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[解] 理想 恒压
VDD = 10 V IO = VDD/ R = 10 / 2 = 5 (mA) UO = 10 0.7 = 9.3 (V) IO = 9.3 / 2 = 4.65 (mA)
折线 IO = (VDD-Vth)/ (R+rd) = (10-0.5 )/ (2+0.2) = 4.318 (mA)
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2.4
二极管基本电路及其分析方法
二极管是一种非线性器件，一般采用非线性电路
分析方法。主要介绍模型分析法。 2.4.1 2.4.2 二极管V-I特性的建模 模型分析法应用举例
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2.4.1 二极管V-I特性的建模
1. 理想模型(ideal model)
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2.3 半导体二极管（Diode）
二极管 ：一个PN结就是一个二极管。
半导体二极管的类型与结构
二极管的V-I特性
★二极管的参数
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2.3.1 半导体二极管的类型与结构
硅管
(1) 按使用的半导体材料不同分为
锗管 面结型(junction type) 点接触型(point contact type)
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2
限幅电路
用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部分。
例3：理想二极管电路中 vi= Vm sinωt V，求输出波形v0。
vi
Vm
VR
解： Vi> VR时，二极管导通，vo=vi。
0
t
Vi< VR时，二极管截止， vo=VR。
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(1) 伏安特性
O
vD vF
(2) 代表符号
+
iD
vD
–
vF
当二极管导通后，管压降认为是恒定 的，且不随电流而变，典型值0.7V （硅管）， 只有当二极管的电流近似等于或大于 1mA时才是正确的。
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3. 折线模型(piecewise model) (1) 伏安特性 (2) 代表符号 +
(BR)
O
vD
反向特性
硅管0.5 V
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锗管0.1 V 返回
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(3) 导通后（即vD大于死区电压后） 即 vD略有升高， iD急剧增大。 iD
正向特性
死区 电压
O
硅管0.6~0 .8 V
正向导通电压 锗管0.2~0.3 V VF
击穿电压 U
vD
(BR)
通常近似取VF
硅管0.7 V 锗管0.2 V
反向特性
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2．反向特性
(1) 当 时， 硅管小于0.1微安 。 iD
正向特性
死区 电压
O
IS=
锗管几十到几百微安
击穿电压 V
(BR)
vD
反向特性
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3. 反向击穿特性
iD 反向电流急剧增大，叫做二 极管的反向击穿。击穿的类 型和PN结击穿相同。
O
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半导体二极管的命名方法
国家标准对半导体二极管的命名如下: 2 D G 110 B 汉语拼音字母表示规格号 阿拉伯数字表示器件的序号
汉语拼音字母表示器件的类型 用汉语拼音字母表示器件的材料和极性 阿拉伯数字表示器件的电极数目 第二位：A：N型锗管、B： P型锗管、 C： N型硅管、D： P型硅管 第三位：P：普通管、V：微波管、W：稳压管、C：参量管 D：低频大功率管、A：高频大功率管
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2.3.2 二极管的V-I特性
iD / mA
60 40 20 –50
iD / mA
15 10 5
– 50 – 25
–25
– 0.02 – 0.04 0 0.4 0.8 v / V D
–0.01 0 0.2 –0.02
0.4
vD / V
硅管的伏安特性
锗管的伏安特性
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iD Vth
rD vD
O
vD
rD Vth
–
iD
在恒压模型的基础上作一定的修正， 认为管压降不是恒定的，是随电流 的增加而增加，用一个电池和电阻 近似，电池的电压为门坎电压，约 为0.5V.电阻：
0.7V 0.5V rD 200 1mA
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4. 小信号模型(small signal model)（微变等效法） (1) 伏安特性
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UO = VDD1 UD(on)= 15 0.7 = 14.3 (V)
IO = UO / RL= 14.3 / 3 = 4.8 (mA)
I2 = (UO VDD2) / R = (14.3 12) / 1 = 2.3 (mA)
I1 = IO + I2 = 4.8 + 2.3 = 7.1 (mA)
例4：已知电路的输入波形为
试画出其输出波形。
vi ,二极管的VD 为0.6伏，
解：
Vi> 3.6V时，二极管导通，vo=3.6V。
Vi< 3.6V时，二极管截止， vo=Vi。 上页 下页 返回
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3
开关电路
利用二极管的 单向导电性可 作为电子开关
例5：求vI1和 vI2不同值组合 时的v0值（二极 管为理想模型）。
区的空间电荷随电压变化而
产生的电容效应的。
PN结交界处的势垒区是积累空 间电荷的区域，当PN结两端
vD
电压改变时，会引起积累在
PN结的空间电荷的改变，从 而显示出PN结的电容效应。
击穿电压 U
(BR)
反向特性
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6. 极间电容 （2）扩散电容CD 反映在外加电压的作用下 载流子在扩散过程中积累
正向特性
死区 电压
vD
击穿电压 V
(BR)
反向特性
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电击穿(可逆)
二极管发生反向击穿后，如果 a. 功耗PD( = |VDID| )不大 b. PN结的温度小于允许的最高结温 锗管75∽100oC 降低反向电压，二极管仍能正常工作。 热击穿（不可逆）
硅管150∽200oC
(1) 伏安特性 理想特性
O 在正向偏置时，管压降为0V，反向偏 置时，电阻无穷大，电流为零。 在实际电路中，当电源电压〉〉二极 管的管压降时，利用此法。 上页 下页 返回
iD
vD
实际特性
(2) 代表符号
+ vD –
iD
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2. 恒压模型(constant voltage model) iD
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半导体三极管的命名方法
国家标准对半导体二极管的命名如下: 3 D G 110 B 汉语拼音字母表示规格号 阿拉伯数字表示器件的序号
汉语拼音字母表示器件的类型 用汉语拼音字母表示器件的材料和极性 阿拉伯数字表示器件的电极数目 第二位：A：锗PNP管、B：锗NPN管、 C：硅PNP管、D：硅NPN管 第三位：X低频小功率管、G高频小功率管、Z：整流管、 K开关管
1 VT 26(mV ) rd g d I D I D (mA) (当T 300 K时)
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2.4.2 模型分析法应用举例
1 根据外加电压，判断二极管是否导通。 2 选择模型。
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例 1 硅二极管， R = 2 k，分别用二极管理 想模型、恒压模型和折线模型求出 VDD = 2 V 和 VDD = 10 V 时 IO 和 UO 的值。
(2) 按结构形式不同分为
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半导体二极管的结构
外壳 阳极 阳极引线 引线 PN结 金属 丝 （铝）
铝合金小球
N型锗片
N型硅
金锑合金 底座 阴极引线
阴极引线
点接触型
面接触型 上页 下页 返回
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半导体二极管的结构
PN结面积 小，结电 容小，用 于检波和 变频等高 频电路。
iD
正向特性
死区 电压
O
vD
反向特性
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5. 最高工作频率fM fM与结电容有关，当工作 iD
正向特性
死区 电压
Oቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
频率超过fM时，二极管的
单向导电性变坏。
击穿电压 U
vD
(BR)
反向特性
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6. 极间电容 （1）势垒电容CB:描述势垒 iD
正向特性
死区 电压
O
电压约为击穿电压的一半。
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3. 最大反向工作电压VR 为了确保管子安全工作，所 允许的最大反向电压。 VR=（1/2~2/3）V(BR) 4. 反向电流IR
未击穿时的反向电流。其值愈 小，管子的单向导电性愈好。 要注意温度的影响。 上页 下页 返回
击穿电压 U
(BR)