模电1.2 半导体二极管
时间:2022-09-13 17:00:00
1.2.1 二极管
一、二极管伏安特性
将PN结用外壳包装,加电极引线构成半导体二极管,简称二极管。P区引出的电极为阳极,N区引出的电极为阴极。
由于二极管上壳体的引线电阻和PN当外加电压相同时,结体电阻有两种不同:
1.二极管正电流 < PN结电流
二、二极管反向电流 > PN结电流
但在近似分析中仍在使用PN结的电流方程表示,即 Is = (eU/UT - 1)
二极管对温度敏感,温度升高,正曲线向左移动,反曲线向下移动
开启电压Uon:只有当正向电压大于某一特定值时,二极管才满足电流方程,称该电压为开启电压。
不同材料的开启电压不同,硅 = 0.5V ,锗 = 0.1V。
二、主要参数
1.最大整流电流 IF: 允许通过最大正平均电流进行长期运行。
2.最大反向工作电压 UR: 最大瞬时反向电压(通常是击穿电压的一半)。
3.反向电流 IR: 反向电流越小,单向导电性越强。
4.工作频率最高 fM: 工作上限截止频率。
1.2.2 二极管等效电路
一、伏安特性折线等效电路
(1)等效理想二极管
导通时正向压降为零;截止时,反向电流为零,相当于理想的开关。
(2)等效成理想二极管串联电压源 Uon【常用方法】
导通时,正向压降为常量Uon;截止时,反向电流为零。
(3)二极管串联电压源等效理想 Uon 和电阻 rD
当 U > Uon 后,电流 I 与 U 成线性关系,斜率为1 / rD ;截止时,反向电流为零。
二、微变等效电路
当添加直流电压时,图中曲线上有一点 Q 反应电压与电流的关系称为静态工作点。静态工作点 Q 再加上微小的变化小交流电),Q点的切线类似于微小变化的曲线,使二极管等效动态电阻 rD ,其大小为
式中,UT 在电流方程中 UT , ID 是Q点的电流。
【求id=D一般方法
1° 只考虑直流,计算流过二极管的电流 ID
2° 计算二极管等效为电阻 rD
3° 根据交流电压计算交流电流 iD
【理解】:微变电路是将电压升高到二极管满足指数增长的工作区域,然后连接到小交流电压,使电流在大直流电压下发生小变化。
1.2.3 稳压二极管
反向击穿稳压二极管时,端电压在一定电流范围内几乎保持不变,具有稳压特性。符号(多个小尾巴):
1、稳压管的伏安特性
二、主要参数
(1)稳定电压 UZ:规定电流下稳压管的反向击穿电压
(2)稳定电流 IZ:最小电流进入稳压区
(3)最大稳定电流 IZM:最大电流不会损坏
(4)最大功耗 PZM= IZM * UZ
(5)动态电阻 rZ:端电压变化与电流变化之比
(6)温度系数 α :温度每变化 1℃ 稳压值的变化 即 α = ΔUZ / ΔT
α > 0,稳定电压 >7V,属于雪崩击穿
α < 0,稳定电压 < 4V,属齐纳击穿
注稳压管电路中必须有限流电阻,以确保稳压管的正常运行。在电路中,除稳压管稳定电压外,额外电压由限流电阻承担。(否则,谁将承受额外的电压)
1.2.4 其他二极管
一、发光二极管(LED)
符号:
开启电压大于普通二极管。
二、光电二极管
利用PN结的光敏特性,转换光能和电能的装置。
符号:
伏安特性
(1)与普通二极管相同,无光照。
(2)有光,特征曲线向下移动。当光强度一定时,可等效为恒流源(光电池)。