模擬電子技術(shù)第三章

1、3.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識3.3 二極管二極管3.4 二極管的基本電路及其分析方法二極管的基本電路及其分析方法3.5 特殊二極管特殊二極管3.2 PN結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性3.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識 3.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 3.1.2 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 3.1.3 本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用 3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 3.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 根據(jù)物體導(dǎo)電能力根據(jù)物體導(dǎo)電能力( (電阻率電阻率) )的不同，來劃分的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體有典

2、型的半導(dǎo)體有硅硅SiSi和和鍺鍺GeGe以及以及砷化鎵砷化鎵GaAsGaAs等。等。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。比如：它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。比如：當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。明顯變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導(dǎo)電能力明顯改變。它的導(dǎo)電能力明顯改變。現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。GeSi 3.1.

3、3 本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體晶體。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為本征本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體。在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵，共用一對價(jià)電子。，共用一對價(jià)電子。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)硅和

4、鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共共價(jià)鍵共用電子對用電子對+4+4+4+4+4+4表示除表示除去價(jià)電子去價(jià)電子后的原子后的原子共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為鍵中，稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為脫離共價(jià)鍵成為自由電子自由電子，因此本征半導(dǎo)體，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合

5、力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對在絕對0 0度（度（T=0KT=0K）和沒有外界激發(fā)時(shí)）和沒有外界激發(fā)時(shí), ,價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動的帶電粒子（即中沒有可以運(yùn)動的帶電粒子（即載流子載流子），），它的導(dǎo)電能力為它的導(dǎo)電能力為0 0，相當(dāng)于絕緣體。，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為為自由電子自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，同

6、時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為稱為空穴空穴。+4+4+4+4本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引臨近的電子空穴吸引臨近的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動，因此正電荷的移動，因此可以認(rèn)為空穴是載流可以認(rèn)為空穴是載流子。子。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即子，即自由電子自由電子和和空穴空

7、穴。溫度越高，載流子的濃度越高。因此本溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。濃度?？昭昭ü矁r(jià)鍵中的空位共價(jià)鍵中的空位。電子空穴對電子空穴對由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對。由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對。空穴的移動空穴的移動空穴的運(yùn)動是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電空穴的運(yùn)動是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次填子依次填充充空穴來實(shí)現(xiàn)的?？昭▉韺?shí)現(xiàn)的。 3.1.4

8、雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體。 N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。 P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。 1. N 1. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 因五價(jià)雜質(zhì)原子中因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電

9、子能與周只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無多余的一個(gè)價(jià)電子因無共價(jià)鍵束縛而很容易形共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。成自由電子。 在在N N型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中自由自由電子是多數(shù)載流子，電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原它主要由雜質(zhì)原子提供；子提供；空穴是少數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。由熱激發(fā)形成。 提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子正離子，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)。+4+4+5+4多余多余電子電子磷原子磷原

10、子 2. P 2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 因三價(jià)雜質(zhì)原子因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。一個(gè)空穴。 在在P P型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；它主要由摻雜形成；自由自由電子是少數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)形成。由熱激發(fā)形成。 空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)。三價(jià)雜質(zhì) 因而也稱為因而也稱為受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子總總 結(jié)結(jié)1

11、1、N N型半導(dǎo)體中電子是多子型半導(dǎo)體中電子是多子，其中大部分是摻雜提，其中大部分是摻雜提供的電子，本征半導(dǎo)體中受激產(chǎn)生的電子只占少供的電子，本征半導(dǎo)體中受激產(chǎn)生的電子只占少數(shù)。數(shù)。 N N型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中空穴是少子空穴是少子，少子的遷移也能，少子的遷移也能形成電流，由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要形成電流，由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。2 2、P P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。 本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體 本節(jié)中的有關(guān)概念本節(jié)中的有關(guān)概念 自由電子、空穴自由電

