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1、n n1 1 绪论绪论绪论绪论n n2 2 运算放大器运算放大器运算放大器运算放大器n n3 3 二极管及其基本电路二极管及其基本电路二极管及其基本电路二极管及其基本电路n n4 4 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础n n5 5 场效应管放大电路场效应管放大电路场效应管放大电路场效应管放大电路n n6 6 模拟集成电路模拟集成电路模拟集成电路模拟集成电路n n7 7 反馈放大电路反馈放大电路反馈放大电路反馈放大电路n n8 8 功率放大电路功率放大电路功率放大电路功率放大电路n n9 9 信号处理与信号产生电路信号
2、处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路n n10 10 直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源第第3 3章章 二极管及其基本电路二极管及其基本电路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3.5特殊二极管特殊二极管一一导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属，金属一般都是导体。一般都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝
3、缘体，如橡皮，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。、陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：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，称为之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。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的导电机理不同于其它物质，所以它具有的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时，它的导电能当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入
4、某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力明显改变。二、二、本征半导体本征半导体1、本征半导体的结构特点、本征半导体的结构特点完全纯净的、结构完整的半导完全纯净的、结构完整的半导体晶体。体晶体。GeSi（1）硅）硅(Si)、锗、锗(Ge)原子的结构原子的结构+4在硅和锗晶体中，原子按四角形系统在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相邻的原子之间的顶点，每个原子与其相邻的原子之间形成形成共价键共价键，共用一对价电子。，共用一对价电子。共价键
5、中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，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为常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子自由电子，因此本征半，因此本征半导体中的自由电子很少，导电能力很弱。在绝对导体中的自由电子很少，导电能力很弱。在绝对0度度（T=0K）和没有外界激发时）和没有外界激发时,它的导电能力为它的导电能力为0，相当于绝，相当于绝缘体。缘体。形成共价键后，每个原子的最外层电子形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。使原子规则排是八个，构成稳定结构。使原子规则排列，形成晶体。列，形成晶体。+4+4+4+4二、二、本征半导
6、体本征半导体1、本征半导体的结构特点、本征半导体的结构特点（2）硅、锗原子的共价键结构）硅、锗原子的共价键结构共价键共用电子对共价键共用电子对+4+4+4+4自由电子自由电子空穴，空穴，一种带正电荷的粒子。电子和空穴统称为载流子载流子 二、二、本征半导体本征半导体2、本征半导体的导电机理、本征半导体的导电机理（1 1）载流子、自由电子和空穴）载流子、自由电子和空穴在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够在常温下，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，成为的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子自由电子。电子和空穴在外电场的作用下都将作定向运动，这种作定向电子和空穴在外电场的
7、作用下都将作定向运动，这种作定向运动电子和空穴（载流子）参与导电，形成本征半导体中的运动电子和空穴（载流子）参与导电，形成本征半导体中的电流。电流。（2 2）导电情况导电情况 +4+4+4+4二、二、本征半导体本征半导体2、本征半导体的导电机理、本征半导体的导电机理空穴运动的实质是共有电子依次填补空位的运动。 电子和空穴总是成对出现的电子和空穴总是成对出现的-本征激发。本征激发。电子和空穴也可以复合而消失。电子和空穴也可以复合而消失。本征半导体在外电场的作用下，形成两种电流本征半导体在外电场的作用下，形成两种电流-空穴空穴电流和电子电流，外电路的总电流等于两种电流的代数和。电流和电子电流，外电
