第三章 二極管及其基本電路

3二極管及其基本電路3.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)3.3二極管3.4二極管的基本電路及其分析方法3.5特殊二極管3.2PN結(jié)的形成及特性本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦訮N結(jié)的電容效應(yīng)一、教學(xué)要求學(xué)習(xí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)，熟悉PN結(jié)的形成過程，掌握PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，為掌握半?dǎo)體二極管、三極管的工作原理打好基礎(chǔ)二、重點(diǎn)與難點(diǎn)2半導(dǎo)體二極管及其基本電路重點(diǎn)：PN結(jié)的形成過程，PN結(jié)的單向?qū)щ娦噪y點(diǎn)：PN結(jié)的形成過程在信息技術(shù)中，信息往往要以電和光形態(tài)的信號(hào)為載體，各種信號(hào)的產(chǎn)生和變換處理主要是由電子電路來實(shí)現(xiàn)的，半導(dǎo)體器件則是構(gòu)成電子電路的核心。半導(dǎo)體器件主要由硅元素等半導(dǎo)體材料制造而成。3.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)

3.1.1

半導(dǎo)體材料

3.1.2

半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

3.1.3

本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用

3.1.4

雜質(zhì)半導(dǎo)體

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，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。半導(dǎo)體分類：①元素半導(dǎo)體：硅Si和鍺Ge②化合物半導(dǎo)體：砷化鎵GaAs等

（半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間）半導(dǎo)體特點(diǎn)：①受外界光和熱的激勵(lì)時(shí)，導(dǎo)電能力發(fā)生顯著變化；②在純凈的半導(dǎo)體中加入微量雜質(zhì)，導(dǎo)電能力顯著增加。原因是？首先必須了解半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)一、本征半導(dǎo)體導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體是純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。1、什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？導(dǎo)體－－鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，其最外層電子在外電場(chǎng)作用下很容易產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流。絕緣體－－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(qiáng)，只有在外電場(chǎng)強(qiáng)到一定程度時(shí)才可能導(dǎo)電。半導(dǎo)體－－硅（Si）、鍺（Ge），均為四價(jià)元素，它們?cè)拥淖钔鈱与娮邮茉雍说氖`力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。無雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體，純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。正離子核共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子+4SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi共價(jià)鍵四價(jià)硅原子本征半導(dǎo)體價(jià)電子硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)價(jià)電子硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型半導(dǎo)體獲得能量（受到溫度升高或光照的激發(fā)）時(shí)，具有足夠能量的外層價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子（帶負(fù)電）?？昭⊿iSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi正離子核自由電子產(chǎn)生自由電子的同時(shí)，其原來共價(jià)鍵中出現(xiàn)的一個(gè)空位。（帶正電）空穴這一現(xiàn)象稱為熱激發(fā)或本征激發(fā)。溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。

自由電子與空穴相碰同時(shí)消失，稱為復(fù)合。一定溫度下，自由電子與空穴對(duì)的濃度一定；溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多，自由電子與空穴對(duì)的濃度加大。兩種載流子

外加電場(chǎng)時(shí)，帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電，且運(yùn)動(dòng)方向相反。由于載流子數(shù)目很少，故導(dǎo)電性很差。為什么要將半導(dǎo)體變成導(dǎo)電性很差的本征半導(dǎo)體？本征半導(dǎo)體中的兩種載流子運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，載流子濃度增大，導(dǎo)電性增強(qiáng)。熱力學(xué)溫度0K時(shí)不導(dǎo)電。

3.1.3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、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)?？昭ā矁r(jià)鍵中的空位。自由電子——帶負(fù)電荷?？昭ǖ囊苿?dòng)——空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次填充空穴來實(shí)現(xiàn)的。空穴－電子對(duì)的產(chǎn)生：由于隨機(jī)熱振動(dòng)致使共價(jià)鍵被打破，產(chǎn)生自由電子－空穴對(duì)?？昭ā獛д姾?。載流子——自由電子或空穴的移動(dòng)，電荷的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電，稱載流子。電子和空穴是兩種不同的載流子。

3.1.3本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體中空穴的數(shù)目與電子的數(shù)目一樣多——濃度一樣在室溫下，3.45×1012個(gè)原子中只有一個(gè)價(jià)電子打破共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子。說明本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能極差由于隨機(jī)熱振動(dòng)致使共價(jià)鍵被打破，產(chǎn)生自由電子－空穴對(duì)。自由電子－空穴對(duì)的濃度與溫度的關(guān)系？

當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流：

(1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng)

電子電流

(2)價(jià)電子遞補(bǔ)空穴,空穴不斷被價(jià)電子填補(bǔ)空穴電流

自由電子和空穴都稱為載流子。自由電子和空穴成對(duì)地產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性(1)常溫下，本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少,其導(dǎo)電性能很差；注意(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。本征半導(dǎo)體特點(diǎn)：1）含有兩種載流子——帶負(fù)電的電子、帶正電的空穴；2）載流子的數(shù)量少且成對(duì)出現(xiàn)，稱為電子空穴對(duì)；

3.1.4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。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。

（電子）N型半導(dǎo)體——摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。

（空穴）P型半導(dǎo)體——摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。

Si

Si

Si

Si3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,使導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化，形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。p+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變?yōu)檎x子

