2022-2023学年高二物理竞赛课件：晶体二极管电路的分析方法

晶体二极管电路的分析方法 晶体二极管电路的分析方法 晶体二极管的内部结构就是一个PN结。就其伏安特性而言，它有不同的表示方法，即可表示为不同形式的模型：四个。 适用于任一工作状态的伏安曲线模型； 便于计算机辅助分析(CAA)的数学模型； 直流简化电路模型； 交流小信号电路模型。 电路分析时采用的 晶体二极管模型 模型？例：R理想 ，V太大？f太高,分布？噪声？ 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 温度每升高1℃，Von约减小2.5mV。公式？ 温度每升高10℃，IS约增加一倍。公式？ 硅管：12℃ 锗管：8℃ 式(1-2-7)中，当V一定，T升高，VT不明显，但IS增加很大。故曲线在左。 念书P19 PN结的温度特性 一、PN结伏安特性的温度特性 PN结的温度特性 雪崩击穿电压具有正温度系数。 因为T  载流子运动的平均自由路程 V(BR)。 齐纳击穿电压具有负温度系数。 因为T  价电子获得的能量 V(BR)。 击穿电压的温度特性 PN结的电容特性 势垒区内空间电荷量随外加电压变化产生的电容效应。 一、势垒电容CT （反偏） 二、扩散电容CD 正偏，P多子扩散(注入)N 阻挡层外（P区和N区）贮存的非平衡电荷量,随外加电压变化产生的电容效应。 CT(0) CT V 0 xn 少子浓度 x 0 -xp P+ N (1-2-10) (1-2-12) 多子扩散>>少子漂移 几千PF 几十PF 阻挡层内。 (1-2-11) 5 加动画 1.2.5 PN结的电容效应 (1) 势垒电容CT 反偏 势垒电容示意图 扩散电容示意图 (2)扩散电容CD 正偏 阻挡层内。 阻挡层外。 三、PN结电容 PN结反偏时，CT >> CD ，则 Cj ≈ CT PN结总电容： Cj = CT + CD PN结正偏时，CD >> CT ，则 Cj ≈ CD 故：PN结正偏时，以CD为主。 故：PN结反偏时，以CT为主。 通常：CD ≈几十PF ~ 几千PF。 通常：CT ≈几PF ~ 几十PF。 四、变容二极管：应用:电子调谐等(高频)。 (1-2-13) 7 加动画 PN结的开关特性 理想的开关特性 一、数学模型—伏安特性方程式 理想模型： 修正模型： 串联rS —体电阻 + 引线接触电阻 + 引线电阻 其中：n —非理想化因子 I 理想时: n 1 I 过小或过大时:n2 注意：考虑到阻挡层内产生的自由电子空穴对及表面漏电流的影响，实际IS理想IS。 1.3.1 晶体二极管模型 (1-3-1) (1-2-6) 工程上 理想时rS=0 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 二、曲线模型—伏安特性曲线 V(BR) I (mA) V(V) VD(on) -IS 当V >VD(on)时 二极管导通； 当V < VD(on)时 二极管截止； 当反向电压V  V (BR)时 二极管击穿。 2、晶体二极管的伏安特性曲线，通常由实测得到。 工程上 VD(on)= Von 1、(1-3-1)可画出伏安特性曲线。n=1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 ＶD(on) 0.7 V (Si) 0.25 V (Ge) uD iD ＶD(on) U I 斜率1/ RD 1、直流简化电路模型: 提出?非线性器件，导通后，伏安曲线的非线性第二位。用两条折线（近似）。 三、等效电路模型: uD iD 符号及 等效模型 S S 定义:理想二极管 (1)正偏,V>0,导通,短路,0； 反偏,V<0,截止,开路,∞ (2)当反偏V≤0, i=0; 当i≥0,V=0 $