模擬電子技術(shù)演示文稿

模擬電子技術(shù)演示文稿1當(dāng)前1頁，總共107頁。2（優(yōu)選）模擬電子技術(shù)當(dāng)前2頁，總共107頁。半導(dǎo)體二極管圖片當(dāng)前3頁，總共107頁。半導(dǎo)體二極管圖片當(dāng)前4頁，總共107頁。3二極管及其基本電路主要內(nèi)容·半導(dǎo)體的基本知識(shí)·PN結(jié)的形成及特點(diǎn)·半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)、V-I特性、參數(shù)、及基本應(yīng)用電路基本要求·了解半導(dǎo)體材料的基本結(jié)構(gòu)及PN結(jié)的形成·掌握PN結(jié)的單向?qū)щ姽ぷ髟怼ふ莆斩O管（包括穩(wěn)壓管）的V-I特性及其基本應(yīng)用當(dāng)前5頁，總共107頁。3.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)

半導(dǎo)體材料

半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用

雜質(zhì)半導(dǎo)體當(dāng)前6頁，總共107頁。3.1.1半導(dǎo)體材料絕緣體根據(jù)物體導(dǎo)電能力導(dǎo)體半導(dǎo)體硅Si鍺Ge砷化鎵GaAs最常用導(dǎo)電率105S·cm-1導(dǎo)電率10-22S·cm-1導(dǎo)電率10-9~102S·cm-1。。。。導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間當(dāng)前7頁，總共107頁。半導(dǎo)體的特性簡(jiǎn)介通過摻入雜質(zhì)可明顯地改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率2.溫度可明顯地改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率3.光照可明顯地改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，同時(shí)還可以產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。5.外施電壓能發(fā)光，能制冷。。。。。。。

外界物理量能影響半導(dǎo)體中的電子變化，外施電壓能使半導(dǎo)體產(chǎn)生物理量4.半導(dǎo)體對(duì)很多物理量都很敏感，能夠制成很多種傳感器。當(dāng)前8頁，總共107頁。3.1.2半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型及晶體結(jié)構(gòu)4價(jià)元素正離子芯周邊有4個(gè)電子圖示應(yīng)為立體結(jié)構(gòu)(a)鍺Ge的原子結(jié)構(gòu)(b)硅Si的原子結(jié)構(gòu)當(dāng)前9頁，總共107頁。3.1.3本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。由于隨機(jī)熱振動(dòng)致使共價(jià)鍵被打破而產(chǎn)生空穴－電子對(duì)半導(dǎo)體經(jīng)高度提純并制成晶體后，原子間組成某種形式的晶體點(diǎn)陣，這種半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。也就是完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。當(dāng)前10頁，總共107頁。3.1.3本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用由于隨機(jī)熱振動(dòng)致使共價(jià)鍵被打破而產(chǎn)生空穴－電子對(duì)當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0K時(shí)，導(dǎo)體中沒有自由電子。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子能量增高，有的價(jià)電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。當(dāng)前11頁，總共107頁。3.1.3本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電：空穴也能移動(dòng)？！空穴的移動(dòng)——空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次填充空穴來實(shí)現(xiàn)的。由于隨機(jī)熱振動(dòng)致使共價(jià)鍵被打破而產(chǎn)生空穴－電子對(duì)

在外界的影響下（如熱、光、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等），使得其共價(jià)鍵中的價(jià)電子獲得一定能量后，電子受到激發(fā)脫離共價(jià)鍵，成為自由電子（帶負(fù)電），共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為“空穴”。電子移動(dòng)導(dǎo)致電流因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的當(dāng)前12頁，總共107頁。空穴的移動(dòng)價(jià)電子空穴自由電子空穴的相對(duì)移動(dòng)實(shí)際是電子在移動(dòng)，空穴是相對(duì)移動(dòng)空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的重要特點(diǎn)。當(dāng)前13頁，總共107頁。半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生載流子自由電子空穴兩種載流子共同形成半導(dǎo)體內(nèi)的電流。電子電流：空穴電流：自由電子作定向運(yùn)動(dòng)所形成的電流；被原子核束縛的價(jià)電子遞補(bǔ)空穴所形成的電流。當(dāng)前14頁，總共107頁。3.1.4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)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。N型半導(dǎo)體——摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體——摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。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)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。

