西工大模電課件及實(shí)驗(yàn)報(bào)告全第三章

(4-1)第三章

半導(dǎo)體二極管及其基本電路

3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)3.2PN結(jié)3.3二極管3.4二極管基本電路及分析方法3.5特殊二極管(4-2)

3.1.1半導(dǎo)體材料根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來(lái)劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體：硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。半導(dǎo)體導(dǎo)電性能受溫度、光照和摻雜影響。3-1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體(4-3)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：１、外層４個(gè)電子；２、共價(jià)?。窗雽?dǎo)體特性：物質(zhì)的導(dǎo)電能力由物質(zhì)原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原子間的組合方式?jīng)Q定。3-1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)(4-4)硅原子空間排列及共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖(a)硅晶體的空間排列(b)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖(c)3-1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)電特點(diǎn)３、受光照影響２、受摻雜影響1、無(wú)自由電子４、溫度影響(4-5)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)。純凈的含義

無(wú)雜質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)完整3-1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)3.1.1本征半導(dǎo)體(4-6)一、半導(dǎo)體中的載流子１、熱力學(xué)溫度0K無(wú)外界激發(fā)3.1.1本征半導(dǎo)體3-1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)(4-7)(c)2、熱力學(xué)300K室溫，產(chǎn)生自由電子3.1.1本征半導(dǎo)體(4-8)自由電子：

價(jià)電子能量增高，有的價(jià)電子掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電?？昭ǎ?/p>

價(jià)電子離開(kāi)共價(jià)鍵后留下的空位稱為空穴。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。(4-9)1、空穴的移動(dòng)（動(dòng)畫1-2）空穴在晶格中的移動(dòng)(4-10)本征激發(fā)和復(fù)合的過(guò)程（動(dòng)畫1-1）2、本征激發(fā)和復(fù)合3.1.1本征半導(dǎo)體(4-11)價(jià)電子獲得能量掙脫原子核的束縛，成為自由電子，從而可能參與導(dǎo)電。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)

本征激發(fā)復(fù)合自由電子釋放能量而進(jìn)入有空位的共價(jià)鍵，使自由電子和空穴成對(duì)消失這一現(xiàn)象稱為復(fù)合。在外電場(chǎng)作用下電子空穴對(duì)作定向運(yùn)動(dòng)形成的電流。漂移電流產(chǎn)生電子空穴對(duì)(4-12)N(negative)型半導(dǎo)體(2)P(positive)型半導(dǎo)體3.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱雜質(zhì)的半導(dǎo)體導(dǎo)電性能發(fā)生變化形成兩種半導(dǎo)體材料3-1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)果{雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素?fù)饺肷倭课鍍r(jià)元素?fù)饺肷倭咳齼r(jià)元素(4-13)一、N型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷(或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代。磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子。這樣磷原子就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原子給出一個(gè)電子，磷原子稱為施主原子(Donoratom)。(4-14)+4+4+5+4多余電子磷原子N型半導(dǎo)體中的載流子是什么？1.由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2.本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子majoritycarrier（多子），空穴稱為少數(shù)載流子minoritycarrier（少子）。(4-15)二、P型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空位。這個(gè)空位可能吸引束縛電子來(lái)填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子(Acceptoratom)。+4+4+3+4空穴硼原子P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。(4-16)三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但由于數(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。(4-17)3.1.3雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響

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:4.96×1022/cm3

3以上三個(gè)濃度基本上依次相差106/cm3。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3(4-18)3.1.4半導(dǎo)體中的電流漂移電流擴(kuò)散電流在電場(chǎng)作用下，載流子定向運(yùn)動(dòng)形成的電流。電場(chǎng)越強(qiáng)，載流子濃度越大漂移電流越強(qiáng)。由于載流子濃度不均勻，從濃度大處向濃度小處擴(kuò)散，形成擴(kuò)散電流。擴(kuò)散電流大小與濃度梯度有關(guān)。(4-19)3.2PN結(jié)3.2.1PN結(jié)的形成3.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.2.3PN結(jié)的擊穿特性3.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)(4-20)

