第一章ch模擬電子技術(shù)

1模擬電子線路

課程號：B0400041S車晶chej@QQ:16377387552模擬電子線路課程是什么？模擬電子線路是工科本科的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，不僅因為這門課程涵蓋的理論知識在理工科專業(yè)中占有基礎(chǔ)性地位，更為重要的是這是一門理論與實際聯(lián)系非常緊密、實踐性很強(qiáng)的課程。3模擬電子線路課程是什么？（續(xù)）由于這門課程是聯(lián)系公共基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程的一個重要橋梁，因此許多工科學(xué)校把它視為工科學(xué)生進(jìn)入工程領(lǐng)域的第一門課程。4

本課程的主要任務(wù)是使學(xué)生獲得電子線路方面的基本理論、基本分析方法和基本技能，著重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。模擬電子線路課程是什么？（續(xù)）5

是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課

是電子信息類專業(yè)的主干課程是強(qiáng)調(diào)硬件應(yīng)用能力的工程類課程

是工程師訓(xùn)練的基本入門課程

是很多重點大學(xué)的考研課程模擬電子線路課程是什么？（續(xù)）6電子電路的發(fā)展歷程以及應(yīng)用前景最早源于50年代的電子管放大器60年代逐步演變?yōu)榉至⒃木w管放大電路80年代開始引入集成電路90年代引入EDA技術(shù)。7電子電路元器件的歷史當(dāng)代，是包括計算機(jī)在內(nèi)的電子學(xué)繁榮昌盛的時代，其背景與電子電路元器件由電子管-晶體管－集成電路的不斷發(fā)展有著密切的關(guān)系。

8（1）電子管電子管是一種在氣密性封閉容器（一般為玻璃管）中產(chǎn)生電流傳導(dǎo)，以獲得信號放大或振蕩的電子器件。早期應(yīng)用于電視機(jī)、收音機(jī)擴(kuò)音機(jī)等電子產(chǎn)品中，近年來逐漸被晶體管和集成電路所取代。9目前在一些高保真音響器材中，仍然使用電子管作為音頻功率放大器件。電子管是沿著二極管-三極管-四極管-五極管的順序發(fā)明出來的。

（1）電子管10電子管圖片11（2）晶體管晶體管是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制和許多其他功能。晶體管作為一種可變開關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出的電流。12晶體管的應(yīng)用在模擬電路中，晶體管用于放大器，音頻放大器，射頻放大器，穩(wěn)壓電源，在計算機(jī)電源中，主要用于開關(guān)電源。晶體管也應(yīng)用于數(shù)字電路，主要功能是模擬電子開關(guān)。13晶體管圖片14（3）集成電路大約在1956年，英國的達(dá)馬就從晶體管原理預(yù)想到了集成電路的出現(xiàn)。1958年美國提出了用半導(dǎo)體制造全部電路元器件，實現(xiàn)集成電路化的方案。

1961年，得克薩斯儀器公司開始批量生產(chǎn)集成電路。15（3）集成電路集成電路并不是用一個一個電路元器件連接成的電路，而是把具有某種功能的電路“埋”在半導(dǎo)體晶體里的一個器件。它易于小型化和減少引線端，所以具有可靠性高的優(yōu)點。

16（3）集成電路集成電路的集成度在逐年增加。元件數(shù)在100個以下的小規(guī)模集成電路，100~1000個的中規(guī)模集成電路，1000~100000個大規(guī)模集成電路，以及100000個以上的超大規(guī)模集成電路，都已依次開發(fā)出來，并在各種裝置中獲得了廣泛應(yīng)用。17（3）集成電路雖然現(xiàn)在集成電路的應(yīng)用日漸普遍，但是分立元件仍是不可或缺的，特別在大功率輸出方面，而LED作為新型節(jié)能環(huán)保光源的前途更是不可限量。

18集成電路圖片19要怎么學(xué)習(xí)這樣的課程模擬電子技術(shù)的價值主要體現(xiàn)在它是解決生產(chǎn)實際中的需要而建立的系統(tǒng)，而不是獨立分散的電路或者器件。建立系統(tǒng)的概念建立工程的概念20例：我校教師上課時所用的無線擴(kuò)音器系統(tǒng)21怎樣學(xué)好這門課

