模電3電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬

1、2.12.22.32.42.5半導(dǎo)體的基本知識PN結(jié)的形成及特性二極管二極管基本電路及其分析方法特殊二極管基本要求：1 了解半導(dǎo)體材料的基本結(jié)構(gòu)及PN結(jié)的形成2 了解PN結(jié)的單向?qū)щ姽ぷ髟? 掌握二極管(包括穩(wěn)壓管)的V-I特性及其建模4 掌握二極管基本電路的分析方法上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.1半導(dǎo)體的基本知識2.1半導(dǎo)體的基本知識2.1.1半導(dǎo)體材料2.1.2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)2.1.3本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用2.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)半導(dǎo)體器件是近代電子學(xué)的重要組成部分。體積小、重量輕、使用長、輸入功率小、功率轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)

2、點而得到廣泛的應(yīng)用。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.1半導(dǎo)體的基本知識2.1.1半導(dǎo)體材料導(dǎo)電能力(電阻率)導(dǎo)體自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、英。和石半導(dǎo)體另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體， 如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.1半導(dǎo)體的基本知識和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)：導(dǎo)體一般為鐵、鋁、銅等低價金屬元素，其最外層電子在外電場作用下很容易產(chǎn)生定向移動，形成電流。絕緣體如惰性氣體、橡膠等，其原子最外層電子受原子核只有在外電場強到一定程度時才可能

3、導(dǎo)電。力強，半導(dǎo)體如硅、鍺等，均為四價元素，原子最外層受原子核的 介于導(dǎo)體和絕緣體之間。力上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.1半導(dǎo)體的基本知識2.1.1半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能在不同條件下有著顯著的差異Þ 熱敏電阻Þ 光電二極管和光電三極管及光敏電阻Þ 二極管、三極管、場效應(yīng)管熱敏性光敏性摻雜性主要特性典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.1半導(dǎo)體的基本知識2.1.2 半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)及簡化模型價電子+4+4正離子在+4，外軌道上4個電子稱為價電子。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于價

4、電子上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.1半導(dǎo)體的基本知識硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)鄰近原子之間以共價鍵相連，每個原子最外層形成擁有8個共有電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵中的電子由于受兩個原子的，很難脫離原子形成自由電子，所以導(dǎo)電性能較弱。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.1半導(dǎo)體的基本知識2.1.3 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、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。共價鍵中的兩個電子被緊緊在共價鍵中，稱為電子，常溫下電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精

5、品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.1半導(dǎo)體的基本知識本征半導(dǎo)體導(dǎo)電機理當本征半導(dǎo)體受熱或光照時會？由于熱激發(fā)共價鍵中的電子獲得能量掙脫成為自由電子后，在共價鍵中留下的空位。Þ電子空穴對空穴是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的重要特點稱征激發(fā)本征半導(dǎo)體中電子空穴數(shù)量相等，室溫下數(shù)量少。外加電場Þ 電子空穴的移動電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁下頁2.1半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體中有2種載流子電子和空穴，空穴可視為帶正電的離子，所帶電量與電子相等，符號相反； 空穴的移動方向與電子的相反，表示了電流的方向空穴的移動空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現(xiàn)的，是虛擬的。本征半導(dǎo)體中任何時候

6、空穴濃度等于自由電子濃度。載流子的產(chǎn)生與復(fù)合率在一定溫度下是相等的，即達到一種動態(tài)平衡。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)自由運動的帶電粒子2.1半導(dǎo)體的基本知識上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.1半導(dǎo)體的基本知識2.1.4 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。其是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體摻入五價雜質(zhì)元素（如磷），使自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體。也稱為電子半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體摻入三價雜質(zhì)元素（如

7、硼），使空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體。也稱為空穴半導(dǎo)體。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1) N型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷或銻，晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代。磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，這個電子幾乎不受束縛，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的帶正電的離子。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1) N型半導(dǎo)體五價雜質(zhì)原子中多余的一個價電子無共價鍵易形成自由電子。而很容提供自由電子的五價雜質(zhì)原子(施主雜質(zhì))因帶正電荷而成為正離子ND：施濃度；n：總自由電子的濃度；p：少子空穴的濃

8、度； n=p+ ND ，所有呈電中性。N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)產(chǎn)生。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1) N型半導(dǎo)體總結(jié)上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2) P型半導(dǎo)體上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2) P型半導(dǎo)體三價雜質(zhì)原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。空穴很容易俘獲電子(受主雜質(zhì))，使雜質(zhì)原子成為負離子。NA：受濃度；n：少子自由電子的濃度；p：總空穴的濃度；p=n+ NA ，所有呈電中性。P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)提供；自由電子是少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)

