第一章線性電路

電子線路：包含電子器件、并能對電信號實現(xiàn)某種處理的功能電路概述電路組成：電子器件+外圍電路電子器件：二極管、三極管、場效應管、集成電路等外圍電路：直流電源、電阻、電容、電流源電路等放大器揚聲器話筒自我介紹要求與希望：

掌握典型電路的組成、工作原理、性能特點和分析計算方法。獲得電子線路方面的基本理論、基本知識和基本技能，為今后學習其他專業(yè)課打好基礎(chǔ)。課程地位：專業(yè)基礎(chǔ)課（主干課）半導體基礎(chǔ)知識（一、二、三章）基本放大電路（第四章）反饋放大器（第五章）運算放大器（第六章）具體做法：（1）學習過程中勤學多問，貴在堅持（2）時間上要抓緊，抓而不緊，等于不抓課程內(nèi)容：課程難易度：不簡單[1]謝嘉奎主編.《電子線路線性部分5版》.北京：高等教育出版社，1999[2]童詩白編.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)，4版》.北京：高等教育出版社，2001[3]康華光編.《電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分），5版》.北京：高等教育出版社，2006[4]汪勝寧，程東紅編.《電子線路（第四版）》教學指導書，高等教育出版社，2003主要參考書§1半導體的基本知識§1.1PN結(jié)一、物質(zhì)的分類

金屬導體：

r<10-4W·cm，最外層電子1~2個

絕緣體：

r>1010W·cm

半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)稱半導體說明：1）硅和鍺是半導體器件中常用的半導體材料

2）半導體材料得以廣泛應用起因于其獨特性質(zhì)二、半導體的獨特性質(zhì)

1、摻雜性：r受“摻雜”影響大

往純凈的半導體中摻入某些“雜質(zhì)”，會使它的導電能力明顯改變。

30到40℃，半導體電阻率減小一半，導體銅從30到100℃，增加不到1倍當受外界光照時，它的導電能力明顯變化2、熱敏性：r隨溫度上升而下降3、光敏性：r隨光照的增強而下降說明：利用半導體材料的熱敏性和光敏性，可以制成各類傳感器§1.1.1本征半導體一、本征半導體的結(jié)構(gòu)特點

說明：通過一定的工藝過程，可以將半導體制成排列整齊，結(jié)構(gòu)規(guī)則的晶體。半導體材料中，用的最多的半導體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。SiGe原子序數(shù)14原子序數(shù)32一、本征半導體的結(jié)構(gòu)特點

為方便常表示為：慣性核（原子實）+價電子+4慣性核SiGe原子序數(shù)14原子序數(shù)32

為什么硅和鍺都可以這樣表示？價電子+4表示除去價電子后的原子

制造半導體器件的半導體材料是化學成分非常純凈，純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”。在結(jié)構(gòu)上以共價鍵形式構(gòu)成的晶體形態(tài)。硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)共用電子對形成共價鍵+4+4+4+4二、本征半導體常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導體中的自由電子密度很小，導電能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子都是8個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。通過晶體生長工藝，使原子排列規(guī)則，形成共價鍵結(jié)構(gòu)的晶體。+4+4+4+4共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子?！⒈菊靼雽w的導電機理在絕對0度（T=0K）或沒有外界激發(fā)時，價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導體中沒有可以運動的帶電粒子，完全沒有導電能力，相當于絕緣體。在常溫下，有一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。1、載流子、空穴、本征激發(fā)載流子——運載電荷的可流動粒子→帶電的可移動粒子2、本征半導體的導電機理+4+4+4+4在靜電力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補。

本征半導體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。自由電子說明：本征半導體自由電子和空穴都可以導電，但導電能力很弱（原因?）這樣的結(jié)果相當于空穴的遷移，而空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此可以認為空穴是載流子。原因?溫度越高，載流子的濃度越高（原因？），本征半導體的導電能力越強。本征半導體的導電能力與載流子的濃度成正比在電場力作用下，載流子定向移動形成電流，因此本征半導體中電流由兩部分組成：

1）自由電子移動產(chǎn)生的電流

2）空穴移動產(chǎn)生的電流幾點認識溫度是影響半導體性能的一個重要的外部因素，是半導體的一大特點。j電流密度，r帶電粒子密度，v粒子平均速度+4+4+4+4+4+4+4+4+4

