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1、模拟电路分析与实践第第 1 1 章章 半导体二极管半导体二极管及及其基本电路其基本电路1.1半导体的基础知识半导体的基础知识1.2半导体二极管半导体二极管1.3二极管电路的分析方法二极管电路的分析方法1.5特殊二极管特殊二极管小结小结1 1.4 4 半导体二极管的应用半导体二极管的应用模拟电路分析与实践1.1半导体的基础知识半导体的基础知识1.1.1本征半导体本征半导体1.1.2杂质半导体杂质半导体1.1.3PN结结模拟电路分析与实践一、常用半导体器件一、常用半导体器件模拟电路分析与实践自然界中很容易导电的物质称为导体，金属自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。一般都是导体。有的
2、物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。陶瓷、塑料和石英。另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。化物、氧化物等。半导体的电阻率为半导体的电阻率为10-3109cm。模拟电路分析与实践半导体的特点半导体的特点1.热敏性：半导体的导电能力与温度有关热敏性：半导体的导电能力与温度有关利用该特性可做成热敏电阻利用该特性可做成热敏电阻2.光敏性：半导体光照时，其导电能力增强。光敏性：半导体光照时，其导电能力增强。
3、利用这种特性，有些对光特别敏感的半导体利用这种特性，有些对光特别敏感的半导体可可做成光敏电阻做成光敏电阻3.掺杂性：在纯净的半导体材料中，掺杂微量杂质，掺杂性：在纯净的半导体材料中，掺杂微量杂质，其导电能力大大增强。其导电能力大大增强。利用该特性可做成半导体器件利用该特性可做成半导体器件模拟电路分析与实践1.种类种类半导体半导体P型半导体型半导体(空穴型）空穴型）杂质半导体杂质半导体N型半导体（电子型）型半导体（电子型）本征半导体本征半导体导电能力介导电能力介导电能力介导电能力介于导体和绝于导体和绝于导体和绝于导体和绝缘体之间的缘体之间的缘体之间的缘体之间的物质。物质。物质。物质。纯净且具有完
4、整晶纯净且具有完整晶纯净且具有完整晶纯净且具有完整晶体结构的半导体。体结构的半导体。体结构的半导体。体结构的半导体。如硅、锗单晶体。如硅、锗单晶体。如硅、锗单晶体。如硅、锗单晶体。模拟电路分析与实践硅硅( (锗锗) )的原子结构的原子结构简化简化模型模型惯性核惯性核价电子价电子( (束缚电子束缚电子) )1、半导体的原子结构、半导体的原子结构价电子价电子：最外层的最外层的电子受原子核的束电子受原子核的束缚最小，最为活跃缚最小，最为活跃，故称之为，故称之为价电子价电子。 最外层有几个最外层有几个价电子就叫几价元价电子就叫几价元素，半导体材料硅素，半导体材料硅和锗都是和锗都是四价元素四价元素。模拟
5、电路分析与实践2、本征半导体的晶体结构、本征半导体的晶体结构硅硅( (锗锗) )的共价键结构的共价键结构共价键共价键 相邻原子共有价电子所形成的束缚。相邻原子共有价电子所形成的束缚。共价键结构共价键结构每个价电每个价电子为两个相子为两个相邻原子核所邻原子核所共有。共有。在硅和锗晶体中，原子之间靠的很近，分属于每在硅和锗晶体中，原子之间靠的很近，分属于每个原子的价电子受到相邻原子的影响，而使价电子为个原子的价电子受到相邻原子的影响，而使价电子为两个原子所共有，每个原子与其相临的原子之间形成两个原子所共有，每个原子与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价电子。，共用一对价电子。模拟电路分析与
6、实践形成共价键后，每个原子形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳的最外层电子是八个，构成稳定结构。定结构。共价键有很强的结合力，共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。使原子规则排列，形成晶体。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，常温下束缚电子很难脱离共价键成为成为自由电子自由电子，因此本征半导体中的自由电子很，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。少，所以本征半导体的导电能力很弱。模拟电路分析与实践3、本征半导体的导电情况、本征半导体的导电情况在绝对在
7、绝对0度（度（T=0K）和没有外界激发时，）和没有外界激发时，价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中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粒子（即没有可以运动的带电粒子（即载流子载流子），它），它的导电能力为的导电能力为0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子自由电子，同时共价键上留下一个空位，称，同时共价键上留下一个空位，称为为空穴空穴。自自由由电电子子空空穴穴空穴空穴空穴可在共空穴可在共价键内移动价键内移动自由电子数自由电子数=
8、空穴数空穴数自由电子和空穴统称为载流子自由电子和空穴统称为载流子本征半导体的特点本征半导体的特点l导电方式导电方式SiSiSiSiSiSi电子电流电子电流空穴电流空穴电流共价健中的价共价健中的价电子在外电场电子在外电场的力的作用下的力的作用下挣脱共价键的挣脱共价键的束缚，沿与外束缚，沿与外电场方向相反电场方向相反方向填补空穴，方向填补空穴，就好像空穴沿就好像空穴沿与外电场方向与外电场方向相同的方向作相同的方向作定向运动，形定向运动，形成电流，这个成电流，这个电流称为空穴电流称为空穴电流。电流。外电场外电场所以，所以， 本征半导体中有两种电流：电子电流和空穴电流，本征半导体中有两种电流：电子电流
