第三章__半导体二极管及基本电路.ppt

二. 半导体的共价键结构 3.2 PN结的形成及特性 3.3 半导体二极管 3.5　特殊二极管 例3.4.1 电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD 。 解：由电路的KVL方程，可得 即 是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线 Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法 一、二极管伏安特性建模 1、理想模型 vD iD 代表符号: + - 正偏导通，vD = 0； 反偏截止， iD = 0 R = ? 由图可见，在正向偏置时， 其管压降为0V，而当二极管 处于反向偏置时，认为它的 电阻为无穷大，电流为零。 在实际的电路中，当电源电压远比二极管的管压降大时，利用此法来近似分析是可行的. 2、恒压降模型 vD iD 代表符号: vD ≈ 0.7 V (Si) 0.2 V (Ge) + - 当二极管导通后，其管压降认为是恒定的，且不随电流而变， 只有当二极管的电流iD近似等于或大于1mA时与结果接近。 + - Vth rD 3、折线模型 vD iD 代表符号: 门坎电压Vth ≈ 0.5 V (Si) 0.1 V (Ge) 为了较真实地描述二极管V-I特性，认为二极管的管压降不是恒定的，而是随着通过二极管电流的增加而增加，所以在模型中用一个电池和一个电阻rD来作进一步的近似。 电池的电压选定为二极管的门坎电压Vth: rD的值，当二极管的导通电流为1mA时，管压降为0.7V，于是rD的值可计算如下： vs =0 时, Q点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。 vs =Vmsin?t 时（VmVDD）, 将Q点附近小范围内的V-I 特性线性化，得到小信号模型，即以Q点为切点的一条直线。 4、小信号模型 vD iD Q 代表符号: + - 求微变电阻rD: 二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。 常温下（T=300K）: 据 得Q点处的微变电导 1.整流电路 （a）电路图 （b）vs和vo的波形 二、模型分析法应用举例 2、二极管电路静态工作分析 例: 硅二极管，R = 10 k?，分别用二极管理想模型、恒压降模型和折线模型求出 （1）VDD = 10 V 、（2） VDD = 10 V 时 ID 和 VD 的值。 D iD VDD vD + - R R VDD D iD + - vD 理想模型: 恒压模型: 折线模型: (1) VDD=10V (2) VDD=1V 理想模型: 恒压模型: 折线模型: VDD 大， 采用理想或恒压降 模型 VDD 小， 采用折线模型 D iD VDD vD + - R 3.限幅电路 电路如图，R = 1kΩ，VREF = 3V，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当vI = 6sin?t V时，绘出相应的输出电压vO的波形。 例 一二极管开关电路如下图所示。用理想模型分析当vI1和vI2为0V或5V时，求vI1和vI2的值不同组合情况下，输出电压vO的值。 5 V 4. 开关电路 D1 D2 4.7KΩ Vcc 5V vI1 vI2 + - + - vI1 vI2 4.7KΩ D1 D2 Vcc 5V vI1 vI2 二极管工作情况 vO D1 D2 0 V 0 V 0 V 5 V 5 V 0 V 5 V 5 V 导通 导通 导通 导通 截止 截止 截止 截止 0 V 0 V 0 V 5 V 例：电路如图所示，求AO的电压值 解： 先断开D，以O为基准电位， 即O点为0V。 则接D阳极的电位为-6V，接 阴极的电位为-12V。 阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。 导通后，D的压降等于零，即A点的电位就是D阳极的电位。 所以，AO的电压值为-6V。 5. 低电压稳压电源 D iD VI vD + - R iD vD + - R VI + - ΔVI iD=ID+ΔiD vD=VD+ΔvD ΔiD R + - ΔvO rd + - ΔvI 例:在图所示的低电压稳压电路中，直流电源电压VI的正常值为10V，R=10KΩ,若VI 变化±1V时，问相应的硅二极管电压（输出电压）的变化如何？ 解：①当 VI的正常值为10V，利用恒压降模型，VD≈0.7V 。可得Q点上的电流为: ②在此Q点上，二极管的微变电阻为 ③VI有±1V的波动，可视为一峰-峰值为2V的交流信号作用于由R和rD组成的分压器上