《赵进全 西安交通大学 模拟电子技术基础 第一章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《赵进全 西安交通大学 模拟电子技术基础 第一章（134页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.1.1 PN结的形成结的形成1.1 PN结结半导半导体体 导电能力介于导体和绝缘体之间导电能力介于导体和绝缘体之间最常用的半导体材料最常用的半导体材料物体根据其导电能力（电阻率）分物体根据其导电能力（电阻率）分半导半导体体绝缘绝缘体体导导体体锗锗硅硅1 半导体二极管及其应用半导体二极管及其应用上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+14284Si硅原子结构示意图硅原子结构示意图+3228 18Ge锗原子结构示意图锗原子结构示意图4原子结构示意图原子结构示意图+4硅、锗原子硅、锗原子的简化模型的简化模型上页上页下页下页
2、返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础平面结构平面结构立体结构立体结构+4+4+4+4+4+4+4+4+41. 本征半导体本征半导体本征半导体就是本征半导体就是完全纯净的完全纯净的半导体半导体上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键共价键价电子价电子上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4本本征征半半导导体体受受热热或或光光照照上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础本本征征激激发发产产生生电电子子和和空空穴穴自由电子自由电子空穴空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+
3、4上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础电子空穴电子空穴成对产生成对产生+4+4+4+4+4+4+4+4+4上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4电子空穴电子空穴复合，成复合，成对消失对消失上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础电子和空穴产生过程动画演示电子和空穴产生过程动画演示上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础 本征激发使本征激发使空穴空穴和和自由电子自由电子成对产生。成对产生。相遇相遇复合
4、复合时，又时，又成对成对消失。消失。 小结小结空穴浓度（空穴浓度（np)=电子浓度电子浓度(nn)温度温度T一定时一定时np nn=K(T)K(T) 与温度有关的常数与温度有关的常数 上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础在在外外电电场场作作用用下下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础电电子子运运动动形形成成电电子子电电流流+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+
5、4+4+4+4+4+4+4U上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4U上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4U价电子填价电子填补空穴而补空穴而使空穴移使空穴移动，形成动，形成空穴电流空穴电流上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础半导体导电机理动画演示半导体导电机理动画演示上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1) 在半导体中有两种在半导体中有两种载流子载流子这
6、就是这就是半导体和金属导电半导体和金属导电原理的原理的 本质区别本质区别a. 电阻率大电阻率大(2) 本征半导体的特点本征半导体的特点b. 导电性能随温度变化大导电性能随温度变化大小结小结带正电的带正电的空穴空穴带负电的带负电的自由电子自由电子本征半导体不能在半导体器件中直接使用本征半导体不能在半导体器件中直接使用上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2掺杂半导体掺杂半导体 在在本征半导体本征半导体硅或锗中硅或锗中掺入微量掺入微量的其它适当的其它适当元元素素后所形成的半导体后所形成的半导体根据掺杂的不同，杂质半导体分为根据掺杂的不同，杂质半导体分为N型导型导体体P型导型导体体
7、(1) N型半导体型半导体 掺入五价杂质元素（如磷、砷）的杂质半导体掺入五价杂质元素（如磷、砷）的杂质半导体上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4掺入少量五价杂质元素磷掺入少量五价杂质元素磷P P上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4+4P P上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础多出多出一个一个电子电子出现出现了一了一个正个正离子离子+4+4+4+4+4+4+4+4P P上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+ + + + + + + + + + + +