強(qiáng)調(diào)自學(xué)能力，注意學(xué)習(xí)方法。

入門時可能會遇到一些困難。注意不斷改進(jìn)、總結(jié)和調(diào)整、提高。22學(xué)習(xí)方法“過四關(guān)”

基本器件關(guān)-----電路構(gòu)成工程近似關(guān)-----分析方法實驗動手關(guān)-----實踐應(yīng)用

EDA應(yīng)用關(guān)-----設(shè)計能力

23幾點建議：“愛好”和“志向”很重要！“興趣是最好的老師”學(xué)習(xí)主觀能動性是學(xué)好這門課的“關(guān)鍵”?！白屛覍W(xué)”和“我要學(xué)”教學(xué)相長

“教師是啟發(fā)和引導(dǎo)者”“好學(xué)生不是教出來的”24考試成績評定平時20%(無期中考試）期末80%25教材

參考書1康華光主編．電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分，第四版），北京：高等教育出版社，1988．2謝嘉奎主編．電子線路（線性部分，第四版），北京：高等教育出版社，1999．26兩種信號模擬信號Analogsignal數(shù)字信號Digitalsignal27模擬信號

是連續(xù)的、平滑的周期或非周期函數(shù)信號。

如語音（音頻）信號、圖像（視頻）信號、模擬溫度、壓力的物理量檢測信號等。

28數(shù)字信號是間斷的、離散的瞬時值周期或非周期函數(shù)信號如開關(guān)信號、脈沖信號、計算機(jī)編碼信號等。

29兩種電路

模擬電路Analogcircuit數(shù)字電路Digitalcircuit30電子電路數(shù)字電路模擬電路低頻電路（處理低頻信號）高頻電路（處理高頻信號）電路分類電子電路數(shù)字電路模擬電路線性電路（處理小信號）非線性電路（處理大信號）31全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生學(xué)科競賽之一，是面向大學(xué)生的群眾性科技活動，目的在于推動高等學(xué)校促進(jìn)信息與電子類學(xué)科課程體系和課程內(nèi)容的改革。競賽的特點是與高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的課程體系和課程內(nèi)容改革密切結(jié)合，以推動其課程教學(xué)、教學(xué)改革和實驗室建設(shè)工作。32全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的組織運(yùn)行模式為：“政府主辦、專家主導(dǎo)、學(xué)生主體、社會參與”十六字方針，以充分調(diào)動各方面的參與積極性。332011年08月31日全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽開賽三萬達(dá)人滬上打擂上午的比賽現(xiàn)場，大學(xué)生選手設(shè)計作品34晚報訊今天上午，瑞薩杯2011全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽在全國30個賽區(qū)正式開賽。1042所院校、11002支隊伍、33006名學(xué)生將通過為期四天的角逐，爭奪一等獎、二等獎、以及本年度的最高榮譽(yù)獎“瑞薩杯”獎。3536第一章晶體二極管及其基本電路1-1半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體物質(zhì)半導(dǎo)體的特性：1．導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間；2．導(dǎo)電能力隨溫度、光照或摻入某些雜質(zhì)而發(fā)生顯著變化。37+14284+3228184硅原子（Silicon）鍺原子（Germanium）圖1

硅和鍺原子結(jié)構(gòu)圖硅（Si）、鍺（Ge）和砷化鎵（GaAs）１-１-１本征半導(dǎo)體38+4圖1-1硅和鍺原子結(jié)構(gòu)簡化模型慣性核電子39+4+4+4+4共價鍵價電子圖1-2單晶硅和鍺共價鍵結(jié)構(gòu)示意圖40說明：1、共價鍵：相鄰兩個原子中的價電子作為共用電子對而形成的相互作用力。2、單晶硅：原子按一定的間隔排列成有規(guī)律的空間點陣結(jié)構(gòu)。通常共價鍵的電子受到所屬原子核的吸引，是不能自由移動的?！`電子，不能參與導(dǎo)電。3、本征半導(dǎo)體：純凈的（未摻雜）單晶半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。41絕對零度（-2730C）時晶體中無自由電子——相當(dāng)于絕緣體。載流子(Carrier)指半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中獲得運(yùn)動能量的帶電粒子。有溫度環(huán)境就有載流子——本征激發(fā)一、半導(dǎo)體中的載流子

