電子技術(shù)基礎課件

1、1 1 課堂要求：課堂要求： n必須到課。以隨機抽點方式考勤，必須到課。以隨機抽點方式考勤，3次次以上不到者取消期以上不到者取消期 末考試資格；末考試資格； n作業(yè)必須按時、認真、獨立完成。（必須抄題，用尺畫圖，作業(yè)必須按時、認真、獨立完成。（必須抄題，用尺畫圖， 否則返回重寫），缺作業(yè)否則返回重寫），缺作業(yè)3次次以上者取消期末考試資格；以上者取消期末考試資格； n課堂聽講；課堂聽講； n實驗為實驗為6次，任缺次，任缺1次者次者取消取消考考試資格試資格； n期末總成績期末總成績 = 期末卷面成績期末卷面成績80% + 平時成績平時成績(10%)+實實 驗成績驗成績(10%)；其中平時成績包括考

2、勤、作業(yè)、課堂表現(xiàn)，；其中平時成績包括考勤、作業(yè)、課堂表現(xiàn)， 實驗成績包括實驗報告及實驗操作等。實驗成績包括實驗報告及實驗操作等。 n雙周三的上午交作業(yè)，作業(yè)交到逸夫館雙周三的上午交作業(yè)，作業(yè)交到逸夫館104。 2 2 Ch1 半導體二極管及其基本電路半導體二極管及其基本電路 Ch2 雙極性三極管及其放大電路雙極性三極管及其放大電路 Ch4 功率放大電路功率放大電路 Ch5 集成運算放大器集成運算放大器 Ch6 反饋放大電路反饋放大電路 Ch7 集成運算放大器的線性應用和非線性應用集成運算放大器的線性應用和非線性應用 Ch8 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路 Ch9 小功率直流穩(wěn)壓電源小功率直流穩(wěn)壓電

3、源 模擬電子技術(shù) 3 3 數(shù)字電子技術(shù) Ch10 數(shù)字邏輯基礎數(shù)字邏輯基礎 Ch11 邏輯門電路基礎邏輯門電路基礎 Ch12 組合邏輯電路組合邏輯電路 Ch13 觸發(fā)器基礎觸發(fā)器基礎 Ch14 時序邏輯電路時序邏輯電路 Ch15 脈沖波形的產(chǎn)生與整形脈沖波形的產(chǎn)生與整形 4 4 1.1 半導體的基本知識半導體的基本知識 1.2 PN結(jié)結(jié) 1.3 半導體二極管半導體二極管 1.4 半導體二極管的模型及應用半導體二極管的模型及應用 1.5 特殊二極管特殊二極管 第一章 半導體二極管及其基本電路 5 5 1.1 半導體基本知識半導體基本知識 1.1.1 本征半導體本征半導體 1.1.2 雜質(zhì)半導體雜

4、質(zhì)半導體 6 6 根據(jù)物體導電能力根據(jù)物體導電能力(電阻率電阻率)的不同，來劃分導體、絕的不同，來劃分導體、絕 緣體和半導體。緣體和半導體。 1.1.1 本征半導體本征半導體 導電性能介于導體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導體。導電性能介于導體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導體。 什么是半導體？什么是本征半導體？什么是半導體？什么是本征半導體？ 7 7 典型的半導體有典型的半導體有硅硅Si和和鍺鍺Ge（元素半導體）（元素半導體）以及以及砷化鎵砷化鎵 GaAs（化合物半導體）等。（化合物半導體）等。 導體導體鐵、鋁、銅等金屬元素等低價元素，其最外層鐵、鋁、銅等金屬元素等低價元素，其最外層 電子在外電場作用下

5、很容易產(chǎn)生定向移動，形成電流。電子在外電場作用下很容易產(chǎn)生定向移動，形成電流。 絕緣體絕緣體惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受 原子核的束縛力很強，只有在外電場強到一定程度時才可能原子核的束縛力很強，只有在外電場強到一定程度時才可能 導電。導電。 半導體半導體硅（硅（Si）、鍺（）、鍺（Ge），均為四價元素，它們），均為四價元素，它們 原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導體與絕緣體之間。原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導體與絕緣體之間。 無雜質(zhì)無雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) 本征半導體是純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導體。本征半導體是純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導體。 1

6、.1.1 本征半導體本征半導體 什么是半導體？什么是本征半導體？什么是半導體？什么是本征半導體？ 8 8 1.本征半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)本征半導體的共價鍵結(jié)構(gòu) 2.電子空穴對電子空穴對 3. 空穴的移動空穴的移動 本征半導體本征半導體化學成分純凈的半導體?；瘜W成分純凈的半導體。 制造半導體器件的半導體材料的純度要達到制造半導體器件的半導體材料的純度要達到 99.9999999%，常稱為，常稱為“九個九個9”。 它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。 1.1.1 本征半導體本征半導體 4. 半導體的特性半導體的特性 9 9 1.本征半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)本征半導體的共價鍵結(jié)構(gòu) 硅和鍺是

