第一章半導(dǎo)體二極管及其電路分析

1、南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路授課教師：申繼偉電話理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及其電路分析半導(dǎo)體二極管及其電路分析 半導(dǎo)體器件是構(gòu)成電路的基本半導(dǎo)體器件是構(gòu)成電路的基本元件，構(gòu)成半導(dǎo)體器件的材料是經(jīng)元件，構(gòu)成半導(dǎo)體器件的材料是經(jīng)過加工的半導(dǎo)體材料，因此半導(dǎo)體過加工的半導(dǎo)體材料，因此半導(dǎo)體材料的性質(zhì)在很大程度上決定了半材料的性質(zhì)在很大程度上決定了半導(dǎo)體器件的性能。導(dǎo)體器件的性能。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路1.1 1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識1.2 1.2 半導(dǎo)體二

2、極管及其特性半導(dǎo)體二極管及其特性1.3 1.3 二極管基本應(yīng)用電路二極管基本應(yīng)用電路及其分析方法及其分析方法1.4 1.4 特殊二極管特殊二極管南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路1.1 1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識 自然界中的物體，根據(jù)導(dǎo)電能力自然界中的物體，根據(jù)導(dǎo)電能力( (電阻電阻率率) )可分為：導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體。可分為：導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體。常見的半導(dǎo)體材料為硅（常見的半導(dǎo)體材料為硅（SiSi）和鍺（）和鍺（GeGe）。）。價(jià)電子價(jià)電子價(jià)電子價(jià)電子慣性核慣性核南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路1.1.1 1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)

3、體共價(jià)鍵：共價(jià)鍵：半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識對電子束縛較強(qiáng)對電子束縛較強(qiáng)電子電子 - -空穴空穴 載流子載流子1 1、本征半導(dǎo)體中電子空穴成對出現(xiàn)，且、本征半導(dǎo)體中電子空穴成對出現(xiàn)，且數(shù)量少數(shù)量少 結(jié)論：結(jié)論：2 2、半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電、半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電3 3、本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力、本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力弱弱，并與，并與光照和溫度光照和溫度有關(guān)有關(guān)。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路 制造半導(dǎo)體器件的材料不是本制造半導(dǎo)體器件的材料不是本征半導(dǎo)體，而是人為的摻入雜質(zhì)的征半導(dǎo)體，而是人為的摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體，目的是為了提高半導(dǎo)體的半導(dǎo)體，目

4、的是為了提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力導(dǎo)電能力 1.1.2 1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體1 1、摻入、摻入5 5價(jià)元素（價(jià)元素（磷、砷、銻磷、砷、銻）2 2、摻入、摻入3 3價(jià)元素（價(jià)元素（硼、鋁、銦硼、鋁、銦）南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路1 1 摻入摻入5 5價(jià)元素（磷）價(jià)元素（磷）自由電子自由電子電子電子為多數(shù)載流子為多數(shù)載流子多子多子空穴空穴為少數(shù)載流子為少數(shù)載流子少子少子摻雜磷摻雜磷產(chǎn)生的自由電子數(shù)產(chǎn)生的自由電子數(shù)本征激發(fā)本征激發(fā)產(chǎn)生產(chǎn)生 的電子數(shù)的電子數(shù)自由電子數(shù)自由電子數(shù)空穴數(shù)空穴數(shù)N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體載流子數(shù)載流子數(shù) 電子數(shù)電子數(shù)磷原子：磷原子：施主原子施主原

5、子雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路N N型半導(dǎo)體的簡化圖示型半導(dǎo)體的簡化圖示多子多子少子少子南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路2 2 摻入摻入3 3價(jià)元素（硼）價(jià)元素（硼）摻雜硼產(chǎn)生的空穴數(shù)摻雜硼產(chǎn)生的空穴數(shù)熱激發(fā)產(chǎn)生的空穴熱激發(fā)產(chǎn)生的空穴空穴數(shù)空穴數(shù)自由電子自由電子空穴空穴為為多子多子電子電子為為少子少子P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體硼原子：硼原子：受主原子受主原子載流子數(shù)載流子數(shù) 空穴數(shù)空穴數(shù)南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路P P型半導(dǎo)體的簡化圖示型半導(dǎo)體的簡化圖示多子多子少子少子南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路