9、和空穴电流，他们的方向一致，总电流为电子电流与空穴电流之和。他们的方向一致，总电流为电子电流与空穴电流之和。在半导体上加电场时在半导体上加电场时模拟电路分析与实践本征激发：本征激发：本征激发：本征激发：复复复复合：合：合：合：自自由由电电子子和和空空穴穴在在运运动动中中相相遇遇重重新新结结合合成成对对消失的过程。消失的过程。漂漂漂漂移：移：移：移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位个空位(
10、 (空穴空穴) )的过程。的过程。载流子载流子载流子载流子 ：自由与动的自由与动的带电粒子带电粒子模拟电路分析与实践两种载流子两种载流子电子电子( (自由电子自由电子) )空穴空穴两种载流子的运动两种载流子的运动自由电子自由电子( (在共价键以外在共价键以外) )的运动的运动空穴空穴( (在共价键以内在共价键以内) )的运动的运动结论结论：1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少； 2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电； 3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关本征半导体导电能力弱，并与温度有关。模拟电路分析
11、与实践本征半导体中存在数量相等的两种载流本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。本征半导体的导电能力取决于载流子的本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。浓度。温度越高，载流子的浓度越高，因此本温度越高，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因素，这是半导体体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点的一大特点模拟电路分析与实践 本征半导体中电流的大小取本征半导体中电流的大小取决于决于自由电子和空穴的数量自由电子和空穴的数量，数，数量越多，电流越大。即本征半导量越多，电流
12、越大。即本征半导体的导电能力与载流子的数量有体的导电能力与载流子的数量有关，而当光照和加热时，载流子关，而当光照和加热时，载流子的数量都会增加，这就说明了光的数量都会增加，这就说明了光敏性和热敏性。敏性和热敏性。模拟电路分析与实践模拟电路分析与实践1.1.2杂质半导体杂质半导体（电子型半导体）（电子型半导体）在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就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。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种载流子浓度大其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。大增加。使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称使自由电子浓度大大增加的杂
13、质半导体称为为N型半导体型半导体（电子半导体），使空穴浓度大（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为大增加的杂质半导体称为P型半导体型半导体（空穴半（空穴半导体）。导体）。模拟电路分析与实践一、一、N型半导体型半导体在在在在本征半导体中掺入五价杂质元素，本征半导体中掺入五价杂质元素，本征半导体中掺入五价杂质元素，本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成例如磷，可形成例如磷，可形成例如磷，可形成 N N N N型半导体型半导体型半导体型半导体, , , ,也称也称也称也称电子型半电子型半电子型半电子型半导体导体导体导体。在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷在硅或锗晶体中掺入少量的五价
14、元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂（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，其中质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相临的半导体原子形成共价键，必定多四个与相临的半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，这样磷原子就成了不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。每个磷原子给出一个能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子。称为电子。称为施主原子施主原子。模拟电路分析与实践N型型+5+4+4+4+4+4施主原子施主原子自由电子自由
15、电子电子为电子为多多数载流数载流子子空穴为空穴为少少数载流数载流子子载流子数载流子数 电子数电子数掺杂后自由电子数掺杂后自由电子数掺杂后自由电子数掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导目大量增加，自由电子导目大量增加，自由电子导目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要电成为这种半导体的主要电成为这种半导体的主要电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导导电方式，称为电子半导导电方式，称为电子半导导电方式，称为电子半导体或体或体或体或N N型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素SiSiSiSip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可在常