7、四價元素，在原子最外層軌道上的硅和鍺是四價元素，在原子最外層軌道上的 四個電子稱為四個電子稱為價電子價電子。 圖圖1.1 硅原子空間排列及共價鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖硅原子空間排列及共價鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖 (a) 硅晶體空間排列硅晶體空間排列 (b) 共價鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖共價鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖 (c) 它們分別與周圍的四個原它們分別與周圍的四個原 子的價電子形成子的價電子形成共價鍵共價鍵。 共價鍵中的價電子為這共價鍵中的價電子為這 些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排 列有序的晶體。列有序的晶體。 1.1.1 本征半導體本征半導體 1010 2.電子空穴對電

8、子空穴對 當溫度升高或受到光的照射時，價電子當溫度升高或受到光的照射時，價電子 能量增高，有的價電子可以掙脫原子核的束能量增高，有的價電子可以掙脫原子核的束 縛，而參與導電，成為縛，而參與導電，成為自由電子自由電子。 自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價 鍵中就出現(xiàn)了一個空位，鍵中就出現(xiàn)了一個空位，原子的電中性原子的電中性被破被破 壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負電壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負電 量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個空位為量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個空位為 空穴空穴。 這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，本征激發(fā)，也稱也稱熱激發(fā)。熱激發(fā)

9、。 當半導體處于熱力學溫度當半導體處于熱力學溫度0K0K時，半導體中時，半導體中 沒有自由電子，本征半導體相當于絕緣體。沒有自由電子，本征半導體相當于絕緣體。 1.1.1 本征半導體本征半導體 1111 游離的部游離的部 分自由電子也可能回到空穴中去，稱為分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復合復合。 本征激發(fā)和復合在一定溫度下會達到動態(tài)平衡。本征激發(fā)和復合在一定溫度下會達到動態(tài)平衡。 圖圖1.2 本征激發(fā)和復合的過程本征激發(fā)和復合的過程 可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是 同時成對出現(xiàn)的，稱為同時成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對電子空穴對。 1.1.1 本征半導

10、體本征半導體 1212 3. 載流子的移動載流子的移動 只不過空穴只不過空穴 的運動是靠相鄰共的運動是靠相鄰共 價鍵中的價電子依價鍵中的價電子依 次充填空穴來實現(xiàn)次充填空穴來實現(xiàn) 的。的。 圖1.3 空穴在晶格中的移動 自由電子的定自由電子的定 向運動形成了電子向運動形成了電子 電流，電流， 空穴的定向空穴的定向 運動也可形成空穴運動也可形成空穴 電流，電流， 它們的方向它們的方向 相反。相反。 1.1.1 本征半導體本征半導體 1313 4. 半導體的特性半導體的特性 熱敏特性熱敏特性當環(huán)境溫度升高時，載流當環(huán)境溫度升高時，載流 子數(shù)目增加，導電能力增強；金屬沒有熱敏子數(shù)目增加，導電能力增強

11、；金屬沒有熱敏 特性。特性。 1.1.1 本征半導體本征半導體 光敏特性光敏特性當光照射半導體時，載流當光照射半導體時，載流 子數(shù)目增加，導電能力增強；金屬沒有光敏子數(shù)目增加，導電能力增強；金屬沒有光敏 特性。特性。 熱敏特性和光敏特性使半導體可以用來熱敏特性和光敏特性使半導體可以用來 制作熱敏和光敏器件，又是造成半導體器件制作熱敏和光敏器件，又是造成半導體器件 溫度穩(wěn)定性差的原因。溫度穩(wěn)定性差的原因。 1414 摻入雜質(zhì)摻入雜質(zhì) 的本征半導體稱為的本征半導體稱為雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體。 1.1.2 雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體 1.N型半導體型半導體 摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。摻入的雜質(zhì)主要是三

12、價或五價元素。 2.P型半導體型半導體 3.雜質(zhì)對半導體導電性能的影響雜質(zhì)對半導體導電性能的影響 4.雜質(zhì)半導體的示意表示法雜質(zhì)半導體的示意表示法 在本征半導體中摻入某些微量元素作為在本征半導體中摻入某些微量元素作為 雜質(zhì)，可使半導體的導電性發(fā)生顯著變化。雜質(zhì)，可使半導體的導電性發(fā)生顯著變化。 1515 1. N型半導體型半導體 在本征半導體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，可形在本征半導體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，可形 成成 N型半導體型半導體，也稱也稱電子型半導體電子型半導體。 1.1.2 雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體 自由自由電子電子多數(shù)載流子（多子），多數(shù)載流子（多子）， 主要由雜質(zhì)原子提供。主要