8、路的总电流等于两种电流的代数和。电子电子-空穴对的数目对温度、光照十分敏感。空穴对的数目对温度、光照十分敏感。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。（3 3）结论结论 温度越高，载流子的浓度越高温度越高，载流子的浓度越高本征半导体的导电能力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因素，这越强。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。是半导体的一大特点。二、二、本征半导体本征半导体2、本征半导体的导电机理、本征半导体的导电机理三三、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，就会在本征半导体中掺入某
9、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大增加。杂半导体的某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，也空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。称为（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，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。也称为（电子半导体）。1、N 型半导体型半导体+4+4+5+4多余多余电子电子施主原子施主原子在硅或锗晶体中掺入少在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素的原子（磷或量的五价元素的原子（磷或锑）（
10、锑）（施主原子施主原子），取代晶），取代晶体点阵中的某些半导体原子，体点阵中的某些半导体原子，每个施主原子提供一个自由每个施主原子提供一个自由电子。电子。三三、杂质半导体杂质半导体（1 1）由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。）由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。（2 2）本征半导体中成对产生的电子和空穴。）本征半导体中成对产生的电子和空穴。自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为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）。）。N 型半导体中的载流子包括型半导体中的载流子包括N N型半导体的模型型半
11、导体的模型 +N 型半导体型半导体三三、杂质半导体杂质半导体1、N 型半导体型半导体+4+4+5+4（1）在本征半导体中掺入）在本征半导体中掺入三价元素的原子（受主杂三价元素的原子（受主杂质）而形成的半导体。质）而形成的半导体。（2）每一个三价元素的原子）每一个三价元素的原子提供一个空穴作为载流子。提供一个空穴作为载流子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子（3）P型半导体中空穴是多型半导体中空穴是多子，电子是少子子，电子是少子。2、P型半导体型半导体（4 4） P P型半导体的模型型半导体的模型 三三、杂质半导体杂质半导体（1）杂质半导体就整体来说还是呈电中性的。）杂质半导体就整体来说还是呈
12、电中性的。（2）杂质半导体中的少数载流子虽然浓度不高，但对温度、）杂质半导体中的少数载流子虽然浓度不高，但对温度、光照十分敏感。光照十分敏感。（3）杂质半导体中的少数载流子浓度比相同温度下的本征）杂质半导体中的少数载流子浓度比相同温度下的本征半导体中载流子浓度小得多。半导体中载流子浓度小得多。3、说明、说明三三、杂质半导体杂质半导体1、漂移电流、漂移电流载流子在电场作用下有规则的运动载流子在电场作用下有规则的运动-漂移运动漂移运动形成的电流形成的电流-漂移电流漂移电流2、扩散电流扩散电流载载流流子子由由于于浓浓度度的的不不均均匀匀而而从从浓浓度度大大的的地地方方向向浓浓度度小小的的地地方方扩散
13、所形成的电流。扩散所形成的电流。3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性漂移电流与扩散电流漂移电流与扩散电流 一、一、PN 结的形成结的形成3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性+1、PN结的形成在同一半导体基片上，形成在同一半导体基片上，形成P 和和N 型半导体型半导体载流子浓度差载流子浓度差扩散扩散内电场内电场E漂移漂移扩散电流扩散电流漂移电流漂移电流动态平衡动态平衡阻碍阻碍E空间电荷区空间电荷区扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动2、说明（1）空间电荷区（耗尽层、势垒区、高阻区）内几乎没有载流子，其厚度约为0.5。（2）内电场的大小： 对硅半导体：VD0.60.8V， 对锗半导体：VD0.
