模电知识点总结(二)二极管

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  • 系列文章目录
  • 二极管
  • 二极管电路分析方法
    • 理想模型
    • 恒压降模型
    • 折线模型
    • 小信号模型
    • 高频/开关
  • 二极管应用
    • 整流
    • 限幅/钳位
    • 开关
    • 齐纳二极管
    • 变容二极管
    • 肖特基二极管
    • 光电器件
      • 光电二极管
      • 发光二极管
      • 激光二极管
      • 太阳能电池


二极管

硅二极管:死区电压:0.5V,正向导通压降为0.7V,硅二极管的反向电流更小

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锗二极管:死区电压:0.1V,正向导通压降为0.2V,对温度的稳定性较差,储量也少,不如沙子,虽然看下图的效果是不错。
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二极管常见的几个参数:
最大整流电流:长期运行时,允许通过的最大正向平均电流,否则会过热烧坏
反向击穿电压:芯片手册上的最高反向工作电压约为击穿电压的一般,保证安全运行
反向电流:未击穿时的反向电流,越小代表单向导电性越好,温度升高会增加反向电流
极间电容:高频或开关状态应用的时候要考虑
反向恢复时间:由于PN结电容效应,二极管电压极性反转的时候,会产生较大的反向电流,之后才能截止
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IRM:最大反向恢复电流,TRR:反向恢复时间

二极管电路分析方法

图解法就不介绍了,只适合一些简单的二极管电路,没啥用,还要知道二极管的I-V曲线才能计算,不如根据实际工程使用简化模型进行分析

理想模型

正向导通压降为0,反向导通压降为无穷

恒压降模型

二极管导通后,硅二极管恒压降0.7V,锗二极管恒压降0.2V,这个时候电流是大于等于1mA的
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折线模型

在恒压降模型上,加入了一个内阻,更准确一些。
rD =200欧姆 (不变的)Vth=0.5V
电源电压远大于二极管压降的时候,恒压降模型和折线模型没啥区别,但是恒压降模型更简单,主要还是看你所要计算的精度了。
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小信号模型

前三个是大信号模型,仅考虑小信号变化时所建立的模型称为小信号模型,电路在一定的直流工作情况下再叠加一个小的变化状态。应用在更细致的分析中:

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如果串联了一个交流小信号源Vs,我们把只有VDD工作时候的状态称为静态。

当Vs=Vm sin wt时(Vm<<VDD
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实际工作中会在Q‘和Q’‘之间移动
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高频/开关

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rs表示半导体电阻(忽略不计),rd表示结电阻、CD扩散电容、CB势垒电容、
常用模型中Cd包括扩散电容和势垒电容的效果

正向偏置:rd较小,cd取决于扩散电容
反向偏置:rd较大,cd取决于势垒电容

二极管应用

整流

半波整流电路:
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限幅/钳位

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开关

常采用假设法:(说白了就是碰运气分析,把所有能工作的情况分析一次)
假设二极管截止,相当于开路,分析其电压对不对,是否能让其截止
假设二极管导通,计算其电流值,是否大于0

齐纳二极管

专门用于稳压,又叫稳压管,反接在电路中,利用其反向击穿的特性,这个时候其电压近乎稳定在一定值,电流会有明显增大(所以需要限流),图上的rz只有在稳压值较大的时候可以忽略,一般情况下都忽略了
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并联式稳压电路:这里的R是限流电阻,将稳压管的电流限制在一定范围内,芯片手册会给稳定电流的范围,电流太小了可能无法击穿
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稳压状态下的等效电路:
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变容二极管

结电容随反向电压的增加而减小,一般在5~300PF之间,例如:彩电的电子调谐器,利用直流电压控制二极管结结电容量实现改变谐振频率
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肖特基二极管

又称金属-半导体二极管,表面势垒二极管
特点:
电容效应特别小、工作速度非常快,适合高频或开关
正向导通门坎电压和压降都比较低,但同时其反向击穿电压较低,反向漏电流也较大
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光电器件

光电二极管

将光转换为电,反向电流和照度成正比
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下图为电路模型:也就是有相当有一个恒流源
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不同照度下的电流:(灵敏度0.1uA/lx)
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发光二极管

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工作电流一般在几mA到几十mA之间,应用在光缆传输脉冲信号,与光电二极管配合完成信号传递
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激光二极管

产生相干的单色光信号,适合光缆传输,主要发射的是红外线,应用在DVD播放机和光驱,激光打印机的打印头
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太阳能电池

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光照射的时候会产生光电流

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