為什么先提純?cè)贀诫s形成雜質(zhì)半導(dǎo)體？當(dāng)前15頁，總共107頁。1.N型半導(dǎo)體3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體

因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。磷原子的結(jié)構(gòu)當(dāng)前16頁，總共107頁。N

型半導(dǎo)體示意圖

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，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大量增加，于是有：自由電子數(shù)＞＞空穴數(shù)以自由電子導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體（N—typesemiconductor)。少數(shù)載流子多數(shù)載流子當(dāng)前17頁，總共107頁。2.P型半導(dǎo)體3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體

因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。硼原子的結(jié)構(gòu)當(dāng)前18頁，總共107頁。2.P型半導(dǎo)體3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體

空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。自由電子數(shù)＜＜空穴數(shù)少數(shù)載流子多數(shù)載流子因此以空穴導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體(P—typesemiconductor)。當(dāng)前19頁，總共107頁。3.雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體

摻入雜質(zhì)對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征硅的原子濃度:3摻雜后的電子空穴濃度增加一百萬倍。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3

4.96×1022/cm3

當(dāng)前20頁，總共107頁。

本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體

注意掌握本節(jié)中的有關(guān)概念

自由電子、空穴N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體

多數(shù)載流子、少數(shù)載流子

施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)end常用詞匯當(dāng)前21頁，總共107頁。3.2PN結(jié)的形成及特性

PN結(jié)的形成

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)的反向擊穿

PN結(jié)的電容效應(yīng)

載流子的漂移與擴(kuò)散當(dāng)前22頁，總共107頁。3.2.1載流子的漂移與擴(kuò)散擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)由電場(chǎng)作用引起的載流子的運(yùn)動(dòng)由載流子濃度差引起的載流子的運(yùn)動(dòng)++自然界中擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)例子很多，如墨水滴進(jìn)水中。但在固體中的擴(kuò)散例子較少，只產(chǎn)生于邊界。當(dāng)前23頁，總共107頁。3.2.2PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體基片上分別在兩個(gè)區(qū)域摻雜P型和N型元素構(gòu)成PN結(jié)當(dāng)前24頁，總共107頁。3.2.2PN結(jié)的形成當(dāng)前25頁，總共107頁。

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N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程:

因濃度差

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)

內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移

內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散

最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)當(dāng)前26頁，總共107頁。

對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。隨Ed擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡Ed不變化形成穩(wěn)定的PN結(jié)當(dāng)前27頁，總共107頁。1）空間電荷區(qū)的正負(fù)離子雖帶電，但它們不能移動(dòng)，不參與導(dǎo)電。因區(qū)域內(nèi)的載流子極少，所以空間電荷區(qū)的電阻率很高。2）內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，所以空間電荷區(qū)--PN結(jié)又稱為阻擋層或耗盡層。注意：當(dāng)前28頁，總共107頁。3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡(jiǎn)稱正偏。

(1)PN結(jié)加正向電壓時(shí)降低結(jié)電阻大的正向擴(kuò)散電流多子電流縮短耗盡層外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反偏-加載當(dāng)前29頁，總共107頁。內(nèi)電場(chǎng)

EdPN

結(jié)變窄多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移運(yùn)動(dòng)

PN

結(jié)導(dǎo)通（

PN

結(jié)呈現(xiàn)

R)形成正向電流

IP區(qū)接正極N區(qū)接負(fù)極加正向電壓

(1)PN結(jié)加正向電壓時(shí)當(dāng)前30頁，總共107頁。3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡(jiǎn)稱反偏。

(2)PN結(jié)加反向電壓時(shí)

高結(jié)電阻很小的反向漂移電流

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)，這個(gè)電流也稱為反向飽和電流。

內(nèi)外電場(chǎng)同向，耗盡層被加寬，阻止多子流動(dòng)當(dāng)前31頁，總共107頁。PN結(jié)變寬多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移運(yùn)動(dòng)

