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1、3 二极管及其电路授课人：庄友谊授课人：庄友谊模拟电子技术模拟电子技术13 3 二极管及其电路二极管及其电路3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性3.3 二极管二极管3.4 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法3.5 特殊二极管特殊二极管2导体：导体：自然界中很容易导电自然界中很容易导电（10108 8101818m） ，称为称为绝缘体，绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间，称为导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。如
2、锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 半导体半导体它具有不同于其它物质的性质。例如：它具有不同于其它物质的性质。例如：负温度系数：负温度系数：Cu：+0.4%/ Ge:2032, 下降一半下降一半 掺杂影响：导体：杂质掺杂影响：导体：杂质 ， ； 半导体则相反半导体则相反3.1.1 半导体材料：半导体材料：光敏特性：光强光敏特性：光强 ， 3 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。外层电子（价电子）都是四个。GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过
3、程，可以将半导体制成晶体晶体。3.1.2 半导体的共价键结构：半导体的共价键结构：惯性核惯性核价电子价电子4在硅和锗晶体中，原子按四在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形每个原子与其相临的原子之间形成成共价键共价键，共用一对价电子。，共用一对价电子。1、硅和锗的晶体结构：硅和锗的晶体结构：3.1.3 本征半导体本征半导体完全纯净的、结构完整的半导体晶体称完全纯净的、结构完整的半导体晶体称本征半导体本征半导体。5硅和
4、锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。6 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成，常温下束缚电子很难脱离共价键成为为自由电子自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，因此本征半导体
5、中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。所以本征半导体的导电能力很弱。72、本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理在绝对在绝对0度（度（T=0K）和没有外界激发时）和没有外界激发时,价电子完价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即粒子（即载流子载流子），它的导电能力为），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。当温度升高时，束缚电子就会获得随机热振动能当温度升高时，束缚电子就会获得随机热振动能量而挣脱共价键的束缚，成为量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子自由电子，同时共价键上，同时共价键上留下一个空位，称
6、为留下一个空位，称为空穴，空穴，这种现象称这种现象称本征激发本征激发。（1 1）载流子、自由电子和空穴：）载流子、自由电子和空穴：8自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子+4+4+4+4+4+4+4+4+49(2)本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理: : 在其它力的作在其它力的作用下，空穴吸引附用下，空穴吸引附近的电子来填补，近的电子来填补，这样的结果相当于这样的结果相当于空穴的迁移，而空空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正穴的迁移相当于正电荷的移动，因此电荷的移动，因此可以认为空穴是载可以认为空穴是载流子。流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子
7、，即自由电子自由电子和和空穴空穴。+4+4+4+4+4+4+4+4+410 温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。因素，这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成：1. 1. 自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。2. 2. 空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。复合：复合：空穴和自由电子相
8、遇而一起消失的现象。空穴和自由电子相遇而一起消失的现象。 在外电场的作用下，自由电子和空穴都会作定向移动在外电场的作用下，自由电子和空穴都会作定向移动本征半导体内的动态平衡：本征半导体内的动态平衡： 本征激发产生的自由电子和空穴本征激发产生的自由电子和空穴 11半导体物理结果：半导体物理结果： n=p=AT3/2exp（-Eg/2KT） Eg禁带宽度（禁带宽度（Ge：0.68ev，Si：1.1ev） K玻耳兹曼常数（玻耳兹曼常数（1.38*10-23J/K） A是常数（是常数（Si：4.28*1025 个个/cm3）T=300K，Si：n=p=1.4*1010个个/cm3 Ge: n=p=2.
