半导体二极管及其应用详解

同一型号的管子，参数也存在一定的分散性，因此手册常给出某个参数的范围，半导体二极管的主要参数有以下几个

1.最大整流电流IDM

IDM指的是二极管长期工作时，允许通过的最大的正向平均电流。在使用时，若电流超过这个数值，将使PN结过热而把管子烧坏

2.反向工作峰值电压VRM

VRM是指管子不被击穿所允许的最大反向电压。一般这个参数是二极管反向击穿电压的一半，若反向电压超过这个数值，管子将会有击穿的危险。

3.反向峰值电流IRM

IRM是指二极管加反向电压VRM时的反向电流值，IRM越小二极管的单向导电性愈好。IRM受温度影响很大，使用时要加以注意。硅管的反向电流较小，一般在几微安以下，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。

4.最高工作频率ƒM

二极管在外加高频交流电压时，由于PN结的电容效应，单向导电作用退化。ƒM指的是二极管单向导电作用开始明显退化的交流信号的频率。
4.1.5　二极管的等效电路及其应用

由于二极管的伏安特性是非线性的，为了分析计算方便，在特定的条件下，我们可以将其线性化处理，视为理想元件。

1.理想二极管等效电路

在电路中，若二极管导通时的正向压降远小于和它串联元件的电压，二极管截止时反向电流远小于与之并联元件的电流，那么可以忽略管子的正向压降和反向电流把二极管理想化为一个开关，当外加正向电压时，二极管导通，正向压降为0，相当于开关闭合，当外加反向电压时，二极管截止，反向电流为0，相当于开关断开，理想二极管的等效电路如图4-4。利用理想二极管表示实际二极管进行电路的分析和计算可以得出比较满意的结果，但稍有一些误差。

2.二极管应用电路举例

二极管的应用范围很广，主要都是利用它的单向导电性。下面介绍几种应用电路。

(1) 限幅电路：限幅器的功能就是限制输出电压的幅度。

例4-1　图4-5(a)就是利用二极管作为正向限幅器的电路图。已知vi = Vmsinωt，且Vm>VS　，试分析工作原理，并作出输出电压vo的波形。

解：a) 二极管导通的条件是vi>VS，由于D为理想二极管，D一旦导通，管压降为零，此时vo = VS

b) 当vi≤VS时，二极管截止，该支路断开，R中无电流，其压降为0。 所以vo =vi

c) 根据以上分析，可作出vo的波形，如图4-5(b)所示，由图可见，输出电压的正向幅度被限制在VS值。

注意：作图时，vo和vi的波形在时间轴上要对应，这样才能正确反映vo的变化过程。

(2) 二极管门电路

门电路是一种逻辑电路，在输入信号(条件)和输出信号(结果)之间存在着一定的因果关系即逻辑关系。在逻辑电路中，通常用符号0和1来表示两种对立的逻辑状态。用1表示高电平，用0表示低电平，称为正逻辑，反之为负逻辑。

基本的逻辑关系有三种：与逻辑、或逻辑、非逻辑。与此相对应的门电路就有与门、或门、非门。由这三种基本门电路可以组成其他多种复合门电路。

例4-2 图 4-6所示为最简单的与门电路及逻辑图符号。它是由二极管D1、D2和电阻R及电源VCC组成。图中A、B为两个输入端，F为输出端。设VCC=5V，A、B输入端的高电平(逻辑1)为3V，低电平(逻辑0)为0V， 并忽略二极管D1、D2的正向导通压降。试分析电路的输入与输出之间的关系。

解：(1)当输入端A、B均为低电平0时，即VA = VB = 0V时，二极管D1、D2均为正向偏置而导通，使输出端F的电压VF = 0V，即输出端F为低电平0。

(2)当输入端A为低电平0，B为高电平1，即VA = 0V，VB = 3V时，D1阴极电位低于D2阴极电位，D1导通，使VF = 0V，因而D2为反向偏置而截止，输出端F为低电平0。

(3)当输入端A为高电平1，B为低电平0，即VA = 3V，VB = 0V时，D1、D2的工作情况与(2)相反，输出端F仍为低电平0。

(4)当输入端A、B均为高电平1时，即VA = VB = 3V时，D1、D2均为正向偏置而导通，使输出端F的电压VF = 3V，即输出端F为高电平1。

从上述分析可知，只有当所有输入端都是高电平1时，输出端才是高电平1，否则输出端均为低电平0。这种“只有当决定一事件结果的所有条件都满足时，结果才发生”的逻辑关系称为与(And)逻辑，与门电路满足与逻辑关系。与逻辑也称为逻辑乘、与运算。通常用符号“· ”表示，设A、B、F分别为逻辑变量，则与运算的表达式可写成以下形式：

F=A·B 或 F=AB

上式读作F等于A与B。逻辑与的含义是：只有输入变量A、B都为1 时，输出变量F才为1;只要A、B中有一个为0，F便为0。换言之，也就是“有0出0，全1出1”。这一结论也适合于有多个变量参加的与运算。

表4-1列出了图4-6所示电路输入与输出逻辑电平的关系。但在逻辑电路分析中，通常用逻