PN

結(jié)截止（PN

結(jié)呈現(xiàn)反向R

）內(nèi)電場(chǎng)

Ed形成反向電流

IP區(qū)接負(fù)極N區(qū)接正極加反向電壓

(2)PN結(jié)加反向電壓時(shí)當(dāng)前32頁，總共107頁。結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。PN結(jié)加正向電壓時(shí)耗盡層電場(chǎng)與外施電場(chǎng)相反被削弱，PN結(jié)加反向電壓時(shí)耗盡層電場(chǎng)與外施電場(chǎng)相同被加寬結(jié)論：外施電壓能夠調(diào)節(jié)耗盡層的寬度，-壓控電阻。當(dāng)前33頁，總共107頁。3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(3)PN結(jié)V-I特性表達(dá)式其中PN結(jié)的伏安特性IS——反向飽和電流VT

——溫度的電壓當(dāng)量且在常溫下（T=300K）用伏安特性法分析k為波耳茲曼常數(shù)（1.3810–23J/K）T為熱力學(xué)溫度，即絕對(duì)溫度（單位為K，0K=-273C）q為電子電荷（1.610–19C）當(dāng)前34頁，總共107頁。3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(3)PN結(jié)V-I特性表達(dá)式vD為正當(dāng)vD比VT大幾倍時(shí)遠(yuǎn)大于1Vd為負(fù)當(dāng)Vd比Vt大幾倍時(shí)趨近于零因此id=-IsId與Vd成指數(shù)關(guān)系該公式能夠正確表達(dá)二極管的伏安特性當(dāng)前35頁，總共107頁。3.2.4PN結(jié)的反向擊穿

當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。熱擊穿——不可逆

雪崩擊穿

齊納擊穿

電擊穿——可逆PN結(jié)外施反向電壓是有限度的擊穿有兩類：當(dāng)前36頁，總共107頁。3.2.4PN結(jié)的反向擊穿熱擊穿——當(dāng)反向電流和反向電壓的乘積超過PN結(jié)容許的耗散功率使結(jié)上溫升過熱而燒毀不可恢復(fù)為提高耗散功率可以增加加散熱裝置第4次課當(dāng)前37頁，總共107頁。3.2.4PN結(jié)的反向擊穿

雪崩擊穿——結(jié)上反壓增強(qiáng)，使少數(shù)載流子獲得足夠的動(dòng)能，運(yùn)動(dòng)中與晶體原子發(fā)生碰撞，導(dǎo)致原來共價(jià)鍵上的粒子獲得動(dòng)能擺脫束縛，形成自由電子-空穴對(duì)，新生的自由電子再獲得電場(chǎng)動(dòng)能還會(huì)繼續(xù)碰撞產(chǎn)生更多的自由電子-空穴對(duì)，持續(xù)效應(yīng)如同雪崩。電擊穿——沒有超過耗散功率時(shí)可恢復(fù)當(dāng)前38頁，總共107頁。3.2.4PN結(jié)的反向擊穿

齊納擊穿——

雜質(zhì)濃度大，空間電荷區(qū)窄，加到一定高反壓時(shí)發(fā)生——

齊納二極管-穩(wěn)壓用電擊穿——沒有超過耗散功率時(shí)可恢復(fù)

破壞共價(jià)鍵，產(chǎn)生電子空穴對(duì)——當(dāng)前39頁，總共107頁。3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)(1)擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容示意圖當(dāng)PN結(jié)處于正向偏置擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使多數(shù)載流子穿過PN結(jié)在對(duì)方區(qū)域PN結(jié)附近有高于正常情況時(shí)的電荷累積存儲(chǔ)電荷量的大小，取決于PN結(jié)上所加正向電壓值的大小。離結(jié)越遠(yuǎn)，由于空穴與電子的復(fù)合，濃度將隨之減小。當(dāng)前40頁，總共107頁。3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)(1)擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容示意圖兩者之比Q/V為擴(kuò)散電容CD。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(dòng)在結(jié)的附近產(chǎn)生一電荷增量Q當(dāng)前41頁，總共107頁。3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)