9、5*1013个个/cm3，而且随温度变化快。，而且随温度变化快。12 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。种载流子浓度大大增加。P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。（空穴半导体）。N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。（电子半导体）。13一、一、N
10、型半导体型半导体: :在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素（如：磷在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素（如：磷或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为给出一个电子，称为施
11、主原子施主原子。14多余多余电子电子磷原子磷原子N 型半导体中有型半导体中有哪些载流子？哪些载流子？1.1.由施主原子提供的由施主原子提供的电子，浓度与施主原电子，浓度与施主原子相同。子相同。2.2.本征半导体中成对本征半导体中成对产生的电子和空穴。产生的电子和空穴。 掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以， N 型半导体中自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为型半导体中自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子多数载流子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。+4+4+4+5+4+4+4+4+415例例
12、 在在Si中掺中掺250万分之一万分之一P，硅硅=5*1022个个/CM3，求多、少子浓度。求多、少子浓度。解：解：Np=5*1022/2500000=2*1016 个个/CM3 nNp ni=1.4*1010 个个/CM3 p=ni2/n=1.28*104 个个/CM3 因此，因此，杂质半导体中，多数载流子浓度远大于杂质半导体中，多数载流子浓度远大于少数载流子，也远大于本征激发的载流子浓度。少数载流子，也远大于本征激发的载流子浓度。16二、二、P 型半导体：型半导体：硼原子硼原子P 型半导体中空穴是型半导体中空穴是多子，电子是少子。多子，电子是少子。在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或
13、铟），在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以由于硼原子接受电子，所以称为称为受主原子受主原子。空穴空穴+4+4+4+3+4+4+4+4+417三、杂质半导体的示意表示法三、杂质半导体的示意表示法P 型半
14、导体型半导体+N 型半导体型半导体 杂质杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。似认为多子与杂质浓度相等。183.2.1 载流子的漂移和扩散载流子的漂移和扩散3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性3.2.2 PN结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和型半导体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了就形成了PN 结。结。扩散：扩散
15、：由于载流子的浓度差异和随机热运动，导致载由于载流子的浓度差异和随机热运动，导致载流子由高浓度区域向低浓度区域的运动。流子由高浓度区域向低浓度区域的运动。漂移：漂移：由于电场的作用导致载流子的运动。由于电场的作用导致载流子的运动。1920P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E漂移运动漂移运动扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。荷区越宽。内电场越强，就使漂移内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。间电荷区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。21漂移运动漂移运动P
16、型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。22+空间空间电荷电荷区区N型区型区P型区型区电位电位VV023 浓度差浓度差 多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场动态平衡动态平衡 内内电电场场 促促 使使 少少 子子 漂漂 移移内内电电场场 阻阻 止止 多多 子子 扩扩 散散PN结形成的物理过程结