8、 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +半导体中产生了大量的自由电子和正离子半导体中产生了大量的自由电子和正离子上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础N型半导体形成过程动画演示型半导体形成过程动画演示上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础c. 电子是多数载流子，简称多子电子是多数载流子，简称多子; ;空穴空穴是少数载流是少数载流 子，简称少子。子，简称少子。e. 因因电子电子带负电，称这种半导体为带负电，称这种半导体为N(negative)型或型或 电子电子型半导体。型半导体。f. 因掺入的杂质给出
9、电子，又称之为施主杂质。因掺入的杂质给出电子，又称之为施主杂质。b. N型半导体中型半导体中产生了大量的产生了大量的( (自由）电子和正离子自由）电子和正离子。小结小结d. np nn=K(T)a. N型半导体是在本征半导体中型半导体是在本征半导体中掺入少量五价杂质掺入少量五价杂质 元素形成的。元素形成的。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2) P型半导体型半导体 在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入三价杂质元素三价杂质元素，如硼等。如硼等。B B+4+4+4+4+4+4+4+4+4上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4+4+4
10、+4B B上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础出出现现了了一一个个空空位位+4+4+4+4+4+4B B+4+4上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+4+4+4+4+4+4B B+4+4负离子负离子空穴空穴上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -半导体中产生了大量的空穴和负离子半导体中产生了大量的空穴和负离子上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础P型半导体的形成过程动画演示型半
11、导体的形成过程动画演示上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础c. 空穴空穴是多数载流子是多数载流子, ,电子是少数载流子。电子是少数载流子。e. 因因空穴空穴带正电，称这种半导体为带正电，称这种半导体为P(positive)型或型或 空穴空穴型半导体。型半导体。f. 因掺入的杂质接受电子，故称之为受主杂质。因掺入的杂质接受电子，故称之为受主杂质。a. P型半导体是在本征半导体中型半导体是在本征半导体中掺入少量的三价掺入少量的三价 杂质元素形成的。杂质元素形成的。b. P型半导体型半导体产生大量的空穴和负离子产生大量的空穴和负离子。小结小结d. np nn=K(T)上页上页下页
12、下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可将将N型转为型转为P型；型；杂质半导体的转型杂质半导体的转型当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可将将P型转为型转为N型。型。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
13、 + + + + + + + + + + + + + + +以以N型半导体为基片型半导体为基片通过半导体扩散工艺通过半导体扩散工艺3. PN结的形成结的形成上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础使半导体的一边形成使半导体的一边形成N型区，另一边形成型区，另一边形成P型区。型区。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上
14、页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1) 在浓度差的作用下，电子从在浓度差的作用下，电子从 N区向区向P区扩散。区扩散。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2) 在浓度差的作用下，空穴从在浓度差的作用下，空穴从 P区向区向N区扩散。区扩散。N+ + + + + +
15、 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础在浓度差的作用下，两边多子互相扩散。在在浓度差的作用下，两边多子互相扩散。在P区和区和N区区交界面上，留下了一层不能移动的正、负离子。交界面上，留下了一层不能移动的正、负离子。小结小结N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
16、+ + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础即即PN结结空间电荷层空间电荷层N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上
17、页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础形成内电场形成内电场内电场方向内电场方向N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN结结一方面阻碍多子的扩散一方面阻碍多子的扩散N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
18、 + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础另一方面另一方面加速少子的漂移加速少子的漂移N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页