14、20.4V（3）当两边的掺杂浓度相等时，PN结是对称的。当两边的掺杂浓度不等时，PN结不对称。（4）从宏观上看，自由状态下，PN结中无电流。 一、一、PN 结的形成结的形成E+_R1 1、PN结正向偏置结正向偏置内电场内电场外电场外电场二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性+空间电荷区空间电荷区变薄变薄正向电流正向电流多子的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。多子的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。P区加正、区加正、N区加负电压。区加负电压。E+_R2 2、PN结反向偏置结反向偏置内电场内电场二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性+空间电荷区空间电荷区P区加负、区加负、N区加电压正。区加电压
15、正。变厚变厚外电场外电场多子的扩散受抑制。少子的漂移加强，但少子数量多子的扩散受抑制。少子的漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。有限，只能形成较小的反向电流。3 3、小结小结 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。反向漂移电流。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。二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性4.PN 4.PN 结伏安特性结伏安特性iD(mA)V(v)T1T2T1T2二
16、、二、PN结的单向导电性结的单向导电性其中其中: :PNPN结的伏安特性结的伏安特性I IS S 反向饱和电流反向饱和电流V VT T 温度的电压当量温度的电压当量且在常温下且在常温下( (T T=300K=300K）: :4.PN 4.PN 结伏安特性结伏安特性二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性如果加到如果加到PN结两端的反向电压增加到一定数值时，反向结两端的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然增加，这个现象就称为电流突然增加，这个现象就称为PN结的反向击穿（电击结的反向击穿（电击穿）。穿）。1.雪崩击穿雪崩击穿随着反向电压的增大，阻挡层内部的电场增强，阻挡层中载流子的漂移速度相应加
17、快，致使动能加大。当反向电压增大到一定数值时，载流子获得的动能足以把束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子空穴对。新产生的载流子在强电场作用下，再去碰撞其它中性原子，又产生新的自由电子空穴对。如此连锁反应使得阻挡层中载流子的数量急剧增多，因而流过PN结的反向电流也就急剧增大。因增长速度极快，象雪崩一样，所以将这种碰撞电离称为雪崩击穿(Avalanche Multiplication )三、三、PN结的反向击穿结的反向击穿2.齐纳击穿齐纳击穿三、三、PN结的反向击穿结的反向击穿 当PN结两边的掺杂浓度很高时，阻挡层将变得很薄。在这种阻挡层内，载流子与中性原子相碰撞的机会极小，因而不容易发生
18、碰撞电离。但是，在这种阻挡层内，加上不大的反向电压，就能建立很强的电场(例如加上1V反向电压时，阻挡层内的场强可达2.5X105Vcm)，足以把阻挡层内中性原子的价电子直接从共价键中拉出来，产生自由电子-空穴对，这个过程称为场致激发。场致激发能够产生大量的载流子，使PN结的反向电流剧增，呈现反向击穿现象。这种击穿称为齐纳击穿(Zener Break down) 一般而言，击穿电压在6V以下的属于齐纳击穿，6V以上的主要是雪崩击穿 热击穿：如果反向电流和反向电压的乘积超过了PN结容许的耗散功率，则PN结会因为热量散不出去而造成温度上升，直到过热而烧毁，这种现象就是热击穿。三、三、PN结的反向击穿
19、结的反向击穿热击穿热击穿不可逆不可逆 雪崩击穿雪崩击穿 齐纳击穿齐纳击穿 电击穿电击穿可逆可逆(1) (1) 扩散电容扩散电容C CD D扩散电容示意图扩散电容示意图四、四、PN结的电容效应结的电容效应 (2) (2) 势垒电容势垒电容C CB B四、四、PN结的电容效应结的电容效应3.3 3.3 二极管二极管1、基本结构、基本结构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，就成为半导体二极管。PN（1 1）二极管的电路符号：）二极管的电路符号：按用途分：整流二极管，检波二极管，稳压二极管，。按材料分：硅二极管，锗二极管。 （2 2）分类）分类按结构分：点接触型，面结合型，平面
20、型。1、基本结构、基本结构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，就成为半导体二极管。PN（1 1）二极管的电路符号：）二极管的电路符号：按用途分：整流二极管，检波二极管，稳压二极管，。按材料分：硅二极管，锗二极管。 （2 2）分类）分类按结构分：点接触型，面结合型，平面型。面接触型：面接触型：PN结面积大，结面积大，用于工频大电流整流。用于工频大电流整流。3.3 3.3 二极管二极管1、基本结构、基本结构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，就成为半导体二极管。PN（1 1）二极管的电路符号：）二极管的电路符号：按用途分：整流二极管，检波二极管，稳压