6、模擬電子線路3 3 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性半導(dǎo)體的導(dǎo)電性 空空 穴穴 自由電子I=IP+IN本征半導(dǎo)體電流很弱。本征半導(dǎo)體電流很弱。N N型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體： IINP P型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體： IIP南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路 摻入雜質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大摻入雜質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響。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 T=300K=300K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: : n n = = p p =1.4=1.410101010/cm/cm3 3摻雜后摻雜后 N N 型半導(dǎo)體中的自由電子濃度型半導(dǎo)體中

7、的自由電子濃度: : n= n= 5 510101616/cm/cm3 3以上兩個(gè)濃度基本上依次相差以上兩個(gè)濃度基本上依次相差10106 6/cm/cm3 34 4 雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路 N N型半導(dǎo)體：電子為多子，空穴為少子型半導(dǎo)體：電子為多子，空穴為少子 載流子數(shù)載流子數(shù)自由電子數(shù)自由電子數(shù) 施主原子提供電子，不能移動，帶正電。施主原子提供電子，不能移動，帶正電?？偨Y(jié)：總結(jié)： P P型半導(dǎo)體：空穴為多子，電子為少子型半導(dǎo)體：空穴為多子，電子為少子 載流子數(shù)載流子數(shù)空穴數(shù)空穴數(shù) 受主原子提供空穴，不能移動，帶負(fù)電

8、。受主原子提供空穴，不能移動，帶負(fù)電。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路1.1.3 PN1.1.3 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦砸灰?PNPN結(jié)的結(jié)的形成形成PN電子電子空穴空穴由于載流子的由于載流子的濃度差濃度差引起多子的引起多子的擴(kuò)散運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動由于由于復(fù)合復(fù)合使交界面形成使交界面形成空間電荷區(qū)（空間電荷區(qū)（耗盡區(qū)耗盡區(qū)）空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)建電場內(nèi)建電場阻礙多子的擴(kuò)散運(yùn)動阻礙多子的擴(kuò)散運(yùn)動有利于少子的漂移運(yùn)動有利于少子的漂移運(yùn)動南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路引起載流子定向移動的類型引起載流子定向移動的類型1 1、擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流：載流子的

9、濃度差引起：載流子的濃度差引起2 2、漂移電流漂移電流：由于電場引起的定向移：由于電場引起的定向移動動在在PNPN結(jié)中擴(kuò)散和漂移最后達(dá)到結(jié)中擴(kuò)散和漂移最后達(dá)到動態(tài)平衡動態(tài)平衡即擴(kuò)散電流漂移電流，總電流即擴(kuò)散電流漂移電流，總電流0 0PNPN結(jié)結(jié)南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路PNPN結(jié)結(jié)二、二、PN PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦? 1 正向偏置正向偏置（P P區(qū)接電源正極，區(qū)接電源正極，N N區(qū)接電源負(fù)極）區(qū)接電源負(fù)極）內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場 外電場的作用使空間電荷區(qū)變外電場的作用使空間電荷區(qū)變窄窄，擴(kuò)散，擴(kuò)散運(yùn)動加劇，漂移運(yùn)動減弱，從而形成運(yùn)動加劇，漂移運(yùn)動減弱，