19、下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础势垒势垒U0形成电位势垒形成电位势垒N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础当扩散与漂移作用平衡时当扩散与漂移作用平衡时a. 流过流过PN结的净电流为零结的净电流为零b. PN结的厚度一定（约几个微米）结的厚度一定（约几个微米）c. 接触
20、电位一定（约零点几伏）接触电位一定（约零点几伏）N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN结形成过程动画演示结形成过程动画演示上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础当当N区和区和P区的掺杂浓度不等时区的掺杂浓度不等时离子密离子密度大度大空间电荷空间电荷层较薄层较薄离
21、子密离子密度小度小空间电荷空间电荷层较厚层较厚高掺杂浓度区高掺杂浓度区域用域用N+表示表示+_PN+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.1.2 PN结的单向导电性结的单向导电性1PN结正向偏置结正向偏置 PN结正向偏置结正向偏置 当外加直流电压使当外加直流电压使PN结结P型半型半 导体的一端的电位高于导体的一端的电位高于N型半导体一端的电位时，型半导体一端的电位时，称称PN结正向偏置，简称正偏。结正向偏置，简称正偏。PN结反向偏置结反向偏置 当外加直流电压使当外加直流电压使PN结结N型半型半导体的一端的电位高于导体的一端的电位高于P型半导体一端的电位时，型半导体一端的电
22、位时，称称PN结反向偏置，简称反偏。结反向偏置，简称反偏。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE内内+ + + + + + +EPN结正向偏置结正向偏置上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础内电场被削弱内电场被削弱PN结变窄结变窄PN结呈现低阻、导通状态结呈现低阻、导通状态多子进行
23、扩散多子进行扩散- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE内内+ + + + + + +E上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN结正偏动画演示结正偏动画演示上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础内电场增强内电场增强PN结变宽结变宽PN结呈现高结呈现高阻、截止状态阻、截止状态不利多子扩散不利多子扩散有利少子漂移有利少子漂
24、移2PN结反向偏置结反向偏置 - - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE内内+ + + + + + +E上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础此电流称为此电流称为反向饱和电流，记为反向饱和电流，记为IS。因少子浓度主要与温度有关，反向因少子浓度主要与温度有关，反向电流与反向电压几电流与反向电压几乎无关。乎无关。- - - - - - -PN
25、+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE内内+ + + + + + +E上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN结反偏动画演示结反偏动画演示上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.1.3 PN结的电压与电流关系结的电压与电流关系+_PN_ui上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础IS PN结反向饱和电流结反向饱和电流UT 热电压
26、热电压式中式中UT=KT qq 电子电量电子电量T 绝对温度绝对温度在室温（在室温（T=300K) )时，时， 。K 玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数其中其中上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1) 当当u = 0时，时，i = 0 ；(3) 当当u UT 时，时，i IS 。讨论讨论(2) 当当u0，且，且u UT 时，时， ；上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础思思 考考 题题1. 半导体中的载流子浓度主要与哪些因素有关？半导体中的载流子浓度主要与哪些因素有关？2. 扩散电流与漂移电流的主要区别是什么？扩散电流与漂移电流的主要区别是什么？上页上页下页下页返
27、回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.1 半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型 平面型平面型点接触型点接触型引线引线触丝触丝外壳外壳N型锗片型锗片N型硅型硅阳极引线阳极引线PNPN结结阴极引线阴极引线金锑合金金锑合金底座底座铝合金小球铝合金小球上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础半导体二极管的外型和符号半导体二极管的外型和符号正极正极负极负极符号符号外型外型负极负极正极正极上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础