因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的，稱為電子-空穴對。游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復合本征激發(fā)3、本征激發(fā)和復合復合本征激發(fā)數(shù)目越多，復合量越大，使得本征激發(fā)數(shù)目減少；這又使得復合減少。最終，在一定溫度下達到動態(tài)平衡4、熱平衡載流子的濃度在本征半導體中不斷地進行著激發(fā)與復合兩種相反的過程，當溫度一定時，兩種狀態(tài)達到動態(tài)平衡，即本征激發(fā)產(chǎn)生的電子——空穴對，與復合的電子——空穴對數(shù)目相等，這種狀態(tài)稱為熱平衡狀態(tài)。

本征半導體在熱平衡狀態(tài)下中自由電子和空穴的載流子的濃度是一定的，分別用濃度（單位體積中載流子的數(shù)目）ni和pi來表示，并且自由電子的濃度和空穴的濃度相等。根據(jù)半導體物理中的有關(guān)理論，可以證明式中，濃度單位為cm-3，A——常量

（硅：3.88×1016cm-3K-3/2，鍺：1.76×1016cm-3K-3/2）T——熱力學溫度k——是玻爾茲曼常數(shù)（8.63×10-5eV/K），Eg0——T=0K（即-273℃）時的禁帶寬度，導帶與價帶間的距離（硅為1.21eV，鍺為0.785eV）該公式的核心是什么？載流子濃度是溫度的函數(shù)公式表明，本征半導體的載流子濃度和溫度、材料有關(guān)。將相關(guān)參數(shù)帶入公式中，可以得到300K時硅的ni=1.43×1010cm-3(教材1.5×1010cm-3,相對誤差較大）結(jié)論：室溫下本征半導體的導電能力非常弱說明：本征半導體的導電能力隨溫度升高，增加很快硅，500K時：ni=3.53×1014cm-3，

600K時：ni=4.81×1015cm-3

由此可以看到，盡管本征半導體在室溫情況下具有一定的導電能力，但是，本征半導體中載流子的數(shù)目遠小于原子數(shù)目（硅：4.96×1022cm-3），因此本征半導體的導電能力很低。+4+4+5+4§1.1.2雜質(zhì)半導體在本征半導體中摻入三價或五價元素，會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。一、N型半導體

在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷，晶體點陣中的某些半導體原子被雜質(zhì)取代。磷原子的最外層有五個價電，其中四個與相鄰的半導體原子形成共價鍵，必定多出一個電子磷原子多余電子+4+4+5+4一、N型半導體

多出的電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣中性磷原子就成了不能移動的帶正電的離子每個磷原子給出一個電子，稱為施主原子（Donor），相應的摻雜元素稱施主雜質(zhì)。多余電子1、施主原子

說明：多出的電子幾乎不受束縛，是指（1）不受共價鍵束縛；（2）受慣性核吸引很弱（1）由施主原子提供的自由電子濃度每個施主原子，提供一個自由電子，其濃度與施主原子濃度相同2、摻雜對導電性能的影響（2）施主濃度與本征濃度比較設(shè)摻雜濃度為百萬分之一，即10-6，其濃度為（3）摻雜對導電性能的影響自由電子濃度近似為摻雜濃度，使導電能力大大增強，摻雜百萬分之一，導電能力可以提高一百萬倍（4）多數(shù)載流子與少數(shù)載流子概念摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（簡稱多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。（7）N型半導體中的少數(shù)載流子（空穴），與本征半導體中的空穴聯(lián)系：2、摻雜對導電性能的影響

摻雜后，雜質(zhì)半導體中空穴p0應該比本征半導體中pi數(shù)目為少。為什么？（8）室溫下，多子濃度取決于與摻雜濃度，少子濃度取決于溫度注意條件：室溫（6）多子和少子同時參與導電，但起主導作用的是多子，當多子是電子，用N表示，稱為N型半導體（5）雜質(zhì)型半導體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導電作用的主要是多子。近似認為多子與雜質(zhì)濃度相等。二、P型半導體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半導體原子被硼取代（不能移動），硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的半導體原子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴。+4+4+3+4空穴硼原子P型半導體中空穴是多子，電子是少子

這個空穴容易吸引束縛電子來填補，使得中性硼原子成為不能移動的帶負電的離子。

由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子(Acceptor)三、雜質(zhì)半導體的示意圖表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導體++++++++++++++++++++++++N型半導體說明：摻入3價元素的半導體中，多數(shù)載流子是空穴，帶正電，用P表示，稱為空穴型半導體，也稱為P型半導體。不能移動的離子二、P型半導體示意圖關(guān)鍵：去掉慣性核與4個價電子的剩余部分