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。摻入五價(jià)元素在N

型半導(dǎo)體中，自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。N型半導(dǎo)體磷（P）

雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控。多數(shù)載流子空穴比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多了？少了？為什么？

3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體少了。因?yàn)槟切?zhǔn)自由電子，在運(yùn)動(dòng)的過程中，復(fù)合的幾率就會(huì)加大，這時(shí)候，自由電子的數(shù)目增加了，空穴比同樣的那一塊本征半導(dǎo)體，它的空穴更少了

1.N型半導(dǎo)體

3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。在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)形成。提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。P型半導(dǎo)體硼（B）多數(shù)載流子

P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，

在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時(shí)，載流子的數(shù)目變化嗎？少子與多子變化的數(shù)目相同嗎？少子與多子濃度的變化相同嗎？溫度增大時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)加劇，價(jià)電子能量增大，因此有比較多的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛變成自由的。

少數(shù)載流子和多數(shù)載流子數(shù)目的變化是相同的。有一個(gè)掙脫變成變成自由的，肯定留一個(gè)空穴下來。少數(shù)載流子是影響半導(dǎo)體器件溫度穩(wěn)定性的主要因素。原因就是，溫度變化時(shí)，它的相對(duì)變化非常大。這將影響半導(dǎo)體器件本身的性能。

濃度變化不同。假如，多數(shù)載流子增加了兩個(gè)，少數(shù)載流子也增加了兩個(gè)?？赡芏鄶?shù)增加的是千分之一，少數(shù)載流子增加的是百分之一，少數(shù)載流子別看他少，它是影響半導(dǎo)體器件溫度穩(wěn)定性的主要因素。原因就是，溫度變化時(shí)，它的相對(duì)變化非常大。這將影響半導(dǎo)體器件本身的性能。

2.P型半導(dǎo)體

3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成?？昭ê苋菀追@電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。

3.雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響

3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入雜質(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:3以上三個(gè)濃度基本上依次相差約106/cm3

。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3

4.96×1022/cm3

本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體

本節(jié)中的有關(guān)概念自由電子、空穴

N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體多數(shù)載流子、少數(shù)載流子施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)3.2PN結(jié)的形成及特性

3.2.2

PN結(jié)的形成

3.2.3

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

3.2.4

PN結(jié)的反向擊穿

3.2.5

PN結(jié)的電容效應(yīng)

3.2.1

載流子的漂移與擴(kuò)散PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?/p>

物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣體、液體、固體均有之。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)P區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)高于N區(qū)。N區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高于P區(qū)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面N區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)。由載流子濃度差引起的載流子的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。P型N型擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子濃度差少子漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)空間電荷區(qū)（稱為PN結(jié)）的寬度就固定下來。漂移運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡內(nèi)電場(chǎng)空間電荷區(qū)/耗盡層

阻擋層PN結(jié)的形成

因電場(chǎng)作用所產(chǎn)生的載流子的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。

參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。漂移運(yùn)動(dòng)

由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使P區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成內(nèi)電場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從N區(qū)向P區(qū)、自由電子從P區(qū)向N區(qū)運(yùn)動(dòng)。在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程: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。多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

結(jié)果：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)，由于多數(shù)載流子被復(fù)合掉了，或者說耗盡了，所以也稱耗盡區(qū)。同時(shí)，由于空間電荷區(qū)的存在，存在一個(gè)從N區(qū)指向P區(qū)的電位差，電子從N區(qū)到P區(qū)必須越過一個(gè)能量高坡，所以也成為勢(shì)壘區(qū)。

2.

PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡(jiǎn)稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡(jiǎn)稱反偏。

(1)PN結(jié)加正向電壓時(shí)（如圖）PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)，使空間電荷區(qū)變薄形成低電阻產(chǎn)生大的正向擴(kuò)散電流（正向特性）因此，有利于多子的擴(kuò)散，不利于少子的漂移，結(jié)果：

2.

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(2)PN結(jié)加反向電壓時(shí)PN結(jié)的反向伏安特性

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(gè)電流也稱為反向飽和電流。

外電場(chǎng)增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)，使空間電荷區(qū)變寬，不利于多子的擴(kuò)散，有利于少子的漂移，結(jié)果：

形成高電阻但由于少子很少，因此只有很小的反向漂移電流PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通：耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇，由于外電源的作用，形成擴(kuò)散電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)加反向電壓截止：耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似認(rèn)為其截止。PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

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。

由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。反向特?/p>

PN結(jié)的伏安關(guān)系是非線性的，工程上用伏安特性描述

正向特性死區(qū)正向?qū)ㄕ驂航祿舸┨匦苑蔡匦裕妷号c電流的關(guān)系）UB反向擊穿電壓

3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(3)PN結(jié)V-I特性表達(dá)式其中PN結(jié)的伏安特性IS——反向飽和電流VT

——溫度的電壓當(dāng)量且在常溫下（T=300K）材料開啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.5~0.8V1μA以下鍺Ge0.1V0.1~0.3V幾十μA開啟電壓反向飽和電流擊穿電壓溫度的電壓當(dāng)量PN結(jié)的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性。從二極管的伏安特性可以反映出：

1.單向?qū)щ娦?.