(2)勢(shì)壘電容CBend這種由空間電荷數(shù)量隨電壓變化而產(chǎn)生的電容效應(yīng)稱為PN結(jié)的勢(shì)壘電容。PN結(jié)的空間電荷區(qū)也稱勢(shì)壘區(qū)，是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)PN結(jié)兩端電壓改變時(shí)，會(huì)引起空間電荷數(shù)量的改變，從而產(chǎn)生PN結(jié)的電容效應(yīng)。當(dāng)前42頁，總共107頁。3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)endPN結(jié)的電容效應(yīng)主要影響二極管的高頻特性PN結(jié)的電容效應(yīng)是勢(shì)壘電容CB和擴(kuò)散電容CD的綜合反映當(dāng)PN結(jié)處于正向偏置時(shí)，結(jié)電容較大（主要決定于擴(kuò)散電容CD）當(dāng)PN結(jié)處于反向偏置時(shí)，結(jié)電容較?。ㄖ饕獩Q定于勢(shì)壘電容CB）。正偏時(shí)，Cj≈CD反偏時(shí)，Cj≈CB當(dāng)前43頁，總共107頁。3.3二極管

二極管的結(jié)構(gòu)

二極管的伏安特性

二極管的主要參數(shù)當(dāng)前44頁，總共107頁。3.3.1二極管的結(jié)構(gòu)

在PN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)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型兩大類。(1)點(diǎn)接觸型二極管(a)點(diǎn)接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。當(dāng)前45頁，總共107頁。（c）代表符號(hào)

(2)面接觸型二極管PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型（a）面接觸型（b）集成電路中的平面型當(dāng)前46頁，總共107頁。3.3.2二極管的V-I特性二極管的V-I特性曲線可用下式表示鍺二極管2AP15的V-I特性硅二極管2CP10的V-I特性0.6~0.7V0.2V~0.3二極管的正向壓降一般硅管取0.7V鍺管取0.2V沒有特殊規(guī)定時(shí)：當(dāng)前47頁，總共107頁。3.3.3二極管的主要參數(shù)(1)最大整流電流IF(2)反向擊穿電壓VBR(3)反向電流IR(4)極間電容Cd（CB、CD）(5)反向恢復(fù)時(shí)間TRR當(dāng)前48頁，總共107頁。(1)最大整流電流IF是指管子長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。因?yàn)殡娏魍ㄟ^PN結(jié)要引起管子發(fā)熱，電流太大，發(fā)熱量超過限度，就會(huì)使PN結(jié)燒壞。例如2AP1最大整流電流為16mA。

當(dāng)前49頁，總共107頁。(2)反向擊穿電壓VBR指管子反向擊穿時(shí)的電壓值擊穿時(shí)，反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至因過熱而燒壞一般手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓約為擊穿電壓的一半，以確保管子安全運(yùn)行。當(dāng)前50頁，總共107頁。(3)反向電流IR指管子未擊穿時(shí)的反向電流值愈小，則管子的單向?qū)щ娦杂糜捎跍囟仍黾樱聪螂娏鲿?huì)明顯增加當(dāng)前51頁，總共107頁。(4)極間電容Cd（CB、CD

）PN結(jié)存在擴(kuò)散電容CD和勢(shì)壘電容CB在高頻運(yùn)用時(shí)，可以用下圖所示的PN結(jié)高頻等效電路，共中r表示結(jié)電阻，C表示結(jié)電容，包括勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容的總效果。PN結(jié)正向偏置，r為正向電阻，數(shù)值很小，結(jié)電容較大。PN結(jié)反向偏置，r為反向電阻，數(shù)值較大，結(jié)電容較小。當(dāng)前52頁，總共107頁。(5)反向恢復(fù)時(shí)間TRR由于二極管中PN結(jié)電容效應(yīng)的存在，當(dāng)二極管外加電壓極性翻轉(zhuǎn)時(shí)，其正、反向電流不能在瞬間完全按照單向?qū)щ娦宰兓Ｌ貏e時(shí)外加電壓從正向偏置變成反向偏置時(shí)，二極管中電流由正向變成反向，但其翻轉(zhuǎn)后瞬間有較大的反向電流，經(jīng)過一定時(shí)間后反向電流才會(huì)變得很小。二極管由正向?qū)ǖ椒聪蚪刂箷r(shí)電流的變化圖所示。其中IF為正向電流，IRM為最大反向恢復(fù)電流，TRR為反向恢復(fù)時(shí)間。