17、形成的物理过程:形成形成PN结结241.1.空间电荷区中没有载流子。空间电荷区中没有载流子。2. 2. 空间电荷区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍P区中的空穴、区中的空穴、N区中的电子（区中的电子（都是多子都是多子）向对方运动）向对方运动（扩散运动扩散运动）。）。3.3.空间电荷区中内电场促进了空间电荷区中内电场促进了漂移运动漂移运动，但由于，但由于P 区中的电子和区中的电子和N区中的空穴数量有限，因区中的空穴数量有限，因此由于它们的运动形成的电流很小。此由于它们的运动形成的电流很小。注意注意: :253.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性 PN 结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置
18、正向偏置的意思都是：的意思都是： P 区加正、区加正、N 区加负电压。区加负电压。 PN 结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： P区加负、区加负、N 区加正电压。区加正电压。PN 结的单向导电性：结的单向导电性： PN 结加正向电压导通，结加正向电压导通， PN 结加反向电压截止结加反向电压截止26PN结加正向电压结加正向电压时的导电情况时的导电情况一、一、PN 结正向偏置结正向偏置: :27+RE内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成的扩散加强能够形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。因因此，加正向电压，
19、此，加正向电压，PN结导通。结导通。28PN结加反向电压时的导电情况二、二、PN 结反向偏置结反向偏置:29+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被加强，多子的扩散内电场被加强，多子的扩散受抑制、少子漂移加强，但受抑制、少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较少子数量有限，只能形成较小的反向电流。小的反向电流。因此，加反因此，加反向电压，向电压，PN结截止。结截止。RE30三、三、PN 结的伏安特性：结的伏安特性：VBRVDIDIR= -IS死死区区电电压压 硅硅 管管 0.6V, ,锗管锗管0.2V导导通通压压降降: : 硅硅管管0.60.7V, ,锗锗管管0.20.3V根据理论分
20、析，根据理论分析，PN结的结的V-IV-I特性可表达为特性可表达为: :反反向向特性特性正正向向特性特性IS为反向饱和电流。对于分立器件，其典型值约在为反向饱和电流。对于分立器件，其典型值约在10-810-11A的范围内。集成电路中的的范围内。集成电路中的PN结，结，IS值则更小。值则更小。VT=kTq 称为温度的电压当量，称为温度的电压当量，其中：其中：k为波耳兹曼常数为波耳兹曼常数 (1.38*10-23JK)T为热力学温度为热力学温度q为电子电荷为电子电荷(1.6*10-19 C)常温下常温下VT0.026V击穿击穿特性特性313.2.4 PN结的击穿：结的击穿： 当当PN结两端的反向电
21、压增大到一定数值时，反向电流突结两端的反向电压增大到一定数值时，反向电流突然增加然增加, ,这个现象就称为这个现象就称为PN结的结的反向击穿反向击穿( (电击穿电击穿) )。 PN结电击穿从产生原因上可分为两种结电击穿从产生原因上可分为两种: :雪崩击穿雪崩击穿和和齐纳击穿齐纳击穿雪崩击穿雪崩击穿：当当PN结反向电压增加时，空间电荷区中的电场随结反向电压增加时，空间电荷区中的电场随着增强。通过空间电荷区的电子和空穴，在电场作用下获得的着增强。通过空间电荷区的电子和空穴，在电场作用下获得的能量增大，在运动中不断地与晶体原子发生碰撞，使共价键中能量增大，在运动中不断地与晶体原子发生碰撞，使共价键中
22、的电子激发形成自由电子的电子激发形成自由电子空穴对，新产生的电子和空穴与原空穴对，新产生的电子和空穴与原有的电子和空穴一样，在电场作用下，获得能量，又可通过碰有的电子和空穴一样，在电场作用下，获得能量，又可通过碰撞，再产生电子撞，再产生电子空穴对，如此反复空穴对，如此反复, ,使反向电流急剧增大，使反向电流急剧增大，于是于是PN结就发生雪崩击穿。结就发生雪崩击穿。 齐纳击穿：齐纳击穿：在加有较高的反向电压下，在加有较高的反向电压下，PN结空间电荷区中存结空间电荷区中存在一个强电场，它能够破坏共价键将束缚电子分离出来造成在一个强电场，它能够破坏共价键将束缚电子分离出来造成电子电子空穴对，形成较大
23、的反向电流。空穴对，形成较大的反向电流。 323.2.5 PN结的电容效应：结的电容效应： PN结具有一定的电容效应，由两部分组成：一是结具有一定的电容效应，由两部分组成：一是势垒电容势垒电容CB ，二是，二是扩散电容扩散电容CD 。一、一、 势垒电容势垒电容CB 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加外加反向电压反向电压使使PNPN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当应地随之改变，这相当PNPN结中存储的电荷量也随之变化，结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。犹如电容的充放电