四、雜質(zhì)半導體中載流濃度計算N型半導體（熱平衡條件）（電中性方程）P型半導體n0：雜質(zhì)半導體自由電子濃度，p0：雜質(zhì)半導體空穴濃度ni：熱平衡載流子濃度，Nd：施主雜質(zhì)濃度（電離后帶正電）Na為受主雜質(zhì)濃度注意近似條件熱平衡條件：溫度一定時，兩種載流子熱平衡濃度值的乘積，等于本征載流子濃度值ni的平方說明：由T計算ni，判別是否滿足近似條件得n0，滿足求p0同理例1-2-1本征硅半導體摻入濃度5×1014cm-3施主雜質(zhì)后，當T=300K時，其多子濃度和少子濃度各為多少；溫度上升到500K又如何？T=500K，熱平衡載流子濃度遠大于條件不滿足，需解方程否則當pi>Nd時，會出現(xiàn)少子濃度大于多子濃度的矛盾注意：教材4版P7“多子濃度幾乎與溫度無關(guān)”應是有條件成立先判別是否滿足近似條件1.1.3

兩種導電機理——漂移和擴散一、漂移與漂移電流外加電場作用下的載流子的定向移動稱漂移，相應的電流為漂移電流，漂移電流密度

Jt=Jpt+Jnt=q(pmp+nmn)Ep、n分別是空穴和自由電子的濃度，q為每個粒子的電量，E是外加電場，mp、mn則分別是空穴和自由電子的遷移率，表示單位電場強度作用下的平均漂移速度，與溫度、載流子性質(zhì)、半導體材料以及摻雜濃度等有關(guān)。（2）

Jt=Jpt+Jnt=q(pmp+nmn)E公式與本質(zhì)相同

說明（1）漂移電流與濃度成正比，與場強成正比二、擴散與擴散電流因濃度差引起的載流子的定向移動稱擴散運動，相應的電流稱擴散電流。電子與空穴電流密度分別為Dn、Dp分別是自由電子和空穴的擴散系數(shù)，隨溫度升高而增大。dn(x)/dx、dp(x)/dx分別為自由電子和空穴的沿x方向的濃度梯度，即沿x方向的濃度差的變化率注意：漂移電流與電場強度成正比，擴散電流與濃度梯度成正比§1.2

PN結(jié)1.2.1

動態(tài)平衡下的PN結(jié)采用不同的摻雜工藝，通過擴散作用，將P型半導體與N型半導體制作在同一塊半導體（通常是硅或鍺）基片上，在它們的交界面處就形成了具有獨特物理性質(zhì)的結(jié)合部——PN結(jié)。一、PN結(jié)形成的物理過程1.擴散形成空間電荷區(qū)內(nèi)電場E1.擴散形成空間電荷區(qū)擴散運動－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－說明（1）濃度差越大，空間電荷區(qū)越寬（2）空間電荷區(qū)幾乎沒有可移動的帶電粒子（3）空間電荷區(qū)也稱耗盡層、勢壘區(qū)N型半導體P型半導體擴散的結(jié)果產(chǎn)生空間電荷區(qū)，形成內(nèi)電場。N型半導體擴散運動內(nèi)電場E漂移運動2內(nèi)電場使電荷區(qū)變?。?+++++++++++++++++++++++－－－－內(nèi)電場的存在，不利于擴散進一步進行。原因：內(nèi)電場的存在產(chǎn)生了漂移運動，而漂移運動使得空間電荷區(qū)變薄說明：內(nèi)電場越強，越不利于擴散P型半導體3PN結(jié)的形成

內(nèi)電場吸引P區(qū)電子和N區(qū)空穴（少子），產(chǎn)生少子的漂移，使得內(nèi)電場減弱，而內(nèi)電場減弱又有利于多子的擴散，所以擴散和漂移這一對相反的運動（紅、藍電子、空穴運動方向相反）最終達到平衡，相當于兩個區(qū)之間沒有凈電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度保持固定不變。擴散運動內(nèi)電場E漂移運動P型半導體N型半導體－+－－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++2.空間電荷區(qū)中載流子數(shù)量很少，導電能力很弱3.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場總是阻礙P區(qū)中的空穴、N區(qū)中的電子（都是多子）向?qū)Ψ竭\動（擴散運動），即內(nèi)電場增強總是阻礙多子的擴散，有利于少子漂移4.相反，內(nèi)電場消弱總是有利于擴散注意:內(nèi)電場E漂移運動P型半導體N型半導體－+－－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++1.內(nèi)電場的方向總是由N區(qū)指向P區(qū)結(jié)論：