當(dāng)前53頁，總共107頁。(5)反向恢復(fù)時(shí)間TRR存在反向恢復(fù)時(shí)間的主要原因是擴(kuò)散電容的CD影響。擴(kuò)散電容越小，反向恢復(fù)時(shí)間越短，工作頻率越高。二極管由反向截止到正向?qū)▌t不存在積累載流子的消散過程。當(dāng)前54頁，總共107頁。溫度對(duì)二極管伏安特性曲線的影響當(dāng)前55頁，總共107頁。美國半導(dǎo)體器件的型號(hào)命名方法第一部分第二部分第三部分第四部分類別美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）注冊(cè)標(biāo)志美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）登記號(hào)器件規(guī)格號(hào)數(shù)字意義字母意義用多位數(shù)字表示該器件在美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）的登記號(hào)用字母A、B、C、D……表示同一型號(hào)器件的不同檔次1二極管N該器件已在美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）注冊(cè)登記2晶體管3三個(gè)PN結(jié)器件（如雙柵場(chǎng)效應(yīng)管晶體管）nn個(gè)PN結(jié)器件當(dāng)前56頁，總共107頁。國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：當(dāng)前57頁，總共107頁。3.4

二極管的基本電路及其分析方法

3.4.1簡(jiǎn)單二極管電路的圖解分析方法

二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法當(dāng)前58頁，總共107頁。當(dāng)前59頁，總共107頁。二極管采用非線性電路分析方法二極管電路分析方法一種非線性器件采用圖解分析法則較簡(jiǎn)單但要已知二極管的V-I特性曲線。比較復(fù)雜！3.4.1簡(jiǎn)單二極管電路的圖解分析方法當(dāng)前60頁，總共107頁。例3.4.1電路如圖所示，已知二極管的V-I特性曲線、電源VDD和電阻R，求二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流iD。解：由電路的KVL方程，可得即是一條斜率為-1/R的直線，稱為負(fù)載線

Q的坐標(biāo)值（VD，ID）即為所求。Q點(diǎn)稱為電路的工作點(diǎn)當(dāng)前61頁，總共107頁。通過線性部分和非線性部分的交點(diǎn)找到工作點(diǎn)這種通過圖解方法解題較麻煩。工作點(diǎn)上的值即為本題的解當(dāng)前62頁，總共107頁。3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模

將指數(shù)模型分段線性化，得到二極管特性的等效模型。（1）理想模型（a）V-I特性（b）代表符號(hào)（c）正向偏置時(shí)的電路模型（d）反向偏置時(shí)的電路模型正向偏置時(shí)，管壓降為0V，短接

于反向偏置時(shí)，它的電阻為無窮大，電流為零，斷開

在實(shí)際的電路中，當(dāng)電源電壓遠(yuǎn)比二極管的管壓降大時(shí)，利用此模型來近似分析是可行的。

有變化，實(shí)心當(dāng)前63頁，總共107頁。3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（2）恒壓降模型（a）V-I特性（b）電路模型管壓降認(rèn)為是恒定的，且不隨電流而變，典型值為（0.7V-硅管）（0.2V-鍺管）

當(dāng)二極管的電流ID近似等于或大于1mA時(shí)才是正確的

應(yīng)用較廣電池+理想模型當(dāng)前64頁，總共107頁。3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（3）折線模型（a）V-I特性（b）電路模型為了較真實(shí)地描述二極管V-I特性，在恒壓降模型的基礎(chǔ)上，作一定的修正