——自由電子和空穴42+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子圖1-3本征激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴在一定的溫度下，或者受到光照時，使價電子獲得一定的額外能量，一部分價電子就能夠沖破共價鍵的束縛變成自由電子。本征激發(fā)動畫演示43注意：1、空穴的運(yùn)動可以看成一個帶正電荷的粒子的運(yùn)動。2、一個空穴的運(yùn)動實際上是許多價電子（不是自由電子）作相反運(yùn)動的結(jié)果。但是一個空穴運(yùn)動所引起的電流的大小只與空穴的多少有關(guān)，與多少個價電子運(yùn)動無關(guān)。3、若沒有空穴，價電子不會運(yùn)動，即使互換位置也不會帶來電荷的遷移。動畫演示44結(jié)論在半導(dǎo)體中，有兩種載流子：自由電子（負(fù)電荷）和空穴（正電荷）。在本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的。45二、本征載流子濃度復(fù)合：由于正負(fù)電荷相吸引，自由電子會填入空穴成為價電子，同時釋放出相應(yīng)的能量，從而消失一對電子、空穴，這一過程稱為復(fù)合。與本征激發(fā)是相反的過程。一分為二本征激發(fā)

復(fù)合合二為一載流子濃度：載流子濃度越大，復(fù)合的機(jī)會就越多。在一定溫度下，當(dāng)沒有其它能量存在時，電子、空穴對的產(chǎn)生與復(fù)合最終達(dá)到一種熱平衡狀態(tài)，使本征半導(dǎo)體中載流子的濃度一定。46本征載流子濃度：式中：ni、pi——分別表示電子和空穴的濃度（㎝-3）；

T——為熱力學(xué)溫度（K）；

EG0為T=0K（-273oC）時的禁帶寬度（硅為1.21eV，鍺為0.78eV）；

k為玻爾茲曼常數(shù)（8.63×10-6V/K）；A0為與半導(dǎo)體材料有關(guān)的常數(shù)（硅為3.87×1016㎝-3·，鍺為1.76×1016㎝-3·）。47說明隨著T的增加，載流子濃度按指數(shù)規(guī)律增加?！獙囟确浅Ｃ舾?。在T=300K的室溫下，本征硅（鍺）的載流子濃度=1.43×1010㎝-3（2.38×1013㎝-3），本征硅（鍺）的原子密度=5×1022㎝-3

（4.4×1022㎝-3）。 相比之下，室溫下只有極少數(shù)原子的價電子(三萬億分之一)受激發(fā)產(chǎn)生電子、空穴對。48結(jié)論

本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力是很弱的；本征載流子濃度隨溫度升高近似按指數(shù)規(guī)律增大，所以其導(dǎo)電性能對溫度的變化很敏感。491-1-2雜質(zhì)半導(dǎo)體（摻雜半導(dǎo)體）

在本征半導(dǎo)體中摻入微量的元素（稱為雜質(zhì)），會使其導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化?！s質(zhì)半導(dǎo)體。根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。50一、N型半導(dǎo)體

圖1-4N型半導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)示意圖+4+5+4+4鍵外電子束縛電子施主原子51說明在本征硅（鍺）中摻入少量的五價元素（如：磷、砷、銻等）就得到N型半導(dǎo)體。雜質(zhì)原子頂替硅原子，多一個電子位于共價鍵之外，受原子的束縛力很弱，很容易激發(fā)成為自由電子。幾乎一個雜質(zhì)原子能提供一個自由電子，從而自由電子數(shù)大大增加。——施主雜質(zhì)。由于自由電子的濃度增加，與空穴（本征激發(fā)產(chǎn)生的）復(fù)合的機(jī)會也增加，因此空穴濃度相應(yīng)減少。52在N型半導(dǎo)體中： 自由電子——多數(shù)載流子，簡稱多子； 空穴——少數(shù)載流子，簡稱少子。答：N型半導(dǎo)體是電中性的。雖然自由電子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù)，但由于施主正離子的存在，使正、負(fù)電荷數(shù)相等，即自由電子數(shù)=空穴數(shù)+施主正離子

問題：N型半導(dǎo)體是帶正電還是帶負(fù)電？53

圖1-5P型半導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)示意圖受主原子空位+4+3+4+4束縛電子二、P型半導(dǎo)體（Positivetype）54