10、從而形成正向電流正向電流。此時(shí)此時(shí)PNPN結(jié)呈現(xiàn)低阻態(tài)，結(jié)呈現(xiàn)低阻態(tài)，PNPN結(jié)處于結(jié)處于導(dǎo)通導(dǎo)通狀態(tài)，狀態(tài)，理想模型為閉合開關(guān)。理想模型為閉合開關(guān)。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路PNPN結(jié)結(jié)2 2 反向偏置反向偏置（P P區(qū)接電源負(fù)極，區(qū)接電源負(fù)極，N N區(qū)接電源正極）區(qū)接電源正極）內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場 外電場的作用使空間電荷區(qū)變外電場的作用使空間電荷區(qū)變寬寬，擴(kuò)，擴(kuò)散運(yùn)動變?nèi)?，漂移運(yùn)動加強(qiáng)，從而形成散運(yùn)動變?nèi)酰七\(yùn)動加強(qiáng)，從而形成反反向電流，也稱為漂移電流向電流，也稱為漂移電流。此時(shí)此時(shí)PNPN結(jié)呈現(xiàn)高阻態(tài)，漂移電流很小，此時(shí)結(jié)呈現(xiàn)高阻態(tài)，漂移電流很小，此時(shí)PN

11、PN結(jié)處于結(jié)處于截止截止?fàn)顟B(tài)，模型相當(dāng)于開關(guān)打開。狀態(tài)，模型相當(dāng)于開關(guān)打開。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路結(jié)論結(jié)論 PN PN結(jié)結(jié)反向偏置反向偏置時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的有很小的反向漂移電流反向漂移電流，且和溫度有關(guān)且和溫度有關(guān)。 PN PN結(jié)結(jié)正向偏置正向偏置時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的有較大的正向擴(kuò)散電流正向擴(kuò)散電流；由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PNPN結(jié)具有單向?qū)ЫY(jié)具有單向?qū)щ娦噪娦?。PNPN結(jié)結(jié)南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路3 PN3 PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性理論分析知，理論分析知，PN結(jié)所加電

12、壓結(jié)所加電壓u和電流和電流i的關(guān)系為：的關(guān)系為：(1)TuUSiIe為反向飽和電流為反向飽和電流SIq為電子電量為電子電量 k為玻爾茲曼常數(shù)為玻爾茲曼常數(shù)qkTUT常溫時(shí)常溫時(shí)mVUT26TUueIiS加加正向電壓正向電壓: :SIi 加加反向電壓反向電壓: :PNPN結(jié)結(jié)南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路1 1、N N型半導(dǎo)體帶負(fù)電，型半導(dǎo)體帶負(fù)電，P P型半導(dǎo)體帶正電。這種型半導(dǎo)體帶正電。這種說法是否正確？說法是否正確？2 2、N N型半導(dǎo)體的多子是（），型半導(dǎo)體的多子是（），P P型半導(dǎo)體的多型半導(dǎo)體的多子是（）。子是（）。3 3、PNPN結(jié)中擴(kuò)散電流的方向是從（結(jié)中擴(kuò)

13、散電流的方向是從（ ）區(qū)指向（）區(qū)指向（ ）區(qū)，）區(qū)，漂移電流的方向是（漂移電流的方向是（ ）區(qū)指向（）區(qū)指向（ ）區(qū)。）區(qū)。4 4、 PNPN結(jié)外加正向電壓時(shí)（結(jié)外加正向電壓時(shí)（ ）電流大于）電流大于（ ）電流，此時(shí)耗盡層變（）電流，此時(shí)耗盡層變（ ）。）。5 5、采取保護(hù)措施的條件下（、采取保護(hù)措施的條件下（ ）擊穿可以利用，）擊穿可以利用，但（但（ ）擊穿是永久性損壞器件的擊穿。）擊穿是永久性損壞器件的擊穿。思考題思考題南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路 N N型半導(dǎo)體：電子為多子，空穴為少子型半導(dǎo)體：電子為多子，空穴為少子 載流子數(shù)載流子數(shù)自由電子數(shù)自由電子數(shù) 施主原