.這個(gè)電池的電壓選定為二極管的門坎電壓Vth，約為0.5V（硅管）。當(dāng)二極管的導(dǎo)通電流為1mA時(shí)，管壓降為0.7V，rD的值可計(jì)算如下：用一個(gè)電池和一個(gè)電阻rD來作進(jìn)一步的近似恒壓降模型+電阻當(dāng)前65頁，總共107頁。3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號(hào)模型vs=0時(shí),Q點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)，反映直流時(shí)的工作狀態(tài)。vs=Vmsint時(shí)（Vm<<VDD）,將Q點(diǎn)附近小范圍內(nèi)的V-I特性線性化，得到小信號(hào)模型，即以Q點(diǎn)為切點(diǎn)的一條直線。當(dāng)前66頁，總共107頁。3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號(hào)模型

過Q點(diǎn)的切線可以等效成一個(gè)微變電阻即根據(jù)得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)則常溫下（T=300K）（a）V-I特性（b）電路模型在Q點(diǎn)處vD>>VT=26mV，

的區(qū)別？當(dāng)前67頁，總共107頁。3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號(hào)模型

特別注意：小信號(hào)模型中的微變電阻rd與靜態(tài)工作點(diǎn)Q有關(guān)。該模型用于二極管處于正向偏置條件下，且vD>>VT

。（a）V-I特性（b）電路模型

注意使用條件：直流部分對(duì)交流來說是短路的。當(dāng)前68頁，總共107頁。3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法2．模型分析法應(yīng)用舉例（1）整流電路（a）電路圖（b）vs和vO的波形將交流整流成脈動(dòng)直流功能：？當(dāng)前69頁，總共107頁。2．模型分析法應(yīng)用舉例（2）靜態(tài)工作情況分析理想模型（R=10k）

當(dāng)VDD=10V時(shí)，恒壓模型（硅二極管典型值）折線模型（硅二極管典型值）設(shè)（a）簡(jiǎn)單二極管電路（b）習(xí)慣畫法由于VDD遠(yuǎn)大于0.7V，求出的ID誤差不大。但理想模型的VD等于零，有誤差。當(dāng)前70頁，總共107頁。①使用理想模型得②使用恒壓降模型得ID=0.049mA，VD=0.51V（2）VDD=1V③使用折線模型得上例表明，在電源電壓遠(yuǎn)大于二極管管壓降的情況下，恒壓降模型能得出較合理的結(jié)果，但當(dāng)電源電壓較低時(shí)，折線模型能提供較合理的結(jié)果。在實(shí)際工作中需要正確選擇器件的模型。當(dāng)前71頁，總共107頁。2．模型分析法應(yīng)用舉例（3）限幅電路

電路如圖，R=1kΩ，VREF=3V，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)vI=6sintV時(shí)，繪出相應(yīng)的輸出電壓vO的波形。理想模型恒壓降模型恒壓降模型理想模型當(dāng)前72頁，總共107頁。2．模型分析法應(yīng)用舉例（3）限幅電路

電路如圖，R=1kΩ，VREF=3V，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)vI=6sintV時(shí)，繪出相應(yīng)的輸出電壓vO的波形。恒壓降模型當(dāng)前73頁，總共107頁。vi=5sinωtVD1、D2為理想二極管經(jīng)常用于差動(dòng)電路的輸入保護(hù)雙向限幅電路vivovivo當(dāng)前74頁，總共107頁。2．模型分析法應(yīng)用舉例（4）開關(guān)電路電路如圖所示，求AO的電壓值解：

