半导体与半导体二极管

第五节　二极管基本电路及其分析方法

　　在电子技术中，二极管电路得到广泛的应用。本节只介绍几种基本的电路，如限幅电路、开关电路、低电压稳压电路等。

　　二极管是一种非线性器件，因而二极管电路一般要采用非线性电路的分析方法。这里主要介绍比较简单理想模型和恒压模型分析法。

一、二极管正向特性的数学模型

1、理想模型--理想的开关　

　　图2.10表示理想二极管的VI特性和符号，其中的虚线表示实际二极管的VI特性。由图中可见，在正向偏置时，其管压降为OV，而当二极管处于反向偏置时，认为它的电阻为无穷大，电流为零。在实际的电路中，当电源电压远比二极管的管压降大时，利用此法来近似分析是可行的。

2、恒压模型--其正向压降为0.7V(硅管)　

　　这个模型如图2.11所示，其基本思想是当二极管导通后，其管压降认为是恒定的，且不随电流而变，典型值为0.7V，不过，这只有当二极管的电流iD近似等于或大于1mA时才是正确的。 该模型提供了合理的近似，因此应用也较广。

二、模型分析法应用举例

1、静态工作点分析

　　电路如图2.12所示，请分别用二极管的理想模型和恒压模型分析其静态工作点。

（1）使用理想模型得：VD=0V，ID=VDD/R

（2）使用恒压模型得：VD=0.7V，ID=（VDD-VD）/R

　　上述的计算结果表明：VDD>>VD时，使用恒压模型较好，因此，根据实际情况选择合适的模型是关键。

2、模型分析法应用举例

例题1：如果图示电路(a)中设二极管为恒压模型。求电路中输出的电压Vo值说明二极管处于何种状态？

解：假设先将A、B断开，则VA = -10V, VB = -5V，∴VAB= VA-VB= -5V，可见重新接入后二极管将处于反向截止状态：电路中电流为0（反向电阻无穷大），∴电阻R上的压降为0，Vo = -5V成立。

例题2：如果图2.13所示电路(b)中设二极管为恒压模型。求电路中输出的电压Vo值说明二极管处于何种状态？

解：∵将D1、D2断开，VB1A＝9V，VB2A= -12-(-9)=-3V ∴将D1、D2接入后，D1导通，D2截止，VA被D1箝位在－0.7V上。∴Vo= VA= -0.7V成立。　　　　　　　　　　

第六节　特殊二极管

　　除前面所讨论的普通二极管外，还有若干种特殊二极管，如齐纳二极管、变容二极管、光电子器件(包括光电二极管、 发光二极管和激光二极管)等，本节主要讨论齐纳二极管及其应用。　　　　　

一、齐纳二极管

　　齐纳二极管又称稳压二极管，是一种特殊的面接触型硅晶体二极管。由于它有稳定电压的作用，经常应用在稳压设备和一些电子线路中。
　　 　　

　　稳压二极管的特性曲线与普通二极管基本相似，只是稳压二极管的反向特性曲线比较陡。　　　　

　　稳压二极管的正常工作范围，是在伏安特性曲线上的反向电流开始突然上升的A、B段。 这一段的电流， 对于常用的小功率稳压管来讲，一般为几毫安至几十毫安。

1、稳压二极管的主要参数

　　（1）稳定电压Vz
　　稳定电压就是稳压二极管在正常工作时，管子两端的电压值。这个数值随工作电流和温度的不同略有改变，既是同一型号的稳压二极管，稳定电压值也有一定的分散性， 例如2CW14硅稳压二极管的稳定电压为6～7.5V。

　　（2）耗散功率PM
　　反向电流通过稳压二极管的PN结时，要产生一定的功率损耗，PN结的温度也将升高。　根据允许的PN结工作温度决定出管子的耗散功率。通常小功率管约为几百毫瓦至几瓦。

　　（3）稳定电流IZ、最小稳定电流IZmin、大稳定电流IZmax
　　稳定电流：工作电压等于稳定电压时的反向电流；
　　最小稳定电流：稳压二极管工作于稳定电压时所需的最小反向电流；
　　最大稳定电流：稳压二极管允许通过的最大反向电流。

2、稳压二极管的应用　　　　　　　　　　

　　稳压管常用在整流滤波电路之后，用于稳定直流输出电压的小功率电源设备中。

　　如图由R、Dz组成的就是稳压电路，稳压管在电路中稳定电压的原理如下：

　　只要R参数选得适当，就可以基本上抵消Vi的升高值，因而使Vo基本保持不变。

　　可见，在这种稳压电路中， 起自动调节作用的主要是稳压二极管Dz，当输出电压有较小的变化时， 将引起稳压二极管电流Iz的较大变化，通过限流电阻R的补偿作用，保持输出电压Vo基本不变。

限流电阻R的选择：

　　1、当I0 = I0min、VI = VImax 时 要求：

　　2、当I0 = I0max、VI = VImin 时 要求：

故R的取值范围为：