二极管基础及等效电路分析
二极管的组成
点接触:结面积小,结允许电流小,结电容小,最高工作频率高
面接触性:结面积大,结允许电流大,结电容大,最高工作频率低
平面型:结面积可小、可大,小的工作频率高,大的结允许的电流大
二极管的伏安特性
二极管的电流与其端电压的关系 i=f (u)称为伏安特性。是一种非线性关系。
工作区域划分
当外加正向电压很低时,由于外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动的阻力,故正向电流很小几乎为零。这一区域称之为死区。
外加正向电压超过死区电压时,内电场大大削弱,正向电流迅速增长,二极管进入正向导通区。电压再继续增加时,电流迅速增大,而二极管端电压却几乎不变,此时二极管端电压称为导通压降。
在二极管两端加反向电压时,将有很小的、由少子漂移运动形成的反向饱和电流(Is)通过二极管。
材料 | 反向饱和电流 |
---|---|
硅Si | 1µA以下 |
锗Ge | 几十µA |
★随温度的上升增长很快
★在反向电压不超过某一范围时,反向电流的大小基本恒定
外加反向电压超过反向击穿电压UBR时,反向电流突然增大,二极管失去单向导电性,进入反向击穿区。
★电击穿(可逆)
雪崩击穿(掺杂浓度低)
齐纳击穿(掺杂浓度高)
★热击穿(不可逆)
二极管的电流方程
伏安特性受温度的影响
温度升高,载流子速度加快,在电压不变的情况下,电流增大,正向特性左移;反向饱和电流增大,反向特性下移。
二极管动态电阻和静态电阻
二极管的主要参数
最大整流电流 IF
二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向平均电流。
最高反向工作电压UR
是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压,一般是UBR的一半或三分之二。
反向电流IR
指二极管加规定工作电压时的反向电流。
最高工作频率fM
主要决定于PN结的结电容的大小。 若二极管的工作频率超过该值,则二极管的单向导电性能将变得较差。
二极管选择的原则
★ 要求导通压降较小时选锗管,要求反向电流小时选硅管。
★ 要求工作电流大时选面接触型,要求工作频率高时选点接触型。
★ 要求反向击穿电压高时选硅管。
★ 要求温度特性好时选硅管。
二极管电路分析
静态:放大电路没有输入信号时,电路中各点的电流和电压是直流信号,称为直流工作状态或静止工作状态,简称静态。
动态:放大电路有输入信号时,电路中的电压和电流随交流信号而变化,称为动态。
重要理念:先静态后动态
符号规定 电路中各处的往往由直流量和交流量叠加而成
IB 直流分量(符号大写、下标大写)
ib 交流分量瞬时值(符号小写、下标小写)
iB 电流的总瞬时值(符号小写、下标大写)
Ib 交流有效值(符号大写、下标小写)
Ibm 交流幅值
二极管电路图解分析方法
图解分析是利用器件的伏安特性曲线和外电路的特性曲线,通过作图的方法求解电路问题。
步骤:
(1)静态分析。 假设交流信号为0,得到直流通路。结合外电路的特性曲线,得到静态工作点Q(ID,VD)。
(2)动态分析。 直流电源置0,得到交流通路。在静态工作点基础上,进行小信号分析。
优点:直观,帮助理解电路参数对性能的影响;
缺点:有作图误差,某些参数无法求取;
前提:已知器件的实际伏安特性曲线。
二极管等效模型
具有局部线型的特征
等效电路:选择合适的元件,等效的反映设备或系统在特定工作区域的实际端口特性
建模——线性化——应用线性电路分析方法分析电路
理想模型
二极管正向导通时,其正向压降为零;二极管反向截止时,认为反向电阻为无穷大,反向电流为零,称为理想二极管。此时理想二极管相当于理想开关。
该模型主要用于信号幅值远远大于二极管的正向压降,可以忽略二极管正向压降和反向电流的电路中。
正偏时,管压降为0,电阻为0;反偏时,电阻无穷大,电流为0。
恒压降模型
认为二极管的正向压降为常数、反向电阻为无穷大、反向电流为0。此时二极管可以用一个理想二极管串联一个恒压源UD表示。
外加正向电压大于UD(on)时,二极管导通,电阻为0
外加电压小于UD(on)时,电流为0,二极管截止
折线化模型