16、温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）, ,形成杂质半导体。形成杂质半导体。形成杂质半导体。形成杂质半导体。 在在在在N N 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中自由电子自由电子自由电子自由电子是多数载流子（多子），空穴是多数载流子（多子），空穴是多数载流子（多子），空穴是多数载流子（多子），空穴是少数载流子（少子）。是少数载流子（少子）。是少数载流子（少子）。是少数载流子（少子）。模拟电路分析
17、与实践二、二、P型半导体（空穴型半导体）型半导体（空穴型半导体）P型型+3+4+4+4+4+4受主原子受主原子空穴空穴空穴空穴 多子多子电子电子 少子少子载流子数载流子数 空穴数空穴数往本征半导体中掺杂往本征半导体中掺杂三价杂质三价杂质硼形成的杂质半导体硼形成的杂质半导体, P, P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；主要由掺杂形成；电子是少数载流子，电子是少数载流子，由热激由热激发形成。发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子负离子。因而也称。因而也称为为受主杂质受主杂质。模拟电路分析与实践掺杂后空穴数目大掺杂后空穴
18、数目大掺杂后空穴数目大掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为量增加，空穴导电成为量增加，空穴导电成为量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电这种半导体的主要导电这种半导体的主要导电这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体方式，称为空穴半导体方式，称为空穴半导体方式，称为空穴半导体或或或或 P P型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素SiSiSiSi 在在在在P P型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中空穴是多空穴是多空穴是多空穴是多数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载流子。流子
19、。流子。流子。B硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴无论无论N型或型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。模拟电路分析与实践1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。2.2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与（a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度
20、、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有关。3.3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量（a.a.减少、减少、减少、减少、b.b.不变、不变、不变、不变、c.c.增多）。增多）。增多）。增多）。a ab bc c4.4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，PP型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是主要是主要是 ，NN型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是。 （a.a.电子电流、电子
21、电流、电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）空穴电流）空穴电流） b ba a模拟电路分析与实践模拟电路分析与实践1.1.3PN结结一、一、PN结结( (PNJunction) )的形成的形成模拟电路分析与实践载流子的两种运动载流子的两种运动扩散运动和漂移运动扩散运动和漂移运动扩散运动：电中性的半导体中，载流子从浓扩散运动：电中性的半导体中，载流子从浓度高的区域向浓度较低区域的运度高的区域向浓度较低区域的运动。动。漂移运动：在电场作用下，载流子有规则的漂移运动：在电场作用下，载流子有规则的定向运动。定向运动。多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓
22、度差PP型半导体型半导体型半导体型半导体NN型半导体型半导体型半导体型半导体内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间电荷区变薄。电荷区变薄。电荷区变薄。电荷区变薄。扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称PN结结扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移这一对相反的这一对相反的这一对相反的这一对相反的运动最终达到运动最终达到运动最终达到运动最终达到动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚
23、度固定不变。度固定不变。度固定不变。度固定不变。+形成空间电荷区形成空间电荷区产生了一个内电场，产生了一个内电场，电场的作用是阻碍电场的作用是阻碍多子的扩散促进少多子的扩散促进少子产生漂移子产生漂移此时产生了两种电流：此时产生了两种电流：扩散电流和漂移电流扩散电流和漂移电流模拟电路分析与实践模拟电路分析与实践3.继续扩散和漂移达到继续扩散和漂移达到动态平衡动态平衡扩散电流扩散电流等于漂移电流，等于漂移电流，通过界面的净载流子数为零，总电流通过界面的净载流子数为零，总电流I=0。此时形成的空间电荷区域称为此时形成的空间电荷区域称为PN结（耗尽结（耗尽层），又因为空间电荷区的内电场对扩散有阻挡层）
24、，又因为空间电荷区的内电场对扩散有阻挡作用，又称阻挡区或势垒区。作用，又称阻挡区或势垒区。因因浓浓度度差差多子产多子产生扩散生扩散运动运动(PN)形成空形成空间电荷间电荷区区(N(NP)P)形成内形成内电场电场(N(NP)P) 阻止多阻止多子扩散子扩散促使少子漂移（促使少子漂移（N NP P）动态动态平衡平衡模拟电路分析与实践二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性当外加电压时，当外加电压时，当外加电压时，当外加电压时，PNPNPNPN结就会显示单向导电性结就会显示单向导电性结就会显示单向导电性结就会显示单向导电性规定：规定：规定：规定：P P P P区接电源正，区接电源正，区接电源正，区接电
25、源正，N N N N区接电源负为区接电源负为区接电源负为区接电源负为PNPNPNPN结加结加结加结加正向正向正向正向电压电压电压电压N N N N区接电源正，区接电源正，区接电源正，区接电源正，P P P P区接电源负为区接电源负为区接电源负为区接电源负为PNPNPNPN结加结加结加结加反向反向反向反向电压电压电压电压单向导电性：单向导电性：PNPN结加结加反向反向电压时，电压时，截止截止。PNPN结加结加正向正向电压时，电压时，导通导通。模拟电路分析与实践1.PN1.PN结加正向电压结加正向电压结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）PN结变窄结变窄P接正、接
26、正、N接负接负外电场外电场IF内电场被削弱，内电场被削弱，多子的扩散加强，多子的扩散加强，形成较大的扩散形成较大的扩散电流。电流。扩散电流扩散电流远大于漂移电流，远大于漂移电流，可忽略漂移电流可忽略漂移电流的影响，的影响，PNPN结呈结呈现低阻性。其理现低阻性。其理想模型：开关闭想模型：开关闭合合PNPN结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结变窄，正向电流较大，正向结变窄，正向电流较大，正向结变窄，正向电流较大，正向结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，电阻较小，电阻较小，电阻较小，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。内电场
27、内电场PN+IF=I多子多子 I少子少子 I多子多子模拟电路分析与实践2. PN 2. PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场PP接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 内电场内电场内电场内电场P PN N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +模拟电路分析与实践PNPN结变宽结变宽结变宽结变宽2. PN 2. PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场外加的反向电压有一部外加的反向
28、电压有一部分降落在分降落在PNPN结区，方向结区，方向与与PNPN结内电场方向相同，结内电场方向相同，内电场对多子扩散运动内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时大大减小。此时PNPN结区结区的少子在内电场的作用的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大于下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散扩散电流，可忽略扩散电流，由于漂移电流是电流，由于漂移电流是少子形成的电流，故反少子形成的电流，故反向电流非常小，向电流非常小，PNPN结呈结呈现高阻性。现高阻性。IRPP接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高
29、少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PNPN结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，反向电阻较大，反向电阻较大，反向电阻较大，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +IR=I少子少子 0 PN PN结加反向电压时，呈现高电阻，具