3.2.1PN結(jié)的形成擴(kuò)散電流在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過(guò)載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。(4-21)內(nèi)電場(chǎng)隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，在界面N區(qū)的一側(cè)，雜質(zhì)變成正離子；在界面P區(qū)的一側(cè)，雜質(zhì)變成負(fù)離子。在N型和P型半導(dǎo)體界面的N型區(qū)一側(cè)會(huì)形成正離子薄層。在N型和P型半導(dǎo)體界面的P型區(qū)一側(cè)會(huì)形成負(fù)離子薄層。這種離子薄層會(huì)形成一個(gè)電場(chǎng)，方向是從N區(qū)指向P區(qū)，稱為內(nèi)電場(chǎng).(4-22)P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)逐漸加寬。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。(4-23)內(nèi)電場(chǎng)的出現(xiàn)及內(nèi)電場(chǎng)的方向會(huì)對(duì)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙作用，限制了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)一步發(fā)展。在半導(dǎo)體中還存在少子，內(nèi)電場(chǎng)的電場(chǎng)力會(huì)對(duì)少子產(chǎn)生作用，促使少數(shù)載流子產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)。內(nèi)電場(chǎng)漂移電流(4-24)內(nèi)電場(chǎng)擴(kuò)散電流漂移電流擴(kuò)散電流漂移電流最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。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?？臻g電荷區(qū)中存在內(nèi)電場(chǎng)，內(nèi)電場(chǎng)阻礙P中的空穴、N區(qū)

中的電子（都是多子）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)）。(4-25)在N型和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上發(fā)生物理過(guò)程總結(jié):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。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。多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)(4-26)濃度差擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)電荷區(qū)電場(chǎng)阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)促使漂移運(yùn)動(dòng){(4-27)PN結(jié)最重要的特性是單向?qū)щ娞匦?，先看如下?shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)：PN結(jié)的導(dǎo)電性。按如下方式進(jìn)行PN結(jié)導(dǎo)電性的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)镻N結(jié)加上封裝外殼和電極引線就是二極管，所以拿一個(gè)二極管來(lái)當(dāng)成PN結(jié)。P區(qū)為正極；N區(qū)為負(fù)極。對(duì)于圖示的實(shí)驗(yàn)電路，（表示二極管負(fù)極的黑色圓環(huán)在右側(cè)。此時(shí)發(fā)光二極管導(dǎo)通而發(fā)光。電源正極PN發(fā)光二極管發(fā)光3.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?4-28)此時(shí)發(fā)光二極管不發(fā)光，說(shuō)明PN結(jié)不導(dǎo)電。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明PN結(jié)（二極管）具有單向?qū)щ娦?。NP發(fā)光二極管熄滅

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦匀鬚區(qū)的電位高于N區(qū)，電流從P區(qū)流到N區(qū)，PN結(jié)呈低阻性，所以電流大；若P區(qū)的電位低于N區(qū)，電流從N區(qū)流到P區(qū)，PN結(jié)呈高阻性，所以電流小。結(jié)論(4-29)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，稱為正向偏置，簡(jiǎn)稱正偏。PN結(jié)加正向電壓、正向偏置P區(qū)加正電壓、N區(qū)加負(fù)電壓當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為反向偏置，簡(jiǎn)稱反偏。PN結(jié)加反向電壓、反向偏置P區(qū)加負(fù)電壓、N區(qū)加正電壓定義下面對(duì)PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃M(jìn)行解釋。(4-30)3.2.1PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況外電場(chǎng)外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)。于是，內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的擴(kuò)散電流。變薄(4-31)3.2.2PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況PN結(jié)加反向電壓時(shí)，有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時(shí)PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場(chǎng)作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。內(nèi)電場(chǎng)IS外電場(chǎng)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(wú)關(guān)，這個(gè)電流也稱為反向飽和電流IS。內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。變厚(4-32)PN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；PN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。

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?4-33)3.2.2.3PN結(jié)的伏安方程uiu外加電壓UT溫度的電壓當(dāng)量UT=kT/q

k波耳茲曼常數(shù)1.38×10-23J/K

T絕對(duì)溫度q電子電荷

1.6

×10-19CT＝300K(常溫)時(shí)，UT＝26mV正偏u>0當(dāng)反偏u<0當(dāng)