9、產(chǎn)生。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)總結(jié)3、雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多子導(dǎo)電，摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強，實現(xiàn)導(dǎo)電性可控。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.2PN結(jié)的形成及特性2.2PN結(jié)的形成及特性2.2.12.2.22.2.32.2.42.2.5載流子的漂移與擴散PN結(jié)的形成PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)的反向擊穿PN結(jié)的電容效應(yīng)上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.2PN結(jié)的形成及特性2.2.1載流子的漂移與擴散 漂移載流子在電場作用下的定向運動。 空穴的移動方向與電場方向一致；自由電子的移動方向與電場方向相

10、反。運動速度與電場強度E成一定比例。 擴散在半導(dǎo)體內(nèi)，由于制造工藝和運制等，導(dǎo)致載流子濃度差的出現(xiàn)。因載流子的濃度差而引起的載流子運動。載流子從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域的運動。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.2PN結(jié)的形成及特性2.2.2PN結(jié)的形成濃度差 ®多子的擴散并復(fù)合上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)擴散運動N區(qū)自由電子濃度遠高于P區(qū)。P區(qū)空穴濃度遠高于N區(qū)。2.2PN結(jié)的形成及特性2.2.2PN結(jié)的形成由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)¯空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場¯多子擴散¯內(nèi)電場促使少子漂移(漂移導(dǎo)致內(nèi)電場變窄)內(nèi)電場(擴散導(dǎo)致內(nèi)

11、電場變寬)多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.2PN結(jié)的形成及特性PN結(jié)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)過載流子的擴散，在它們的交界面處由離子薄層形成的空間電荷區(qū)就稱為PN結(jié)。其中由于缺少多子又稱耗盡層；還稱勢壘區(qū)。動態(tài)平衡：空間電荷區(qū)的厚度固定不變;P區(qū)電子和N區(qū)空穴(少子)數(shù)量有限,因此由它們形成的電流很小。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.2PN結(jié)的形成及特性2.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦陨享撓马撾娮蛹夹g(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.2PN結(jié)的形成及特性2.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦酝ㄟ^對PN結(jié)外加電壓來

12、討論(1) 外加正向電壓P區(qū)的電位高于N區(qū)的正偏外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。外電場削弱內(nèi)電場耗盡層變窄擴散運動漂移運動多子擴散形成大的正向電流I F（低電阻），P區(qū)流向N區(qū)。）PN結(jié)導(dǎo)通PN結(jié)正偏時的導(dǎo)電情況電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁下頁2.2PN結(jié)的形成及特性2.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)外加正向電壓mA特性： 低電阻 大的正向擴散電流0.0.0./VPN結(jié)的伏安特性上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.2PN結(jié)的形成及特性(2)外加反向電壓時P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位反偏外電場加強內(nèi)電場耗盡層變寬漂移運動擴散運動少子漂移形成很小的反向電流IR（高電阻），區(qū)流向P

13、區(qū)。PN結(jié)截止NPN結(jié)反偏時的導(dǎo)電情況上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)在一定的溫度下，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)，這個電流也稱為反向飽和電流。但IR與溫度有關(guān)。2.2PN結(jié)的形成及特性(2)外加反向電壓時特性： 高電阻 很小的反向漂移電流上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)iD/mA1.00.5iD= IS1.00.500.51.0uD/V2.2PN結(jié)的形成及特性上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)綜上所述PN結(jié)正偏時，呈現(xiàn)低電阻，PN結(jié)導(dǎo)通，具有較大的正向擴散電流；PN結(jié)反偏時，呈現(xiàn)高電阻，PN

14、結(jié)截止，具有很小的反向漂移電流。結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。：耗盡層的存在，且其寬度隨外加電壓而變化。2.2PN結(jié)的形成及特性前面討論PN結(jié)的單向?qū)щ娦允菑腜N結(jié)內(nèi)部載流子的運動來討論的，下面從外部特性來討論，即伏安特性。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.2PN結(jié)的形成及特性(3) PN結(jié)V- I 特性表達式定義：在PN結(jié)的兩端加上電壓后， 通過管子的電流I隨管子兩端電壓V 變化的曲線。iD = IS ( e Dv其中- 1 )/ VTIS 反向飽和電流VT 溫度的電壓當量且在常溫下（T=300K）k為玻爾茲曼常熟；= kT= 0.026V = 26mVVq為電子電荷。上頁Tq下

