2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体二极管

半导体二极管 半导体二极管的主要参数 最大整流电流IF：允许通过的最大正向平均电流 最大反向工作电压UR：二极管在使用时所允许的最大反向电压(瞬时值) 反向电流 IR：即IS 最高工作频率fM：由PN结电容决定的频率参数 直流电阻 交流电阻 静态工作点 （动态电阻、微变电阻） IDQ↑、UDQ↑→RD↓ rd ↓→非线性 半导体二极管 理想 二极管 近似分析中最常用 理想开关 导通时 UD＝0截止时IS＝0 导通时UD＝Uon 截止时IS＝0 应根据不同情况选择不同的等效电路！ 1.3.4 半导体二极管的等效电路 导通时i与u成线性关系 (1)理想模型 (2)恒压降模型 (3)折线模型 适用于电源电压远大于二极管的管压降 只有当二极管的电流iD≥1mA才是正确的 二极管的导通电压随其电流而变 这些模型用于直流分析或交流输入信号幅度较大的电路（如整流、限幅） 1.3 半导体二极管 (4) 小信号等效电路模型 Q越高，rd越小。 ui=0时直流电源作用 小信号作用 当二极管在静态基础上有一小幅度交流信号作用时，可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也即微变(小信号)等效电路。 当信号频率较低时，CJ的容抗远大于rd, CJ可视为开路 ,二极管的低频小信号模型只由rd组成。 1.3 半导体二极管 (1) 电路符号与伏安特性 由一个PN结组成，反向击穿后在一定的电流范围内端电压基本不变,实现稳压。 (2) 主要参数 稳定电压UZ 最小稳定电流IZm 最大功耗PZM＝ IZM UZ 动态电阻rz＝ΔUZ /ΔIZ 1.3.5 稳压管 ­ ® ¯ 稳压性能 Z r IZ<IZm ，VS稳压性能差 IZ>IZM，即PZ>PZM ,VS会烧毁。 最大允许电流IZM 工作电流IZ应 IZm≤IZ≤IZM ---- 由限流电阻保证 稳压管应用注意事项： (1)选取稳压值UZ=UO ，且VS与RL并联； (2) VS 反偏，且UI>UZ(一般UI≥1.5UZ)； (3)稳压电路由限流电阻R与VS 串联构成。 1.3 半导体二极管 应用----并联型稳压电路 UImin～UImax ILmax～ILmin RLmin～RLmax 如何取R值，才能保证IZm≤IZ≤IZM ？ 入手点：令 IZmin ≥ IZm IZmax ≤ IZM 由 UI = UR + UZ IR = IZ + IL 当UI=UImin，IL=ILmax时，IZ=IZmin 当VI=VImax，IL=ILmin时，IZ=IZmax 令 IZmax≤IZM Rmin ≤ R ≤ Rmax 1.3 半导体二极管 令 IZmin≥IZm 讨论一 判断电路中二极管的工作状态，求解输出电压。 判断二极管工作状态的方法？ 讨论二 1. 已知V＝2V, 二极管的导通电压UD=0.7V, 二极管中的直流电流为多少？ 2. 若输入电压为正弦波, 其有效值为Ui=10mV，则流过二极管中的交流有效值为多少？最大值为多少? 1.4 半导体二极管的典型应用 1.4.1 二极管整流电路 利用二极管的单向导电性将交流电压变成单一极性的直流脉动电压----整流。 电路实现半波整流功能。 1.4 半导体二极管的典型应用 1.4.2 二极管限幅和钳位电路 限幅电路的传输特性 二极管限幅电路及波形图 电路实现限幅和钳位功能。 1.4 半导体二极管的典型应用 1.4.3 稳压管稳压电路 【例1-1】已知稳压管的稳定电压UZ =5.1V，最小稳定电流 IZm =5mA；最大允许电流IZM=25mA ;负载电阻RL=600Ω 。求限流电阻R的取值范围。 解： $