21、二极管，。按材料分：硅二极管，锗二极管。 （2 2）分类）分类按结构分：点接触型，面结合型，平面型。平面型：平面型：用于集成电路制造艺中。用于集成电路制造艺中。PN结面积结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。可大可小，用于高频整流和开关电路中。3.3 3.3 二极管二极管（3）半导体二极管图片1、基本结构、基本结构3.3 3.3 二极管二极管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锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V V- -I I 特性特性硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V V- -I I 特性特性3.3 3.3 二极管二极管2.二极管的二极管的V-
22、I特性特性2.二极管的二极管的V-I特性特性（1）正向特性 此时加于二极管的正向电压不大，流过管子的电流相对来说却很大，因此管子呈现的正向电阻很小。 门坎电压Vth（在正向电压的起始部分，由于正向电压较小，外电场还不足以克服PN结的内电场，因而这时的正向电压几乎为零，二极管呈现出一个大电阻，好像有一个门坎）硅管的Vth 约为0.5V，锗管的Vth 约为0.1V 当正向电压大于Vth时，内电场大为削弱，电流因而迅速增长，二极管正向导通。硅管的正向导通压降约为0.7V，锗管约为0.2V3.3 3.3 二极管二极管正向偏置电压需要达到一定的数值电流才开始显著上升，这个电压称为门限电压或接通电压，硅管
23、的Vth 约为0.5V，锗管的Vth 约为0.1V。2.二极管的二极管的V-I特性特性（2）反向特性P型半导体中的少数载流子电子，和N型半导体的少数载流子空穴，在反向电压的作用下很容易通过PN结，形成反向饱和电流。但由于少数载流子的数目很少，所以反向电流是很小的。一般硅管的反向电流比锗管的小得多。温度升高时，半导体受热激发，少数载流子数目增加，反向电流将随之明显增加。3.3 3.3 二极管二极管反向电压大到一定值以后反向电流几乎不随电压的增加而增加。这时的电流反向饱和电流（IS）。它主要与环境温度有关（TIS）。2.二极管的二极管的V-I特性特性（3）反向击穿特性当增加反向电压时，因在一定温度
24、条件下，少数载流子的数目有限，故起始一段反向电流没有多大的变化，当反向电压增加到一定大小（VBR）时，反向电流剧增，这叫做二极管的反向击穿，实际上就是PN结的反向击穿。3.3 3.3 二极管二极管反向电压继续增加到一定值以后，反向电流开始剧烈增加。这时二管被击穿。雪崩击穿通常发生在耗尽层的宽度较大的情况下，出现碰撞电离，产生电子的倍增效应。齐纳击穿通常发生在耗尽层的宽度很小的情况下，出现场致激发。热击穿（4）温度对二极管特性的影响 T正向特性曲线左移，反向特性曲线下移。 UI2.二极管的二极管的V-I特性特性3.3 3.3 二极管二极管 2.二极管的二极管的V-I特性特性UI死区电压死区电压硅
25、管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。导通压降导通压降: : 硅硅管约为管约为0.7V,锗管约为锗管约为0.2V。反向击穿反向击穿电压电压UBR3.3 3.3 二极管二极管其中其中IS反向饱和电流反向饱和电流UT温度的电压当量温度的电压当量且在常温下（且在常温下（T=300K）3、伏安公式、伏安公式当二极管反偏时：当二极管反偏时：U-26mv时时I-IS（反向饱和电流）（反向饱和电流）当二极管零偏时：当二极管零偏时：U=0I=0当二极管正偏时：当二极管正偏时：U26mv时时3.3 3.3 二极管二极管UI（1）最大整流电流最大整流电流IF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
26、期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。（2）反向击穿电压反向击穿电压UBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管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。手册上给出的最高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工作电压反向工作电压UBRM一般是一般是UBR的一半。的一半。4、主要参数、主要参数（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。反向电说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越
27、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，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。3.3 3.3 二极管二极管（4）交流电阻交流电阻 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处切线斜率的倒数。处切线斜率的倒数。即即根据根据得得Q点处的交流电导点处的交流电导则则常温下（常温下（T=300K）3.3 3.3 二极管二极管4、主要参数、主要参数（