13、由雜質(zhì)原子提供。 空穴空穴 少數(shù)載流子（少子）少數(shù)載流子（少子）,正離子正離子 施主雜施主雜 質(zhì)質(zhì) N型半導體主要型半導體主要 靠自由電子導電，摻靠自由電子導電，摻 入雜質(zhì)越多，入雜質(zhì)越多，自由電自由電 子子濃度越高，導電性濃度越高，導電性 越強。越強。 P 多子多子 由熱激發(fā)形成。由熱激發(fā)形成。 1616 2. P型半導體型半導體 在本征半導體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵、在本征半導體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵、 銦等形成了銦等形成了P型半導體，型半導體，也稱為也稱為空穴型半導體空穴型半導體。 1.1.2 雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體 由熱激發(fā)形成。由熱激發(fā)形成。 空穴空穴多數(shù)載流子（多子），多數(shù)

14、載流子（多子）， 主要由雜質(zhì)原子提供。主要由雜質(zhì)原子提供。 少數(shù)載流子（少子）少數(shù)載流子（少子）, 電子電子 In 多子多子 負離子負離子 受主雜受主雜 質(zhì)質(zhì) P型半導體主要型半導體主要 靠空穴導電，摻入雜靠空穴導電，摻入雜 質(zhì)越多，質(zhì)越多，空穴空穴濃度越濃度越 高，導電性越強。高，導電性越強。 1717 3. 雜質(zhì)對半導體導電性能的影響雜質(zhì)對半導體導電性能的影響 一些典型的數(shù)據(jù)如下一些典型的數(shù)據(jù)如下: T=300 K室溫下室溫下,本征硅的電子和空穴濃度本征硅的電子和空穴濃度: ni = pi =1.41010/cm3 2 本征硅的原子濃度本征硅的原子濃度: 4.961022/cm3 1 以上

15、三個濃度基本上依次相差以上三個濃度基本上依次相差106/cm3 。 4 摻雜后摻雜后 N 型半導體中的自由電子濃度型半導體中的自由電子濃度: ni=51016+1.4101051016/cm3 比摻雜前載流子增加比摻雜前載流子增加106，即一百萬倍。，即一百萬倍。 摻入百萬分之一的雜質(zhì)（摻入百萬分之一的雜質(zhì)（1/106），即雜質(zhì)濃），即雜質(zhì)濃 度為度為1022（1/106）=1016數(shù)量級：數(shù)量級：51016/cm3 3 1.1.2 雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體 1818 結(jié)論結(jié)論: 不論不論P型或型或N型半導體，摻雜濃度越大，多子型半導體，摻雜濃度越大，多子 數(shù)目就越多，多子濃度就越大，少子數(shù)目越少

16、數(shù)目就越多，多子濃度就越大，少子數(shù)目越少 ，其濃度也小。，其濃度也小。 在雜質(zhì)半導體中，多子濃度近似等于摻雜在雜質(zhì)半導體中，多子濃度近似等于摻雜 濃度，其值與溫度幾乎無關(guān)，而少子濃度也將濃度，其值與溫度幾乎無關(guān)，而少子濃度也將 隨溫度升高而顯著增大，直到少子濃度增大與隨溫度升高而顯著增大，直到少子濃度增大與 多子濃度相當（不絕對相等），雜質(zhì)半導體又多子濃度相當（不絕對相等），雜質(zhì)半導體又 回復到類似的本征半導體。回復到類似的本征半導體。 摻雜后，多子濃度都將遠大于少子濃度，且摻雜后，多子濃度都將遠大于少子濃度，且 即使是少量摻雜，載流子都會有幾個數(shù)量級的即使是少量摻雜，載流子都會有幾個數(shù)量級的

17、 增加，表明其導電能力增加，表明其導電能力顯著增大顯著增大。 1919 1.2 PN結(jié)結(jié) 1. PN結(jié)的形成結(jié)的形成 2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?3. PN結(jié)的電流方程結(jié)的電流方程 4. PN結(jié)的特性結(jié)的特性伏安特性伏安特性 5. PN結(jié)的特性結(jié)的特性溫度特性溫度特性 6. PN結(jié)的特性結(jié)的特性電容特性電容特性 2020 物質(zhì)因物質(zhì)因濃度差濃度差而產(chǎn)生的運動稱為而產(chǎn)生的運動稱為擴散運動擴散運動。氣。氣 體、液體、固體均有之。體、液體、固體均有之。 擴散運動擴散運動 P區(qū)空穴區(qū)空穴 濃度遠高濃度遠高 于于N區(qū)。區(qū)。 N區(qū)自由電區(qū)自由電 子濃度遠高子濃度遠高 于于P區(qū)。區(qū)。 擴散運動使