擴散形成空間電荷區(qū)，建立內(nèi)電場，內(nèi)電場總是阻礙多子的進一步擴散，而有利于少子漂移；少子漂移又消弱了內(nèi)電場，有利于多子擴散。擴散與漂移一對矛盾最終達到動態(tài)平衡，建立穩(wěn)定空間電荷區(qū)→PN結(jié)內(nèi)電場E漂移運動P型半導體N型半導體－+－－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VVB二、內(nèi)建電位差－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－由內(nèi)電場形成的電位分布VB大小反映空間電荷區(qū)的寬窄電位VBVBVT稱熱電壓3.空間電荷區(qū)與摻雜濃度成反比，往低摻雜一側(cè)擴展(P13)，如下圖Nd——施主雜質(zhì)濃度，Na——受主雜質(zhì)濃度2.計算表明：每升高1℃，VB減小約2.5mV，P12、P13

說明：

因此VB隨溫度減小P+N空間電荷區(qū)內(nèi)電場E為什么？3.空間電荷區(qū)與摻雜濃度成反比，往低摻雜一側(cè)擴展4.用導線將P+區(qū)與N區(qū)連接，有電流嗎？1.2.2PN結(jié)的伏安特性

伏安特性也稱伏安關(guān)系，兩端電壓與流過電流間關(guān)系。實驗表明，PN結(jié)接電源不同極性時所表現(xiàn)的性能不同。為討論方便，稱當P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負極為正向偏置，也稱PN結(jié)加上正向電壓。反之稱反向偏置。一、PN結(jié)正向偏置_

內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強，能夠形成較大的擴散電流，即正向電流－RE內(nèi)電場外電場變薄PN+++++－－－1.2.2PN結(jié)的伏安特性一、PN結(jié)正向偏置-說明：擴散到對方的多子被復合，同時電源在P區(qū)又補充空穴，N區(qū)補充電子，使得該過程被維持→電源作用－RE內(nèi)電場外電場變薄PN+++++－－－二、PN結(jié)反向偏置說明：漂移電流由少子形成，幾乎與反向電壓無關(guān)，也稱反向飽和電流，用IS表示

內(nèi)電場被被加強，多子的擴散受抑制。少子漂移加強，但終因少子數(shù)量有限，只能形成很小的反向電流－RE內(nèi)電場外電場變厚PN-+++++－－－PN結(jié)加正向電壓時，具有較大的正向擴散電流，呈現(xiàn)低電阻；

PN結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻。

由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。二極管單向?qū)щ娦缘难菔菊龢O正極負極負極結(jié)論

三、PN結(jié)方程PN結(jié)的伏安特性測試表明：PN結(jié)伏安特性如圖

正向電壓較小時，對PN結(jié)影響??；電壓較大時，內(nèi)電場削弱明顯，形成較大擴散電流，即正向電流測試電路圖

反偏時，少子參與，數(shù)量不多，只能形成微弱電流IS

改變電壓，得電流，不斷改變電壓，得不同電流，描點作圖可得伏安特性曲線——熱電壓在室溫下VT=26mV1正向特性說明：硅開啟電壓0.5-0.7V，工程上取0.7V

鍺開啟電壓0.1-0.3V，工程上取0.25V2反向特性由PN結(jié)電壓、電流伏安關(guān)系公式分析知，如圖說明：關(guān)于正、反向電流的理論公式計算結(jié)果IS——反向飽和電流由圖可見，0.5V以后，電流才隨電壓有明顯增加，轉(zhuǎn)折處電壓稱導通電壓也稱開啟電壓，用VD(on)表示三、溫度特性

溫度每升高10℃，IS約增加一倍（少子增多）。同時溫度升高，exp(VD/VT)減小，但不如IS增大快，故在相同VD條件下，ID增大，曲線如圖，等效于VD(on)減小。與實驗給出每升高1oC，VD(on)約減小2.5mV，與VB每升高1oC，減小2~2.5mV相一致

1.2.3PN結(jié)的擊穿特性

當PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。三、熱擊穿擊穿后，溫度升高將發(fā)生永久性擊穿，不可逆

一、雪崩擊穿

低摻雜，寬勢壘，載流子獲足夠能量撞擊共價鍵價電子，產(chǎn)生新的電子空穴對，再碰撞，形成雪崩

二、齊納擊穿:

高摻雜，強電場，直接拉出共價鍵中束縛電子說明：PN結(jié)伏安特性曲線三個區(qū)域正向、反相、擊穿2.伏安特性和符號伏安特性和符號如圖四、穩(wěn)壓二極管1.