伏安特性受溫度影響T（℃）↑→在電流不變情況下管壓降u↓→反向飽和電流IS↑，U(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移正向特性為指數(shù)曲線反向特性為橫軸的平行線增大1倍/10℃

3.2.4PN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，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。熱擊穿——不可逆

雪崩擊穿

齊納擊穿

電擊穿——可逆反向擊穿

1.在反向電場(chǎng)力作用下高速運(yùn)動(dòng)的電子直接撞擊出共價(jià)鍵中的電子（稱為雪崩擊穿）。當(dāng)PN結(jié)反向擊穿后，若減小反向電壓后PN結(jié)還具有原來的單向?qū)щ姷忍匦?，則稱這種擊穿為電擊穿；若PN結(jié)反向擊穿后，減小電壓后PN結(jié)已經(jīng)不具有原來的單向?qū)щ姷忍匦?，則稱這種擊穿為熱擊穿（又稱為器件被燒壞）。2.強(qiáng)大的電場(chǎng)力直接將電子拉出共價(jià)鍵（稱齊納擊穿）。PN結(jié)反向擊穿機(jī)理主要是兩類：

不管PN結(jié)加正向或反向電壓，當(dāng)PN結(jié)上所加的外部電壓變化時(shí)動(dòng)態(tài)發(fā)生變化，而且聚結(jié)在PN結(jié)附近的多數(shù)載流子（自由電子和空穴）的濃度分布也會(huì)發(fā)生變化，這就猶如對(duì)電容的充放電效應(yīng)一樣，所以把PN結(jié)的這種性能稱為電容效應(yīng)。如果把這種效應(yīng)有意擴(kuò)大，可以制成“變?nèi)荻O管”，其PN結(jié)的空間電荷區(qū)的正負(fù)電荷量隨電壓發(fā)生變化，實(shí)際上是一種電壓控制的電容器，在通信和無線電中應(yīng)用較多。

PN結(jié)的的電容效應(yīng)PN結(jié)的的電容效應(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

(反偏)二是擴(kuò)散電容CD(正偏)

3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)(1)擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容示意圖當(dāng)PN結(jié)處于正向偏置時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使多數(shù)載流子穿過PN結(jié)，在對(duì)方區(qū)域PN結(jié)附近有高于正常情況時(shí)的電荷累積。存儲(chǔ)電荷量的大小，取決于PN結(jié)上所加正向電壓值的大小。離結(jié)越遠(yuǎn)，由于空穴與電子的復(fù)合，濃度將隨之減小。形成一定的多子濃度梯度分布曲線若外加正向電壓有一增量

V，則相應(yīng)的空穴（電子）擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)在結(jié)的附近產(chǎn)生一電荷增量Q，二者之比Q/V為擴(kuò)散電容CD。

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。因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)散過來的電子就堆積在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。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。

當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，擴(kuò)散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過程。

3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)

(2)勢(shì)壘電容CB當(dāng)PN結(jié)處于反向偏置時(shí)，電場(chǎng)使多數(shù)載流子離開PN結(jié)，PN結(jié)變厚，有高于正常情況時(shí)的正負(fù)離子電荷。存儲(chǔ)正負(fù)離子電荷量的大小，取決于PN結(jié)上所加反向電壓值的大小。若外加反向電壓有一增量

V，則相應(yīng)PN結(jié)耗盡區(qū)的正負(fù)離子產(chǎn)生一電荷增量Q，二者之比Q/V為勢(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。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。PN結(jié)的電容效應(yīng)1.勢(shì)壘電容

PN結(jié)外加反向電壓變化時(shí)，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，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢(shì)壘電容CB。2.擴(kuò)散電容

PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容CD。結(jié)電容：

結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦?！問題為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能極差，又將其摻雜，改善導(dǎo)電性能？為什么半導(dǎo)體器件的溫度穩(wěn)定性差？是多子還是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？為什么半導(dǎo)體器件有最高工作頻率？3.3二極管

3.3.1

二極管的結(jié)構(gòu)

3.3.2

二極管的伏安特性

3.3.3

二極管的主要參數(shù)將PN結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。小功率二極管大功率二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管3.3.1二極管的結(jié)構(gòu)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、面接觸型兩大類。(1)點(diǎn)接觸型二極管(a)點(diǎn)接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖

PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小，故結(jié)允許的電流小，最高工作頻率高。半導(dǎo)體二極管結(jié)構(gòu)(3)

平面型二極管往往用于集成電路制造藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(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。面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大，故結(jié)允許的電流大，最高工作頻率低。平面型：結(jié)面積可小、可大，小的工作頻率高，大的結(jié)允許的電流大。半導(dǎo)體二極管的型號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：(4)

二極管的代表符號(hào)其中：PN結(jié)的伏安特性IS

——反向飽和電流VT——溫度的電壓當(dāng)量且在常溫下（T=300K）二極管的伏安特性曲線可用下式表示Current-VoltageRelationship二極管的伏安特性二極管的伏安特性硅二極管2CP10的V-I特性鍺二極管2AP15的V-I特性正向特性反向特性反向擊穿特性實(shí)際二極管器件的幾個(gè)典型值：門坎電壓（死區(qū)電壓）：硅管0.5V左右、鍺管0.1V左右導(dǎo)通壓降：硅管0.7V左右、鍺管0.2V左右反向飽和電流：硅管幾十uA、鍺管幾百uA(1)正向特性硅二極管的死區(qū)電壓Vth=0.5V左右，