12、子、空穴 N N型半導(dǎo)體、型半導(dǎo)體、P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 多數(shù)載流子、少數(shù)載流子多數(shù)載流子、少數(shù)載流子 施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)end3.2 PN結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性 3.2.2 PN結(jié)的形成結(jié)的形成 3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?3.2.4 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 3.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 3.2.1 載流子的漂移與擴(kuò)散載流子的漂移與擴(kuò)散 3.2.1 載流子的漂移與擴(kuò)散載流子的漂移與擴(kuò)散漂移運(yùn)動：漂移運(yùn)動： 由電場作用引起的載流子的運(yùn)動稱為由電場作用引起的載流子的運(yùn)動稱為漂移運(yùn)動漂移運(yùn)動。擴(kuò)散運(yùn)動：擴(kuò)散運(yùn)動： 由載流子濃度差引起的載

13、流子的運(yùn)動稱為由載流子濃度差引起的載流子的運(yùn)動稱為擴(kuò)散擴(kuò)散運(yùn)動運(yùn)動。 3.2.2 PN結(jié)的形成結(jié)的形成 3.2.2 PN結(jié)的形成結(jié)的形成 在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì)在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì), ,分別形成分別形成N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N N型半型半導(dǎo)體和導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程: : 因濃度差因濃度差 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場 內(nèi)電場促使少子漂移內(nèi)電場促使少子漂移 內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散 最后最后, ,多子的多子的擴(kuò)散擴(kuò)散和少子的和少子的漂

14、移漂移達(dá)到達(dá)到動態(tài)平衡動態(tài)平衡。多子的擴(kuò)散運(yùn)動多子的擴(kuò)散運(yùn)動 由由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 對于對于P P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的子薄層形成的空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)稱為稱為PNPN結(jié)結(jié)。 在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱稱耗盡層耗盡層。 3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?當(dāng)外加電壓使當(dāng)外加電壓使PNPN結(jié)中結(jié)中P P區(qū)的電位高于區(qū)的電位高于N N區(qū)的電位，稱為加區(qū)的電位，稱為加正向電壓正向電壓，簡稱，簡稱正偏正偏；反之稱為加；反之稱為加反向電壓反向電壓，簡稱，簡稱反偏反偏。 (

15、1) PN(1) PN結(jié)加正向電壓時(shí)結(jié)加正向電壓時(shí) 低電阻低電阻 大的正向擴(kuò)散電流大的正向擴(kuò)散電流 3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?當(dāng)外加電壓使當(dāng)外加電壓使PNPN結(jié)中結(jié)中P P區(qū)的電位高于區(qū)的電位高于N N區(qū)的電位，稱為加區(qū)的電位，稱為加正向電壓正向電壓，簡稱，簡稱正偏正偏；反之稱為加；反之稱為加反向電壓反向電壓，簡稱，簡稱反偏反偏。 (2) PN(2) PN結(jié)加反向電壓時(shí)結(jié)加反向電壓時(shí) 高電阻高電阻 很小的反向漂移電流很小的反向漂移電流 在一定的溫度條件下，由本征激在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定

16、的，基本上與形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，所加反向電壓的大小無關(guān)，這個(gè)電流這個(gè)電流也稱為也稱為反向飽和電流反向飽和電流。 PNPN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；具有較大的正向擴(kuò)散電流； PNPN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。具有很小的反向漂移電流。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PNPN結(jié)具有單結(jié)具有單向?qū)щ娦?。向?qū)щ娦浴?3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?(3) PN(3) PN結(jié)結(jié)V V- -I I 特性表達(dá)式特性表達(dá)式其中其中PNPN結(jié)的伏安特性

17、結(jié)的伏安特性)1e (/SDD TVIivI IS S 反向飽和電流反向飽和電流V VT T 溫度的電壓當(dāng)量溫度的電壓當(dāng)量且在常溫下（且在常溫下（T T=300K=300K）V026. 0 qkTVTmV 26 3.2.4 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 當(dāng)當(dāng)PNPN結(jié)的反向電壓結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為此現(xiàn)象稱為PNPN結(jié)的結(jié)的反向反向擊穿。擊穿。熱擊穿熱擊穿不可逆不可逆 雪崩擊穿雪崩擊穿 齊納擊穿齊納擊穿 電擊穿電擊穿可逆可逆 3.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)(1) (1) 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容示意圖