18、靠近接觸面擴散運動使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠區(qū)的空穴濃度降低、靠 近接觸面近接觸面N區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場內(nèi)電場，不，不 利于擴散運動的繼續(xù)進行。利于擴散運動的繼續(xù)進行。 1.2 PN結(jié)結(jié) 1. PN結(jié)的形成結(jié)的形成 2121 因因內(nèi)電場內(nèi)電場作用作用 所產(chǎn)生的運動稱為所產(chǎn)生的運動稱為 漂移運動漂移運動。 參與擴散運動和漂移運動的載流子數(shù)目相同，參與擴散運動和漂移運動的載流子數(shù)目相同， 達到動態(tài)平衡，就形成了達到動態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)（耗盡層），結(jié)（耗盡層），電位電位 差為差為Uho，擴散電流和漂移電流擴散電流和漂移電流大小相等，方向相大小相等，方

19、向相 反，所以對外反，所以對外電流為零。電流為零。 漂移運動漂移運動 由于擴散運動使由于擴散運動使P區(qū)與區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流 子，形成內(nèi)電場，從而阻止擴散運動的進行。子，形成內(nèi)電場，從而阻止擴散運動的進行。 內(nèi)電場內(nèi)電場 使空穴從使空穴從N區(qū)向區(qū)向P區(qū)、自由電子從區(qū)、自由電子從P區(qū)向區(qū)向N 區(qū)運動。區(qū)運動。 1.2 PN結(jié)結(jié) 1. PN結(jié)的形成結(jié)的形成 2222 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) 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場 促使少子漂移促使少子漂移 阻止多子擴散阻止多子擴散 濃度差濃度差 多子的擴散運動多子的擴散運動 1.2 PN結(jié)結(jié)

20、 1. PN結(jié)的形成結(jié)的形成 2323 PN結(jié)加正向電壓導通：結(jié)加正向電壓導通： 耗盡層變窄，擴散運動耗盡層變窄，擴散運動 加劇，由于外電源的作用，加劇，由于外電源的作用， 形成擴散電流，形成擴散電流，PN結(jié)處于導結(jié)處于導 通狀態(tài)。通狀態(tài)。 PN結(jié)加反向電壓截止：結(jié)加反向電壓截止： 耗盡層變寬，阻止擴散運耗盡層變寬，阻止擴散運 動，有利于漂移運動，形成漂動，有利于漂移運動，形成漂 移電流。由于電流很小，故可移電流。由于電流很小，故可 近似認為其截止。近似認為其截止。 1.2 PN結(jié)結(jié) 2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?2424 ) 1( T U u S eIi PN

21、結(jié)兩端的外電壓結(jié)兩端的外電壓 u 與流過它的電流與流過它的電流 i 之間的關(guān)系之間的關(guān)系 3. PN結(jié)的電流方程結(jié)的電流方程 IS反向飽和電流反向飽和電流 UT= kT/q 溫度電壓當量，溫度電壓當量， k為玻耳曼常數(shù)為玻耳曼常數(shù) T為熱力學溫度為熱力學溫度 q為電子電荷量為電子電荷量 T=300K時，時，UT26mv 1.2 PN結(jié)結(jié) 2525 A 此時此時PN結(jié)導通，結(jié)導通， u=0.7V, 為導通電壓為導通電壓U。 ) 1( T U u S eIi T U u S eIi 4. PN結(jié)的特性結(jié)的特性伏安特性伏安特性 1.2 PN結(jié)結(jié) BC （1） u UT ，即即 PN結(jié)正向偏置，結(jié)正向

22、偏置， i 隨隨 u的增加而呈指數(shù)上的增加而呈指數(shù)上 升。升。 當當u 0.7V后，后， i的曲線很陡直，基本的曲線很陡直，基本 不隨不隨u變化而變化。變化而變化。 2626 ) 1( T U u S eIi （2）當）當 u UT時時 S Ii 4. PN結(jié)的特性結(jié)的特性伏安特性伏安特性 1.2 PN結(jié)結(jié) B 2727 （3）當）當u 0，且，且 u 超過某一定值，超過某一定值， 如如 u UBR時，時，i 則則 反向劇增，這種現(xiàn)反向劇增，這種現(xiàn) 象就叫象就叫擊穿擊穿。 ) 1( T U u S eIi 4. PN結(jié)的特性結(jié)的特性伏安特性伏安特性 1.2 PN結(jié)結(jié) C 雪崩擊穿與齊納擊穿雪崩

23、擊穿與齊納擊穿 2828 （1）U(on)隨隨T 而略而略，當溫度進一，當溫度進一 步增大到極端，本征步增大到極端，本征 激發(fā)占主要地位，雜激發(fā)占主要地位，雜 質(zhì)半導體變得與本征質(zhì)半導體變得與本征 半導體類似，半導體類似，PN結(jié)就結(jié)就 不存在了。不存在了。 5. PN結(jié)的特性結(jié)的特性溫度特性溫度特性 1.2 PN結(jié)結(jié) 因此，因此，PN結(jié)正結(jié)正 常工作的最高溫度：常工作的最高溫度： Si：150 200 Ge：75 100 正向區(qū)：正向區(qū)：溫度升溫度升 高，曲線左移高，曲線左移 2929 （2）當溫度）當溫度T時，時， PN結(jié)兩邊的熱平衡少子結(jié)兩邊的熱平衡少子 濃度相應增加，從而導濃度相應增加，