鍺二極管的死區(qū)電壓Vth=0.1V左右。

當(dāng)0＜V＜Vth時(shí)，正向電流為零，Vth稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。

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＞Vth時(shí)，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。(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：

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

。

當(dāng)V≥VBR時(shí)，反向電流急劇增加，VBR稱為反向擊穿電壓。二極管的伏安特性

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，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。熱擊穿——不可逆

雪崩擊穿

齊納擊穿

電擊穿——可逆

在反向區(qū)，硅二極管和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，過渡比較圓滑，反向飽和電流較大。

3.3.3半導(dǎo)體二極管的參數(shù)

半導(dǎo)體二極管的參數(shù)包括最大整流電流IF、反向擊穿電壓VBR、最大反向工作電壓VRM、反向電流IR、最高工作頻率fmax和結(jié)電容Cd等。幾個(gè)主要的參數(shù)介紹如下：

(1)最大整流電流IF——二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許通過二極管的最大整流電流的平均值。(2)

反向擊穿電壓VBR——和最大反向工作電壓VRM(最大瞬時(shí)值)

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。

為安全計(jì)，在實(shí)際工作時(shí)，最大反向工作電壓VRM一般只按反向擊穿電壓VBR的一半計(jì)算。

(3)反向電流IR——描述二極管單向?qū)щ娦詮?qiáng)弱的一個(gè)參數(shù)

(4)正向壓降VF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)。管子未擊穿時(shí)的反向電流，其值越小，管子單向?qū)щ娦栽胶迷谝?guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。小電流硅二極管的正向壓降在中等電流水平下，約0.6～0.8V；鍺二極管約0.2～0.3V。二極管的主要參數(shù)(1)最大整流電流IF(2)最大反向工作電壓VRM(3)反向飽和電流IRIFVRMIR以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。

(4)正向壓降VF（4）微變電阻rd(或稱動(dòng)態(tài)電阻)iDuDIDUDQ

iD

uDrD

是二極管特性曲線上工作點(diǎn)Q附近電壓的變化與電流的變化之比：顯然，rd是對(duì)Q附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。反映了二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。顯然，rd與工作電流的大小有關(guān)，Q越高，電流越大，rd越小PN結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路：勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容的綜合效應(yīng)rd最高工作頻率fM：由于極間電容的存在，使得二極管有最高工作頻率的限制。在高頻和開關(guān)運(yùn)用時(shí)，必須考慮極間電容的影響半導(dǎo)體二極管的溫度特性

溫度對(duì)二極管的性能有較大的影響，溫度升高時(shí)，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加，如硅二極管溫度每增加8℃，反向電流將約增加一倍；鍺二極管溫度每增加12℃，反向電流大約增加一倍。

另外，溫度升高時(shí)，二極管的正向壓降將減小，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)。這些可以從圖所示二極管的伏安特性曲線上看出。溫度對(duì)二極管伏安特性曲線的影響3.4

二極管的基本電路及其分析方法

3.4.1簡(jiǎn)單二極管電路的圖解分析方法

3.4.2

二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法3.4.1簡(jiǎn)單二極管電路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(duì)來說比較復(fù)雜。而圖解分析法則較簡(jiǎn)單，但前提條件是已知二極管的V-I特性曲線，且二極管電路簡(jiǎn)單。例3.4.1電路如圖所示，已知二極管的V-I特性曲線、電源VDD和電阻R，求二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流iD

。解：由電路的KVL方程，可得即是一條斜率為-1/R的直線，稱為負(fù)載線

交點(diǎn)Q的坐標(biāo)值（VD，ID）即為所求。Q點(diǎn)稱為電路的工作點(diǎn)

3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模將指數(shù)模型分段線性化，得到二極管特性的等效模型。（1）理想模型（a）V-I特性（b）代表符號(hào)（c）正向偏置時(shí)的電路模型（d）反向偏置時(shí)的電路模型正偏時(shí)管壓降為0，反偏時(shí)，電阻無窮大，反向電流為0

3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（2）恒壓降模型（a）V-I特性（b）電路模型（3）折線模型（a）V-I特性（b）電路模型0.7V0.5V0.7V0.5V二極管導(dǎo)通后，管壓降認(rèn)為是恒定的，硅管典型值為0.7V。（當(dāng)二極管電流iD近似等于或大于1mA時(shí))認(rèn)為二極管導(dǎo)通時(shí)的管壓降不恒定，隨著二極管電流的增加而增加，用一個(gè)電池和一個(gè)電阻rD來近似。這個(gè)電池選定為二極管門坎電壓Vth(硅管約為0.5V)

3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號(hào)模型vs

=0時(shí),對(duì)直流Q點(diǎn)(VD,ID)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)(圖解法)，反映直流時(shí)的工作狀態(tài)。也稱靜態(tài)對(duì)小信號(hào)：vs

=Vmsin

t

時(shí)（Vm<<VDD）,將Q點(diǎn)附近小范圍內(nèi)的V-I特性線性化，得到小信號(hào)模型，即以Q點(diǎn)為切點(diǎn)的一條直線。串接一交流信號(hào)源vS負(fù)載線工作點(diǎn)將在Q’和Q”之間移動(dòng)，產(chǎn)生二極管電流電壓的微變化量