18、擴(kuò)散電容示意圖 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)處于正向偏置時(shí)，擴(kuò)結(jié)處于正向偏置時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動使多數(shù)載流子穿過散運(yùn)動使多數(shù)載流子穿過PN結(jié)，在結(jié)，在對方區(qū)域?qū)Ψ絽^(qū)域PN結(jié)附近有高于正常情況結(jié)附近有高于正常情況時(shí)的電荷累積。存儲電荷量的大小，時(shí)的電荷累積。存儲電荷量的大小，取決于取決于PN結(jié)上所加正向電壓值的大結(jié)上所加正向電壓值的大小。離結(jié)越遠(yuǎn)，由于空穴與電子的小。離結(jié)越遠(yuǎn)，由于空穴與電子的復(fù)合，濃度將隨之減小。復(fù)合，濃度將隨之減小。 若外加正向電壓有一增量若外加正向電壓有一增量 V，則相應(yīng)的空穴（電子）擴(kuò)散運(yùn)動在則相應(yīng)的空穴（電子）擴(kuò)散運(yùn)動在結(jié)的附近產(chǎn)生一電荷增量結(jié)的附近產(chǎn)生一電荷增量 Q，二者，二者之比之比 Q/

19、V為擴(kuò)散電容為擴(kuò)散電容CD。 3.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) (2) (2) 勢壘電容勢壘電容C CB Bend3.3 二極管二極管 3.3.1 二極管的結(jié)構(gòu)二極管的結(jié)構(gòu) 3.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 3.3.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)3.3.1 二極管的結(jié)構(gòu)二極管的結(jié)構(gòu) 在在PNPN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型點(diǎn)接觸型、面接觸型兩大兩大類。類。(1) (1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管(a)(a)點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖 PN

20、PN結(jié)面積小，結(jié)結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。變頻等高頻電路。（a）面接觸型）面接觸型 （b）集成電路中的平面型）集成電路中的平面型 （c）代表符號）代表符號 (2) (2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN PN結(jié)面積大，用于結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。工頻大電流整流電路。(b)(b)面接觸型面接觸型 3.3.2 二極管的二極管的V-I 特性特性二極管的二極管的V-I 特性曲線可用下式表示特性曲線可用下式表示)1e (/SDD TVIiv鍺二極管鍺二極管2AP152AP15的的V V- -I I 特性特性硅二極管硅二極管2CP102CP10的的V V

21、- -I I 特性特性 3.3.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)(1) (1) 最大整流電流最大整流電流I IF F(2) (2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓V VBRBR(3) (3) 反向電流反向電流I IR R(4) (4) 極間電容極間電容C Cd d（C CB B、 C CD D ）(5) (5) 反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間T TRRRRend3.4 二極管的基本電路及其分析方法二極管的基本電路及其分析方法 3.4.1 簡單二極管電路的圖解分析方法簡單二極管電路的圖解分析方法 3.4.2 二極管電路的簡化模型分析方法二極管電路的簡化模型分析方法3.4.1 簡單二極管電路的圖解分析方法

22、簡單二極管電路的圖解分析方法 二極管是一種非線性器件，因而其電路一般要采二極管是一種非線性器件，因而其電路一般要采用非線性電路的分析方法，相對來說比較復(fù)雜，而圖用非線性電路的分析方法，相對來說比較復(fù)雜，而圖解分析法則較簡單，但前提條件是已知二極管的解分析法則較簡單，但前提條件是已知二極管的V V - -I I 特性曲線。特性曲線。例例3.4.1 電路如圖所示，已知二極管的電路如圖所示，已知二極管的V-I特性曲線、電源特性曲線、電源VDD和電阻和電阻R，求二極管兩端電壓，求二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流和流過二極管的電流iD 。 解：由電路的解：由電路的KVLKVL方程，可得方程，可得 R

23、ViDDDDv DDDD11VRRi v即即 是一條斜率為是一條斜率為- -1/R的直線，稱為的直線，稱為負(fù)載線負(fù)載線 Q的坐標(biāo)值（的坐標(biāo)值（VD，ID）即為所求。）即為所求。Q點(diǎn)稱為電路的點(diǎn)稱為電路的工作點(diǎn)工作點(diǎn) 3.4.2 二極管電路的簡化模型分析方法二極管電路的簡化模型分析方法1.1.二極管二極管V V- -I I 特性的建模特性的建模 將指數(shù)模型將指數(shù)模型 分段線性化，得到二極分段線性化，得到二極管特性的等效模型。管特性的等效模型。)1e (DSD TVIiv（1 1）理想模型）理想模型 （a a）V V- -I I特性特性 （b b）代表符號）代表符號 （c c）正向偏置時(shí)的電路模型