28、模拟电子技术基础上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础半导体二极管的类型半导体二极管的类型(1) 按使用的半导体材料不同分为按使用的半导体材料不同分为(2) 按结构形式不同分为按结构形式不同分为硅管硅管锗管锗管点接触型点接触型平面型平面型上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.2.2 半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性 硅管硅管00. 8反向特性反向特性正向特性正向特性击击穿穿特特性性00. 8反向特性反向特性锗管锗管正向特性正向特性uDiD上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1) 近似呈现为指数曲线，即近似呈现为指数曲线，
29、即(2) 有死区有死区（iD0的区域的区域) )1正向特性正向特性死区电压约为死区电压约为硅管硅管0.5 V锗管锗管0.1 VOiD正向特性正向特性击穿电压击穿电压死区死区电压电压U(BR)反向特性反向特性uD上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3) 导通后（即导通后（即uD大于死区电压后）大于死区电压后）管压降管压降uD 约为约为硅管硅管0.60 .8 V锗管锗管0.20.3 V通常近似取通常近似取uD 硅管硅管0.7 V锗管锗管0.2 VOiD正向特性正向特性击穿电压击穿电压死区死区电压电压U(BR)反向特性反向特性uD即即 uD略有升高，略有升高， iD急剧急剧增大
30、。增大。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2反向特性反向特性 IS=硅管硅管小于小于0.1微安微安锗管几十到几百锗管几十到几百微安微安OiD正向特性正向特性击穿电压击穿电压死区死区电压电压U(BR)反向特性反向特性uD(1) 当当时，时，。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2) 当当时，时，反向电流急剧增大，反向电流急剧增大，击穿的类型击穿的类型根据击穿可逆性分为根据击穿可逆性分为电击穿电击穿热击穿热击穿二极管发生反向击穿。二极管发生反向击穿。OiD正向特性正向特性击穿电压击穿电压死区死区电压电压U(BR)反向特性反向特性uD上页上页下页下页返回返
31、回模拟电子技术基础模拟电子技术基础降低反向电压，二极管仍能正常工作。降低反向电压，二极管仍能正常工作。PN结被烧坏，造成二极管永久性的损坏。结被烧坏，造成二极管永久性的损坏。二极管发生反向击穿后，如果二极管发生反向击穿后，如果a. 功耗功耗PD( = |UDID| )不大不大b. PN结的温度小于允许的最高结温结的温度小于允许的最高结温硅管硅管150200oC锗管锗管75100oC热击穿热击穿电击穿电击穿上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础a. 齐纳击穿齐纳击穿 (3) 产生击穿的机理产生击穿的机理半导体的掺杂浓度高半导体的掺杂浓度高击穿电压低于击穿电压低于4V击穿电压具有
32、负的温度系数击穿电压具有负的温度系数空间电荷层中有较强的电场空间电荷层中有较强的电场电场将电场将PN结结中中的价电子从共价键中激发出来的价电子从共价键中激发出来击穿的机理击穿的机理条件条件击穿的特点击穿的特点上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础半导体的掺杂浓度低半导体的掺杂浓度低击穿电压高于击穿电压高于6V击穿电压具有正的温度系数击穿电压具有正的温度系数空间电荷区中就有较强的电场空间电荷区中就有较强的电场电场使电场使PN结中的少子结中的少子“碰撞电离碰撞电离”共价键中的价电子共价键中的价电子击穿的机理击穿的机理条件条件击穿的的特点击穿的的特点b. 雪崩击穿雪崩击穿上页上页下
33、页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.2.3 温度对半导体二极管特性的影响温度对半导体二极管特性的影响1. 当温度上升时，死区电压、正向管压降降低。当温度上升时，死区电压、正向管压降降低。uD/ T = （22.5）mV/ C2. 温度升高温度升高，反向饱和电流增大。反向饱和电流增大。即即 温度每升高温度每升高1C，管压降降低，管压降降低（22.5）mV。即即 平均温度每升高平均温度每升高10C，反向饱和电流增大一倍。，反向饱和电流增大一倍。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.2.4 半导体二极管的主要电参数半导体二极管的主要电参数1. 额定整流电流额定整流
34、电流IF2. 反向击穿电压反向击穿电压U(BR)管子长期运行所允许通管子长期运行所允许通过的电流平均值。过的电流平均值。 二极管能承受的最高反二极管能承受的最高反向电压。向电压。OiD正向特性正向特性击穿电压击穿电压死区死区电压电压U(BR)反向特性反向特性uD上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础4. 反向电流反向电流IR3. 最高允许反向工作电压最高允许反向工作电压UR为了确保管子安全工作，所为了确保管子安全工作，所允许的最高反向电压。允许的最高反向电压。室温下加上规定的反向电室温下加上规定的反向电压时测得的电流。压时测得的电流。 OiD正向特性正向特性击穿电压击穿电压死
