第一章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)(編輯修改稿)
2024-08-28 17:46 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 從所示二極管的伏安特性曲線上看出。 39 半導(dǎo)體二極管的參數(shù) 半導(dǎo)體二極管的參數(shù)包括最大整流電流 IF、 反向擊穿電壓 UBR、 最大反向工作電壓 UR、 反向電流 IR、 最高工作頻率 fmax和結(jié)電容 Cj等 。 幾個(gè)主要的參數(shù)介紹如下： (1) 最大整流電流 IF—— 二極管長(zhǎng)期連續(xù)工 作時(shí)，允許通過(guò)二 極管的最大整流 電流的平均值。 (2) 反向擊穿電壓 UBR——— 和最大反向工作電壓 UR 二極管反向電流 急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向 電壓值稱為反向擊穿 電壓 UBR。 為安全計(jì)，在實(shí)際 工作時(shí)，最大反向工作電壓 UR一般只按反向擊穿電壓 UBR的一半計(jì)算。 40 半導(dǎo)體二極管的參數(shù) (3) 反向電流 IR : 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安 (nA。109A)級(jí)；鍺二極管在微安 (?A)級(jí)。 (4) 正向壓降 UF：在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。小電流硅二極管的正向壓降在中等電流水平下，約 ～ ；鍺二極管約 ～ 。 (5) 動(dòng)態(tài)電阻 rd：反映了二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。顯然， rd與工作電流的大小有關(guān)，即 rd =?VF /?IF 41 二極管電路及其分析方法 簡(jiǎn)單的二極管電路如圖所示，由二極管、電阻和電壓源組成，其分析方法一般有兩種： 圖解法、模型法（等效電路法）。 DRV IA B+_VD42 I O VBR IS 1. 圖解法 圖示電路可分為 A、 B兩部分。 DRV IA B+_VDA部分的電壓與電流關(guān)系： VD=V IR B部分的電壓與電流關(guān)系就是二極管的伏安特性。 在二極管的伏安特性上畫(huà)出 VD=V IR ，如圖所示： (V,0) R V (0, ) Q ID VD 最后得出二極管兩端的電壓 VD和流過(guò)二極管的 電流 I，如圖所示。 43 2. 模型分析法 (1) 二極管的大信號(hào)模型： 根據(jù)二極管伏安特性，可把它分成導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)。 IDO0 . 7 V如圖所示， VD 截止 VD 導(dǎo)通 VD 截止 VD 導(dǎo)通 這就是二極管的大信號(hào)模型。 硅管 鍺管 44 大信號(hào)模型 所以二極管導(dǎo)通時(shí)，其上的電壓和流過(guò)它的電流 可表示為： 一般硅二極管正向?qū)▔航禐?~ 鍺二極管正向?qū)▔航禐?~ 以 10%的誤差。但如果 V足夠大，則 VD實(shí)際引入的誤差并不大。 RVIVV D??? 硅管 RVIVV D??? 鍺管 RVRVVI D ???如果 V (): 45 理想模型 I D O 理想二極管 大信號(hào)模型 46 二極管及二極管特性的折線近似 一、理想二極管 特性 uD iD 符號(hào)及 等效模型 S S 正偏導(dǎo)通， uD = 0；反偏截止， iD = 0 U(BR) = ? 二、二極管的恒壓降模型 uD iD UD(on) uD = UD(on) V (Si) V (Ge) UD(on) 三、二極管的折線近似模型 uD iD UD(on) ?U ?I IUr???D斜率 1/ rD rD UD(on) 47 小信號(hào)模型 (2) 二極管的小信號(hào)模型： 從二極管伏安特性上看出，二極管導(dǎo)通后，其電壓變化量與電流變化量之比近似于常數(shù)： 此時(shí)的二極管相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻，其阻值是正向特性曲線在工作點(diǎn)上的斜率的倒數(shù)，如圖所示。 dIdVIVDDDr ≈???48 二極管基本應(yīng)用 （限幅電路） 例 1：如圖所示： D2D1R+_Vi+_VoD1 D2 vi vo 1 .4 Vvo vi 49 二極管基本應(yīng)用 |vi |， D D2截止，所以 vo=vi | vi |， D D2中有一個(gè)導(dǎo)通，所以 vo = D1D2R+_+_例 2：如圖所示： vo vi D2 D1 0 .7 V 0 .7 Vvo vi 50 二極管基本應(yīng)用 2. 利用單向?qū)щ娦詷?gòu)成整流和開(kāi)關(guān)電路 不管輸入信號(hào)處于正或負(fù)半周，負(fù)載上得到的都是正向電壓。 全波整流電路： RLR1D1D2D3D4+_Vi+_Vovi vo D3 D4 D2 D1 vi vo 51 穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊硅二極管。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與硅二極管的伏安特性曲線完全一樣，穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線的反向區(qū)、符號(hào)和典型應(yīng)用電路如圖所示。 符號(hào) 應(yīng)用電路 伏安特性 52 穩(wěn)壓二極管參數(shù) 從穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線上可以確定穩(wěn)壓二極管的參數(shù)。 (1) 穩(wěn)定電壓 VZ —— 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流 IZ下，所 對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。 (2) 動(dòng)態(tài)電阻 rZ —— 其概念與一般二極管的動(dòng)態(tài)電阻相同，只不過(guò)穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。 rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 rZ =?VZ /?IZ (3)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù) —— ?VZ。 溫度的變化將使 VZ改變，在穩(wěn)壓管中當(dāng) ?VZ? ＞ 7 V時(shí)， VZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。當(dāng) ?VZ?＜ 4 V時(shí)， VZ具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。當(dāng) 4 V＜ ?VZ? ＜ 7 V時(shí)，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。 53 穩(wěn)壓二極管參數(shù) (4) 最大耗散功率 PZM ——穩(wěn)壓管的最大功率損耗取決于PN結(jié)的面積和散熱等條件。反向工作時(shí) PN結(jié)的功率損耗為 PZ= VZ IZ，由 PZM和 VZ可以決定 IZmax。 (5) 最大穩(wěn)定工作電流 IZmax 和最小穩(wěn)定工作電流 IZmin —— 穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率， 即 PZmax =VZIZmax 。而Izmin對(duì)應(yīng) VZmin。 若 IZ＜IZmin則不能穩(wěn)壓。 54 穩(wěn)壓管應(yīng)用 穩(wěn)壓管正常工作的兩個(gè)條件： a. 必須工作在反向擊穿狀態(tài)（利用其正向特性除外）； b. 流過(guò)管子的電流必須介于穩(wěn)定電流和最大電流之間。 典型應(yīng)用如圖所示： 當(dāng)輸入電壓 vi和負(fù)載電阻RL在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流發(fā)生變化，而穩(wěn)壓管兩端的電壓Vz變化很小，即輸出電壓vo基本穩(wěn)定。 RIR vRz LI I+_+_+_v Li oVz問(wèn)題：不加 R可以嗎？ 穩(wěn)壓條件是什么？ 電阻 R的作用一是起限流作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，通過(guò)該電阻上電壓降的變化，以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。 55 穩(wěn)壓管應(yīng)用 如果輸入電壓 Vi （ Vi VZ）確定，穩(wěn)壓管處于穩(wěn)壓狀態(tài)。 RIR vRz LI I+_+_+_
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