14、子提供電子，不能移動，帶正電。施主原子提供電子，不能移動，帶正電。復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) P P型半導(dǎo)體：空穴為多子，電子為少子型半導(dǎo)體：空穴為多子，電子為少子 載流子數(shù)載流子數(shù)空穴數(shù)空穴數(shù) 受主原子提供空穴，不能移動，帶負(fù)電。受主原子提供空穴，不能移動，帶負(fù)電。半導(dǎo)體中有兩種自由電荷參與導(dǎo)電：半導(dǎo)體中有兩種自由電荷參與導(dǎo)電：電子和空穴。電子和空穴。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路 PN PN結(jié)結(jié)反向偏置反向偏置時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，少子時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，少子的定向移動形成很小的的定向移動形成很小的反向漂移電流反向漂移電流，且和溫度有關(guān)。且和溫度有關(guān)。 PN PN結(jié)結(jié)正向偏置正向偏置時(shí)，呈現(xiàn)低電

15、阻，多子時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，多子的定向移動形成較大的的定向移動形成較大的正向擴(kuò)散電流正向擴(kuò)散電流，電流方向由電流方向由P P指向指向N N。PNPN結(jié)具有單向?qū)щ娦越Y(jié)具有單向?qū)щ娦?。PNPN結(jié)結(jié)南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路1.2.1 1.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)與類型二極管的結(jié)構(gòu)與類型構(gòu)成：構(gòu)成：PN PN 結(jié)結(jié) + + 管殼管殼 + + 引線引線= =二極管二極管(Diode)(Diode)南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路分類：分類：按材料分按材料分硅二極管硅二極管鍺二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分按結(jié)構(gòu)分點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型面接觸型面接觸型平面型平面型半導(dǎo)體二極管的類

16、型半導(dǎo)體二極管的類型穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管按用途分按用途分整流二極管整流二極管開關(guān)二極管開關(guān)二極管檢波二極管檢波二極管南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 PN PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等檢波和變頻等高頻小電流高頻小電流電路。電路。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路面接觸型面接觸型 PN PN結(jié)面積大，結(jié)面積大，用于工頻大電用于工頻大電流整流電路。流整流電路。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路平面型二極管平面型二極管 往往用于集往往用于集成

17、電路制造工藝成電路制造工藝中。中。PN PN 結(jié)面積可結(jié)面積可大可小，用于高大可小，用于高頻整流和開關(guān)電頻整流和開關(guān)電路中。路中。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路二極管的符號：二極管的符號：陽極陽極陰極陰極南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路1.2.2 1.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線可用下式表示二極管的伏安特性曲線可用下式表示(1)DTuUDSiIe正向特性正向特性Uth死區(qū)死區(qū)電壓電壓反向特性反向特性ISOuD /ViD /mA-U (BR)反向擊穿反向擊穿U南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路一一 正向特

18、性正向特性iD = 0Uth = 0.5 V 0.1 V( (硅管硅管) )( (鍺管鍺管) )U Uthi iD D 急劇上升急劇上升0 U Uth UD(on) = (0.6 0.8) V 硅管硅管 0.7 V(0.1 0.3) V鍺管鍺管 0.2 VOuD /ViD /mA正向特性正向特性Uth反向特性反向特性IS-U (BR)反向擊穿反向擊穿南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路-U(BR) U 0 iD = IS ( (硅硅) ) 0.1 0.1 A A 幾十幾十 A A ( (鍺鍺) )U -U(BR)反向電流急劇增大反向電流急劇增大 ( (反向擊穿反向擊穿) )二二

19、 反向特性反向特性O(shè)uD /ViD /mA正向特性正向特性Uth反向特性反向特性IS-U (BR)反向擊穿反向擊穿南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路硅管的伏安特性硅管的伏安特性鍺管的伏安特性鍺管的伏安特性604020 0.02 0.040 0.4 0.82550iD / mAuD / ViD / mAuD / V0.20.4 25 50510150.010.020南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路三三 反向擊穿特性：反向擊穿特性：電擊穿電擊穿熱擊穿熱擊穿反向擊穿原因反向擊穿原因： 齊納擊穿齊納擊穿：(Zener)(Zener)反向電場太強(qiáng)，將電子強(qiáng)行拉出共價(jià)