24、從而導 致致PN結(jié)的反向飽和電流結(jié)的反向飽和電流 IS增大。增大。 5. PN結(jié)的特性結(jié)的特性溫度特性溫度特性 1.2 PN結(jié)結(jié) 正向區(qū)：正向區(qū)：溫度升溫度升 高，曲線左移高，曲線左移 反向區(qū)：反向區(qū)：溫度升溫度升 高，曲線下移高，曲線下移 實驗結(jié)果表明：實驗結(jié)果表明： 溫度再升高溫度再升高10，IS 約增加一倍。約增加一倍。 3030 （1） 勢壘電容勢壘電容 PN結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度 將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電 容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電

25、容Cb。 6. PN結(jié)的特性結(jié)的特性電容特性電容特性 1.2 PN結(jié)結(jié) 可制成變可制成變 容二極管容二極管 3131 （2）擴散電容）擴散電容 PN結(jié)外加的結(jié)外加的 正向電壓變化時，正向電壓變化時， 在擴散路程中載在擴散路程中載 流子的濃度及其流子的濃度及其 梯度均有變化，梯度均有變化， 也有電荷的積累也有電荷的積累 和釋放的過程，和釋放的過程， 其等效電容稱為其等效電容稱為 擴散電容擴散電容Cd。 6. PN結(jié)的特性結(jié)的特性電容特性電容特性 1.2 PN結(jié)結(jié) + N P pL x 濃濃度度分分布布 耗耗盡盡層層NP 區(qū)區(qū) 區(qū)區(qū)中中空空穴穴 區(qū)區(qū)中中電電子子 區(qū)區(qū) 濃濃度度分分布布 nL 32

26、32 結(jié)電容結(jié)電容 Cj=Cb+Cd 正偏時以正偏時以Cd為主為主,其值為幾十幾百其值為幾十幾百pF; 反偏時以反偏時以Cb為主為主,其值為幾幾十其值為幾幾十pF. 結(jié)電容對低頻信號呈現(xiàn)很大的容抗，其作用結(jié)電容對低頻信號呈現(xiàn)很大的容抗，其作用 可以忽略不計，只有在信號頻率較高時才考慮可以忽略不計，只有在信號頻率較高時才考慮 結(jié)電容的作用。結(jié)電容的作用。 結(jié)電容不是常量！若結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高結(jié)外加電壓頻率高 到一定程度，則失去單向?qū)щ娦裕〉揭欢ǔ潭?，則失去單向?qū)щ娦裕?3333 1.3 半導體二極管半導體二極管 1.3.1 二極管的結(jié)構(gòu)二極管的結(jié)構(gòu) 1.3.2 二極管的伏安特

27、性二極管的伏安特性 1.3.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) 3434 將將PN結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管。結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管。 點接觸型：點接觸型： 結(jié)面積小，結(jié)電容小結(jié)面積小，結(jié)電容小 故不能通過較大電流故不能通過較大電流 最高工作頻率較高最高工作頻率較高 適用于高頻電路和小適用于高頻電路和小 功率整流功率整流 面接觸型：面接觸型： 結(jié)面積大，結(jié)電容大結(jié)面積大，結(jié)電容大 故允許通過較大電流故允許通過較大電流 最高工作頻率較低最高工作頻率較低 僅作為整流管僅作為整流管 平面型：平面型： 結(jié)面積可小、可大結(jié)面積可小、可大 小的工作頻率高小的工作頻率高 大的允許通

28、過較大電大的允許通過較大電 流，用作大功率整流流，用作大功率整流 1.3.1 二極管的結(jié)構(gòu)二極管的結(jié)構(gòu) 3535 半導體二極管圖片 3636 半導體二極管圖片 3737 半導體二極管圖片 3838 用萬用表測二極管極性的方法：用萬用表測二極管極性的方法： 將萬用表撥到將萬用表撥到R100（或（或R1K）的歐姆檔，把）的歐姆檔，把 二極管的兩只管腳分別接到萬用表的兩根測試筆上，如二極管的兩只管腳分別接到萬用表的兩根測試筆上，如 附圖附圖-2所示。如果測出的電阻較?。s幾百歐），則所示。如果測出的電阻較小（約幾百歐），則 與萬用表黑表筆相接的一端是陽極，另一端就是陰極。與萬用表黑表筆相接的一端是陽