35、区死区电压电压U(BR)反向特性反向特性uDUR=（1/22/3）U(BR)上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础5. 正向电压降正向电压降UF6. 最高工作频率最高工作频率fM指通过一定的直流测试电流指通过一定的直流测试电流时的管压降。时的管压降。 fM与结电容有关，与结电容有关，当工作当工作频率超过频率超过fM时，二极管的时，二极管的单向导电性变坏。单向导电性变坏。 OiD正向特性正向特性击穿电压击穿电压死区死区电压电压U(BR)反向特性反向特性uD上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础二极管的几种常用的模型二极管的几种常用的模型(2) 电路符号电路符号
36、(1) 伏安特性伏安特性1. 理想二极管理想二极管+ +uDiDuDiDO理想特性理想特性实际特性实际特性 上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2) 电路模型电路模型(1) 伏安特性伏安特性2. 恒压模型恒压模型uDiDOuF+ +uDiDuF上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2) 电路模型电路模型(1) 伏安特性伏安特性3. 折线模型折线模型uDiDOuthrD+ +uDiDuthrD上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2) 电路模型电路模型(1) 伏安特性伏安特性4. 小信号动态模型小信号动态模型+ +udidrduDiD
37、OUDrdIDQ动态电阻动态电阻 上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础思思 考考 题题1. 在什么条件下，半导体二极管的管压降近似为常在什么条件下，半导体二极管的管压降近似为常数？数？2. 根据二极管的伏安特性，给出几种二极管的电路根据二极管的伏安特性，给出几种二极管的电路分析模型。分析模型。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.3 半导体二极管的应用半导体二极管的应用1.3.1 在整流电路中的应用在整流电路中的应用整流整流 将交流电变成直流电的过程将交流电变成直流电的过程整流电路整流电路 完成整流功能的电路完成整流功能的电路常见的整流电路有常见的整流
38、电路有半波整流电路半波整流电路全波整流电路全波整流电路桥式整流电路桥式整流电路上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础设设桥式整流电路桥式整流电路+_uOTru2+_u1ab+_RLD1D2D4D3上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1. 工作原理工作原理a. 当当u20时时输出输出波形波形电流流动方向电流流动方向D1D2D4D3+_uOTru2+_u1ab+_RL上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础b. 当当u2 6V管子出现雪崩击穿，管子出现雪崩击穿，U 为正；为正；UZ 4V 出现齐纳击穿，出现齐纳击穿，U 为负为负; ;4V UZ
39、 03U=0U0)PN+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN结变宽结变宽空间电荷层中空间电荷层中的电荷量增大的电荷量增大b. 当当PN结正向偏置电压降低时结正向偏置电压降低时可见，空间电荷量随着可见，空间电荷量随着PN结偏置电压的变化而变化。结偏置电压的变化而变化。这种电容效应用势垒电容这种电容效应用势垒电容CB表征。表征。U- U ( U0)PN+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础小结小结PN结结电容结结电容CjCj = CD + CB 当当PN结正偏时结正偏时当当PN结反偏时结反偏时上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础变容二
40、极管的特点变容二极管的特点b. 电容量与所加的反向偏置电压的大小有关。电容量与所加的反向偏置电压的大小有关。a. 当二极管反向偏置时，因反向电阻很大，可当二极管反向偏置时，因反向电阻很大，可作电容使用。作电容使用。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础变容二极管的符号及变容二极管的符号及CU 特性曲线特性曲线符号符号202406080100046810 12uDCCU 特性曲线特性曲线上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2. 变容二极管及其应用示例变容二极管及其应用示例谐振频率谐振频率式中式中高高频频放放大大器器LC1DCR+V+UDu1上页上页下页下页返
41、回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础由于由于故谐振频率故谐振频率高高频频放放大大器器LC1DCR+V+UDu1上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础思思 考考 题题1. 在图示稳压电路中，输出电压稳定的条件是什么？在图示稳压电路中，输出电压稳定的条件是什么？2. 在图示稳压电路中限流电阻的大小对电路性能有何在图示稳压电路中限流电阻的大小对电路性能有何影响？影响？DZIZRLUOUIRIIO+_+_上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础电阻量程电阻量程 1 10 100 1k测得电阻值测得电阻值 31 210 1.1 k 11.5 k例例1 用万用表测量二极
42、管的正向直流电阻用万用表测量二极管的正向直流电阻RF，选用的，选用的量程不同，测得的电阻值相差很大。现用量程不同，测得的电阻值相差很大。现用MF30 型万型万用表测量某二极管的正向电阻，结果如下表，试分析用表测量某二极管的正向电阻，结果如下表，试分析所得阻值不同的原因。所得阻值不同的原因。练练 习习 题题上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础图中，图中，R0为表头等效内阻。为表头等效内阻。万用表的量程越大，即万用表的量程越大，即R0越大。越大。解解 万用表测电阻的原理图万用表测电阻的原理图R0+ +- -EiD+ +- -uD写出电路方程写出电路方程uD+iDR0=E显然，上
