2:D D1 1承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为6 V6 V流过流过流过流过 D D2 2 的电流为的电流为的电流为的电流为求:求:求:求:U UABAB 在这里,在这里,在这里,在这里,D D2 2 起钳位作起钳位作起钳位作起钳位作用,用,用,用,D D1 1起隔离作用。起隔离作用。起隔离作用。起隔离作用。BD16V12V3k AD2UAB+2 2、U UD2D2 U UD1D1 D
15、 D2 2 优先导通,优先导通,优先导通,优先导通,D D1 1截止。截止。截止。截止。解:解:理想模型理想模型:,加在二极管阳极的电位高于加在,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。二极管阴极的电位,二极管导通。例例3 电路如图所示,电路如图所示,。试分别用理。试分别用理想模型和恒压降模型,求解电路的想模型和恒压降模型,求解电路的 和和 的值。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:例例4 电路如图所示,假设图中的二极管是理想的,电路如图所示,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。试判断二极管是否导
16、通,并求出相应的输出电压。解:解:二极管二极管D导通,输导通,输出电压出电压。二极管二极管D截止,输出截止,输出电压电压 。5V时,判断出二极管时,判断出二极管D导通导通,直流电流直流电流为为=10V时,时,1.V2V、5V、10V时二极管中的直流时二极管中的直流电流各为多少?电流各为多少?2V时,判断出二极管时,判断出二极管D导通导通,直流电流直流电流为为二极管导通电压UD为V,UT=26mV二极管的近似分析计算二极管的近似分析计算IR10VE1kIR10VE1k例:例:串联电压源模型串联电压源模型测量值测量值 相对误差相对误差理想二极管模型理想二极管模型RI10VE1k相对误差相对误差2.
17、若输入电压的有效值为若输入电压的有效值为20mV,f=1kHz的正弦波,则上述各的正弦波,则上述各种情况下二极管中的交流电流的有效值各为多少?种情况下二极管中的交流电流的有效值各为多少?2V,ID5V,ID10V,ID在伏安特性上,在伏安特性上,Q点越高,二极管的动态电阻越小!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基本应用电路二二极极管管在在低低频频和和高高频频以以及及数数字字电电路路均均有有广广泛泛的的应应用。用。以下主要介绍二极管在低频电路的几种应用。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整流电路限幅电路限幅电路电平选择电路电平选择电路(1)工作
18、原理)工作原理u2的正半周,的正半周,D导通,导通,ADRLB,uO=u2。u2的负半周,的负半周,D截止,承受反向电压,为截止,承受反向电压,为u2;uO=0。基本应用电路基本应用电路1、整流电路、整流电路整流电路是利用二极管的单向导电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。作用,将交流电变成直流电的电路。半波整流电路半波整流电路改变电路及二极管的接入方式改变电路及二极管的接入方式,可得不同波形。可得不同波形。基本应用电路基本应用电路全波整流电路全波整流电路 牢记牢记全波整流全波整流电路下列电路下列2个电路特征:个电路特征:(1)一组全波整流电路中使用两只整流二极管;)
19、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)电源变压器次级线圈必须有中心抽头。二极管限幅电路二极管限幅电路又称为:又称为:“削波电路削波电路”,能能够够把把输输入入电电压压变变化化范范围围加加以以限限制制,常常用于波形变换和整形。用于波形变换和整形。例例:二二极极管管构构成成的的限限幅幅电电路路如如图图所所示示,R1k,UREF=2V,输入信号为,输入信号为ui。(1)若若 ui为为4V的的直直流流信信号号,分分别别采采用用理理想想二二极极管管模模型型、理想二极管串联电压源模型计算电流理想二极管串联电压源模型计算电流I和输出电压和输出电压uo解解:(1)采用理
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- 半导体 二极管 及其 基本 应用 电路
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