在本征硅（或鍺）中，摻入少量的三價元素（硼、鋁等），就得到P型半導(dǎo)體。室溫時，幾乎全部雜質(zhì)原子都能提供一個空穴。多子（多數(shù)載流子）：空穴；少子（少數(shù)載流子）：自由電子；P型半導(dǎo)體是電中性的?？昭〝?shù)=自由電子數(shù)+受主負(fù)離子55三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度多子的濃度 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，雜質(zhì)原子所提供的多子數(shù)遠(yuǎn)大于本征激發(fā)的載流子數(shù)。

結(jié)論：多子的濃度主要由摻雜濃度決定。少子的濃度 少子主要由本征激發(fā)產(chǎn)生，因摻雜不同，會隨多子濃度的變化而變化。56結(jié)論：在熱平衡下，多子濃度值與少子濃度值的乘積恒等于本征載流子濃度值ni的平方。

對N型半導(dǎo)體，多子nn與少子pn有57對P型半導(dǎo)體，多子pp與少子np有58小結(jié)1.本征半導(dǎo)體通過摻雜，可以大大改變半導(dǎo)體內(nèi)載流子的濃度，并使一種載流子多，另一種載流子少。2.多子濃度主要取決于雜質(zhì)的含量，它與溫度幾乎無關(guān)；少子的濃度則主要與本征激發(fā)有關(guān)，因而它的濃度與溫度有十分密切的關(guān)系。591-1-3半導(dǎo)體中的電流

在導(dǎo)體中，載流子只有一種：自由電子。在電場作用下，產(chǎn)生定向的漂移運(yùn)動形成漂移電流。在半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子和空穴。電場作用下的漂移電流兩種類型的電流濃度差導(dǎo)致的擴(kuò)散電流60IpIn一、漂移電流總電流：1、定義：在電場作用下，半導(dǎo)體中的載流子作定向飄移運(yùn)動而形成的電流。61①載流子濃度2.漂移電流大小取決于②外加電場強(qiáng)度③遷移速度二、擴(kuò)散電流

在半導(dǎo)體工作中，擴(kuò)散運(yùn)動是比漂移運(yùn)動更為重要的導(dǎo)電機(jī)理。金屬導(dǎo)體是不具有這種電流的，正是由于擴(kuò)散電流特性，才能夠?qū)⑺龀呻娮悠骷?2平衡載流子濃度：一般的本征半導(dǎo)體在溫度不便、無光照或其他激發(fā)下，載流子濃度分布均勻。非平衡載流子濃度：若一端注入載流子或用光線照射該端。則該端的載流子濃度增加。63圖1―6半導(dǎo)體中載流子的濃度分布64擴(kuò)散電流大小主要取決于該處載流子濃度差（即濃度梯度）。濃度差越大，擴(kuò)散電流越大，而與該處的濃度值無關(guān)。65思考題與習(xí)題導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別和在電子線路以及集成電路制造中的作用？說明半導(dǎo)體材料的特性及其應(yīng)用解釋本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體的區(qū)別？解釋N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體的區(qū)別？為什么說這兩種半導(dǎo)體仍然對外呈電中性？解釋雜質(zhì)半導(dǎo)體的多子濃度和少子濃度各由何種因素決定的？解釋漂移電流和擴(kuò)散電流的構(gòu)成？661-2PN結(jié) PN結(jié)是半導(dǎo)體器件的核心，可以構(gòu)成一個二極管。PN

本征硅的一邊做成P型半導(dǎo)體，一邊做成N型半導(dǎo)體。交界處形成一個很薄的特殊物理層?！狿N結(jié)67+++++++++++++++PN（a）空穴和電子的擴(kuò)散1-2-1ＰＮ結(jié)的形成

由于擴(kuò)散運(yùn)動，使接觸面附近的空穴和電子形成不能移動的負(fù)離子和正離子狀態(tài)，這個區(qū)域稱為空間電荷區(qū)（耗盡層），即PN結(jié)。動畫演示68PN空間電荷區(qū)內(nèi)電場UB（b）平衡時的PN結(jié)圖1-7PN結(jié)的形成+++++++++++++++69空間電荷區(qū)（耗盡層）70PN結(jié)形成“三步曲”（1）多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動。（2）空間電荷區(qū)的形成促進(jìn)少子的漂移運(yùn)動，阻止多子的擴(kuò)散運(yùn)動。（3）擴(kuò)散運(yùn)動與漂移運(yùn)動的動態(tài)平衡。PN結(jié)又稱為勢壘區(qū)、阻擋層。PN結(jié)很窄（幾個到幾十個m)。71問題：達(dá)到動態(tài)平衡時，在PN結(jié)流過的總電流為多少，方向是什么？如下圖，多子的擴(kuò)散電流方向為從左到右，少子的漂移電流方向從右到左。兩者在動態(tài)平衡時，大小相等，而方向相反，所以流過PN結(jié)的總電流為零。