工作狀態(tài)工作于反向擊穿區(qū)2.反向擊穿區(qū)特點管子兩端很小的電壓變化，可以引起很大電流變化

利用PN結(jié)的擊穿特性，可用于穩(wěn)定輸出電壓3.

工藝結(jié)構(gòu)穩(wěn)壓二極管又稱齊納二極管，簡稱穩(wěn)壓管，它是一種用特殊工藝制造的面接觸型硅半導體二極管4.主要參數(shù)

說明：對同一只管子，穩(wěn)定電壓VZ是確定的（2）最小穩(wěn)定電流IZmin

（3）最大穩(wěn)定電流IZmax

保證穩(wěn)壓管安全工作的最大反向電流（1）穩(wěn)定電壓VZ

穩(wěn)壓管反向擊穿后的電壓值

穩(wěn)壓管正常工作時的參考電流。電流低于此值，穩(wěn)壓效果變差，甚至不起穩(wěn)壓作用（5）穩(wěn)壓管工作原理設(shè)VI↑→注意穩(wěn)壓管接法VOIZDZRILIVIRL+-2.R稱限流電阻，通過其上電壓變化，調(diào)節(jié)輸出電壓，使穩(wěn)定

3.R阻值的選取，應保證IZ介于Imin和Imax之間（具體方法在§1.4.1中介紹）說明：

1.穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓主要是利用其上小電壓引起大電流變化，引起VR有較大變化得以實現(xiàn)問題1穩(wěn)壓管正偏如何？問題2普通管能穩(wěn)壓么？問題3PN結(jié)正向曲線也很陡峭能不能用于穩(wěn)壓？四、穩(wěn)壓二極管1.2.4PN結(jié)的電容效應

PN結(jié)除單向單向?qū)щ娦酝?，還具有一定的電容效應，由兩方面的因素決定。一、勢壘電容CT

當外加反向電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時，空間電荷區(qū)的寬度也相應地隨之改變，造成PN結(jié)中電荷量也隨之變化，相當于電容的充放電。

勢壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層所形成。說明：反偏電壓增大，存儲電荷增加，但與電壓增加量不成比例，電容是V函數(shù)VB：內(nèi)建電位差；

n：變?nèi)葜笖?shù)，與PN結(jié)工藝有關(guān)經(jīng)推導由定義

擴散電容是由多子擴散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時，由N區(qū)擴散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復合，形成正向電流。剛擴散過來的電二、擴散電容CD

反之，由P區(qū)擴散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線pn。子就堆積在P區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線np。擴散電容示意圖

當外加正向電壓不同時，擴散電流不同，PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不同，造成兩側(cè)堆積電荷有個變化量，這又相當電容的充放電過程。

擴散電容滿足關(guān)系：CD=kD(I+IS)當反偏時I=-IS，CD=0kD:常數(shù)電荷的變化量

3）反偏時，僅為勢壘電容；正偏時，擴散電容起主要作用。2）結(jié)電容Cj=CT+CD說明：

1）勢壘電容和擴散電容均是非線性電容。一、半導體二極管的型號國家對半導體器件型號標準命名如下：§1.2.5半導體二極管PN結(jié)加上管殼和引線，就成為半導體二極管。如2AP9用字母代表半導體器件的類型型號，P代表普通管用數(shù)字代表同類型器件的不同規(guī)格用字母代表半導體器件的材料A代表N型Ge，B代表P型GeC代表N型Si，D代表P型Si2代表晶體二極管3代表晶體三極管二、主要參數(shù)

1.最大整流電流IF

二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2.反向擊穿電壓VBR

二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^熱而燒壞。3.反向電流IS

二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越?/p>

說明：

1）反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大

2）硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流比硅管大幾十到幾百倍三、半導體二極管圖片1.3晶體二極管電路的分析方法1.3.1晶體二極管模型一、數(shù)學模型二、伏安特性曲線