15、頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.2PN結(jié)的形成及特性表達式分析：iD/mAi= I- 1 )( ev/ VDT1.0DS正偏時：vD>0且>>VTiD與vD成指數(shù)關(guān)系反偏時：vD<0且絕對值>>VTiD=-IS溫度一定時，反向飽和電流是個常數(shù)0.5iD= IS1.0uD/V1.00.500.5PN結(jié)的伏安特性上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.2.4PN結(jié)的反向擊穿擊穿前反向電壓小，很小的反向飽和電流。反向擊穿當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的現(xiàn)象發(fā)生擊穿所需反向電壓UBR稱為反向擊穿電壓iDVBRuDO熱擊穿P

16、N結(jié)燒毀，不可逆（應(yīng)避免）電擊穿PN 結(jié)未損壞，斷電即恢復(fù)（可利用）擊穿反向電場太強， 將電子強行拉出共價鍵雪崩擊穿反向電場使電子加速，動能增大，撞擊使自由電子數(shù)突增。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.2PN結(jié)的形成及特性2.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.2PN結(jié)的形成及特性(1) 勢壘電容CB勢壘區(qū)的空間電荷隨外加電壓變化而產(chǎn)生的電容效應(yīng)勢壘電容示意圖當外加反向電壓時，隨著外加電壓的變化，勢壘電位發(fā)生變換，勢壘區(qū)寬窄發(fā)生變化，勢壘區(qū)的變化導(dǎo)致正、負離子電荷數(shù)的增減。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.2PN結(jié)的形成及特性(2)

17、擴散電容CD外加正向電壓的作用下擴散到P區(qū)或N區(qū)的少子在擴散過程中的積累高頻時PN結(jié)等效為：結(jié)電容包括CB和CD； 正偏時r小C大(CD)；反偏時，r大C小(CB)結(jié)面積小結(jié)電容小，工作頻率高CrP區(qū)多子空穴在外電場的作用下擴散到N區(qū)，在N邊緣處有很高的空穴密度。由于與N區(qū)電子的復(fù)合，導(dǎo)致離結(jié)越遠，空穴密度越小。反之N區(qū)電子在外電場作用下擴散到P區(qū)，形成密度差。擴散電容示意圖上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)N區(qū)中的少子空穴2.2PN結(jié)的形成及特性當外加正向電壓不同時，擴散電流大小也就不同，所以PN結(jié)兩側(cè)堆積的載流子的濃度梯度分布也不同，相當于電容充放電。勢壘電容和擴散電容均是非線性

18、電容。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.3二極管2.3二極管2.3.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)2.3.22.3.3二極管的伏安特性二極管的參數(shù)上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.3二極管2.3.1： 符號：分類：按材料分半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)Þ 二極管PN 結(jié) + 引線+ 管殼陽極a陰極k點接觸型面接觸型平面型硅二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分(1)點接觸型二極管特點：PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于高頻檢波、變頻和小電流整流二極管的結(jié)構(gòu)示意圖(1)點接觸型上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.3二極管(2)面接觸型二極管(3)

19、平面型二極管正極引線負極引線(2)面接觸型(3)集成電路中平面型特點：在集成電路制造藝中采用，PN 結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路特點：PN結(jié)面積大，用于低頻大電流整流上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)P NP 型支持襯底iDR2.3.2二極管的伏安特性+二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性。vD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。-= I ( evD- 1 )/ VTi實質(zhì)同PN結(jié)特性DSiD/mA201510iD/mA201510正向特性反向特性50V0.5VBR- 206405- 40uD/V0.20.4 0.6- 30 - 20 -

20、 10 0- 10uD/VV0.2 0 4 0.6 0.8- 10- 20- 30- 40iD/m ABRVth死區(qū)- 20- 30- 40 0.1V 門坎電壓(死區(qū)電壓)i /m AD反向擊穿特性鍺二極管2AP15的V-I 特性硅二極管2CP10的V-I 特性上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.3二極管2.3.2二極管的伏安特性iD/mAiD/mA201510201510正向特性反向特性50V0.5VBR- 206405- 40uD/V0.20.4 0.6- 30 - 20 - 10 0- 10uD/V0.2 0 4 0.60.8V- 10- 20BRVth死區(qū)- 20- 30-