29、極，另一端就是陰極。 相反，如果測出的電阻較大（約百千歐），那么與萬用相反，如果測出的電阻較大（約百千歐），那么與萬用 表黑表筆相連接的一端是陰極，另一端就是陽極。表黑表筆相連接的一端是陰極，另一端就是陽極。 圖圖1萬用表電阻檔等值電路萬用表電阻檔等值電路圖圖2判斷二極管極性判斷二極管極性 3939 說明二極管已被擊穿。說明二極管已被擊穿。 判別二極管質(zhì)量的好壞：判別二極管質(zhì)量的好壞： 一個二極管的正、反向電阻差別越大，一個二極管的正、反向電阻差別越大，其性能就越好。其性能就越好。 如果雙向電值都較小，如果雙向電值都較小，說明二極管質(zhì)量差，不能使用。說明二極管質(zhì)量差，不能使用。 如果雙向阻值都

30、為無窮大，如果雙向阻值都為無窮大，則說明該二極管已經(jīng)斷路。則說明該二極管已經(jīng)斷路。 如雙向阻值均為零，如雙向阻值均為零， 4040 若顯示溢出符號若顯示溢出符號“1”，表明管子處于反向截，表明管子處于反向截 止狀態(tài)，黑表筆接的是陽極，紅表筆接的是陰極止狀態(tài)，黑表筆接的是陽極，紅表筆接的是陰極 。 利用數(shù)字萬用表的二極管檔也可判別正、負極：利用數(shù)字萬用表的二極管檔也可判別正、負極： 此時紅表筆（插在此時紅表筆（插在“V”插孔）帶正電，插孔）帶正電， 黑表筆（插在黑表筆（插在“COM”插孔）帶負電。插孔）帶負電。 用兩支表筆分別接觸二極管兩個電極，若顯用兩支表筆分別接觸二極管兩個電極，若顯 示值在

31、示值在1V以下，說明管子處于正向?qū)顟B(tài)，紅以下，說明管子處于正向?qū)顟B(tài)，紅 表筆接的是陽極，黑表筆接的是陰極。表筆接的是陽極，黑表筆接的是陰極。 4141 iD u D 1.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 )(ufi 開啟開啟 電壓電壓 反向飽反向飽 和電流和電流 擊穿擊穿 電壓電壓 mV)26( ) 1e ( TS T UIi U u 常溫下 二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性。二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性。 iD/mA uD/V 4242 iD/mA uD/V 當當0uUon時，正向電流為零，時，正向電流為零，Uon稱為死區(qū)稱為死區(qū) 電壓或開啟電壓。電壓或開

32、啟電壓。 當當uUon時，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)時，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī) 律增長。律增長。 硅硅二極管的死區(qū)電壓二極管的死區(qū)電壓Uon=0.5 V左右，左右， 鍺鍺二極管的死區(qū)電壓二極管的死區(qū)電壓Uon=0.1 V左右。左右。 硅硅二極管的正向?qū)妷憾O管的正向?qū)妷篣=0.60.8 V左右，左右， 鍺鍺二極管的正向?qū)妷憾O管的正向?qū)妷篣=0.10.3 V左右。左右。 1.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 1.單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?（1）正向特性）正向特性 iD/mA uD/V 4343 當當uUBR時，時， 反向電流急劇增加反向電流急劇增加 ，UBR稱為稱為

33、反向擊反向擊 穿電壓穿電壓 。 。 1.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 1.單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?（2）反向特性）反向特性 當當UBRu0時，反向電流很小，且基時，反向電流很小，且基 本不隨反向電壓的變化而變化，此時的反向本不隨反向電壓的變化而變化，此時的反向 電流也稱電流也稱反向飽和電流反向飽和電流I IS S 。 。 iD/mA uD/V 4444 在反向區(qū)，硅二極管和鍺二極管的特性有所在反向區(qū)，硅二極管和鍺二極管的特性有所 不同。不同。 硅二極管硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡，的反向擊穿特性比較硬、比較陡， 反向飽和電流也很小，小于反向飽和電流也很小，小于0.1A；鍺二極

34、管鍺二極管的的 反向擊穿特性比較軟，過渡比較圓滑，反向飽和反向擊穿特性比較軟，過渡比較圓滑，反向飽和 電流較大，約幾十電流較大，約幾十A 。 從擊穿的機理上看，硅二極管若從擊穿的機理上看，硅二極管若|VBR|7V時時, 主要是雪崩擊穿；若主要是雪崩擊穿；若|VBR|4V時時, 則主要是齊納擊則主要是齊納擊 穿。當在穿。當在4V7V之間兩種擊穿都有，有可能獲得之間兩種擊穿都有，有可能獲得 零溫度系數(shù)點。零溫度系數(shù)點。 4545 溫度每升高溫度每升高 1，正向電壓減，正向電壓減 少少22.5mV； 1.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 2.溫度對二極管伏安特性的影響溫度對二極管伏安特性的影