二極管的數(shù)學模型常用理想指數(shù)模型

二極管本質(zhì)上說是PN結(jié)，其伏安特性曲線與PN結(jié)很接近。三、簡化電路模型1.理想二極管說明：數(shù)學模型與特性曲線緊密相關(guān)（1）理想二極管1）電路元件的伏安特性絕緣體的伏安特性是一條水平線，導體的伏安特性是一條豎直線

理想二極管伏安特性曲線，是兩條成90o直線，符號如圖2）理想二極管二極管在使用中，主要是利用其單向?qū)щ娦?，顯然二極管的反向電流越小越好，也就是反向時電阻越大越好。反之，正向時電阻越小越好

即：理想化反偏時表現(xiàn)為絕緣體，正偏時表現(xiàn)為導體正偏，導體；反偏，絕緣體注意：理想二極管恒有

VD≤0用兩段折線近似代替伏安特性曲線（2）二極管的折線模型1）二極管最主要的特性是單向?qū)щ娦?，導通后的伏安特性表現(xiàn)為非線性，抓大放小，用折線表示說明：2）簡化模型的使用如理想二極管模型，條件是在大信號作用下（3）折線的元器件表示證明折線可以用三個元件的串聯(lián)表示反證法，設(shè)電路中有電流與假設(shè)不符→ID=0不符合理想二極管導通條件電路中沒有電流，這與折線的伏安特性一致結(jié)論：時2）考察則，理想二極管導通，相當于導體，Vce=0電路中沒有電流，與折線伏安特性一致電路中有電流，仍與折線的伏安特性一致

即時結(jié)論：三個元器件的串連，滿足折線模型要求反證法，設(shè)電流I=0與理想二極管兩端電壓不大于0矛盾，假設(shè)I≠0不成立1.

RD很小討論：折線模型與理想模型關(guān)系2.不計VD(on)

四、小信號模型

二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)，設(shè)其直流電壓和直流電流分別為VQ、IQ，這時其變化的交流特性可以等效成一個交流小電阻。即根據(jù)得Q點處的微變電導rj——二極管結(jié)電阻去掉直流電源可以嗎？說明：1）小信號模型使用的目的是尋找變化的小電壓與小電流間關(guān)系如下圖電路，ID=2.6mA，求變化的小電流

2）條件是在電壓、電流變化區(qū)間，伏安特性曲線為線性，即：所做切線能與特性曲線重合1）不同Q處，rj不同2）二極管小信號電路模型要求

3）電量的符號表示大寫字母、大寫下標：直流量，如ID

小寫字母，小寫下標：交流量，如id

小寫字母，大寫下標：疊加量，如iD=ID+id小信號模型要求其兩端變化電壓不大于5.2mV說明：

4）考慮到PN結(jié)引線小電阻rs，應再串聯(lián)rs

；注意：使用小電阻模型時，前提條件是二極管已經(jīng)導通，變化的小信號疊加在大信號下！說明若再考慮結(jié)電容，則應再并聯(lián)1.3.2晶體二極管電路分析方法

一、圖解法（1）線性電路的圖解（2）晶體二極管的圖解將電路中二極管分離出來，為線性電路，滿足另外一部分是非線性元件二極管，滿足（2）晶體二極管的圖解對于線性部分

對于二極管，應服從伏安關(guān)系I=f(V)，直線與伏安關(guān)系曲線交點，同時滿足左右兩個部分，就是所求找出兩個特殊點作直線說明：1）線性部分的直線稱直流負載線2）交點Q稱靜態(tài)工作點討論：1）VDD→VDD+DVDD2）

DVDD=Vmsinwt，Vm是小量工作點在特性曲線周期性上下移動

3）二極管兩端電壓和流經(jīng)二極管電流波形？例1-3-1求靜態(tài)工作點解：將電路中二極管分割出電路，如圖打叉表示對線性電路做戴維南等效二、簡化分析法采用簡化電路模型分析

