模电第一章技术总结.pptVIP

* 1.3.2半导体二极管的模型 分段线性模型 为进一步提高分析精度，考虑二极管的压降VD和导通电阻rD PN结的体电阻rS与理想PN结的动态电阻rd之和 ，得到大信号折线化模型 * 1.3.2半导体二极管的模型 以上介绍的模型能在整个v-i平面上反映二极管的伏安特性（未考虑反向击穿），这类模型称为全模型，或大信号模型，用来近似表示二极管在安全工作范围内电压与电流之间的关系。 在工程应用的近似分析中，二极管的理想化模型、恒压降模型、分段线性模型三种等效电路比较起来： 理想化模型误差最大 分段线性模型误差最小 一般情况下多采用恒压降模型 * 1.3.2半导体二极管模型 应用举例 例1.3.1 例1.3.2 * 例1.3.1 电路如下图所示，设二极管导通电压降Vth 0.7V。采用恒压降模型，试估算开关闭合前后输出电压Vo为多少？ * 例1.3.1 解: 当开关断开时，二极管两端加正向电压导通， Vo Vi-Vth （4-0.7）V 3.3V 当开关闭合时，二极管两端加反向电压截止，因此 Vo V2 8V * 例1.3.2 电路如下图所示，输入电压 V，设二极管D为硅管，请分别使用理想化模型和恒压降模型（Vth 0.7V）求出电压Vo的波形。 * 例1.3.2 解： 使用理想化等效电路模型 当Vi＜0V时，二极管截止， Vo Vi； 当Vi≥0V时，二极管导通， Vo 0V。 * 例1.3.2 解： 使用恒压降等效电路模型 当vi＜0.7V时，二极管截止，vo vi； 当vi≥0.7V时，二极管导通，vo 0.7V。 输出波形如下图所示: * 例1.3.2 * 1.2.1PN结及其单向导电性 PN结的重要特性：单向导电性 PN结正偏时呈低阻，反偏时呈高阻 PN结具有单向导电性 * 1.2.2二极管的结构和类型 在PN结上加上引线和封装即为二极管 分类：点接触型、面接触性、平面型 1 点接触型二极管 二极管的电路符号 点接触型二极管的PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。 * 1.2.2二极管的结构和类型 2 面接触型二极管 3 平面型二极管 面接触型二极管PN结面积大，用于低频大电流整流电路。 平面型用于集成电路制造工艺，PN结面积可大可小，用于整流和开关电路 * 1.2.3二极管的伏安特性 二极管的电流方程 室温下： 硅Is 0.1微安 锗Is几十微安 式中Is为反向饱和电流， VD为PN结两端的电压降，VT kT/q为温度的电压当量，k为玻尔兹曼常数，q为电子电荷量，T为热力学温度 室温下，T 300K， VT 26mV T 290K， VT 25mV * 1.2.3二极管的伏安特性 二极管的电流方程 正向时 反向时 伏安特性曲线 非线性，不符合欧姆定律 二极管的伏安特性曲线 注意：非线性模型的线性化问题 * 1.2.4二极管的反向击穿特性 PN结加反向电压时 外加电压有一部分降落到PN结区，PN结内电场方向相同，加强了内电场，PN结呈现高阻性，iD基本上为常数。 若反向电压vD过大，流过PN结的电流iD急剧增加，直至发生击穿 电击穿可逆，可制成稳压管 齐纳击穿 雪崩击穿 热击穿 不可逆，毁坏二极管 * 1.2.4二极管的反向击穿特性 电击穿：雪崩击穿 产生条件 掺杂浓度较低的PN结 反向电压足够大 产生机理 对于掺杂浓度低的PN结，空间电荷区足够宽 随场强增大，少子在电场中的漂移速度加快，发生碰撞电离，引起连锁反应 击穿电压V BR 6V 雪崩击穿电压具有正温度系数 * 1.2.4二极管的反向击穿特性 电击穿：齐纳击穿 产生条件 掺杂浓度很高的PN结 反向电压足够大 产生机理 对于掺杂浓度很高的PN结，空间电荷区较窄； 随场强加大，这个场强可能把空间电荷区中的原子的价电子直接从共价键拉出，形成大量电子-空穴对 击穿电压V BR 6V 齐纳击穿电压具有负温度系数 * 1.2.4二极管的反向击穿特性 热击穿 产生条件 PN结产生的热量无法及时散出 产生机理 PN结功耗过大，结温过高，产生热击穿，使PN结损坏 避免方法 限制iD，加散热片等 * 1.2.4二极管的温度特性 温度对反向特性的影响 温度升高，反向电流IS增加，二极管温度每上升10℃，反向电流将增加约一倍。 原因：热激发产生的载流子增加，IS增加 温度对正向特性的影响 温度升高时，正向电流增大；若电流iD保持恒定，则二极管的正向压降将减小，每增加1℃，正向压降vD大约减小2.5mV，即具有负的温度系数 的变化较小 * 1.2.4二极管的电容效应 PN结具有一定的电容效应，包括两方面： 势垒电容CT 势垒区电荷量Q随外加电压变化的电容效应 扩散电容CD 中性区内非平衡载流子随外加电压变化的电容