35、響 正向區(qū)：正向區(qū)：溫度升溫度升 高，曲線左移高，曲線左移 反向區(qū)：反向區(qū)：溫度升溫度升 高，曲線下移高，曲線下移 溫度每升高溫度每升高 10，反向電流，反向電流 約增大一倍。約增大一倍。 4646 二極管工作時允許外二極管工作時允許外 加的最大反向電壓。實際工作時，加的最大反向電壓。實際工作時，URM一般取一般取 UBR的一半。的一半。 二極管反向電流急劇增加二極管反向電流急劇增加 時對應的反向電壓值稱為反向擊穿電壓時對應的反向電壓值稱為反向擊穿電壓UBR。 二極管長期連續(xù)工作時，允二極管長期連續(xù)工作時，允 許通過二極管的最大正向整流電流的平均值。許通過二極管的最大正向整流電流的平均值。 (

36、1) 最大整流電流最大整流電流IF (2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR 1.3.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) (3)最大反向工作電壓最大反向工作電壓URM 4747 一般是最大反向工作電壓下的反一般是最大反向工作電壓下的反 向電流值。向電流值。IR越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶?。越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩?(5) 最高工作頻率最高工作頻率fM二極管工作的上限截止頻率。二極管工作的上限截止頻率。 (4) 反向電流反向電流I IR R 1.3.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) 硅二極管的反向電流一般在納安硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極級；鍺二極 管在微安管在微安(

37、 A)級。級。 4848 + + - - - + + uIuR R - -+ + I UD 能夠模擬二極管特性能夠模擬二極管特性 的電路稱為二極管的的電路稱為二極管的 等效電路。等效電路。 1.由伏安特性折線化得到的等效電路由伏安特性折線化得到的等效電路 UIUR 1.4 半導體二極管的模型及應用半導體二極管的模型及應用 4949 理想理想 模型模型 恒壓降恒壓降 模型模型 理想開關(guān)理想開關(guān) 導通時導通時 UD0 截止時截止時IS0 導通時導通時UDUon 截止時截止時IS0 折線折線 模型模型 + + - - - + + uIuR R - -+ + I UD UIUR 1.4 半導體二極管的

38、模型及應用半導體二極管的模型及應用 1.由伏安特性折線化得到由伏安特性折線化得到 的等效電路的等效電路 5050 試判試判 斷二極管是導通還是截止斷二極管是導通還是截止 ， (1) 理想模型理想模型 等效電路：等效電路： i o u 理想二極管理想二極管 設二極管是理想的。設二極管是理想的。 D 6V A V12 k3 O 解：解： D導通，導通， 相當于導線，相當于導線， UAO= - 6V i u 例例1電路如圖所示，電路如圖所示， 并求出并求出AO兩端電壓兩端電壓UAO, 0V - -12V- -6V 1.4 半導體二極管的模型及應用半導體二極管的模型及應用 1.由伏安特性折線化得到的等

39、效電路由伏安特性折線化得到的等效電路 5151 D2 15V A V12 k3 O D1 解：解： 多個二極管，多個二極管， 電壓大的優(yōu)先導通。電壓大的優(yōu)先導通。 D1導通，導通， 短路短路 D2截止，截止， 斷路斷路 UAO= 0V 試判試判 斷二極管是導通還是截止斷二極管是導通還是截止 ， 設二極管是理想的。設二極管是理想的。 例例2電路如圖所示，電路如圖所示， 并求出并求出AO兩端電壓兩端電壓UAO, - -15V 0V 0V - -12V 1.4 半導體二極管的模型及應用半導體二極管的模型及應用 1.由伏安特性折線化得到的等效電路由伏安特性折線化得到的等效電路 5252 - -6V 0

40、V 練習練習試判斷圖中二極管是導通還是截止，設二極管是試判斷圖中二極管是導通還是截止，設二極管是 理想的。理想的。 D2 6V A V12 k3 O D1 D k10 k140 k5 k25 k2 k18 15V AB + + 10V - - 0V - -12V D1、D2均截止均截止 + 1V - - 2.5V 3.5V 1V D截止截止 0V 1.4 半導體二極管的模型及應用半導體二極管的模型及應用 1.由伏安特性折線化得到的等效電路由伏安特性折線化得到的等效電路 5353 練習練習試判斷圖中二極管是導通還是截止，設二極管是試判斷圖中二極管是導通還是截止，設二極管是 理想的。理想的。 D

41、k10 k140 k5 k25 k2 k18 15V A B + + 20V - - + 2V - - 2.5V 0.5V 1V D導通導通 0V 1.4 半導體二極管的模型及應用半導體二極管的模型及應用 1.由伏安特性折線化得到的等效電路由伏安特性折線化得到的等效電路 UO= - 3V 3V 5 5V -3V D2導通導通D1截止，截止， 5454 例例3 電路如圖所示，設電路如圖所示，設ui=6sint V，試繪出輸出電壓試繪出輸出電壓 uo的波形，設的波形，設D為理想二極管。為理想二極管。 解：解： ui 3V D截止截止 uo=ui ui 3V D導通導通 uo=3V ui/V t o