21、 40- 30 0.1V - 40iD/m A門坎電壓(死區(qū)電壓)i /m AD反向擊穿特性鍺二極管2AP15的V-I 特性硅二極管2CP10的V-I 特性門坎電壓：正向特性的起始部分，正向電壓較小，外電場不足以克服PN結(jié)的內(nèi)電場=>正向電流0，R很大，像門坎。硅管0.5V，鍺管0.1V。正向?qū)▔航担汗茏诱驅(qū)〞r，壓降基本恒定。硅管0.7V，鍺管0.2V。反向電流：少子在反向電壓作用下形成，很小。T => 少子 =>反向電流二極管的反向擊穿：既是PN結(jié)的反向擊穿。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.3二極管2.3.3二極管的參數(shù)(1) 最大整流電流IF二極管長

22、期連續(xù)工作， 大正向平均電流（正偏)(2) 反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM=VBR / 2（反偏)(3) 反向電流IR越小單向?qū)щ娦栽胶猛ㄟ^的最硅：納；鍺：微(4) 正向壓降VF 在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向壓降。硅：0.6-0.8V; 鍺：0.2-0.3V(5) 最高工作頻率fM超過單向?qū)щ娦宰儾?6) 極間電容CB勢壘電容CB 擴散電容CD電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)正偏時r小C 大(CD)；反偏時，r大C 小(CB)上頁下頁2.3二極管半導(dǎo)體二極管圖片上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.3二極管上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.3二極管整

23、流二極管上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.4 二極管基本電路及其分析方法2.4 二極管基本電路及其分析方法2.4.1簡單二極管的圖解分析方法2.4.2二極管的簡化模型分析方法上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.4 二極管基本電路及其分析方法2.4.1簡單二極管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V特性曲線。-I上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.4 二極管基本電路及其分析方法當已知非線性器件的V-I特性曲線

24、時，圖解法是簡單易行的。例2.4.1 二極管電路如下圖a所示，設(shè)二極管的V-I特性曲線如圖b所示，已知VDD和R，求vD和iDiD解：由電路的KVL方程可得：vD- vD= VDDiaDR直流負載線可寫為iD / mA1211斜率- 1/Ri= -+vVDDDDRR靜態(tài)工作點QI8 直流負載方程。但是在二極管的實際應(yīng)用中，圖解法并不實用。D40.V60.3b1.20.90vD / VD上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.4 二極管基本電路及其分析方法2.4.2二極管的簡化模型分析方法1） 二極管V- I 特性的建模（1）理想模型正偏導(dǎo)通vD=0；反偏截止iD=0（a）V-I特性（b

25、）代表符號（c）正向偏置時的電路模型（d）反向偏置時的電路模型上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)適用于電源大2.4 二極管基本電路及其分析方法2.4.2二極管的簡化模型分析方法1） 二極管V- I 特性的建模恒壓降模型vD=0.7V/0.2V上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)適用于電源較小2.4 二極管基本電路及其分析方法2.4.2二極管的簡化模型分析方法1） 二極管V- I 特性的建模折線模型所謂折線模型，是指認為二極管的管壓降不是恒定的，而是隨著通過二極管電流的增加而增加，所以在模型中用一個電池和一個電阻來作進一步的近似。vD=0.5/0.1+iDrdVth=0.5/0

26、.1V（硅/鍺）上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)適用于電源較小2.4 二極管基本電路及其分析方法小信號模型i= - 1 v1 (V+ v )DDDDsRRvs =0 時, Q點稱為靜態(tài)工作點，反映直流時的工作狀態(tài)。vs =Vmsinwt 時（Vm<<VDD）, 將Q點附近小范圍內(nèi)的V-I 特性線性化，得到小信號模型，即以Q點為切點的一條直線。上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.4 二極管基本電路及其分析方法小信號模型二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時，其正向特性可以等效成一個微變電阻DvDrd =根據(jù)即iD = IS (e DT- 1)v/VDiDQ點處v

27、 V =26mV，得Q點處的微變電導(dǎo)DTiDISevD/VTIDIS» i DdiD=g=ev/VDTQQdQVdvVVTTTD= VT1則r= VT= 26(mV )dIgrDddII (mA)DD常溫下（T=300K）特別注意：§ 小信號模型中的微變電阻rd與靜態(tài)工作點Q有關(guān)。§ 該模型用于二極管處于正向偏置條件下，且vD>>VT 。上頁下頁2.4 二極管基本電路及其分析方法2) 模型分析法應(yīng)用舉例 整流例2.4.2：半波整流（P78例3.4.2）二極管基本電路如圖，已知vs為正弦波，試利用二極管理想模型，定性地繪出vo的波形。（b）vs和vo的波