43、式在显然，上式在 iD uD坐标系中表示一条直线。坐标系中表示一条直线。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础画出上式所表示的直线。画出上式所表示的直线。E/R01UDIDE/R0E二极管伏安特性二极管伏安特性直线直线R0增大增大UD1ID1uDiDO显然，显然，UD、ID是直线与二是直线与二极管伏安特性曲线的交点。极管伏安特性曲线的交点。可见，万用表的量程越大，可见，万用表的量程越大，DR0+ +- -EiD+ +- -uDuD+iDR0=EUD、ID 越小，越小，二极管的等效电阻越大二极管的等效电阻越大。二极管的等效电阻为二极管的等效电阻为RD=UD/ID上页上页下页下页
44、返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例2 设图示电路中的二极管性能均为理想。试判断各设图示电路中的二极管性能均为理想。试判断各电路中的二极管是导通还是截止，并求出电路中的二极管是导通还是截止，并求出A、B两点之两点之间的电压间的电压AB值值。 V115 V10 VV2R2 kW W UABB+_D2AD1(a)V115 V10 VV2R2 kW W UABB+_D2AD1(b)上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础解解 判断电路中二极管工作状态的方法判断电路中二极管工作状态的方法 1. 断开二极管，分析电路断开点的开路电压。如断开二极管，分析电路断开点的开路电压。如果该
45、电压能使二极管正偏，且大于二极管的死区果该电压能使二极管正偏，且大于二极管的死区电压，二极管导通；否则二极管截止。电压，二极管导通；否则二极管截止。2. 如果电路中有两个二极管，利用方法如果电路中有两个二极管，利用方法1分别判分别判断各个二极管两端的开路电压，开路电压高的二断各个二极管两端的开路电压，开路电压高的二极管优先导通；当此二极管导通后，再根据电路极管优先导通；当此二极管导通后，再根据电路的约束条件，判断另一个二极管的工作状态。的约束条件，判断另一个二极管的工作状态。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础对于图对于图 a，经判断知，经判断知，D1、D2两端的开路电压两
46、端的开路电压分别为分别为：D2反偏电压为反偏电压为5 VD1导通导通AB = 0 VD2截止截止V115 V10 VV2R2 kW W UABB+_D2AD1(a)10 V，5 V上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础对于图对于图 b，经判断知，经判断知，D1、D2两端的开路电压分别为两端的开路电压分别为即即 D1上的反偏电压为上的反偏电压为15 VD2优先导通优先导通AB = 15 VD1截止截止10 V，25 VD2导通后导通后V115 V10 VV2R2 kW W UABB+_D2AD1(b)上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例3 电路如图所示电
47、路如图所示, 设设D1 、D2 的性能均理想，输入电的性能均理想，输入电压压uI的变化范围为的变化范围为030 V。画出电路的传输特性曲线画出电路的传输特性曲线。+_uO+_uI5 kW Wi1R1i2R25 kW W6 V18 VV1V2D1D2iD1iD2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础 解解 当当D1、D2均导通时均导通时+_uO+_uI5 kW Wi1R1i2R25 kW W6 V18 VV1V2D1D2iD1iD2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础代入有关数据得代入有关数据得由此可知由此可知D2导通的条件是导通的条件是uI18 VD1导通
48、的条件是导通的条件是uI12 V+_uO+_uI5 kW Wi1R1i2R25 kW W6 V18 VV1V2D1D2iD1iD2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础故故 当当uI12 V时，时，D1截止、截止、D2导通。导通。+_uO+_uI5 kW Wi1R1i2R25 kW W6 V18 VV1V2D1D2iD1iD2 上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+_uO+_uI5 kW Wi1R1i2R25 kW W6 V18 VV1V2D1D2iD1iD2当当uI 18 V时，时，D1导通、导通、D2截止截止当当12 V uI 18 V时，时，D1、D2均导通均导通uO= uIuO=18 V 上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础uOuI关系曲线关系曲线uO/VuI/V12183012180上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例4 二极管的伏安特性如图二极管的伏安特性如图所示，试画出二极管的电路所示，试画出二极管的电路模型。模型。uDiDOUD1/rd解解 写出伏安特性表达式写出伏安特性表达式由表达式画出电路模型由表达式画出电路模型rdUDiDuD_+电压源模型电压源模型上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础电流源模型电流源模型rdUD/rdiDuD_+
