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1、3 二极管及其基本电路,3.1 半导体的基本知识 3.2 结的形成及特性 3.3 半导体二极管 3.4 二极管基本电路及其分析方法 3.5 特殊二极管,3.1 半导体的基本知识,3.1.2 半导体的共价键,+4,3.1.1 半导体材料电阻率： 103 109 cm,4价元素：硅（14） Si 锗（32） Ge,3、5族化合物：砷化镓GaAs,3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用,两种载流子： （1）自由电子 （2）空 穴：,3.1.4 杂质半导体,多数载流子：空穴 少数载流子：电子,1. P型半导体,2. N型半导体,多数载流子：电子 少数载流子：空穴,3.2 PN结的形成及其特性,多子扩
2、散：浓度差 少子漂移：内电场 动态平衡形成 :PN结,1. PN结的形成,2. PN结的单向导电性,外加正向电压使内电场减弱，多子扩散运动形成较大的正向电流IFIF随增加VF而增加 （mA级）等效为正向电阻小,（1）外加正向电压 VF,（2）外加反向电压,外加反向电压使内电场增强，少子的漂移运动形成较小的反向电流IRIR具有饱和特性（A级）等效为反向电阻大,（3）PN结V-I特性的表达式,id=Is(exp(vd/VT)-1) VT=kT/q 当T=300K时， VT=26mV,3. PN结的反向击穿,（1）雪崩击穿 （2）齐纳击穿,3.3 二极管,二极管 ：一个PN结就是一个二极管。 单向导
3、电：二极管正极接电源正极，负极接电源负极时电流可以通过。反之电流不能通过。 符号：,(1) 点接触型二极管,(2) 面接触型二极管,3.3.1 二极管的结构,PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。,PN结面积大，用 于大电流整流电路。,3.3.2 二极管的伏安特性曲线,式中IS 为反向饱和电流，VD 为二极管两端的电压降，VT =kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q 为电子电荷量，T 为热力学温度。对于室温（相当T=300 K），则有VT=26 mV。,(1) 正向特性,硅二极管的死区电压Vth=0.50.8V左右，锗二极管的死区电压Vth=0.20.3 V左右。,
4、当0VVth时，正向电流为零，Vth称死区电压或开启电压。,正向区分为两段：,当V Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。,当VBRV0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS 。,(2) 反向特性,硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。,(3) 反向击穿特性,当VVBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压 。,3.3.3 二极管的主要参数,(1) 最大整流电流IF,(2) 反向击穿电压VBR,(3) 反向电流IR,(4) 正向压降VF,在室温，规定的反
5、向电压下，最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。,在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。硅二极管约0.60.8V；锗二极管约0.20.3V。,二极管连续工作时，允许流过的最大整流电流的平均值。,二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。,二极管基本电路分析,3.4 二极管的基本电路及其分析方法,二极管模型,正向偏置时： 管压降为0，电阻也为0。,反向偏置时： 电流为0，电阻为。,当iD1mA时， vD=0.7V。,1. 理想模型,
6、2. 恒压降模型,3. 折线模型（实际模型）,4. 小信号模型,二极管电路分析,1.静态分析,例1：求VDD=10V时，二极管的电流ID、电压VD 值。,解：,1. 理想模型,正向偏置时： 管压降为0，电阻也为0。 反向偏置时： 电流为0，电阻为。,2. 恒压降模型,3. 实际模型,当iD1mA时， vD=0.7V。,2.限幅电路,Vi VR时，二极管导通，vo=vi。,Vi 3.6V时，二极管导通，vo=3.6V。,ViV1时，D1导通、D2截止，Vo=V1。,ViV2时，D2导通、D1截止，Vo=V2。,V2ViV1时，D1、D2均截止，Vo=Vi。,解:,例6：画出理想二极管电路的传输特
7、性（VoVI）。,当VI0时 D1截止 D2导通,3.5 特殊二极管,1. 稳压二极管,稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。电阻起限流作用，保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。,(2) 动态电阻rZ,在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。,rZ =VZ /IZ， rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。,(3) 最大耗散功率 PZM,最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向工作时PN结的功率损耗为 PZ= VZ IZ，由 PZM和VZ可以决定IZmax。,(4) 最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流IZmin,最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax =VZIZmax 。而Izmin对应VZmin。 若IZIZmin则不能稳压。,(1) 稳定电压VZ,主要参数:,例：,稳压管的稳压过程。,RL,Io,IR,Vo,IZ,IR,Vo,正向电流通过PN结时，电子与空穴复合释放能量产生光子。,2. 发光二极管（LED）,作业: P97,3.4.1 3.4.2 3.5.2,