多子擴(kuò)散電流方向少子漂移電流方向PN多子少子多子少子72對稱PN結(jié)：如果P區(qū)和N區(qū)的摻雜濃度相同，則耗盡區(qū)相對界面對稱，稱為對稱結(jié)不對稱PN結(jié)：如果一邊摻雜濃度大（重?fù)诫s），一邊摻雜濃度?。ㄝp摻雜），此耗盡區(qū)主要伸向輕摻雜區(qū)一邊，這樣的PN結(jié)稱為不對稱結(jié)73問題：為什么PN結(jié)伸向輕摻雜區(qū)？答：輕摻雜區(qū)的施主正離子（或受主負(fù)離子）的排列稀疏，重?fù)诫s區(qū)的施主正離子（或受主負(fù)離子）的排列緊密。如上圖，兩邊電荷量相等，所以會伸向輕摻雜區(qū)。74PN耗盡區(qū)內(nèi)電場UB

-U圖1-9正向偏置的PN結(jié)+-ERU+++++++++++++++1-2-2ＰＮ結(jié)的單向?qū)щ娞匦詣赢嬔菔?5PN結(jié)加正向電壓外加的正向電壓大部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。于是，內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙減弱，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，有較大的正偏電流。76圖1-10反向偏置的PN結(jié)ERPN耗盡區(qū)內(nèi)電場UB

+U-+U+++++++++++++++二、PＮ結(jié)加反向電壓動畫演示77PN結(jié)加反向電壓外加的反向電壓大部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場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。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)，這個電流也稱為反向飽和電流。

78PN結(jié)加正向電壓時，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，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?9三、PN結(jié)電流方程圖1-11PN結(jié)的伏安特性當(dāng)T=300K(室溫)時,UT=26mV。iu0TT-U(BR)IS為反向飽和電流(10-15A)

。UT=KT/q,溫度電壓當(dāng)量，80PN結(jié)伏安特性由上式當(dāng)u為正時

PN結(jié)外加正電壓時，流過電流為正電壓的e指數(shù)關(guān)系。當(dāng)u為負(fù)時

PN結(jié)外加負(fù)電壓時流過電流為飽和漏電流。811-2-5PN結(jié)的溫度特性一、反映在伏安特性上為：溫度升高，正向特性向左移，反向特性向下移。1.保持正向電流不變時，溫度每升高1℃，結(jié)電壓減小約2~2.5mV，即Δu/ΔT≈-(2~2.5)mV/℃2.溫度每升高10℃，反向飽和電流IS增大一倍。82

硅管：UD(on)=0.7V。鍺管：UD(on)=0.3Viu0TT-U(BR)導(dǎo)通電壓UD(on)UD(on)831-2-3PN結(jié)的擊穿特性當(dāng)對PN結(jié)外加反向電壓超過一定的限度，PN結(jié)會從反向截止發(fā)展到反向擊穿。反向擊穿破壞了PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?。利用此原理可以制成穩(wěn)壓管。

U(BR)稱為PN結(jié)的擊穿電壓。有兩種擊穿機(jī)理：雪崩擊穿和齊納擊穿。84擊穿種類摻雜情況耗盡層寬度擊穿機(jī)理雪崩擊穿輕摻雜寬因為耗盡層寬，使加速的少子撞擊耗盡區(qū)的中性原子，產(chǎn)生電子、空穴對，反復(fù)作用使載流子數(shù)目迅速增加齊納擊穿重?fù)诫s窄較窄的耗盡區(qū)有很強(qiáng)的電場，強(qiáng)電場使耗盡區(qū)的價電子被直接拉出共價鍵，產(chǎn)生電子、空穴對。雪崩擊穿和齊納擊穿的比較85問題：為什么輕摻雜的PN結(jié)不易出現(xiàn)齊納擊穿？相反重?fù)诫s為什么不易出現(xiàn)雪崩擊穿？答：因為輕摻雜的耗盡層寬，正負(fù)離子分布稀疏，電場強(qiáng)度不夠強(qiáng)，不足以拉出價電子。而重?fù)诫s的耗盡層窄使少子的加速時間短，少子的動能不足以撞擊中性原子，產(chǎn)生電子空穴對。86一般來說，對硅材料的PN結(jié)，UBR>7V時為雪崩擊穿；