28、5）直流电阻直流电阻 RDuDiDIDUDQ注意：工作点不同，直流电阻不同！注意：工作点不同，直流电阻不同！3.3 3.3 二极管二极管4、主要参数、主要参数（6）二极管的极间电容二极管的极间电容势垒电容势垒电容CB：当电压当电压变化时，引起积累在势垒变化时，引起积累在势垒区的空间电荷的变化区的空间电荷的变化势垒电容势垒电容势垒电容CB大小与PN结的面积S成正比，与空间电荷区的宽度成反比，与半导体材料的介电系数有关，与外加电压的大小有关。大小：大小：0.5100PF 4、主要参数、主要参数3.3 3.3 二极管二极管扩散电容扩散电容CD：为了形为了形成正向电流（扩散电流）成正向电流（扩散电流）
29、，注入，注入P 区的少子（电子）区的少子（电子）在在P 区有浓度差，越靠区有浓度差，越靠近近PN结浓度越大，即在结浓度越大，即在P 区有电子的积累。同理，区有电子的积累。同理，在在N区有空穴的积累。正区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷向电流大，积累的电荷多。多。这样所产生的电容这样所产生的电容就是扩散电容就是扩散电容CD。（6）二极管的极间电容二极管的极间电容大小与正向电流大小与正向电流I成正比，大约为几成正比，大约为几+PF0.01F。4、主要参数、主要参数3.3 3.3 二极管二极管势垒电容势垒电容CB在正向和反向偏置时均不能忽略。在正向和反向偏置时均不能忽略。扩散电容扩散电容C CD
30、 D在反向偏置时，由于载流子数目很少，因此反在反向偏置时，由于载流子数目很少，因此反向偏置时扩散电容很小，一般可以忽略向偏置时扩散电容很小，一般可以忽略当当PNPN结处于正向偏置时，结电容较大，主要决定于结处于正向偏置时，结电容较大，主要决定于C CD D；当；当当当PNPN结处于反向偏置时，此时结电容较小，主要决定于结处于反向偏置时，此时结电容较小，主要决定于C CB B。PNPN结的总电容：结的总电容：C CJ J=C=CB B+C+CD D（6）二极管的极间电容二极管的极间电容4、主要参数、主要参数3.3 3.3 二极管二极管(7)(7)反向恢复时间反向恢复时间TRRTRR4、主要参数、
31、主要参数3.3 3.3 二极管二极管由于由于PNPN结电容的存在，当二极管外加电压极性翻转时，结电容的存在，当二极管外加电压极性翻转时，其原工作状态不能在瞬间完全随之变化。其原工作状态不能在瞬间完全随之变化。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 3.4.1 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 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3.4.1 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，相对来说比般要采用非
32、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是已知二极管的V V - -I I 特性曲线。特性曲线。例例3.4.1 电路如图所示，已知二极管的电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源特性曲线、电源VDD和和电阻电阻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，称为的直线，称为负载负载线线 Q的坐标值（的坐标值（VD，ID）即为所求。）即为所求。Q点称为电路的点称为电
33、路的工作点工作点 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 V- -I 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。管特性的等效模型。（1 1）理想模型）理想模型 （a a）V V- -I 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（1 1）理想模型）理想模型 （a a）V V- -I 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
34、 （d d）反向偏置时的电路模型）反向偏置时的电路模型在正向偏置时，其管压降为0V，而当二极管处于反向偏置时，认为它的电阻为无穷大，电流为零。在实际的电路中，当电源电压远比二极管的管压降大时，利用此法来近似分析是可行的。 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 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 V- -I I 特性的建模特性的建模（2 2）恒压降模型）恒压降模型（a）V-I特性特性（b）电路模型）电路模型（3 3）折线模型）折线模型（a）V-I特性特性（b）电路模型）电路模型 当二极管导通后，其管压降认为是
35、恒定的，且不随电流而变，典型值为07V。不过，这只有当二极管的电流近似等于或大于1 mA时才是正确的。该模型提供了合理的近似，因此应用也较广。（2 2）恒压降模型）恒压降模型（a）V-I特性特性（b）电路模型）电路模型 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（3 3）折线模型）折线模型（a）V-I特性特性（b）电路模型）电路模型 折线模型认为二极管的管压降不是恒定的，而是随着通过二极管电流的增加而增加，所以在模型中用一个电池和一个电阻rD来作进一步的近似。其中电池的电压为二极管的门坎电压Vth或者说导通电压VD(on)。rD的值，可以这样来确定，如当二极管的导通电