28、形（a）電路圖上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.4 二極管基本電路及其分析方法 靜態(tài)工作情況分析例2.4.3（P78例3.4.3）當VDD=10V 時，（R=10kW）設(shè) rD = 0.2 kW理想模型求ID和VDVD = 0 V恒壓模型ID = VDD / R = 1 mA= 0.7 V（硅二極管典型值）VDID = (VDD -VD )/ R = 0.93 mA折線模型= 0.5 V（硅二極管典型值）Vth- Vth= VDD= 0.931 mAIDR + rDVD = Vth + IDrD = 0.69 V電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁下頁2.4 二極管基本電路及

29、其分析方法 靜態(tài)工作情況分析當VDD=1V 時， 理想模型= 0 V ID = VDD / R = 0.1 mAVD恒壓模型= 0.7 V（硅二極管典型值）VD-VD = 1V - 0.7V= VDD= 0.03 mAID10kWR折線模型-Vth= VDD= 0.049 mAI= 0.5 V（硅二極管典型值）VDR + rthDVD = Vth + ID rD = 0.51V結(jié)論：電源電壓二極管管壓降恒壓降模型合理；電源電壓較低時折線模型合理。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁下頁2.4 二極管基本電路及其分析方法限幅電路例2.4.4 (P80)已知R=1KW，VREF=3V(1)分別

30、求vi=0V、4V、6V時的vo;(2)vi=6sinwtV時，畫出vo波形用理想模型分析。解：畫出理想模型電路，假設(shè)D斷開，V+=vi(1) 當vi0V時，D截止，vo=vi=0V當vi4V，V+>V- , D導(dǎo)通 vo3V，V-=VREF當vi6V，V+>V-, D導(dǎo)通 vo3V上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)R+DuIuOVREF-(a)R+DuIuOVREF-(a)2.4 二極管基本電路及其分析方法(2) 當vi6sinwt時R+分析D的導(dǎo)通與截止條件，得到不同條件下vo與vi的關(guān)系和一些特殊點的值。uuIOVREFv < V= 3V時，D截止-(a)IR

31、EFvovi6sinwtD反偏截止等效電路³ VREF= 3V時，D導(dǎo)通(b)vIvo=VREF=3V3V上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)vi2.4 二極管基本電路及其分析方法開關(guān)電路分析原則：假設(shè)D斷開，分析D的(+,)極間是正向電壓還是負向電壓，若是正向，則D導(dǎo)通，反之D截止例2.4.3 P50假設(shè)D是理想的，求vi1=0V， vi2=5V的不同組合時，vo的值Vcc 5VD1vo4.7KW4.7KWVi1Þ理想模型Vi1D1Vi2D2Vcc 5VvoVi2D2解：當vi1=0V， vi2=5V時，D1正偏導(dǎo)通，vo=0V，D2反偏截止；同理，可得下表上頁下

32、頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.4 二極管基本電路及其分析方法邏輯“與”上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)輸入電壓理想二極管輸出電壓Ui1Ui2D1D20 V0 V正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通0 V0 V5 V正偏導(dǎo)通反偏截止0 V5 V0 V反偏截止正偏導(dǎo)通0 V5 V5 V正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通5 V2.4 二極管基本電路及其分析方法 低電壓穩(wěn)壓電路多只二極管串接用于34V以下穩(wěn)壓利用二極管的恒壓模型的正向壓降特性，vD0.7V上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.4 二極管基本電路及其分析方法直流通路、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。（6）小信號工作情

33、況分析圖示電路中，VDD = 5V，R = 5kW，恒壓降模型的VD=0.7V，vs = 0.1sinwt V。（1）求輸出電壓vO的交流量和總量；（2）繪出vO的波形。根據(jù)疊，可將VDD和vs的作用慮，得直流通路和交流通路。靜態(tài)工作點：VD=0.7V，ID=（VDD-VD）/R=0.86mA輸出直流分量：Vo=IDR=4.3Vrd=VT/ID=26(mV)/0.86(mV)=0.03k輸出交流分量：vo=Rvs/(R+rd)=0.0994sint(V)輸出電壓總量=VD+vs=4.2+0.0994sint(V)上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)考2.5特殊體二極管2.5特殊體二極管

34、2.5.1穩(wěn)壓二極管2.5.2變?nèi)荻O管2.5.3光電子器件上頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.5特殊體二極管2.5.1穩(wěn)壓二極管(二極管)1）符號及穩(wěn)壓特性利用二極管反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時工作在反向電擊穿狀態(tài)。(a)符號電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(b) 伏安特性上頁下頁2.5特殊體二極管2） 穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)(1) 穩(wěn)定電壓VZ在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。(2) 動態(tài)電阻rZrZ =DVZ /DIZ(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穩(wěn)壓條件：IZmin< IZ < IZma