24、）正向偏置時(shí)的電路模型 （d d）反向偏置時(shí)的電路模型）反向偏置時(shí)的電路模型正向偏置時(shí)，其管壓降為正向偏置時(shí)，其管壓降為0；反相偏置時(shí)，認(rèn)為電；反相偏置時(shí)，認(rèn)為電阻無窮大，電流為阻無窮大，電流為0。 3.4.2 二極管電路的簡化模型分析方法二極管電路的簡化模型分析方法1.1.二極管二極管V V- -I I 特性的建模特性的建模（2 2）恒壓降模型）恒壓降模型（a）V-I特性特性 （b）電路模型）電路模型 當(dāng)二極管導(dǎo)通后，當(dāng)二極管導(dǎo)通后，認(rèn)為其管壓降是認(rèn)為其管壓降是恒定的，且不隨恒定的，且不隨電流而變。硅管電流而變。硅管為為0.60.7V,鍺管為鍺管為0.20.3V。 3.4.2 二極管電路的簡

25、化模型分析方法二極管電路的簡化模型分析方法1.1.二極管二極管V V- -I I 特性的建模特性的建模（3 3）折線模型）折線模型（a）V-I特性特性 （b）電路模型）電路模型 二極管的管壓降不二極管的管壓降不是恒定的，是隨其是恒定的，是隨其電流電流iD的增加而增的增加而增加，在模型用一個(gè)加，在模型用一個(gè)電池和一個(gè)電阻來電池和一個(gè)電阻來近似。近似。 20015 . 07 . 01,5 . 0mAmAV VV V0.7V,0.7V,mAmAD DththrVV則：則：管壓降為管壓降為，當(dāng)二極管的導(dǎo)通電流為當(dāng)二極管的導(dǎo)通電流為管的門坎電壓管的門坎電壓極極若電池的電壓選定為二若電池的電壓選定為二 3

26、.4.2 二極管電路的簡化模型分析方法二極管電路的簡化模型分析方法1.1.二極管二極管V V- -I I 特性的建模特性的建模（4 4）小信號模型）小信號模型vs =0 時(shí)時(shí), Q點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn) ，反映直流時(shí)的工作狀態(tài)。，反映直流時(shí)的工作狀態(tài)。)(11sDDDDvv VRRivs =Vmsin t 時(shí)（時(shí)（VmVT 。 （a）V-I特性特性 （b）電路模型）電路模型 3.4.2 二極管電路的簡化模型分析方法二極管電路的簡化模型分析方法2 2模型分析法應(yīng)用舉例模型分析法應(yīng)用舉例（1 1）整流電路）整流電路（a）電路圖）電路圖 （b）vs和和vO的波形的波形2 2模型分析法應(yīng)用舉

27、例模型分析法應(yīng)用舉例（2 2）靜態(tài)工作情況分析）靜態(tài)工作情況分析V 0D VmA 1/DDD RVI理想模型理想模型（R=10k ） 當(dāng)當(dāng)VDD=10V 時(shí)，時(shí)，mA 93. 0/ )(DDDD RVVI恒壓模型恒壓模型V 7 . 0D V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）折線模型折線模型V 5 . 0th V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）mA 931. 0DthDDD rRVVI k 2 . 0Dr設(shè)設(shè)V 69. 0DDthD rIVV當(dāng)當(dāng)VDD=1V 時(shí)，時(shí)， （自看）（自看）（a）簡單二極管電路）簡單二極管電路 （b）習(xí)慣畫法）習(xí)慣畫法 結(jié)論：結(jié)論：當(dāng)電源電壓遠(yuǎn)大于二極管管壓降時(shí)