3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號(hào)模型過Q點(diǎn)的切線可以等效成對(duì)小信號(hào)的一個(gè)微變電阻（Q點(diǎn)處斜率的倒數(shù)）即根據(jù)得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)則常溫下（T=300K）（a）V-I特性（b）電路模型條件：Q點(diǎn)處vD>>VT=26mV

3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號(hào)模型特別注意：人為把直流信號(hào)和交流小信號(hào)分開，分別來考慮。小信號(hào)模型中的微變電阻rd與靜態(tài)工作點(diǎn)Q有關(guān)。Q點(diǎn)越高，rd越小。該模型用于二極管處于正向偏置條件下，且vD>>VT

。（a）V-I特性（b）電路模型二極管的模型

1.理想模型3.折線模型

2.恒壓降模型特點(diǎn)：死區(qū)電壓=0

正向?qū)▔航?0

反向飽和電流=0特點(diǎn)：正向?qū)▔航?/p>

=0.7V或0.3V

反向飽和電流=0特點(diǎn)：正向?qū)▔航?/p>

=死區(qū)電壓

=0.5V或0.2V

反向飽和電流=0

2.4.1二極管V-I特性的建模

1.理想模型3.折線模型

2.恒壓降模型條件：電源電壓遠(yuǎn)大于管壓降。條件：iD≥1mA。條件：同2。Vth=0.5V

rD=(0.7-0.5)V/1mA=200Ω

3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法2．模型分析法應(yīng)用舉例（1）整流電路（a）電路圖（b）vs和vO的波形vs為正弦波，利用二極管理想模型，畫出vo波形Vs正半周，二極管正偏，根據(jù)理想模型，二極管導(dǎo)通，vo=vsVs負(fù)半周，二極管反偏，二極管截止，vo=0半波整流2．模型分析法應(yīng)用舉例（2）靜態(tài)工作情況分析①選理想模型（R=10k

），求電路ID,VD當(dāng)VDD=10V時(shí)，②選恒壓模型（硅二極管典型值）③選折線模型（硅二極管典型值）設(shè)當(dāng)VDD=1V時(shí)，（自看）（a）簡(jiǎn)單二極管電路（b）習(xí)慣畫法該例表明：在電源電壓遠(yuǎn)大于二極管管壓降的情況下，恒壓降模型能得到較合理的結(jié)果，但當(dāng)電源電壓較低時(shí)，折線模型能提供較合理的結(jié)果。------選擇器件合適的模型2．模型分析法應(yīng)用舉例（3）限幅電路書P80例3.4.4電路如圖，R=1kΩ，VREF=3V，二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型求解，當(dāng)vI=6sin

tV時(shí)，繪出相應(yīng)的輸出電壓vO的波形。2．模型分析法應(yīng)用舉例（4）開關(guān)電路電路如圖所示，求AO的電壓值解：先斷開D，以O(shè)為基準(zhǔn)電位，即O點(diǎn)為0V。則接D陽(yáng)極的電位為-6V，接陰極的電位為-12V。陽(yáng)極電位高于陰極電位，D接入時(shí)正向?qū)?。?dǎo)通后，D的壓降等于零，即A點(diǎn)的電位就是D陽(yáng)極的電位。所以，AO的電壓值為-6V。2．模型分析法應(yīng)用舉例（5）低電壓穩(wěn)壓電路+-當(dāng)輸入電壓波動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)變化量△VDD,相當(dāng)于一個(gè)交流小信號(hào)vs，二極管上的電流變化△iD很大，電壓降變化△vD=rdvs/(R+rd)很小，即vD基本不變，vo=vD≈VD(硅管約為0.7V)微變電阻rd越小，穩(wěn)壓特性越好2．模型分析法應(yīng)用舉例（6）小信號(hào)工作情況分析圖示電路中，VDD=5V，R=5k

，恒壓降模型的VD=0.7V，vs=0.1sinwtV。（1）求輸出電壓vO的交流量和總量；（2）繪出vO的波形。2．模型分析法應(yīng)用舉例（6）小信號(hào)工作情況分析圖示電路中，VDD=5V，R=5k

，恒壓降模型的VD=0.7V，vs=0.1sinwtV。（1）求輸出電壓vO的交流量和總量；（2）繪出vO的波形。直流通路、交流通路、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)等概念，在放大電路的分析中非常重要。二極管電路分析含二極管電路的分析方法確定二極管的工作狀態(tài)

根據(jù)工作狀態(tài)用不同的模型代替二極管在等效后的線性電路中作相應(yīng)的分析若二極管工作在截止?fàn)顟B(tài)則可等效為斷開的開關(guān)若二極管工作在導(dǎo)通狀態(tài)則可等效為導(dǎo)通的開關(guān)UONID或電壓為UON的電壓源定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止(1)若二極管是理想的，正向?qū)〞r(shí)正向管壓降為零，反向截止時(shí)二極管相當(dāng)于斷開。分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓uD的正負(fù)。若V陽(yáng)

>V陰或uD為正(正向偏置)，二極管導(dǎo)通;若V陽(yáng)