36、流为1mA时，管压降为07V则：rD=（07 V-05 V）/（1mA）=200 Vth和rD的值不是固定不变的。 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 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 V- -I 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。（a）V-I特性特性（b）电路模型）电路模型 小信号电路模型受到V足够小的限制。工程上，限定|V|IZ(min)，能正
37、，能正常工作；当常工作；当VI=10+1=11V时，时，IZ=15.78mA。稳压管的电流。稳压管的电流变化为变化为输出电压变化为输出电压变化为由此看出，输入电压由此看出，输入电压VI变化变化2V（911V）时，输出电压）时，输出电压Vo只只变化了变化了0.20V，稳压特性明显。，稳压特性明显。3.5.1 齐纳二极管齐纳二极管例例3.5.2设设计计一一稳稳压压电电路路，作作为为汽汽车车用用收收音音机机的的供供电电电电源源。已已知知收收音音机机的的直直流流电电源源为为9V，音音量量最最大大时时需需供供给给的的功功率率为为0.5W。汽汽车车上的供电电源在上的供电电源在1213.6V之间波动。要求选
38、用合适的稳压管（之间波动。要求选用合适的稳压管（Iz（min）、Iz（max），VZ、PZM），以以及及合合适适的的限限流流电电阻阻（阻阻值、额定功率）。（本书例题中，取值、额定功率）。（本书例题中，取Iz（min）=5mA）3.5.1 齐纳二极管齐纳二极管解：依题意，稳压电路如图所示，解：依题意，稳压电路如图所示，VL=VZ。由于负载所消耗的功。由于负载所消耗的功率率PL=VLIL，所以负载电流的最大值所以负载电流的最大值选取限流电阻选取限流电阻R时，必须时，必须保证稳压管工作在反向击穿保证稳压管工作在反向击穿状态。状态。R太大可能使得太大可能使得Iz太小，太小，无法使稳压管反向击穿；无法使
39、稳压管反向击穿；R太小，可能使得太小，可能使得IZ太大，太大，烧坏稳压管。所以，在保证稳压管可靠击穿的情况下，尽可能选烧坏稳压管。所以，在保证稳压管可靠击穿的情况下，尽可能选择较大的择较大的R阻值。根据电路，可得到限流电阻阻值。根据电路，可得到限流电阻R的关系式的关系式3.5.1 齐纳二极管齐纳二极管考虑最坏情况，即当输入电压最小，负载电流最大，考虑最坏情况，即当输入电压最小，负载电流最大，R的最的最大值必须保证稳压管中的电流大于大值必须保证稳压管中的电流大于IZ(min)，即，即一般稳压管的一般稳压管的IZ(min)为几毫安，比为几毫安，比IZT略小。这里若取略小。这里若取IZ(min)=5
40、mA，则，则R的最大值为的最大值为R的取值将直接影响稳压管的最大电流的取值将直接影响稳压管的最大电流IZ(max)。取电阻标称值。取电阻标称值R=47，考虑最坏情况，当输入电压最大，负载电流最小，考虑最坏情况，当输入电压最大，负载电流最小IL=0,即负载开路，原本流过负载的电流将全部流经稳压管，即负载开路，原本流过负载的电流将全部流经稳压管，此时此时IZ的最大值为的最大值为3.5.1 齐纳二极管齐纳二极管稳压值稳压值VZ=9V，最大耗散功率，最大耗散功率PZM=VZIZ(max)=9V*98mA=882mW=0.882W，当当VI=VI（max），），且为满负荷情况下，且为满负荷情况下，R上所
41、消耗的功率为上所消耗的功率为综上所述，稳压管的选取应为：稳压值等于综上所述，稳压管的选取应为：稳压值等于9V，最小电流小，最小电流小于于5mA,最大电流大于最大电流大于98mA，最大耗散功率大于，最大耗散功率大于0.882W.电阻的选取为：阻值等于电阻的选取为：阻值等于47，额定功率大于，额定功率大于0.45W。为安全可靠起见，限流电阻以选用为安全可靠起见，限流电阻以选用47、1W的电阻为宜。的电阻为宜。3.5.1 齐纳二极管齐纳二极管3.5.2 变容二极管变容二极管（a）符号）符号（b）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）特点：工作于反向状态，结电容（
42、主要是特点：工作于反向状态，结电容（主要是势垒电容）随反向电压的增加而减少。势垒电容）随反向电压的增加而减少。3.5.3 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3.5.4 光电子器件光电子器件1.光电二极管光电二极管（a）符号）符号（b）电路模型）电路模型（c）特性曲线）特性曲线反向电流随光照强度的增加反向电流随光照强度的增加而上升，工作于反向状态而上升，工作于反向状态。3.5.4 光电子器件光电子器件2.发光二极管发光二极管符号符号光电传输系统光电传输系统有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，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从红外到可见波段的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似。它的电特性与一般二极管类似。3.5.4 光电子器件光电子器件3.激光二极管激光二极管（a）物理结构）物理结构（b）符号）符号在发光二极管的结间安置一层具有光活性的半导体，其端在发光二极管的结间安置一层具有光活性的半导体，其端面经过抛光后具有部分反射功能，因而形成一光谐振腔。面经过抛光后具有部分反射功能，因而形成一光谐振腔。