20、鍵。反向電場太強(qiáng)，將電子強(qiáng)行拉出共價(jià)鍵。 ( (擊穿電壓擊穿電壓 6 V 6 V 6 V) )南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路四四 溫度對二極管特性的影響：溫度對二極管特性的影響：606040402020 0.02 0.020 00.40.425255050i iD D / mA/ mAu uD D / V / V2020 C C9090 C C隨著溫度的升高，隨著溫度的升高，正向正向特性曲線特性曲線左移左移，即，即正向壓降減??；正向壓降減小；反向反向特性曲線特性曲線下移下移，即反向電流增大。即反向電流增大。 一般在室溫附近，溫度每一般在室溫附近，溫度每升高升高11，其，其

21、正正向壓降減小向壓降減小2-2.5mV2-2.5mV；溫度每溫度每升高升高1010，反向反向電流電流大約大約增大增大1 1倍左右。倍左右。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路1.2.3 1.2.3 二極管的參數(shù)二極管的參數(shù)1.1. I IF F 最大整流電流最大整流電流( (二極管長期二極管長期連續(xù)工作時(shí)允許通過的最大正連續(xù)工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流向平均電流 ) )2 2. . U UBR BR 管子反向擊穿時(shí)的電壓管子反向擊穿時(shí)的電壓3 3. . U URM RM 最高反向工作電壓最高反向工作電壓，實(shí)際上實(shí)際上只按照只按照U U(BR) (BR) 的一半來計(jì)算的一半來

22、計(jì)算南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路4 4. . I IR R 反向電流反向電流( (管子未被擊穿前的反管子未被擊穿前的反 向電流，該值越小單向?qū)щ娦栽胶孟螂娏?，該值越小單向?qū)щ娦栽胶? )6 6. . f fM M 最高工作頻率最高工作頻率( (二極管工作的二極管工作的 上限頻率，超過該頻率時(shí)，結(jié)電容起上限頻率，超過該頻率時(shí)，結(jié)電容起 作用，不能很好的體現(xiàn)單相導(dǎo)電性作用，不能很好的體現(xiàn)單相導(dǎo)電性) )。5 5. .U UD(on) D(on) 導(dǎo)通電壓：導(dǎo)通電壓：二極管在正向電壓二極管在正向電壓工作時(shí)，管兩端會產(chǎn)生正向電壓工作時(shí)，管兩端會產(chǎn)生正向電壓降，其壓降值越小管越好

23、。硅為降，其壓降值越小管越好。硅為0.7V0.7V，鍺為，鍺為0.2V0.2V。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路半導(dǎo)體二極管的型號半導(dǎo)體二極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路一、理想二極管一、理想二極管特性曲線特性曲線uDiD符號及等效模型：符號及等效模型：S正偏導(dǎo)通，正偏導(dǎo)通，u uD D = 0 = 0；反偏截止，反偏截止， i iD D = 0 = 0S南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路二極管基本電路如圖所示，二極管基本電路如圖所示，V VDDD

24、D=10=10V V，應(yīng)，應(yīng)用理想模型求解電路的用理想模型求解電路的U UD D和和I ID D。例例1 ID=（VDD-UD）R = （10-0）V10K =1mA UD=0V解：解：南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路二、二極管的恒壓降模型二、二極管的恒壓降模型uDiDUD(on)uD = UD(on)0.7 V (Si)0.2 V (Ge)iDuDU (BR)I FURMO南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路硅二極管基本電路如圖所示，試求電流硅二極管基本電路如圖所示，試求電流I1,I2,IO, ,和和UO例例南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子