UBR<5V時為齊納擊穿；

UBR介于5~7V時，兩種擊穿都有。87擊穿的可逆性電擊穿是可逆的（可恢復(fù)，當(dāng)有限流電阻時）。電擊穿后如無限流措施，將發(fā)生熱擊穿現(xiàn)象。熱擊穿會破壞PN結(jié)結(jié)構(gòu)（燒壞）熱擊穿是不可逆的。881-2-4PN結(jié)的電容特性PN結(jié)的耗盡區(qū)與平板電容器相似，外加電壓變化，耗盡區(qū)的寬度變化，則耗盡區(qū)中的正負(fù)離子數(shù)目變化，即存儲的電荷量變化。一、勢壘電容CT89多子擴(kuò)散在對方區(qū)形成非平衡少子的濃度分布曲線偏置電壓變化分布曲線變化非平衡少子變化電荷變化。二、擴(kuò)散電容CD90圖1―12P區(qū)少子濃度分布曲線91結(jié)電容Cj=CT+CD結(jié)論因為CT和CD并不大，所以在高頻工作時，才考慮它們的影響。

正偏時以擴(kuò)散電容CD為主，Cj≈CD

，其值通常為幾十至幾百pF；

反偏時以勢壘電容CT為主，Cj≈CT,其值通常為幾至幾十pF。（如：變?nèi)荻O管）921-3晶體二極管及其基本電路PN結(jié)加上電極引線和管殼就形成晶體二極管。圖1-13晶體二極管結(jié)構(gòu)示意圖及電路符號

P區(qū)N區(qū)正極負(fù)極（a）結(jié)構(gòu)示意圖（b）電路符號PN正極負(fù)極931-3-1二極管特性曲線二極管特性曲線與PN結(jié)基本相同，略有差異。圖1-14二極管伏安特性曲線

i/mAu/V(A)0102030-5-10-0.50.5硅二極管94一、正向特性硅:UD(on)=0.5～0.6V；1.導(dǎo)通電壓或死區(qū)電壓2.曲線分段：鍺:UD(on)=0.1～0.2V。3.小功率二極管正常工作的電流范圍內(nèi)，管壓降變化比較小。指數(shù)段（小電流時）、直線段（大電流時）。一般硅：0.6~0.8V，鍺：0.1~0.3V。95二、反向特性2.小功率二極管的反向電流很小。一般硅管<0.1A，鍺管<幾十微安。1.反向電壓加大時，反向電流也略有增大。96

直流電阻和交流電阻直流電阻RD

是二極管所加直流電壓UD與所流過直流電流ID之比。其幾何意義是曲線Q點到原點直線斜率的倒數(shù)。交流電阻rD

是其工作狀態(tài)(ID,UD)處電壓改變量與電流改變量之比。幾何意義是曲線Q點處切線斜率的倒數(shù)。971-3-2二極管的主要參數(shù)一、直流電阻圖1-15二極管電阻的幾何意義IDUDQ1RD=UD/IDRD

的幾何意義：iu0Q2(a)直流電阻RDQ點到原點直線斜率的倒數(shù)。RD不是恒定的，正向的RD隨工作電流增大而減小，反向的RD隨反向電壓的增大而增大。981.正向電阻：幾百歐姆；反向電阻：幾百千歐姆；2.Q點不同，測出的電阻也不同；結(jié)論因此，PN結(jié)具有單向?qū)щ娞匦浴?9二、交流電阻二極管在其工作狀態(tài)(IDQ,UDQ)下的電壓微變量與電流微變量之比。iu0Qiu(b)交流電阻rDrD

的幾何意義:Q(IDQ,UDQ)點處切線斜率的倒數(shù)。100與IDQ成反比，并與溫度有關(guān)。101例：已知D為Si二極管，流過D的直流電流ID=10mA，交流電壓U=10mV，求室溫下流過D的交流電流I=?10VDR0.93KΩUID解：交流電阻交流電流為：102三、最大整流電流IF四、最大反向工作電壓URM五、反向電流IR允許通過的最大正向平均電流。通常取U(BR)的一半，超過U(BR)容易發(fā)生反向擊穿。未擊穿時的反向電流。IR越小，單向?qū)щ娦阅茉胶谩?03六、最高工作頻率fM※