24、。二、二、 扩散电容扩散电容CD 扩散电容是由多子扩散后，在扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累结的另一侧面积累而形成的。因而形成的。因PN结正偏结正偏时，由时，由N区扩散到区扩散到P区的电子，与区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在电子就堆积在 P 区内紧靠区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。浓度梯度分布曲线。33 当外加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的当外加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以大小也就不同。所以PN结两侧堆积的多
25、子的浓度梯度分结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩布也不同，这就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。散电容均是非线性电容。P+-N34 CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。PN结高频小信号时的等效电路：结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散势垒电容和扩散电容的综合效应电容的综合效应rd353.3.1 二极管的结构二极管的结构: :PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极
26、管。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型二极管的电路符号：二极管的电路符号： 3. 3 二极管二极管PN阳极阳极阴极阴极36(a)点接触型 (b)面接触型 (c)平面型37国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：点接触型：点接触型： PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等结面积小，结电容小，用于检波和变频等 高频电路。高频电路。面接触型：面接触型： PN结面积大，用于工频大电流整流电路。结面积大，用于工频大电流整流电路。平面型：平面型：往往用于集成电路制造工艺中。往往用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大结
27、面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。可小，用于高频整流和开关电路中。3839 3.3.2 二极管的二极管的V-I 特性特性:VDID反反向向特性特性正正向向特性特性击穿击穿特性特性VDID硅管硅管锗管锗管门坎电压门坎电压Vth：硅管约：硅管约0.5V，锗管约，锗管约0.1V。正向导通压降：硅管约正向导通压降：硅管约0.7V，锗管约，锗管约0.2V。403.3.3 主要参数主要参数: :1. 最大整流电流最大整流电流 IFM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2. 反向峰值电压反向峰值电压URM 二极管反向击穿时的电压值。击
28、穿时反向电流剧增，二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向峰值电压给出的最高反向峰值电压URM一般是一般是UBR的一半。的一半。3. 反向电流反向电流 IR 指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗
29、管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。415. 微变电阻微变电阻 r rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二极管特性曲线上工作点是二极管特性曲线上工作点Q 附附近电压的变化与电流的变化之比：近电压的变化与电流的变化之比：显然，显然，rD是对是对Q附近的微小变化区附近的微小变化区域内的电阻。域内的电阻。4. 反向恢复时间反向恢复时间T TBR与最高工作频率与最高工作频率f fM 由于二极管由于二极管PN结电容效应的存在，外加电压极性翻结电容效应的存在，外加电压极性翻转，管子的状态不能马上发生改变，而要有一个时间延转，管子的状态不能马上发生改变，而要有一个
30、时间延迟，称为二极管的反向恢复时间。而管子具有单向导电迟，称为二极管的反向恢复时间。而管子具有单向导电性的最高信号的频率，称为最高工作频率。性的最高信号的频率，称为最高工作频率。42 3. 4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法3.4.1 简单简单二极管电路的图解分析法：二极管电路的图解分析法：iDvDIDVDQRDVDDiD+vD-VDDVDD /R由由KVL方程得：方程得： vD-iD既要满足此方程，又要满足二极管的特性曲线的要求，既要满足此方程，又要满足二极管的特性曲线的要求，故在两者的交点上。故在两者的交点上。433.4.2 二极管电路的简化模型分析法：二极管电路