Is反向飽和電流導(dǎo)通截止(4-34)PN結(jié)的伏安特性曲線如圖所示。處于第一象限的是正向伏安特性曲線，處于第三象限的是反向伏安特性曲線。正向偏置：

V>0.1反向偏置：|V|>0.1(4-35)3.2.3PN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熱擊穿——不可逆雪崩擊穿齊納擊穿電擊穿——可逆此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。(4-36)3.2.3PN結(jié)的擊穿特性1、雪崩擊穿

PN結(jié)的反向電壓大于某一值()時(shí),反向電流突然劇增，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)的擊穿發(fā)生擊穿所需的電壓稱為擊穿電壓（VBR）低摻雜、高電壓2、齊納擊穿高摻雜、低電壓(4-37)1、雪崩擊穿反向電壓少子動(dòng)能少子速度碰撞共價(jià)鍵中電子產(chǎn)生自由電子電流劇增條件：低摻雜、高電壓（耗盡區(qū)寬碰撞機(jī)會(huì)多）對(duì)硅材料：(4-38)2、齊納擊穿條件：高摻雜、低電壓（耗盡區(qū)窄，低電壓產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)）對(duì)硅材料：低電壓產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)產(chǎn)生空穴電子對(duì)電流劇增耗盡區(qū)窄拉出共價(jià)鍵中電子(4-39)3.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它由兩方面的因素決定。

一是勢(shì)壘電容CB，二是擴(kuò)散電容CD。(4-40)(1)勢(shì)壘電容CB勢(shì)壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。勢(shì)壘電容示意圖當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。(4-41)(1)勢(shì)壘電容CB隨著外加電壓的變化離子薄層的厚度的變化情況。外加反向電壓高外加反向電壓低V=0時(shí)的n：為變?nèi)葜笖?shù)為內(nèi)建電位差(4-42)擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。(2)擴(kuò)散電容CD反之，由P區(qū)擴(kuò)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結(jié)正偏時(shí),由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子就堆積在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。(4-43)擴(kuò)散電容示意圖PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不同正向偏置外加電壓不同擴(kuò)散電流大小不同相當(dāng)電容的充放電過(guò)程勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容(4-44)(2)擴(kuò)散電容CD如果引起的電壓變化量為則:PN結(jié)上的總電容為:(4-45)溫度升高時(shí)，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加。對(duì)硅材料溫度每增加10℃，反向電流將約增加一倍。對(duì)鍺材料溫度每增加12℃，反向電流大約增加一倍。溫度升高時(shí)，PN結(jié)的正向壓降將減小，每增加1℃，正向壓降VF(VD)大約減小2mV，即具有負(fù)的溫度系數(shù)。。3.2.5PN結(jié)的溫度特性溫度對(duì)PN結(jié)的性能有較大的影響。(4-46)溫度對(duì)PN結(jié)性能的影響圖示溫度每升高1℃,結(jié)電壓減小2-2.5mV。溫度每升高1０℃,反向飽和電流增大一倍?？偨Y(jié)(4-47)3.3二極管3.3.1二極管的結(jié)構(gòu)類型3.3.2二極管的特性曲線3.3.3二極管的參數(shù)(4-48)3.3.1晶體二極管的結(jié)構(gòu)類型在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、面接觸型和平面型三大類。(1)點(diǎn)接觸型二極管—

PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(a)點(diǎn)接觸型二極管的結(jié)構(gòu)示意圖(4-49)(c)平面型二極管的結(jié)構(gòu)示意圖(3)平面型二極管—

往往用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。(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(4-50)總結(jié)(4-51)3.3.2晶體二極管的伏安特性曲線半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線如圖所示。處于第一象限的是正向伏安特性曲線，處于第三象限的是反向伏安特性曲線。二極管的伏安特性曲線晶體二極管的電路符號(hào)(4-52)3.3.2晶體二極管的伏安特性曲線式中IS為反向飽和電流，VD為二極管兩端的電壓降，VT=kT/q稱為溫度的電壓當(dāng)量，k為玻耳茲曼常數(shù)，q為電子電荷量，T為熱力學(xué)溫度。對(duì)于室溫（相當(dāng)T=300K），則有VT=26mV。