30、有很小的反向结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。漂移电流。PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 PN PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；散电流；由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。模拟电路分析与实践伏安特性伏安特性Ou/VI/mA反反向向击击穿穿正正向向特特性性1.二极管加正向电压（正向偏二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负置，阳极接正、阴极接负）时，）时，二极管处于正向导通状态，二二极管处于正向
31、导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流极管正向电阻较小，正向电流较大。较大。2.二极管加反向电压（反向偏二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正置，阳极接负、阴极接正）时，）时，二极管处于反向截止状态，二二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流极管反向电阻较大，反向电流很小。很小。3. 3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。4. 4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。模拟电路分析与实践模拟电路分析与实践反向击穿类型：反向击穿类型：
32、电击穿电击穿热击穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因： 齐纳击穿齐纳击穿：( (Zener) )反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 ( (击穿电压击穿电压6V，正，正温度系数温度系数) )击穿电压在击穿电压在6V左右时，温度系数趋近零。左右时，温度系数趋近零。模拟电路分析与实践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构成：构成： PN结结+引线引线+管壳管壳=二极管二极管( (Diode) )符号：符号：A ( (anode) )C ( (cathode) )分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型
33、点接触型面接触型面接触型平面型平面型模拟电路分析与实践1.3.1 1.3.1 半导体二极管的结构类型半导体二极管的结构类型 在在PNPN结上加上引线和封装，就成为一个结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有二极管。二极管按结构分有点接触型、面接点接触型、面接触型和平面型触型和平面型三大类。它们的结构示意图如三大类。它们的结构示意图如图所示。图所示。模拟电路分析与实践(1)点接触型二极管点接触型二极管PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。(a)(a)点接触型结构图点接触型结构图 模拟电路分析与实践(c)(c)平面型平面型结构
34、图结构图 (3)平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造工往往用于集成电路制造工艺中。艺中。PN 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路中。于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管面接触型二极管 PN PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。(b)(b)面接触型面接触型结构图结构图正极正极引线引线负极负极引线引线集成电路中平面型集成电路中平面型PNP型支持衬底型支持衬底(1) (1) 正向特性正向特性硅硅二极管的死区电压约为：二极管的死区电压约为： Uth=0.5V左右左右，锗二极管的死区电压约为：锗二极管的死区电压约为：Uth
35、=0.1V左右。左右。 当当0UUth时，正向电流为零，时，正向电流为零，U Uthth称为死区称为死区电压或开启电压，管子截止。电压或开启电压，管子截止。 当当U U0 0即处于正向特性区域。正向区又分为两段：即处于正向特性区域。正向区又分为两段： 当当UUth时，开始出现正向电流，并按指数规时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。管子导通。律增长。管子导通。U/VU(2) (2) 反向特性反向特性当当U0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域： 当当UBRU0时，时，反向电流很小，且基本不随反向反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此
36、时的反向电流也称电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电反向饱和电流流IS ， IS0。管子截止。管子截止。 当当UUBR时，反向时，反向电流急剧增加，管子击电流急剧增加，管子击穿穿。UBR称为称为反向击穿反向击穿电压电压 。U/VUBR模拟电路分析与实践二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性正向特性Uth死区死区电压电压iD =0Uth=0.5V 0.1V( (硅管硅管) )( (锗管锗管) )U UthiD急剧上升急剧上升0 U UthUD(on)=(0.6 0.7)V硅管硅管0.7V(0.2 0.3)V锗管锗管0.3V反向特性反向特性ISU(BR)反反
