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1、11 半导体半导体(semiconductor)的基本知识的基本知识2 PN结结(PNjunction)的形成及特性的形成及特性电子电子-空穴对空穴对杂质半导体杂质半导体2杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P P型半导体型半导体+N N型半导体型半导体3PN结结(PNjunction)的形成及特的形成及特性性P P型半导体型半导体N 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VD电位势垒电位势垒(barrior)4PN结的单向导电性结的单向导电性PN结的伏安特性结的伏安特性5PN结的单向导电性结的单向导电性63.3 半导体二极管半导体二极管3.3.1 半导体二
2、极管的结构 3.3.2 二极管的伏安特性 3.3.3 二极管的参数7 3.3.1 半导体二极管的结构 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。(1) 点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结面积小，结电容小，用于结电容小，用于检波和变频等高检波和变频等高频电路。不能承频电路。不能承受大的反向电压受大的反向电压和电流和电流.(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图例：2AP1 Imax=16mA， f最高=150MHz8(
3、3) 平面型二极管平面型二极管 往往用于集成往往用于集成电路制造工艺中。电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电于高频整流和开关电路中。路中。(2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，结面积大，极间电容大，用于极间电容大，用于工频大的电流整流工频大的电流整流电路。电路。(b)(b)面接触型面接触型(c)(c)平面型平面型(4) 二极管的代表符号二极管的代表符号9半导体二极管图片二极管的应用：利用其单向导电性，作为整流、滤二极管的应用：利用其单向导电性，作为整流、滤波、元件保护及开关元件。波、元件保护及开关元件。1011 3.3.2 二极管的伏安二极
4、管的伏安(V-I)特特性性二极管的伏安特性曲线可用下式表示二极管的伏安特性曲线可用下式表示硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V-I V-I 特性特性锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V-I V-I 特性特性正向特正向特性性反向特反向特性性反向击穿反向击穿特性特性123.3.3 二极管的参数二极管的参数(1) 最大整流电流最大整流电流IF(2) 反向击穿电压反向击穿电压VBR和和 最最大反向工作电压大反向工作电压VRM(3) 反向电流反向电流IR(4) 极间电容极间电容CJCB、 CD ）硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V-I V-I 特性特性IRIR最大正向平均电流13 (
5、a) 势垒电容势垒电容CB描述势垒区的空间电荷随电压变化而产生的电容效应。描述势垒区的空间电荷随电压变化而产生的电容效应。CB正比于正比于PN结的面积结的面积S， 反比于耗尽区厚度反比于耗尽区厚度 。势垒电容与结电阻并联，它只有在外加电压改变时才起作用，势垒电容与结电阻并联，它只有在外加电压改变时才起作用，特别是外加电压的频率越高特别是外加电压的频率越高CB的作用就越明显。在的作用就越明显。在PN结反向结反向偏置时作用更明显。利用这种特性可做成各种变容二极管。偏置时作用更明显。利用这种特性可做成各种变容二极管。14(b) 扩散电容扩散电容CD扩散电容示意图扩散电容示意图C为为CB与与CD并并联
6、的总效果。联的总效果。当当PN结处于正向偏置时，扩散运动使多数载流子穿过结处于正向偏置时，扩散运动使多数载流子穿过PN结，结，在对方区域在对方区域PN结附近有高于正常情况时的电荷累积。存储电结附近有高于正常情况时的电荷累积。存储电荷量的大小，取决于荷量的大小，取决于PN结上所加正向电压值的大小。离结越结上所加正向电压值的大小。离结越远，由于空穴与电子的复合，浓度将随之减小。远，由于空穴与电子的复合，浓度将随之减小。若外加正向电压有一增量若外加正向电压有一增量 V，则，则相应的空穴电子扩散运动在结相应的空穴电子扩散运动在结的附近产生一电荷增量的附近产生一电荷增量 Q，二者，二者之比之比 Q/ V
7、为扩散电容为扩散电容CD。153.4 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 简单二极管电路的图解分析方法 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法163.4.1 简单二极管电路的图解分析方法简单二极管电路的图解分析方法 二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V -I V -I 特性曲线。特性曲线。17例例3.4.1 电路如图所示，已知二极管的电
8、路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源特性曲线、电源VDD和电阻和电阻R，求二极管两端电压，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流和流过二极管的电流iD 。 解：由电路的解：由电路的KVLKVL方程，可得方程，可得 即即 是一条斜率为是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线的直线，称为负载线 Q的坐标值的坐标值VD，ID即为所求。即为所求。Q点称为电路的工作点点称为电路的工作点18 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V-I V-I 特性的建模特性的建模 将指数模型将指数模型 分段线性化，得到二极分段线性化，得到二极管特性的等效模型。管特
9、性的等效模型。（1 1理想模型理想模型 （a aV-IV-I特性特性 （b b代表符号代表符号 （c c正向偏置时的电路模型正向偏置时的电路模型 （d d反向偏置时的电路模型反向偏置时的电路模型当电源电压远高于二极管的管压降时用此模型。当电源电压远高于二极管的管压降时用此模型。19 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V-I V-I 特性的建模特性的建模（2 2恒压降模型恒压降模型（aV-I特性特性 （b电路模型电路模型 （3 3折线模型折线模型（aV-I特性特性 （b电路模型电路模型 vD 0.7V，当，当iD大于大于或接近或接近1mA时，