需要指出，手冊中給出的一般為典型值，需要時應(yīng)通過實際測量得到準(zhǔn)確值。工作頻率超過f

M時，二極管的單向?qū)щ娦阅茏儔摹?041-3-3晶體二極管模型由于二極管的非線性特性，當(dāng)電路加入二極管時，便成為非線性電路。實際應(yīng)用時可根據(jù)二極管的應(yīng)用條件作合理近似，得到相應(yīng)的等效電路，化為線性電路非線性近似線性105對電子線路進(jìn)行分析(定量分析)時,電路中的實際器件必須用相應(yīng)的電路模型來等效表示，這稱為：“建模”。計算機(jī)輔助分析計算要使用管子的模型。

一、二極管的大信號等效電路106圖1-16二極管特性的折線近似及電路模型硅管：UD(on)＝０.7V鍺管：UD(on)＝０.3ViA1uBUD(on)C0（a)折線近似特性U<UD(on)UUD(on)12UD(on)rD(on)（b)近似電路模型107圖1-16二極管特性的折線近似及電路模型iA′uBUD(on)C0（a)折線近似特性U<UD(on)UUD(on)12UD(on)（c)簡化電路模型108圖1-16二極管特性的折線近似及電路模型iA2uB0C0（a)折線近似特性U<0U012（d)理想電路模型109二極管大信號模型以上三種電路模型(近似、簡化、理想)均為二極管線形化模型。對不同電路模型可在不同需求時采用。

110一、二極管整流電路

把交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姺Q為“整流”。反之稱為“逆變”。整流交流電直流電逆變

1-3-4二極管基本應(yīng)用電路111圖1-17二極管半波整流電路及波形tui0

uot0(b)輸入、輸出波形關(guān)系VRLuiuo(a)電路二極管近似為理想模型

思考：二極管近似為簡化模型的電路輸出？112uit010V0.7V113二、二極管限幅電路又稱為：“削波電路”。能夠把輸入電壓變化范圍加以限制，常用于波形變換和整形。114圖1-20二極管上限幅電路及波形(b)輸入、輸出波形關(guān)系t0

uo/V2.7-5t

ui/V0-55(a)電路E2VVRuiuo二極管近似為簡化模型115判別原則：ui-EUD(ON)

時,V導(dǎo)通，否則截止。①當(dāng)u

i≥2.7V,V導(dǎo)通，uo=E+0.7=2.7V②當(dāng)u

i<2.7V時,V截止，即開路，uo=u

i。即：116三、二極管電平選擇電路能夠從多路輸入信號中選出最低電平或最高電平的電路稱為電平選擇電路。117輸入數(shù)字量時為與邏輯。5V1181.穩(wěn)壓二極管的正向特性、反向特性與普通二極管基本相同，區(qū)別僅在于反向擊穿時，特性曲線更加陡峭。2.穩(wěn)壓管在反向擊穿后，能通過調(diào)節(jié)自身電流，實現(xiàn)穩(wěn)定電壓的功能。電壓幾乎不變，為-UZ。即當(dāng)一、穩(wěn)壓二極管的特性1-3-5穩(wěn)壓二極管及穩(wěn)壓電路119圖1-21穩(wěn)壓二極管及其特性曲線(a)電路符號i/mAu/VIZmax0-UZIZmin(b)伏安特性曲線120二、穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)穩(wěn)壓電壓UZ額定功耗Pz穩(wěn)定電流Iz動態(tài)電阻rz溫度系數(shù)121穩(wěn)壓電壓UZ指管子長期穩(wěn)定時的工作電壓值。122額定功耗Pz

與材料、結(jié)構(gòu)、工藝有關(guān)。使用時不允許超過此值。123穩(wěn)定電流Iz穩(wěn)壓二極管正常工作時的參考電流。IZmin<IZ<IZmax,如果電流小于IZmin時，不能穩(wěn)壓，大于IZmax時，容易燒壞管子。124動態(tài)電阻rz是在擊穿狀態(tài)下,管子兩端電壓變化量與電流變化量的比值。反映在特性曲線上，是工作點出切線斜率的倒數(shù)。一般為幾歐姆到幾十歐姆（越小越好）。125溫度系數(shù)指管子穩(wěn)定電壓受溫度影響的程度。＞7V是正