先斷開D，以O(shè)為基準(zhǔn)電位，即O點(diǎn)為0V。

則接D陽極的電位為-6V，接陰極的電位為-12V。陽極電位高于陰極電位，D接入時(shí)正向?qū)?。?dǎo)通后，D的壓降等于零，即A點(diǎn)的電位就是D陽極的電位。所以，AO的電壓值為-6V。-6V-12V-6V當(dāng)前75頁，總共107頁。例2.4.5一二極管開關(guān)電路如圖所示。利用二極管理想模型求解：當(dāng)vI1和vI2為0V或5V時(shí)，求vI1和vI2的值不同組合情況下，輸出電壓vO的值。解：多二極管并聯(lián)時(shí)壓差大的先導(dǎo)通！單端電源表示當(dāng)前76頁，總共107頁。vI1vI2二極管工作狀態(tài)vOD1D20V0V5V5V0V5V0V5V導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止導(dǎo)通截止導(dǎo)通截止0V0V0V5V由上表可見，在輸入電壓vI1和vI2中，只要有一個(gè)為0V，則輸出為0V；只有當(dāng)兩輸入電壓均為5V時(shí)，輸出才為5V，這種關(guān)系在數(shù)字電路中稱為與邏輯。當(dāng)前77頁，總共107頁。2．模型分析法應(yīng)用舉例（6）小信號(hào)工作情況分析圖示電路中，VDD=5V，R=5k，恒壓降模型的VD=0.7V，vs=0.1sinwtV。（1）求輸出電壓vO的交流量和總量；（2）繪出vO的波形。

直流通路、交流通路、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)等概念，在放大電路的分析中非常重要。當(dāng)前78頁，總共107頁。

根據(jù)疊加原理，可以將兩個(gè)電壓源VDD和vs的作用分開考慮:右圖中只有直流分量，稱為直流通路，它反映了電路的靜態(tài)工作情況

.二極管是導(dǎo)通的，所以電路的靜態(tài)工作點(diǎn)為:VD=0.7V,ID=(VDD-VD)/R=(5V–0.7V)/5k=0.86mA輸出電壓的直流分量為VO=IDR=0.86mA5k=4.3V（或VO=VDD-VD=5V–0.7V=4.3V）求得微變電阻:當(dāng)前79頁，總共107頁。得輸出電壓的交流分量為:當(dāng)前80頁，總共107頁。根據(jù)上述結(jié)果，繪出輸出電壓vO的波形如圖所示，輸出的交流量疊加在直流量上。本例中提到的直流通路和交流通路的概念，以及將問題分解為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種情況來求解的方法都非常重要，在的放大電路的分析中都要用到，應(yīng)引起足夠重視。當(dāng)前81頁，總共107頁。3.5特殊二極管

齊納二極管(穩(wěn)壓二極管)

變?nèi)荻O管

肖特基二極管

光電子器件當(dāng)前82頁，總共107頁。3.5.1齊納二極管一種用特殊工藝制造的面結(jié)型硅半導(dǎo)體二極管又稱穩(wěn)壓管這種管子的雜質(zhì)濃度比較大，空間電荷區(qū)內(nèi)的電荷密度也大，因而該區(qū)域很窄，容易形成強(qiáng)電場(chǎng)。當(dāng)反向電壓加到某一定值時(shí)，反向電流急增，產(chǎn)生反向擊穿反向擊穿電壓，即穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓，它是在特定的測(cè)試電流IZT下得到的電壓值。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于，電流增量IZ很大，只引起很小的電壓變化VZ。當(dāng)前83頁，總共107頁。3.5.1齊納二極管1.符號(hào)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)工作在反向電擊穿狀態(tài)。（︶︿︶）注意：這是折線模型當(dāng)前84頁，總共107頁。3.5.1齊納二極管曲線愈陡，動(dòng)態(tài)電阻rZ=VZ/IZ愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好。IZ(min)和IZ(max)為穩(wěn)壓管工作在正常穩(wěn)壓狀態(tài)的最小和最大工作電流。反向電流小于IZ(min)時(shí)，穩(wěn)壓管進(jìn)入反向截止?fàn)顟B(tài)，穩(wěn)壓特性消失；反向電流大于IZ(max)時(shí)，穩(wěn)壓管可能被燒毀。由于穩(wěn)壓管正常工作時(shí)，都處于反向擊穿狀態(tài)，所以穩(wěn)壓管的電壓、電流參考方向與普通二極管標(biāo)法不同，VZ的假定正向位于陰極。當(dāng)前85頁，總共107頁。(1)穩(wěn)定電壓VZ(2)動(dòng)態(tài)電阻rZ

在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。rZ=VZ/IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最大穩(wěn)定工作電流

IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin（=VZ)(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)——VZ2.穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)3.5.1齊納二極管當(dāng)前86頁，總共107頁。(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)——VZ