10、时，模型合模型合理，应理，应用最广。用最广。rD,Vth具具有随机性有随机性Vth20 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V-I V-I 特性的建模特性的建模（4 4小信号模型小信号模型vs =0 时时, Q点称为静态工作点点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。，反映直流时的工作状态。vs =Vmsin t 时时VmVT 。 （aV-I特性特性 （b电路模型电路模型24 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法2 2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（a电路图电路图 （bvs和和vO
11、的波形的波形252 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（2 2静态工作情况分析静态工作情况分析理想模型理想模型（R=10k ） 当当VDD=10V 时，时，恒压模型恒压模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）折线模型折线模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）设设当当VDD=1V 时，时，（自看）（自看）（a简单二极管电路简单二极管电路 （b习惯画法习惯画法 注意与上面结论有差别！注意与上面结论有差别！262 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（3 3限幅电路限幅电路 电路如图，电路如图，R = 1k，VREF = 3V，二极管为硅二极管。分别用理想模，二极管为硅二极管。分别用理想模型
12、和恒压降模型求解，当型和恒压降模型求解，当vI = 6sin t V时，绘出相应的输出电压时，绘出相应的输出电压vO的波形。的波形。 272 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（4 4开关电路开关电路B,0V-12vA,3VDADBFR解：解：VB截止。截止。DA称为嵌位二极管，称为嵌位二极管，DB隔离二极管。隔离二极管。电路如图所示，已知电路如图所示，已知VD=0.3V,求求VF。例例（5低电压稳压电路低电压稳压电路 （自学）（自学）利用的是二极管电流变化较大时其两端电压变化较小的原理。利用的是二极管电流变化较大时其两端电压变化较小的原理。282 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（
13、6 6小信号工作情况分析小信号工作情况分析图示电路中，图示电路中，VDD = 5V，R = 5k ，恒压降模型的，恒压降模型的VD=0.7V，vs = 0.1sinwt V。（。（1求输出电压求输出电压vO的交流量和总量；（的交流量和总量；（2绘出绘出vO的波形。的波形。 直流通路、交流通路、静态、动态等直流通路、交流通路、静态、动态等概念，在放大电路的分析中非常重要。概念，在放大电路的分析中非常重要。293.5 特殊二极管特殊二极管 3.5.1 稳压二极管齐纳二极管）1. 符号及稳压特性符号及稳压特性(a)符号符号(b) 伏安特性伏安特性 利用二极管反向击穿特性实利用二极管反向击穿特性实现稳
14、压。稳压二极管稳压时工作现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。在反向电击穿状态。管子的杂志浓度大，管子的杂志浓度大，空间电荷区的电荷空间电荷区的电荷密度大，空间电场密度大，空间电场强。强。30(1) 稳定电压稳定电压VZ(2) 动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作在规定的稳压管反向工作电流电流IZ下，所对应的反向工作下，所对应的反向工作电压。电压。rZ = VZ / IZ(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM PZM(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax IZmax 和最小稳定工作电流和最小稳定工作电流 IZminIZmin(5)稳定电压温度系数稳定电压
15、温度系数2. 稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数313. 稳压电路稳压电路R可在可在VI或或RL变化时，通过调变化时，通过调节自身压降而使节自身压降而使VO稳定。稳定。正常稳压时正常稳压时 VO =VZ# # 稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？IZmin IZ IZmax# # 不加不加不加不加R R可以吗？可以吗？可以吗？可以吗？# # 上述电路上述电路上述电路上述电路vIvI为正弦波，且幅值为正弦波，且幅值为正弦波，且幅值为正弦波，且幅值大于大于大于大于VZ VZ ， vO vO的波形是怎样的的波形是怎样的的波形是怎样的的波形是怎样的？RLIO IR VO
16、IZ IR VO 323.5.2 变容二极管变容二极管对数坐标在高频技术中应用较多。在高频技术中应用较多。例如：彩色电视中的电子调谐器，通过直流电压的控制改变例如：彩色电视中的电子调谐器，通过直流电压的控制改变二极管的结电容从而改变振荡频率，实现频道选择。二极管的结电容从而改变振荡频率，实现频道选择。课下请看例题：课下请看例题：3.5.1，掌握稳压管应用电路的计算。，掌握稳压管应用电路的计算。333.5.3 肖特基二极管肖特基二极管（a符号符号 （b正向正向V-I特性特性特点：特点：1、电容效应、电容效应非常小，适合非常小，适合高频和开关状高频和开关状态应用；态应用；2、正向导通、正向导通电压
17、低，反向电压低，反向击穿电压低。击穿电压低。343.5.4 光电子器件光电子器件1、光电二极管、光电二极管器件的器件的PN结工作在反向偏置状态，结工作在反向偏置状态，电流随光照强度的增加而上升。电流随光照强度的增加而上升。无光照无光照352、发光二极管、发光二极管发光二极管常做为发光二极管常做为显示器件，另一种显示器件，另一种重要用途是将电信重要用途是将电信号变为光信号，通号变为光信号，通过光缆传输，然后过光缆传输，然后再用光电二极管接再用光电二极管接收，再现电信号。收，再现电信号。362. 激光二极管激光二极管（a物理结构物理结构 （b符号符号 在小功率光电设备中得到广泛应用。如：计算机在小功率光电设备中得到广泛应用。如：计算机的光盘驱动器，激光打印机的打印头等的光盘驱动器，激光打印机的打印头等.37第三章第三章完毕完毕