<V陰或uD為負(fù)(反向偏置)，二極管截止。如何判斷二極管的工作狀態(tài)？

(2)若考慮導(dǎo)通壓降，判斷二極管導(dǎo)通還是截止的方法是

將二極管兩端斷開，求余下電路對(duì)二極管兩端的開路電壓UAK。若UAK

>

UON硅管:0.6~0.8V鍺管:0.2~0.3V若UAK<UONUON

-------二極管的導(dǎo)通壓降若二極管近似為理想開關(guān)時(shí)，UON

=0二極管導(dǎo)通二極管截止電路如圖，求：UAB若考慮管壓降，

UAB低于－6V一個(gè)管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例：

取

B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。

二極管起鉗位作用D6V12V3k

BAUAB+–下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)返回上一節(jié)V陽(yáng)

=－6VV陰

=－12VV陽(yáng)>V陰二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V兩個(gè)二極管的陰極接在一起取

B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。V1陽(yáng)

=－6V，V2陽(yáng)=0V，V1陰

=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，鉗位，使

D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例:流過

D2

的電流為求：UABD2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3k

AD2UAB+–下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)返回上一節(jié)85壓差大的二極管先導(dǎo)通。VA>VB,DA優(yōu)先導(dǎo)通，

使VY=3V。VB<VY，DB截止，

將VB與VY隔離。二極管的箝位和隔離作用

例：圖示電路中，輸入端VA=+3V,VB=0V，試求輸出端Y的電位VY。設(shè)DA、DB，為理想二極管。解：VYAB-12V0V+3VDARDBDA

起箝位作用。DB

起隔離作用。ui>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路

uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開路

uo=ui已知：

二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例：ui18V參考點(diǎn)二極管陰極電位為

8VD8VRuoui++––下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)返回上一節(jié)

二極管起限幅作用87例題

為防止信號(hào)幅度超過所允許的值，常采用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行限幅處理。雙向限幅電路如圖，輸入為正弦波，US1>0,US2<0。試畫出輸入-輸出信號(hào)波形和電路的傳輸特性。（a）雙向限幅電路圖（b）輸入信號(hào)波形圖當(dāng)ui

處于負(fù)半周時(shí)，D1由于加反向電壓而始終截止。在ui

>

US2時(shí)，D2也截止，此時(shí)兩二極管支路斷開，uo=ui

；而在ui

<

US2時(shí)，D2就導(dǎo)通，輸出被限幅在uo

=US2。解：當(dāng)ui

處于正半周時(shí)，D2由于加反向電壓而始終截止。在ui

<US1時(shí)，D1也截止，此時(shí)兩二極管支路斷開，uo=ui

；而在ui

>US1時(shí)，D1就導(dǎo)通，輸出被限幅在uo

=US1；US1>0,US2<0

對(duì)上述輸入—輸出關(guān)系用分區(qū)域?qū)?yīng)的函數(shù)關(guān)系表示，稱為電路的電壓傳輸特性。傳輸特性關(guān)系式電壓傳輸特性圖判別二極管是導(dǎo)通還是截止。習(xí)題3.4.6+9V-+1V-

+2.5V-

+12.5V-

+14V-+1V-截止-9V+-1V+

+2.5V-

+12.5V-

+14V-+1V-截止解：+18V-+2V-

+2.5V-

+12.5V-

+14V-+1V-導(dǎo)通二極管電路分析舉例例1：圖示電路中，分析當(dāng)UA與UB分別為0與3V的不同組合時(shí)，二極管D1、D2的狀態(tài)，并求U0的值。解：（1）當(dāng)UA=UB=0時(shí)設(shè)D1、D2截止，則等效電路為UAUBD1D2U0R5V由電路，有UD1=0-（-5）=5>0UD2=0-（-5）=5>0則D1、D2處于導(dǎo)通狀態(tài)，電路可等效為所以，U0=0D1D2U0R5VUD1UD2D1D2U0R5V二極管電路分析舉例（2）當(dāng)UA=UB=3V時(shí)設(shè)D1、D2截止，則等效電路為由電路，有UD1=3-（-5）=8>0UD2=3-（-5）=8>0則D1、D2處于導(dǎo)通狀態(tài)，電路可等效為所以，U0=3VUD1UD2D1D2U0R5V3V3VD1D2U0R5V3V3V二極管電路分析舉例（5）（3）當(dāng)UA=3V，UB=0時(shí)設(shè)D1、D2截止，則等效電路為由電路，有UD1=3-（-5）=8>0UD2=0-（-5）=5>0UD1UD2D1D2U0R5V3VD1D2U0R5V3V出現(xiàn)矛盾！即D1、D2不可能同時(shí)導(dǎo)通！！規(guī)定：承受正偏壓大的二極管優(yōu)先導(dǎo)通。二極管電路分析舉例則D2處于截止?fàn)顟B(tài)，最終電路如上圖所示：所以，U0=3VD1D2U0R5V3V則等效電路為：由電路，有UD2=0-3=-3<0（4）當(dāng)UA=0，UB=3V時(shí)所以，U0=3V同理可得：D1截止，D2導(dǎo)通。D1D2U0R5V3V二極管電路分析舉例ui二極管箝位電路

