2022-2023学年高二物理竞赛课件：二极管基本电路及其分析方法

二极管基本电路及其分析方法 二极管基本电路及其分析方法 简单二极管电路的图解分析方法 二极管电路的简化模型分析方法 应用举例 3 二极管的伏安特性 （1）正向特性 a、外加正向电压较小时，正向电流很小,几乎为零 b、反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。 b、正向电压超过一定值后，正向电流 随着正向电压增大迅速上升。 （2）反向特性 a、外加反向电压时， PN结处于截止状态，反向电流很小； 显然二极管的伏安特性不是直线，因此属于非线性电阻元件。 导通后二极管的正向压降变化不大，硅管约为0.6～0.8V，锗管约为0.2～0.3V。温度上升，死区电压和正向压降均相应降低。 死区电压:硅管约为0.5V，锗管约为0.2V。 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 4 U I 硅管0.5V,锗管0.1V。 硅0.6~0.7V,锗0.2~0.3V。 反向击穿 电压U(BR) 导通压降 死区电压 外加电压大于死区电压二极管才能导通。 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。 反向电流在一定电压范围内保持常数。 2、特性曲线 3. PN结方程（近似） 注 意 Vth = 0.5V（硅） Vth = 0.1V（锗） 1. 死区电压（门坎电压） 2. 反向饱和电流 硅：0.1A；锗：10A 5 二极管的主要参数 (1) 最大整流电流IF (2) 反向击穿电压VBR (3) 反向电流IR (4) 正向压降VF 在室温，规定的反向电压下，最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。 在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。 二极管连续工作时，允许流过的最大整流电流的平均值。 二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。 (5) 极间电容C r c 二极管的高频等效电路 6 分析思路： 把电路分为线性和非线性 　两部分 非线性 线性 (2)写出线性部分直线方程 (3) 作图：画直线，与二极管特性曲线的交点为Q点. 负载线 直流负载线：反应电流 ID 和VD的变化关系 iD uD = VDD  iDR 二极管电路的图解分析 7 iD / mA 12 8 4 0 0.3 0.6 uD / V 1.2 0.9 M N 直流负载线 斜率 1/R 静态工作点 Q IQ UQ 二极管电路的图解分析 1.2V 100  iD (作图过程) 用图解法确定静态值  做二极管的特性特性曲线 iD = f (uD)  在特性曲线上，作出负载线： uD = VDD  iDR  与特性曲线的交点即为Q点， IQ 、VQ 。 符号及 等效模型 S S 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法 (1) 理想模型 1.二极管V- I 特性的建模 理想二极管在电路中相当于一个理想开关： 外加电压大于零，就导通，管压降为0V——开关闭合； 当反偏时，二极管截止，其电阻为无穷大——开关断开。 当二极管正向电压和正向电阻与外接电路的等效电阻相比均可忽略时，这样的二极管可称为理想二极管。 uD iD Vth 9 uD = Vth 0.7 V (Si) 0.2 V (Ge) (2) 恒压降模型 uD iD 当二极管的正向压降与外加电压相比不能忽略，而正向电阻与外接电阻相比可忽略时，可用由理想二极管和电压源UF串联构成的模型来近似替代。 正向压降不再认为是0，而是接近实际工作电压的某一定值UF，且不随电流变化。 Vth 只有当电流 iD 近似等于或大于1mA时,该模型才是正确的。 Vth 10 uD iD U I 斜率1/ rD Vth (3) 折线模型 rD Vth 为了较真实地描述二极管V-I特性，在恒压降模型的基础上，作一定的修正，认为二极管的管压降不是恒定的，而是随着二极管电流的增加而增加，所以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，约为0.5V。当二极管的导通电流为1mA时，管压降为0.7V，rD的值可计算如下 11 (4) 小信号模型 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。 即 根据 得Q点处的微变电导 则 常温下(T=300K) 11 3.4.3 应用举例 1. 二极管的静态工作情况分析 理想模型 （R=10k） VDD=10V 时 恒压模型 （硅二极管典型值） 折线模型 （硅二极管典型值） 设 死区电压 反向特性 正向特性 0 I /mA 40 30 20