42、 6 uo/V t o 3 3 單向限幅單向限幅 + ui - 3V R D + uo - 1.4 半導體二極管的模型及應用半導體二極管的模型及應用 1.由伏安特性折線化得到的等效電路由伏安特性折線化得到的等效電路 5555 例例4 電路如圖所示，設電路如圖所示，設ui=6sint V，試繪出輸出電壓試繪出輸出電壓 uo的波形，設的波形，設D為理想二極管。為理想二極管。 + ui - 3V R D1 + uo - 2V D2 解：解： ui/V t o 6 ui 3V D1導通導通 D2截止截止 uo=3V ui -2V D1截止截止 D2導通導通 uo= -2V ui 3V -2V D1截止

43、截止 D2截止截止 uo=ui uo/V t o 3 3 -2 -2 雙向限幅雙向限幅 1.4 半導體二極管的模型及應用半導體二極管的模型及應用 1.由伏安特性折線化得到的等效電路由伏安特性折線化得到的等效電路 5656 (2) 恒壓降模型恒壓降模型 等效電路：等效電路： i o u 例例5二極管開關(guān)電路如圖二極管開關(guān)電路如圖 所示，所示，VI1和和VI2分別為分別為0V和和 5V，求輸出電壓，求輸出電壓VO的值。的值。 設設D為硅二極管，導通壓降為硅二極管，導通壓降 為為0.7V。 D1 6V k7 . 4 D2 VI1 VI2 VCC VO 解：解： D1導通，導通， D2截止，截止， V

44、O=0.7 +VI1 =0.7V i u 0V 5V 1.4 半導體二極管的模型及應用半導體二極管的模型及應用 1.由伏安特性折線化得到的等效電路由伏安特性折線化得到的等效電路 5757 二極管因二極管因 加正向電壓而處于導通狀態(tài)，加正向電壓而處于導通狀態(tài)， (2) 恒壓降模型恒壓降模型 1.4 半導體二極管的模型及應用半導體二極管的模型及應用 1.由伏安特性折線化得到的等效電路由伏安特性折線化得到的等效電路 例例6 電路如圖所示，設電路如圖所示，設D為硅二極管，導通壓降為硅二極管，導通壓降UD約約 為為0.7V。試分別估算開關(guān)斷開和閉合時輸出電壓的數(shù)。試分別估算開關(guān)斷開和閉合時輸出電壓的數(shù)

45、值。值。 解：解： 當開關(guān)斷開時，當開關(guān)斷開時， UO=V1-UD6-0.7=5.3V UO=V2=12V 二極管因二極管因 加反向電壓而處于截止狀態(tài)，加反向電壓而處于截止狀態(tài)， 當開關(guān)閉合時，當開關(guān)閉合時， R D S V1 6V V2 12V UO + - R D S V1 6V V2 12V UO + - 5858 例例7 電路如圖所示，設電路如圖所示，設ui=6sint V，試繪出輸出電壓試繪出輸出電壓uo 的波形，設的波形，設D為硅二極管，導通壓降為為硅二極管，導通壓降為0.7V。 解：解： ui 3.7V D截止截止 uo=ui ui 3.7V D導通導通 uo=3.7V ui/V

46、 t o 6 uo/V t o 3.7 3.7 + ui - 3V R D + uo - 1.4 半導體二極管的模型及應用半導體二極管的模型及應用 1.由伏安特性折線化得到的等效電路由伏安特性折線化得到的等效電路 5959 其電流其電流i與與u成線成線 性關(guān)系，性關(guān)系， (3) 折線模型折線模型 設二極管正向電壓設二極管正向電壓u大于大于Uon后，后， 等效電路：等效電路： 直線斜率為直線斜率為1/rD； 反向截止時反向電流為零。反向截止時反向電流為零。 1.4 半導體二極管的模型及應用半導體二極管的模型及應用 1.由伏安特性折線化得到的等效電路由伏安特性折線化得到的等效電路 u i o u i Uon rD Uon 6060 例例8二極管開關(guān)電路如圖所示，二極管開關(guān)電路如圖所示，VI1和和VI2分別為分別為0V和和 5V，求輸出電壓，求輸出電壓VO的值。設的值。設D為硅二極管，開啟電壓為硅二極管，開啟電壓 Von=0.5V，電阻，電阻rD=300。 D1 6V k7 . 4 D2 VI1 VI2 VCC VO 解：解： D1導通，導通， D2截止，截止， 0.5V 300 0V VO VO= 6 -0.5 4700 +300 300 = 0.83V + 0.5 k7