37、向向击击穿穿U(BR) U 0iD=IS0.1 A( (硅硅) ) 几十几十 A ( (锗锗) )U 0时时:u20时时:一一.单相整流电路单相整流电路u2uLuD t 2 3 4 0模拟电路分析与实践主要参数：主要参数：IL= UL /RL =0.45 u2 / RL uL 2 0 t（2）输出电流平均值）输出电流平均值Io ：IL （1）输出电压平均）输出电压平均值值UL：（3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：uD 2 0 tURMID =ILURM=22u（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：IL 模拟电路分析与实践练一练练一练模拟电路分析与实践 3.
38、 .二极管限幅电路二极管限幅电路 限限幅幅电电路路也也称称为为削削波波电电路路，它它是是一一种种能能把把输输入入电电压压的的变变化化范范围围加加以以限限制制的的电电路路，常常用用于于波波形形变变换换和和整形。一个简单的上限幅电路如图整形。一个简单的上限幅电路如图(a)(a)所示。所示。模拟电路分析与实践E0时输出波形E=0时输出波形E0时输出波形工作原理工作原理模拟电路分析与实践模拟电路分析与实践3. 双向限幅电路模拟电路分析与实践2.全波整流电路全波整流电路+原理：原理：+变压器副边中变压器副边中心抽头，感应心抽头，感应出两个相等的出两个相等的电压电压u2当当u2正半周时，正半周时，D1导通
39、，导通，D2截止。截止。当当u2负半周时，负半周时，D2导通，导通，D1截止。截止。模拟电路分析与实践全波整流电压波形全波整流电压波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2模拟电路分析与实践uL 2 0 tIL= UL /RL =0.9 u2 / RL 主要参数：主要参数：（2）输出电流平均值）输出电流平均值IL ：（1）输出电压平均）输出电压平均值值UL：IL模拟电路分析与实践uD 2 0 t（3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：ID =IL/2（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：模拟电路分析与实践3.桥式整流电路桥式整流电路（1）组成：由四个二极管组
40、成桥路）组成：由四个二极管组成桥路u2正半周时正半周时: :D1 、D3导通导通， D2、D4截止截止+（2）工作原理：）工作原理：u2uL模拟电路分析与实践-+u2负半周时：负半周时：D2、D4 导通导通， D1 、D3截止截止u2uL输出电压平均值：输出电压平均值：UL=0.9u2输出电流平均值输出电流平均值:IL= UL/RL =0.9 u2 / RL 流过二极管的平均电流：流过二极管的平均电流：ID=IL/2u2uL（3）主要参数：）主要参数：二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：URM=22u五、二极管的简易测试五、二极管的简易测试 将将万万用用表表置置于于R R100
41、100或或R R1k()1k()挡挡（R R1 1挡挡电电流流太太大大, ,用用R R10k()10k()挡挡电电压太高压太高, ,都易损坏管子）。都易损坏管子）。将万用表的红黑表笔分别接二极管两端，将万用表的红黑表笔分别接二极管两端，若测得阻值小，再将红黑表笔对调测试，测得电阻值大，则表明二极管完好若测得阻值小，再将红黑表笔对调测试，测得电阻值大，则表明二极管完好且阻值小的那次测量中（导通）万用表黑表笔所连那端为正极（阳极），红且阻值小的那次测量中（导通）万用表黑表笔所连那端为正极（阳极），红表笔所连为二极管负极（阴极）；表笔所连为二极管负极（阴极）；若两次测量阻值都很小，则管子短路；都很大
42、时则管子断路，此两种情况管若两次测量阻值都很小，则管子短路；都很大时则管子断路，此两种情况管子都已损坏。子都已损坏。4. 4. 二极管电平选择电路二极管电平选择电路 一从多路输入信号中选出最低或最高电平的电路一从多路输入信号中选出最低或最高电平的电路。一种二极管低电平选择电路如图一种二极管低电平选择电路如图 (a)(a)所示。设两路所示。设两路输入信号输入信号u u1 1, ,u u2 2均小于均小于E E。若。若u u1 1 u u2 2，则，则V V1 1导通后将把导通后将把u uo o限制在低电平限制在低电平u u1 1上，使上，使V V2 2截止。反之，若截止。反之，若u u2 2 V
43、V阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB= 6V6V否则，否则，否则，否则， U UABAB低于低于低于低于6V6V一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为6.36.3或或或或6.7V6.7V例例1：取取取取 BB点作参考点，点作参考点，点作参考点，点作参考点，断开二极管，分析二断开二极管，分析二断开二极管，分析二断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电位。位。位。位。D6V1
44、2V3k BAUAB+两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取取取 BB点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极管，分析二极管阳极和阴极的电位。的电位。的电位。的电位。V V1 1阳阳阳阳 = =6V6V，V V2 2阳阳阳阳=0V=0V，V V1 1阴阴阴阴 =V V2 2阴阴阴阴=12V12VU UD1D1=6V=6V，U UD2D2=12V=12V U UD2D2U UD1D1 D D22优先导通，优先导通，优先导通，