根據(jù)理論推導(dǎo)，二極管的伏安特性曲線可用下式表示：(4-53)二極管的伏安特性曲線圖圖示(4-54)(1)正向特性當(dāng)0＜v＜VD(ON)時(shí)，正向電流為零，VD(ON)稱為死區(qū)電壓或開(kāi)啟電壓。當(dāng)v＞0即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段：當(dāng)v＞VD(ON)時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。(4-55)(2)反向特性當(dāng)v＜0時(shí)，即處于反向特性區(qū)域。

反向區(qū)也分兩個(gè)區(qū)域：1、當(dāng)VBR＜v＜0時(shí)，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時(shí)的反向電流也稱反向飽和電流IS。２、當(dāng)v≥VBR時(shí)，反向電流急劇增加，VBR稱為反向擊穿電壓。(4-56)在反向區(qū)，硅、鍺二極管的特性有所不同。

硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽和電流也很小；

鍺二極管的反向擊穿特性比較軟，過(guò)渡比較圓滑，反向飽和電流較大。從擊穿的機(jī)理上看，硅二極管若|UBR|≥7V時(shí),主要是雪崩擊穿；若|UBR|≤5V時(shí),則主要是齊納擊穿。當(dāng)在5V～7V之間兩種擊穿都有，有可能獲得零溫度系數(shù)點(diǎn)。(3)反向擊穿特性(4-57)

正向偏置二極管小功率正常工作時(shí)，管壓降變化范圍很小，硅二極管為：VD(ON)=0.5~0.7V鍺二極管為：VD(ON)=0.１~0.３V硅二極管的反向飽和電流也很小。０.1uA鍺二極管的反向飽和電流較大。幾十uA(4-58)3.3.3晶體二極管的參數(shù)

1、最大整流電流IF二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許通過(guò)二極管的最大整流電流的平均值。2、反向擊穿電壓VBR二極管反向電流急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓VBR。(4-59)3、反向電流IR5、最高工作頻率fM在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級(jí)；鍺二極管在微安(A)級(jí)。fM與結(jié)電容有關(guān)，f>fM時(shí)，單向?qū)щ娦员悴睢?/p>

4、極間電容(反向恢復(fù)時(shí)間)(4-60)3.4二極管基本電路及分析方法二極管是一種非線性器件3.4.1二極管的圖解分析(4-61)3.4二極管基本電路及分析方法二極管是一種非線性器件,在大信號(hào)工作時(shí)，其非線性表現(xiàn)為單向?qū)щ娦?，而?dǎo)通后所呈現(xiàn)的非線性往往是次要的。在不同條件下，可采用不同的近似方法來(lái)等效二極管。通常采用三種模型：１、理想模型２、簡(jiǎn)化模型３、折線模型3.4.2晶體二極管的模型(4-62)3.4.2晶體二極管的模型一、理想模型正向：VD(on)=0

反向：IR=0

理想二極管：vi(4-63)二、恒壓模型簡(jiǎn)化二極管：iuB0BUD(on)UD(on)正向：VD(on)=反向：IR=0

3.4.2晶體二極管的模型(4-64)三、折線模型折線二極管：iuB0BUD(on)

正向：UD(on)=反向：IR=0

UD(on)rD3.4.2晶體二極管的模型(4-65)三、折線模型iuB0BVD(on)VD(on)rD3.4.2晶體二極管的模型(4-66)3.4.3二極管基本應(yīng)用電路一、整流二、限幅三、電平選擇(4-67)1、半波整流一、整流(4-68)2、全波整流(4-69)(4-70)(4-71)

當(dāng)輸入信號(hào)電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí),輸出電壓隨輸入電壓相應(yīng)變化；當(dāng)輸入電壓超出該范圍時(shí),輸出電壓保持不變。這就是限幅電路。