鉗位電路是一種能改變信號(hào)的直流電壓成分的電路，下圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的二級(jí)管箝位電路的例子。uc=2.5Vuo設(shè)輸入信號(hào)ui為幅度+2.5V的方波信號(hào)，ui2.5V-2.5V當(dāng)ui<0時(shí)，D導(dǎo)通，回路中的電流iD對(duì)電容C充電，由于rd較小，充電時(shí)間常數(shù)=C

rd很小，充電迅速，使:uc=ui=2.5V，uo=ui

–uc=ui–2.5V=0而當(dāng)ui>0時(shí)，D截止，iD=0，回路無法放電，使電容C的電壓保持uc=ui=2.5V，而輸出電壓：uo=ui+uc=ui+2.5V=5VVo5V限幅電路VRVmvit0Vi>VR時(shí)，二極管導(dǎo)通，vo=vi。Vi<VR時(shí)，二極管截止，vo=VR。例：理想二極管電路中

vi=VmsinωtV，求輸出波形v0。解：例：實(shí)際模型求(1).vI=0V,vI=4V,vI=6V時(shí)，輸出v0的值。(2).Vi=6sinωtV時(shí)，輸出v0的波形。解：(1).

vI=4V時(shí)，D導(dǎo)通。vI=0V時(shí)，D截止。v0=vI

vI=6V時(shí)，D導(dǎo)通。(2).Vi=6sinωtV（理想模型）

3Vvit06V

折線模型例：理想二極管電路中vi=VmsinωtV，求輸出波形v0。V1vit0VmV2Vi>V1時(shí)，D1導(dǎo)通、D2截止，Vo=V1。Vi<V2時(shí)，D2導(dǎo)通、D1截止，Vo=V2。V2<Vi<V1時(shí)，D1、D2均截止，Vo=Vi。例：畫出理想二極管電路的傳輸特性（Vo~VI）。

解：①VI<25V，D1、D2均截止。②VI>25V

，D1導(dǎo)通，D2截止。③VI>137.5V，D1、D2均導(dǎo)通。VO=25VVO=100VVI25V75V100V25V50V100V125VVO50V75V150V0137.5例：畫出理想二極管電路的傳輸特性（Vo~VI）。當(dāng)VI<0時(shí)D1導(dǎo)通D2截止當(dāng)VI>0時(shí)D1截止D2導(dǎo)通0VIVO-5V+5V+5V-5V+2.5V-2.5V已知二極管D的正向?qū)ü軌航礦D=0.6V，C為隔直電容，vi(t)為小信號(hào)交流信號(hào)源。試求二極管的靜態(tài)工作電流IDQ，以及二極管的直流導(dǎo)通電阻R直。求在室溫300K時(shí)，D的小信號(hào)交流等效電阻r交。CR1KE1.5V+VD－+vi(t)－解：例：例：

二極管限幅電路:已知電路的輸入波形為vi,二極管的VD

為0.6伏，試畫出其輸出波形。解：Vi>3.6V時(shí)，二極管導(dǎo)通，vo=3.6V。Vi<3.6V時(shí)，二極管截止，vo=Vi。3.5特殊二極管

3.5.1

齊納二極管(穩(wěn)壓二極管)

3.5.2

變?nèi)荻O管

3.5.3

肖特基二極管

3.5.4

光電子器件

在穩(wěn)壓管剛擊穿時(shí)，電流變化，其兩端電壓易于變化；當(dāng)電流增大到工作電流IZ后，電流很大的變化，其兩端電壓幾乎不變，保持在穩(wěn)定電壓UZ附近。工作在反向擊穿區(qū)的硅二極管穩(wěn)定電壓UZ工作電流_+穩(wěn)壓管符號(hào)中折角表示穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)。它工作時(shí)是在陰極接高電壓，陽(yáng)極接低電壓。3.5.1、穩(wěn)壓二極管（齊納二極管）（雜質(zhì)濃度高）3.5

特殊二極管原理符號(hào)特性如果將穩(wěn)壓二極管還是正向偏置，則可當(dāng)成一普通二極管用穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。UZIZIZM

UZ

IZ

伏安特性使用時(shí)要加限流電阻UIO進(jìn)入擊穿后，電流急速增長(zhǎng)時(shí)電壓幾乎不再增加，近似為理想電壓源特性3.5.1

齊納二極管（雜質(zhì)濃度高）1.符號(hào)及穩(wěn)壓特性利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)。VZ表示反向擊穿電壓，也即穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。穩(wěn)壓管的作用：電流增量很大，只引起很小的電壓變化。曲線越陡，動(dòng)態(tài)電阻rz越小，穩(wěn)壓性越好Iz(min)和Iz(max)為穩(wěn)壓管工作在正常狀態(tài)的最小和最大工作電流。一般穩(wěn)壓值Vz較大時(shí)，可忽略rz，Vz為恒定值(1)穩(wěn)定電壓VZ(2)動(dòng)態(tài)電阻rZ——描述了和縱軸的平行程度在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。rZ=

VZ/

IZ(4)最大耗散功率

PZM(3)最大穩(wěn)定工作電流

IZmax

和最小穩(wěn)定工作電流IZmin(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)——

VZ2.穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)3.5.1

齊納二極管穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即PZmax

=VZIZmax

。而Izmin對(duì)應(yīng)于VZmin。若IZ＜Izmin，則不能起穩(wěn)壓作用。(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)——

VZ

溫度的變化將使VZ改變，在穩(wěn)壓管中當(dāng)

VZ

＞7V時(shí)，VZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。當(dāng)