關(guān)鍵：判別理想二極管是否導通注：通常R遠大于RD，RD可以略去，近似有VQ=VD(on)處理：導通：短路；截止，開路

方法：用理想組合模型代替二極管方法：假想二極管兩端斷開，大于VD(on)導通，反之截止例1-3-2寫出圖所示各電路的輸出電壓值，設(shè)二極管導通電壓VD(on)＝0.7V，RD=0基本方法：設(shè)二極管斷開，分析電位VO1=1.3VVO2＝0VO3=－1.3VVO4=2VVO5=1.3VVO6=－2V例1-3-3圖中二極管都是理想二極管，求VAO分析方法：設(shè)兩個二極管同時斷開，分析它們的電位，哪個二極管兩端正向電壓差大，哪個優(yōu)先導通教材P40，1-13(c)，P46；1-15(c)，2個二極管A1A1A2A2VA=9V，VA1=0，VA2=-6V，VAA1=6V，VAA2=15V導通后VA=-6V說明：自洽。即滿足D2導通，D1截止三、小信號電路模型分析（1）問題的提出二極管導通后，變化的電壓源作用于電路，如何求回路中的電流或元件的端電壓？（2）基本思路如果電流、電壓的變化區(qū)間在二極管伏案特性的線性區(qū)，用線性元件替代二極管，能給問題分析帶來極大便利（3）分析方法

1）采用簡化模型，判斷二極管是否導通，求直流電源單獨作用下的靜態(tài)直流電流，得結(jié)電阻

2）用小信號模型（rj替代二極管），按電路分析方法，求變化小信號源單獨作用下的電流、電壓例1-3-4已知VDD=5V,DVDD=Sin2p100t

(V）,R=10kW，求如圖電路DV（取rs=5W）方法：

1）先在大信號條件下求ID

2）求結(jié)電阻rj

注意：令小信號源DVDD=0說明：若不給出VD(on),

僅給伏安特性曲線，可使用作圖法求靜態(tài)電流已知VDD=5V,DVDD=sin2p100t(V）,R=10kW，求電路DV（取rs=5W

）。說明：大信號通路——直流通路

變化小信號通路——交流通路3）令VDD=0，用小信號模型代替原電路中二極管，求變化量例1-3-5

電路如圖，1）略去RD，求電路的ID和VO；2）在室溫下，利用二極管小信號模型求vo的變化范圍。注意使用大信號與小信號條件下的不同模型分析：用簡化模型求1），10V為直流電源用小信號模型求2），±1V為變化小信號解：1）計算ID時，采用大信號模型，略去RD2）小信號，用小信模型代之說明：結(jié)果滿足小信號條件要求1.4晶體二極管的應用1.4.1整流與穩(wěn)壓電路理想二極管：V>0，導通后正向壓降=0一般二極管：正向壓降0.7V（硅二極管）一、整流在vi的負半周，vo=0，僅有正半周的波形，稱半波整流1.穩(wěn)壓二極管曲線越陡，電壓越穩(wěn)定VIIZminIZmaxVzIzVZ動態(tài)電阻：rz越小，穩(wěn)壓性能越好二、穩(wěn)壓電路指標：穩(wěn)定電壓VZ；最大穩(wěn)定電流IZmax

、最小穩(wěn)定電流IZmin；動態(tài)電阻rz（越小越好）等+-已知VZ=6V，rz=20W，IZmax<10mA,IZmin>0.2mA，限流電阻最大值Rmax=1.5kW，輸入電壓VI=10V，其不穩(wěn)定電壓DVI=1V,求(1)輸出直流電壓VO；(2)限流電阻R最小值;(3)穩(wěn)壓管可靠擊穿時RL的最小值；(4)RL開路時由DVI產(chǎn)生的最大不穩(wěn)定量DVO。教材P31,P35（1）輸出直流電壓VO=6VVOIZDRILIVIRL判別，穩(wěn)壓管擊穿，大信號下模型如圖表現(xiàn)為一個電壓源，電壓為其穩(wěn)壓值2.穩(wěn)壓二極管的應用舉例已知VZ=6V，rz=20W，IZmax<10mA,IZmin>0.2mA,限流電阻最大值Rmax=1.5kW，輸入電壓VI=10V，其不穩(wěn)定電壓DVI=1V;（2）限流電阻R最小值穩(wěn)壓管兩個基本不等式保證穩(wěn)壓管可靠擊穿，效果好保證穩(wěn)壓管安全已知VZ=6V，rz=20W，IZmax<10mA,IZmin>0.2mA,限流電阻最大值Rmax=1.5kW，輸入電壓VI=10V，其不穩(wěn)定電壓DVI=1V;(2)限流電阻R最小值;(3)穩(wěn)壓管可靠擊穿時RL的最小值；（2）求Rmin取VI最大，RL開