當(dāng)4

V＜VZ

＜7

V時(shí)，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。

溫度的變化將使VZ改變，在穩(wěn)壓管中當(dāng)VZ

＞7

V時(shí)，VZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。

當(dāng)VZ＜4

V時(shí)，VZ具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。當(dāng)前87頁，總共107頁。3.穩(wěn)壓電路正常穩(wěn)壓時(shí)VO=VZ3.5.1齊納二極管當(dāng)前88頁，總共107頁。穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)應(yīng)反接，并串入一只電阻。電阻的作用一是起限流作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管；二是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號(hào)以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。當(dāng)前89頁，總共107頁。表3.5.1幾種典型的穩(wěn)壓管的主要參數(shù)型號(hào)穩(wěn)定電壓

VZ/V穩(wěn)定電流

IZ/mA最大穩(wěn)定電流

IZM/mA耗散功率

PM/W動(dòng)態(tài)電阻

rZ/Ω溫度系數(shù)

CTV（10-4/℃）2CW522CW1072DW2323.2-4.58.5-9.56.0-6.51051055100300.2510.20＜70≤10≥–880.05*2DW232為具有溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓管。注意有正負(fù)溫度系數(shù)當(dāng)前90頁，總共107頁。例3.5.1穩(wěn)壓電路如圖所示。設(shè)R=180,VI=10V，RL=1k，穩(wěn)壓管的VZ=6.8V，IZT=10mA，rZ=20，IZ(min)=5mA。試分析當(dāng)VI出現(xiàn)1V的變化時(shí)，VO的變化是多少？當(dāng)前91頁，總共107頁。分析：VI出現(xiàn)1V的變化時(shí)，VO的變化是多少？列出VO的關(guān)于VI出的方程帶入VI出現(xiàn)1V的變化時(shí)，求VO的變化？當(dāng)前92頁，總共107頁。兩個(gè)回路一個(gè)節(jié)點(diǎn)，列方程，解出IzVO=VZ=rZIZVI導(dǎo)致IZ變化再導(dǎo)致VO變化當(dāng)前93頁，總共107頁。由此可算出，當(dāng)VI=10V-1V=9V時(shí)，IZ=5.95mA>IZ(min)（=5mA)

，能正常工作；VO=VZ=rZIZ=0.02k9.83mA=0.020V.當(dāng)VI=10V+1V=11V時(shí)，IZ=15.78mA。穩(wěn)壓管的電流變化為：IZ=15.78mA-5.95mA=9.83mA輸出電壓變化為：輸入電壓VI變化2V（9～11V）時(shí)，輸出電壓VO只變化了20mV，穩(wěn)壓特性明顯。VI導(dǎo)致IZ變化再導(dǎo)致VO變化當(dāng)前94頁，總共107頁。

例2.5.2設(shè)計(jì)一穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，作為汽車用收音機(jī)的供電電源。已知收音機(jī)的直流電源為9V，音量最大時(shí)需供給的功率為0.5W。汽車上的供電電源在12~13.6V之間波動(dòng)。要求選用合適的穩(wěn)壓管（IZ(min)

、IZ(max)

、VZ、PZM），以及合適的限流電阻（阻值、額定功率）。9V，0.5W12~13.6V選器件參數(shù)？選擇要求滿足極限情況（最壞情況）當(dāng)前95頁，總共107頁。9V，0.5W12~13.6V極端情況分析：VI收音機(jī)ILRIz能工作最小能穩(wěn)壓求出R開路最大最大不過載最小得到工作電流0電壓很小的時(shí)候能夠聽電壓最大時(shí)，收音機(jī)沒開，有最大電流流過穩(wěn)壓管不燒求出R功耗當(dāng)前96頁，總共107頁。VI收音機(jī)ILRIz最小能工作得到工作電流求出R最小能穩(wěn)壓VL=VZ

由于負(fù)載所消耗的功率PL=VLIL所以負(fù)載電流的最大值考慮最壞情況，即當(dāng)輸入電壓最小VI=VI(min)

，負(fù)