31、的简化模型分析法： 线性化：用线性电路的方法来处理，将非线性器件用恰线性化：用线性电路的方法来处理，将非线性器件用恰当的元件进行等效，建立相应的模型。当的元件进行等效，建立相应的模型。（1）理想二极管模型：）理想二极管模型：相当于一个理想开关，正偏时二极相当于一个理想开关，正偏时二极管导通管压降为管导通管压降为0V，反偏时电阻无穷大，电流为零。，反偏时电阻无穷大，电流为零。一、一、二极管二极管V-I 特性建模：特性建模： 实际使用时，当所加电压比实际使用时，当所加电压比管压降大时，可用此法近似管压降大时，可用此法近似44 二极管导通后，其管压降认为是恒定的，且不随电流而二极管导通后，其管压降认
32、为是恒定的，且不随电流而变，典型值：硅管变，典型值：硅管0.7V,锗管锗管0.3V。 二极管的电流二极管的电流1mA,该该模型才正确模型才正确。 此模型应用较广。此模型应用较广。（2）理想二极管串联恒压降模型：）理想二极管串联恒压降模型：45 修正恒压降模型，认为二极管的管压降不是恒定的，修正恒压降模型，认为二极管的管压降不是恒定的，而随二极管的电流增加而增加，模型中用一个电池和电阻而随二极管的电流增加而增加，模型中用一个电池和电阻 rD来作进一步的近似，来作进一步的近似，电池的电压选为管子的门坎电压电池的电压选为管子的门坎电压Vth,硅管约为硅管约为0.5V,锗管约为锗管约为0.2V.电阻电
33、阻rD可用导通电流为可用导通电流为1mA时，时，管压降（导通电压管压降（导通电压)0.7V时计算。时计算。rD=(0.7-0.5)V/1mA=200（3）折线模型：）折线模型：由于二极管的分散性，由于二极管的分散性，Vth、rD的值不是固定的。的值不是固定的。46 如果二极管在它的如果二极管在它的V-I特性的某一小范围内工作，特性的某一小范围内工作，例如静态工作点例如静态工作点Q（此时有（此时有uD=UD、iD=ID）附近工作，）附近工作，则可把则可把V-I特性看成一条直线，其斜率的倒数就是所求特性看成一条直线，其斜率的倒数就是所求的小信号模型的微变电阻的小信号模型的微变电阻rd。（4）小信号
34、模型：）小信号模型：47微变电阻的计算微变电阻的计算（1）测量计算）测量计算:（2）指数模型）指数模型:48RLuiuouiuott二、二、模型分析法应用举例：模型分析法应用举例：1 1、整流电路：、整流电路：半波整流半波整流49uiuott全波整流：全波整流：RLuiuoC50例例1：求求VDD=10V时，二极时，二极管的管的 电流电流ID、电压、电压VD 值。值。解：解： 1. 1. 理想模型理想模型理想模型理想模型正向偏置时：正向偏置时： 管压降为管压降为0，电阻也为，电阻也为0。反向偏置时：反向偏置时： 电流为电流为0，电阻为，电阻为。2. 2. 恒压降模型恒压降模型恒压降模型恒压降模
35、型3. 3. 实际模型实际模型实际模型实际模型当当iD1mA时，时， vD=0.7V。2、静态工作情况分析：、静态工作情况分析：51例例: VDD=1V,又如何又如何?解解: 理想模型：理想模型：恒压降模型：恒压降模型：折线模型：折线模型：结论：结论：当外加电压比较大的时候，三种模型计算的结果相差当外加电压比较大的时候，三种模型计算的结果相差不大，而外加电压比较小的时候，计算结果差异较大。不大，而外加电压比较小的时候，计算结果差异较大。523、限幅电路、限幅电路：RuiuoVRuiuottVR53例：例：实际模型 求求(1)vI=0V,vI=4V,vI=6V 时，输出时，输出v0的的值。值。(
36、2) vi=6sint V 时，时，输出输出v0的的波形。波形。解：解：(1) vI=4V时，时，D导通。导通。vI=0V时，时，D截止。截止。v0 = vI vI=6V时，时，D导通。导通。(2) vi=6sint V （理想模型）（理想模型） 3Vvit06V 折线模型54例例:理想二极管电路中理想二极管电路中 vi=V m sint V，求输出波形，求输出波形v0。V1vit0VmV2ViV1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。55 利用二极管的单向导利用二极管的单向导电性可作为电子开关电性可作为电
37、子开关vI1 vI2二极管工作状态二极管工作状态D1 D2v00V 0V导通导通 导通导通导通导通 截止截止截止截止 导通导通截止截止 截止截止0V 5V5V 0V5V 5V0V0V0V5V例：例：求求vI1和和vI2不同值不同值组合时的组合时的v0值（二极值（二极管为理想模型）。管为理想模型）。解：解：4、开关电路、开关电路56例例：判别二极管是导通还是截止。：判别二极管是导通还是截止。+9V- -+1V- - +2.5V - - +12.5V - - +14V - -+1V- -截止- -9V+- -1V+ +2.5V - - +12.5V - - +14V - -+1V- -截止解：57
38、+18V- -+2V- - +2.5V - - +12.5V - - +14V - -+1V- -导通58例：例：画出理想二极管电路的传输特性（画出理想二极管电路的传输特性（VoVI）。）。 解：解： VI25V ，D1导通，导通，D2截止。截止。VI137.5V，D1、D2均导通。均导通。 VO=25VVO=100VVI25V75V100V25V50V100V125VVO50V75V150V0137.559例：例：画出理想二极管电路的传输特性（画出理想二极管电路的传输特性（VoVI）。）。当当VI0时时D1截止截止D2导通导通0VIVO- - 5V+5V+5V- - 5V+2.5V- -2.
