模电知识点总结（二）二极管

贾saisai

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分类专栏：硬件电路学习文章标签：单片机嵌入式硬件

于 2023-11-23 15:51:55 首次发布

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通俗不全面来说，PN结原理如下，N区的电子跑到P区的空穴，导致N区+，P区-的内部电场，该电场抑制电子的移动，所以外加电场要P+，N-抵消掉，才能使的电子自由运动，即导通。同时反向加电压会促使内建电场更强，不会导通。
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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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I_RM：最大反向恢复电流，T_RR：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。
r_D =200欧姆（不变的）V_th=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V_s，我们把只有V_DD工作时候的状态称为静态。

当V_s=V_m sin wt时（V_m<<V_DD）
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实际工作中会在Q‘和Q’‘之间移动

高频/开关

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r_s表示半导体电阻（忽略不计），r_d表示结电阻、C_D扩散电容、C_B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，c_d取决于扩散电容
反向偏置：rd较大，c_d取决于势垒电容

二极管应用

整流

半波整流电路：
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全波整流，采用那个经典电桥：

电阻R上的电压：

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r_z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

稳压状态下的等效电路：

可以应用在稳压电路上，只是功率比较小：

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比如稳压管稳压为5v，功率为0.5w，电流为100mA，所以绿色电阻控制在70欧姆就行，若稳压管最小电流为5mA，白色电阻电流最大为95mA，电阻最小也要53欧姆，比这个小稳压管就异常了。

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

不同照度下的电流：（灵敏度0.1uA/lx）

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

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

二极管的种类

1.恒流二极管：可以用在恒流驱动LED上
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2.普通二极管：整流和线圈续流的领域

3.肖特基二极管：内部不是PN结，是金属和N型半导体，所以更薄，反向耐压也差一些，100V，高频低压

4.快恢复二极管：反向恢复时间大致100ns，不如肖特基，但是耐压可达1000V，低频高压
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5.TVS：瞬态电压抑制二极管，用在防静电上，上千伏，上万伏

6.齐纳二极管：稳压二极管，工作在反向偏置的状态

7.发光二极管

8.光电二极管：光能转电能

9.变容二极管：工作在反向偏置状态，耗尽层的厚度变化引起二极管结电容的大小，用在压控振荡器，可以用电压控制
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