25、線路1 1、限幅電路：、限幅電路：它是用來讓信號在預(yù)置的電平它是用來讓信號在預(yù)置的電平范圍內(nèi)，有選擇地傳輸一部分。范圍內(nèi)，有選擇地傳輸一部分。例例：一限幅電路如圖所示，：一限幅電路如圖所示，R R=1K=1K，V VREFREF=3V=3V。當(dāng)。當(dāng)U Ui i=6sint(V)=6sint(V)時(shí)，利用時(shí)，利用恒壓降模型恒壓降模型繪出相應(yīng)的繪出相應(yīng)的輸出電壓輸出電壓U UO O的波形。二極管的恒壓降為的波形。二極管的恒壓降為0.7V0.7V。Ui3.7V時(shí)時(shí)D導(dǎo)通，導(dǎo)通， UO=0.7+3=3.7VUi0V時(shí)時(shí)D2、D3導(dǎo)通，導(dǎo)通，UO= UiUi0V時(shí)時(shí)D4、D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，UO= -Ui南

26、理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路 二極管的單向?qū)щ娦詰?yīng)用二極管的單向?qū)щ娦詰?yīng)用很廣，可用于：限幅、整流、很廣，可用于：限幅、整流、開關(guān)、檢波、元件保護(hù)等。開關(guān)、檢波、元件保護(hù)等。 應(yīng)用應(yīng)用南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路三、二極管的折線近似模型三、二極管的折線近似模型uDiDUONUIIUr D斜率斜率1/1/r rD DrDUONiDuDU (BR)I FURMO南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路三三 小信號模型小信號模型 如果二極管工作在如果二極管工作在V-IV-I特性的某一小范圍內(nèi)

27、工作特性的某一小范圍內(nèi)工作時(shí)，則可以把時(shí)，則可以把V-IV-I特性看特性看成一條直線，其斜率的倒成一條直線，其斜率的倒數(shù)就是動態(tài)電阻數(shù)就是動態(tài)電阻 r rd dDDdiur) 1(TDUuSDeIiDTuQUSDDdDTTTIIdiigeduUUU126TddQQUmVrgII南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路例例: :如圖所示如圖所示, ,輸入電壓輸入電壓UI為為10V, ,分析當(dāng)分析當(dāng)UI變化變化1V時(shí)時(shí), ,輸出電壓輸出電壓UO的相應(yīng)變化量和的相應(yīng)變化量和輸出電壓量輸出電壓量. . 南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路1.4 1.4 特殊二極管特殊二極管

28、1.4.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓管又稱穩(wěn)壓管又稱齊納二極管，它齊納二極管，它是一種特殊工藝是一種特殊工藝制造的半導(dǎo)體二制造的半導(dǎo)體二極管。它的符號極管。它的符號如圖所示。如圖所示。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路 當(dāng)反向電壓加到當(dāng)反向電壓加到某一定值時(shí)某一定值時(shí)UZ ，產(chǎn)，產(chǎn)生反向擊穿，反向生反向擊穿，反向電流急劇增加，電流急劇增加，只只要控制反向電流不要控制反向電流不超過一定值超過一定值，管子，管子就不會損壞。就不會損壞。1 1、穩(wěn)壓管的伏安特性、穩(wěn)壓管的伏安特性工作在反向擊穿特性區(qū)工作在反向擊穿特性區(qū)_南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路2 2、穩(wěn)壓管的主

29、要參數(shù)、穩(wěn)壓管的主要參數(shù) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓U UZ Z 指規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。穩(wěn)指規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓低的為壓管的穩(wěn)定電壓低的為3V，高的可達(dá)，高的可達(dá)300V，它的正向電壓約為它的正向電壓約為0.6V。 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流I IZ Z（ I Izminzmin-I-Izmaxzmax ） 指穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)的參考電流。指穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)的參考電流。電流低于電流低于Izmin時(shí)穩(wěn)壓效果變壞，甚至根本不時(shí)穩(wěn)壓效果變壞，甚至根本不穩(wěn)壓。穩(wěn)壓。_南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路 額定功耗額定功耗P PZMZM 指穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓與