39、5V60UIIZIZmax UZ IZ稳稳压压误误差差曲线越陡，电曲线越陡，电压越稳定。压越稳定。UZ动态电阻：动态电阻：rz越小，稳压性能越好。越小，稳压性能越好。3.5.1 稳压二极管：稳压二极管：+-IZ3.5 特殊二极管特殊二极管61（4）稳定电流稳定电流IZ、最大、最小稳定电流、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗最大允许功耗稳压二极管的参数稳压二极管的参数: :（1 1）稳定电压）稳定电压 UZ（2）电压温度系数电压温度系数 U（%/） 稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影响的的系数。（3）动态电阻动态电阻62稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用
40、举例uoiZDZRiLiuiRL稳压管的技术参数稳压管的技术参数: :负载电阻负载电阻 。要求要求当输入电压由正常值发当输入电压由正常值发生生 20%20%波动时，负载电压基本不变。波动时，负载电压基本不变。解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为Izmax 。求求：电阻电阻R和输入电压和输入电压 u ui i 的正常值。的正常值。方程方程163令输入电压降到下限时，流过令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为稳压管的电流为I Iz zmin min 。方程方程2uoiZDZRiLiuiRL联立方程联立方程1、2，可解得：，可解得：643.5.2
41、 变容二极管：变容二极管：3.5.3 肖特基二极管：肖特基二极管： 二极管结电容的大小除了与二极管结电容的大小除了与本身结构和工艺有关外，还与外本身结构和工艺有关外，还与外加电压有关。结电容随反向电压加电压有关。结电容随反向电压的增加而减小，这种效应显著的的增加而减小，这种效应显著的二极管称为变容二极管。二极管称为变容二极管。 变容二极管在高频技术中应用较多。变容二极管在高频技术中应用较多。 iDvD肖特基肖特基二极管二极管普通二普通二极管极管 肖特基二极管是利用金属肖特基二极管是利用金属-N型半导体接触形成的二极管。型半导体接触形成的二极管。 门坎电压比普通二极管低。门坎电压比普通二极管低。
42、651、光电二极管：光电二极管：反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。IU照度增加照度增加3.5.4 光电子器件：光电子器件：662、发光二极管：发光二极管： 有正向电流流过时，发出一定波有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似。与一般二极管类似。3、激光二极管：、激光二极管： 激光二极管的物理结构是在发激光二极管的物理结构是在发光二极管的结间安置一层具有光光二极管的结间安置一层具有光活性的半导体，其端面经过抛光活性的半导体，其端面经过抛光后具有部分反射功能，因而形成后具有部分反射功能，因而形成一光谐振腔。在正向偏置的情况一光谐振腔。在正向偏置的情况下，下，LED结发射出光来并与光谐结发射出光来并与光谐振腔相互作用，从而进一步激励振腔相互作用，从而进一步激励结上发射出单波长的光，这种光结上发射出单波长的光，这种光的物理性质与材料有关。的物理性质与材料有关。 67