將輸出電壓vo開(kāi)始不變的電壓值稱為限幅電平。

當(dāng)輸入電壓高于限幅電平時(shí),輸出電壓保持不變的限幅稱為上限幅。當(dāng)輸入電壓低于限幅電平時(shí),輸出電壓保持不變的限幅稱為下限幅。二.限幅電路限幅的概念(4-72)并聯(lián)二極管上限幅電路二、限幅改變Ｅ值就可改變限幅電平。(4-73)Ｅ＝０V,限幅電平為０V。vｉ＞０時(shí)二極管導(dǎo)通,vo＝０V；vi＜０V,二極管截止,vo＝vｉ。波形如圖(a)所示。０＜Ｅ＜Vm,則限幅電平為＋Ｅ。vｉ＜Ｅ,二極管截止,vo＝vｉ；vｉ＞Ｅ,二極管導(dǎo)通,vo＝Ｅ。波形圖如圖(ｂ)所示。－Vm＜Ｅ＜０,則限幅電平為-E,波形圖如圖(ｃ)所示。(4-74)二極管并聯(lián)上限幅電路波形關(guān)系Ｅ＝０V－Vm＜Ｅ＜００＜Ｅ＜Vm(4-75)并聯(lián)下限幅電路VDVi+-Vo+-ER(4-76)串聯(lián)限幅電路(4-77)雙向限幅電路(4-78)二極管門電路二極管“與”門電路(4-79)二極管門電路二極管“或”門電路(4-80)三、電平選擇電路［例4.3.9］圖(a)給出了一個(gè)二極管電平選擇電路，其中二極管D1和D2為理想二極管，輸入信號(hào)ui1和ui2的幅度均小于電源電壓E，波形如圖(b)所示。分析電路的工作原理，并作出輸出信號(hào)uo的波形。(4-81)解：因?yàn)閡i1和ui2均小于E，所以D1和D2至少有一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)。不妨假設(shè)ui1<ui2，則D1導(dǎo)通后，uo=ui1，結(jié)果D2上加的是反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)；反之，當(dāng)ui1>ui2時(shí)，D2導(dǎo)通，D1截止，uo=ui2；只有當(dāng)ui1=ui2時(shí)，D1和D2才同時(shí)導(dǎo)通，uo=ui1=ui2。uo的波形如圖(b)所示。該電路完成低電平選擇功能，當(dāng)高、低電平分別代表邏輯1和邏輯0時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了邏輯“與”運(yùn)算。(4-82)例:電路如圖所示，二極管的導(dǎo)通電壓UD約為0.7V。試分別計(jì)算開(kāi)關(guān)斷開(kāi)和閉合時(shí)輸出電壓的數(shù)值。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，二極管因加正向電壓而處于()狀態(tài)，故輸出電壓為導(dǎo)通分析(4-83)例:電路如圖所示，二極管的導(dǎo)通電壓UD約為0.7V。試分別計(jì)算開(kāi)關(guān)斷開(kāi)和閉合時(shí)輸出電壓的數(shù)值。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，二極管外加反向電壓，因而（），故輸出電壓為分析截止(4-84)UO1≈()，UO2＝()，UO3≈()，UO4≈()，UO5≈()，UO6≈()例:寫出圖T1.3所示各電路的輸出電壓值，設(shè)二極管導(dǎo)通電壓UD＝0.7V。1.3V0－1.3V2V1.3V－2V(4-85)3.5特殊二極管穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管。伏安特性曲線與二極管的伏安特性曲線完全一樣。3.5.1穩(wěn)壓二極管及基本應(yīng)用電路（b）伏安特性

(c)應(yīng)用電路(b)(c)(a)(a)符號(hào)(4-86)一、穩(wěn)壓作用電流增量很大的變化，只引起電壓增量很小的變化。(4-87)(1-87)UIIZIZmaxUZIZ穩(wěn)壓誤差曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。+-UZ動(dòng)態(tài)電阻：rz越小，穩(wěn)壓性能越好。(4-88)(1-88)在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都加限流電阻R，使穩(wěn)壓管電流工作在IZmax和IZmix的范圍。穩(wěn)壓管在應(yīng)用中要采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^(guò)管子的電流，以保證管子不會(huì)因過(guò)熱而燒壞。穩(wěn)壓管(如：齊納二極管)，是一種用特殊工藝制造的面結(jié)型硅半導(dǎo)體二極管，雜質(zhì)濃度較大，空間電荷區(qū)很窄，容易形成強(qiáng)電場(chǎng)。產(chǎn)生反向擊穿時(shí)反向電流急增。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于，電流增量很大，只引起