30、最大穩(wěn)定電流的乘積。指穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流的乘積。 溫度系數(shù)溫度系數(shù) 指溫度每變化指溫度每變化1 1時(shí)穩(wěn)壓值的變化量。時(shí)穩(wěn)壓值的變化量。 VZ小于小于4V的管子具有負(fù)溫度系數(shù)，的管子具有負(fù)溫度系數(shù)， VZ大于大于7V的管子具的管子具有正溫度系數(shù)。有正溫度系數(shù)。4V至至7V的管子溫度系數(shù)非常小。的管子溫度系數(shù)非常小。 動態(tài)電阻動態(tài)電阻r rz z 指穩(wěn)壓管兩端的電壓變化與電流變化之比。曲線指穩(wěn)壓管兩端的電壓變化與電流變化之比。曲線越陡，動態(tài)電阻愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好。越陡，動態(tài)電阻愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好。南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)應(yīng)反

31、接，并串入一只電阻穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)應(yīng)反接，并串入一只電阻 電阻的作用一是起電阻的作用一是起限流限流作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管；作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，通過該其次是當(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，取出誤差信號以電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)穩(wěn)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。注意注意南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路接法：接法：反接反接電阻電阻R的作用：的作用：限流限流RL代表：代表：負(fù)載負(fù)載 工作區(qū)：工作區(qū)：反向擊穿反向擊穿3 3、穩(wěn)壓管的基本電路、穩(wěn)壓管的基本電路南理工紫金學(xué)院南理

32、工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路三、應(yīng)用三、應(yīng)用 例例1 1：電路如圖，求流過穩(wěn)壓管的電流電路如圖，求流過穩(wěn)壓管的電流I IZ Z，R R是否合適？是否合適？ 解：解：mAImARUIZZZ18520故，故，R R是合適的。是合適的。mAIZ3min南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路例例2 2：電路如圖，電路如圖，I IZmaxZmax=50mA=50mA，R R=0.15K, =0.15K, UIUI =24V, =24V, I IZ Z=5mA, =5mA, U UZ Z=12V=12V，問當(dāng)，問當(dāng) R RL L = 0.2K = 0.2K 時(shí)，時(shí)，電路能否穩(wěn)定，為什么

33、？當(dāng)電路能否穩(wěn)定，為什么？當(dāng) R RL L = 0.8K = 0.8K 時(shí)，時(shí)，電路能否穩(wěn)定，為什么？電路能否穩(wěn)定，為什么？解：解：不能穩(wěn)定時(shí)，可以穩(wěn)定時(shí)，;658 . 0;202 . 0mAIKRmAIKRRURUUIDZLDZLLZZIDZ南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路例例3 3、電路如圖，電路如圖，U UI I = =1212V V ，U UZ Z= =6 6V V ，R=R=0.150.15K K ，I IZ Z= =5 5mAmA，I IZMAXZMAX= =3030mAmA, ,問保證電問保證電路正常工作時(shí)路正常工作時(shí)RLRL 的取值范圍的取值范圍ZMAXDZ

34、ZIII解：解：LZZIDZRURUUIZMAXZIZLZZIZIRUUURIRUUUKRKL6 . 017. 0南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路例例4 4：已知已知u=10sin(t)V ,UZ= 6V, IZ=10mA ， Izmax=30mA, , 畫出畫出uouo的波形，并求限流電阻的波形，并求限流電阻R R的最的最小值。小值。200maxminZZmIUURiutV6V10V10V6南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路例例5 5：已知：已知u=10sin(t)V ,UZ= +6V, IZ=10mA ， Izmax=30mA, , 畫出畫出uouo的波形，的波形，并求限流電阻并求限流電阻R R的最小值。的最小值。200maxminZZmIUURiutV6V10V10V6iuRouZD南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路例例6 6：已知已知u=3sin(t)V ,UZ= 6V, IZ=10mA ， Izmax=30mA, , 畫出畫出uouo的波形，并求限流電阻的波形，并求限流電阻R R的最的最小值。小值。200maxminZZmIUURiutV6V10V10V6南理工紫金學(xué)院南理工紫金學(xué)院模擬電子線路模擬電子線路例例7 7 穩(wěn)壓電路如圖所示，直流輸入電壓穩(wěn)壓電路如圖所示，直流輸入電壓V VI I的電壓的電壓在在12V13