VZ

＜4V時(shí)，VZ具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。當(dāng)4V＜

VZ

＜7V時(shí)，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。

穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)應(yīng)反接，并串入一只電阻。電阻的作用一是起限流作用，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)，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號(hào)以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓電路正常穩(wěn)壓時(shí)VO=VZ并聯(lián)式穩(wěn)壓電路：負(fù)載RL與穩(wěn)壓管兩端并聯(lián)R為限流電阻，使電路有一個(gè)合適的工作狀態(tài)，并限定電路的工作電流（IZ(min)<IZ<IZ(max)）穩(wěn)壓過程：實(shí)質(zhì)是利用穩(wěn)壓管端電壓較小的變化引起電流的很大變化，從而通過電阻上電壓的調(diào)整作用來實(shí)現(xiàn)VI是待穩(wěn)定的電壓,DZ為穩(wěn)壓管，RLIoIRVoIZIRVo書例題3.5.1、3.5.2自己看穩(wěn)壓二極管---穩(wěn)壓電路分析正常穩(wěn)壓時(shí)VO=VZIZmin

≤IZ≤IZmax#不加R可以嗎？#上述電路VI為正弦波，且幅值大于VZ

，VO的波形是怎樣的？#

穩(wěn)壓條件是什么？例

穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓UZ=5V，正向壓降忽略不計(jì)。當(dāng)輸入電壓Ui

分別為直流10V、3V、-5V時(shí)，求輸出電壓UO；若ui

=10sinωtV，試畫出uo

的波形。ui10VDZRuoui++––解：Ui

=10V：DZ工作在反向擊穿區(qū)，穩(wěn)壓，UO=UZ=5VUi

=3V：DZ反向截止，UO=Ui=3VUi

=-5V：DZ工作在正向?qū)顟B(tài)，UO=0Vui

=10sinωtV：ui正半周，當(dāng)ui

>UZ，DZ反向擊穿，uO=5V當(dāng)ui

<UZ，DZ反向截止，uO=uiui負(fù)半周，DZ正向?qū)?，uO=0V5V上一頁(yè)下一頁(yè)返回下一節(jié)上一節(jié)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路解：電阻R兩端電壓為U-UZ，流過的電流為IR，所以有：根據(jù)KCL有：例題圖示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，Ui=8V,UZ=5V,IZ=5mA,PZM=1W,流過負(fù)載電阻RL的電流IL在100mA到10mA之間時(shí)，試選R使電路能正常工作。限流電阻R的選取，必須保證穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài)。R太大可能使得穩(wěn)壓管工作電流IW太小，無法使穩(wěn)壓管反向擊穿，R太大可能使IW太大，燒毀穩(wěn)壓管穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路IR必須滿足電阻Ｒ的范圍是：IL最小時(shí)，應(yīng)使流過穩(wěn)壓管的電流IL最大時(shí)，應(yīng)使流過穩(wěn)壓管的電流取：uoiZDZRiLiuiRL已知穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmax

。求：電阻R和輸入電壓ui

的正常值?！匠?要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生

20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓不變。穩(wěn)壓二極管電路分析舉例令輸入電壓降到下限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmin

?！匠?uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程1、2，可解得：穩(wěn)壓二極管電路分析舉例練習(xí)：有兩個(gè)穩(wěn)壓管DZ1和DZ2，其穩(wěn)定電壓分別為5.5V和8.5V，正向壓降都是0.5V。如果要得到0.5V，3V，6V，9V和14V幾種穩(wěn)定電壓，問這兩個(gè)穩(wěn)壓管（還有限流電阻）應(yīng)如何連接？畫出各個(gè)電路。在圖示電路中，已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ＝6V，穩(wěn)定電流的最小值IZmin＝5mA。（1）試分析圖（a）、（b）兩電路能否穩(wěn)壓？（2）試求圖（a）、（b）兩電路中UO1和UO2的值。UO1＝6V，UO2＝5V已知圖所示電路中穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ＝6V，最小穩(wěn)定電流IZmin＝5mA，最大穩(wěn)定電流IZmax＝25mA。（1）分別計(jì)算UI為10V、15V、35V三種情況下輸出電壓UO的值；（2）若UI＝35V時(shí)負(fù)載開路，則會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?為什么？（1）當(dāng)UI＝10V時(shí)，若UO＝UZ＝6V，穩(wěn)壓管中電流4mA,小于其最小穩(wěn)定電流，所以穩(wěn)壓管未擊穿。

（2）當(dāng)UI＝15V時(shí)，若能穩(wěn)壓，1k電阻中的電流9mA,RL中電流12mA,所以二極管截止，輸出電壓為RL和限流電阻的分壓同理，當(dāng)UI＝35V時(shí)，1k電阻中的電流29mA,負(fù)載電阻中電流12mA,穩(wěn)壓管中電流大于最小穩(wěn)定電流IZmin,UO＝UZ＝6V。29mA＞IZM＝25mA，穩(wěn)壓管將因功耗過大而損壞。UO＝5V（3）討論：解決兩個(gè)問題如何判斷二極管的工作狀態(tài)？什么情況下應(yīng)選用二極管的什么等效電路？uD=V－iRQIDUDV與uD可比，則需圖解：實(shí)測(cè)特性對(duì)V和