28、，可采當(dāng)電源電壓遠(yuǎn)大于二極管管壓降時(shí)，可采用恒壓降模型；用恒壓降模型；當(dāng)電源電壓較低時(shí)，可采用折線模型。當(dāng)電源電壓較低時(shí)，可采用折線模型。2 2模型分析法應(yīng)用舉例模型分析法應(yīng)用舉例（3 3）限幅電路）限幅電路 電路如圖，電路如圖，R = 1k，VREF = 3V，二極管為硅二極管。分別用理想模型，二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型求解，當(dāng)和恒壓降模型求解，當(dāng)vI = 6sin t V時(shí)，繪出相應(yīng)的輸出電壓時(shí)，繪出相應(yīng)的輸出電壓vO的波形。的波形。 2 2模型分析法應(yīng)用舉例模型分析法應(yīng)用舉例（4 4）開關(guān)電路）開關(guān)電路電路如圖所示，求電路如圖所示，求AO的電壓值的電壓值解：解： 先斷開

29、先斷開D，以，以O(shè)為基準(zhǔn)電位，為基準(zhǔn)電位， 即即O點(diǎn)為點(diǎn)為0V。 則接則接D陽極的電位為陽極的電位為- -6V，接陰，接陰極的電位為極的電位為- -12V。陽極電位高于陰極電位，陽極電位高于陰極電位，D接入時(shí)正向?qū)?。接入時(shí)正向?qū)?。?dǎo)通后，導(dǎo)通后，D的壓降等于零，即的壓降等于零，即A點(diǎn)的電位就是點(diǎn)的電位就是D陽極的電位。陽極的電位。所以，所以，AO的電壓值為的電壓值為- -6V。（5 5）低電壓穩(wěn)壓電路）低電壓穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電源是電子電路中常穩(wěn)壓電源是電子電路中常用的組成部分用的組成部分,利用二極管利用二極管的正向壓降特性的正向壓降特性,可實(shí)現(xiàn)低可實(shí)現(xiàn)低電壓穩(wěn)壓電路電壓穩(wěn)壓電路.-vD+（b

30、）DRVIIV iD+-R（a）iDVIDvO+ - vDDDDDDDIvVviIiV 電電路路中中出出現(xiàn)現(xiàn)后后，量量當(dāng)當(dāng)波波動動電電壓壓增增。近近似似為為對對于于硅硅管管穩(wěn)穩(wěn)定定時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)支支流流電電源源電電壓壓設(shè)設(shè)低低電電壓壓穩(wěn)穩(wěn)壓壓電電路路如如圖圖0.7V,(a),OIvV表表示示。則則電電路路可可由由圖圖表表示示個(gè)個(gè)波波動動分分量量用用這這產(chǎn)產(chǎn)生生波波動動時(shí)時(shí)引引起起當(dāng)當(dāng)外外界界干干擾擾如如電電網(wǎng)網(wǎng)電電壓壓)(,IIbVV 結(jié)論結(jié)論:當(dāng)當(dāng)VI 變化時(shí)變化時(shí),引起輸出的引起輸出的vD很小很小, 即即 輸出電壓可以保持基本穩(wěn)定輸出電壓可以保持基本穩(wěn)定 end2 2模型分析法應(yīng)用舉例模型分析法

31、應(yīng)用舉例（6 6）小信號工作情況分析）小信號工作情況分析圖示電路中，圖示電路中，VDD = 5V，R = 5k ，恒壓降模型的，恒壓降模型的VD=0.7V，vs = 0.1sin t V。（1）求輸出電壓）求輸出電壓vO的交流量和總量；（的交流量和總量；（2）繪出）繪出vO的波形。的波形。 直流通路、交流通路、靜態(tài)、動態(tài)等直流通路、交流通路、靜態(tài)、動態(tài)等概念，在放大電路的分析中非常重要。概念，在放大電路的分析中非常重要。3.5 特殊二極管特殊二極管 3.5.1 齊納二極管齊納二極管( (穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管) ) 3.5.2 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 3.5.3 肖特基二極管肖特基二極管 3.5.4 光電子器件光電子器件3.5.1 齊納二極管齊納二極管1. 符號及穩(wěn)壓特性符號及穩(wěn)壓特性 利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)。工作在反向