45、优先导通， D D1 1截止。截止。截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB =0V=0V例例2:D D1 1承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为6V6V流过流过流过流过 D D2 2 的电流为的电流为的电流为的电流为求：求：求：求：U UABABBD16V12V3k AD2UAB+模拟电路分析与实践 2. 2.发光二极管（发光二极管（LEDLED） 发发光光二二极极管管是是一一种种将将电电能能转转换换为为光光能能的的半半导导体体器器件。件。 当当发发光光二二极
46、极管管正正偏偏时时，注注入入到到N N区区和和P P区区的的载载流流子子被被复复合合时时，会会发发出出可可见见光光和不可见光。和不可见光。模拟电路分析与实践发光二极管发光二极管当发光二极管外加当发光二极管外加正向电压，且正向电正向电压，且正向电流足够大时，发光二流足够大时，发光二极管发光。极管发光。正向电流越大亮度正向电流越大亮度越大。越大。发光二极管的外形结构和符号发光二极管的外形结构和符号模拟电路分析与实践模拟电路分析与实践光电二极管光电二极管 光电二极管是一种将光电二极管是一种将光能光能转换为电能转换为电能的半导体器件，的半导体器件，其结构与普通二极管相似，其结构与普通二极管相似，只是管
47、壳上留有一个能入射只是管壳上留有一个能入射光线的窗口。光线的窗口。 当当光电二极管反偏光电二极管反偏时，它时，它的反向电流随光照强度的增的反向电流随光照强度的增加而上升。加而上升。模拟电路分析与实践光电二极管光电二极管光电二极管的外形和符号光电二极管的外形和符号 光电二极管是远红外线接受管，它是利用光电二极管是远红外线接受管，它是利用PN结的光敏特结的光敏特性制成的将光能转换为电能的器件性制成的将光能转换为电能的器件模拟电路分析与实践返返回回光电二极管的伏安特性光电二极管的伏安特性模拟电路分析与实践 光电二极管加光电二极管加反向偏置时，光线反向偏置时，光线对反向电流的影响对反向电流的影响较大，
48、照度越大光较大，照度越大光电流越大。电流越大。 光电二极管加正光电二极管加正向偏置时，光线对正向偏置时，光线对正向电流的影响较小。向电流的影响较小。 光电二极管的这种特性广泛用于遥控、光电二极管的这种特性广泛用于遥控、报警、光电传感器中。报警、光电传感器中。返回返回模拟电路分析与实践模拟电路分析与实践稳压管的伏安特性及符号稳压管的伏安特性及符号稳稳压压二二极极管管的的电电路路符符号号及及伏伏安安特特性性曲曲线线如如图图所所示示。它它的的正正、反反向向特特性性与与普普通通二二极极管管基基本本相相同同。区区别别仅仅在在于于击击穿穿后后，特特性性曲曲线线更更加加陡陡峭峭，即即电电流流在在很很大大范范
49、围围内内变变化化时时( (I IZminZmin I I I IZmaxZmax) )，其其两两端电压几乎不变。端电压几乎不变。 模拟电路分析与实践稳压管动态电阻稳压管动态电阻 稳压管等效电路稳压管等效电路 模拟电路分析与实践模拟电路分析与实践模拟电路分析与实践模拟电路分析与实践5.稳定电压温度系数稳定电压温度系数CT一般，一般，UZ4V，CTV7V，CTV0( (为雪崩击穿为雪崩击穿) )具有正温度系数；具有正温度系数；4VUZ7V，CTV很小。很小。模拟电路分析与实践例题：稳压管的稳定电流是例题：稳压管的稳定电流是10mA，稳压值为，稳压值为6V，耗散，耗散功率为功率为200mW。试问：若
50、电源电压。试问：若电源电压E在在18V至至30V范围范围内变化，输出电压内变化，输出电压UO是否基本不变？稳压管是否安全？是否基本不变？稳压管是否安全？IZ=10mA模拟电路分析与实践补充：补充：选择二极管限流电阻选择二极管限流电阻步骤：步骤：1.设定工作电压设定工作电压( (如如0.7V；2V( (LED) )；UZ) )2.确定工作确定工作电流电流( (如如1mA；10mA；5mA) )3.根据欧姆定律求电阻根据欧姆定律求电阻R =(UI UD)/ID( (R 要选择标称值要选择标称值) )模拟电路分析与实践小小 结结第第 1 章章模拟电路分析与实践一、两种半导体和两种载流子一、两种半导体
51、和两种载流子两种载流两种载流子的运动子的运动电子电子 自由电子自由电子空穴空穴 价电子价电子两两种种半导体半导体N型型( (多电子多电子) )P型型 ( (多空穴多空穴) )二、二、二、二、二极管二极管1.1.特性特性特性特性单向单向导电导电导电导电正向电阻小正向电阻小( (理想为理想为0) )，反向电阻大反向电阻大( ( ) )。模拟电路分析与实践iDO uDU(BR)IFURM2.2.主要参数主要参数主要参数主要参数正向正向最大平均电流最大平均电流IF反向反向最大反向工作电压最大反向工作电压U(BR)( (超过则击穿超过则击穿) )反向饱和电流反向饱和电流IR( (IS) )( (受温度影
52、响受温度影响) )IS模拟电路分析与实践3.二极管的等效模型二极管的等效模型理想模型理想模型( (大信号状态采用大信号状态采用) )uDiD正偏导通正偏导通电压降为零电压降为零相当于理想开关闭合相当于理想开关闭合反偏截止反偏截止电流为零电流为零相当于理想开关断开相当于理想开关断开恒压降模型恒压降模型UD(on)正偏电压正偏电压 UD(on)时导通时导通等效为恒压源等效为恒压源UD(on)否则截止，相当于二极管支路断开否则截止，相当于二极管支路断开UD(on)=(0.6 0.8)V估算时取估算时取0.7V硅管：硅管：锗管：锗管：(0.1 0.3)V0.2V折线近似模型折线近似模型相当于有内阻的恒压源相当于有内阻的恒压源UD(on)模拟电路分析与实践4.二极管的应用二极管的应用限幅限幅整流整流5.特殊二极管特殊二极管工作条件工作条件主要用途主要用途稳压二极管稳压二极管反反偏偏稳稳压压发光二极管发光二极管正正偏偏发发光光光敏二极管光敏二极管反反偏偏光电转换光电转换
