模拟电子技术及应用

1、第1章 基本半导体分立器件 1.1 半导体的基本知识与半导体的基本知识与PN结结 1.2 半导体二极管半导体二极管 1.3 特殊二极管特殊二极管 1.4 半导体三极管半导体三极管 1.5 场效应晶体管场效应晶体管 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，金属一般都是导体。金属一般都是导体。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：另有一类物质的导电特性处于导体和另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为绝缘体之间，称为半导体半导体，如锗、硅、，如锗

2、、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。砷化镓和一些硫化物、氧化物等。1-1 半导体的基本知识及半导体的基本知识及PN结结什么是什么是半导体半导体?半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所以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：它具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。它的导电能力明显变化。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。1.1.掺杂性掺杂性2.2.热敏性和光敏性热敏性和光敏性1-1-1 1-1-1 本征半导体本征半导体（纯净和具

3、有晶体结构的半导体）（纯净和具有晶体结构的半导体）一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点GeGeSiSi现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，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。的最外层电子（价电子）都是四个。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，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的顶点，每个原子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形成与其相邻的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电子。电子。硅和锗的晶

4、硅和锗的晶体结构体结构：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程，可以将半导体制成晶体晶体。硅和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表示原表示原子外层原子外层原来有来有4 4个个电子电子共价键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自由电子由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，导电，因此本征半导体中的自由电子很少，导电能力很弱。能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是形成共价键后

5、，每个原子的最外层电子是八个，形成稳定结构。八个，形成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。则排列，形成晶体。+4+4+4+4二、本征半导体的导电机理二、本征半导体的导电机理在绝对在绝对0 0度（度（-273-273）和没有外界激发时）和没有外界激发时, ,价价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可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（即以运动的带电粒子（即载流子载流子），不能导电，相），不能导电，相当于绝缘体。当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键

6、的束缚，成为得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由自由电子电子，同时共价键上留下一个空位，称为，同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子（价电子）（价电子）2.2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4+4+4+4+4在外界因素的作用下，在外界因素的作用下，空穴吸引附近的电子空穴吸引附近的电子来填补，结果相当于来填补，结果相当于空穴的迁移，效果相空穴的迁移，效果相当于正电荷的移动，当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是因此可以认为空穴是载流子，能定向移动载流子，能定向移

7、动而形成电流。而形成电流。本征半导体中两种载流子的数量相等，称本征半导体中两种载流子的数量相等，称自由自由电子空穴对电子空穴对。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，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，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点大特点-半导体的半导体的热敏性热敏性。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

8、。 （2 2）空穴移动产生的电流。）空穴移动产生的电流。（在本征半导体中（在本征半导体中 自由电子和空穴成对出现，自由电子和空穴成对出现，同时又不断的复合）同时又不断的复合）1-1-2 1-1-2 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原子，在本征半导体中掺入某些微量的杂质原子，形成杂质半导体。杂质半导体的导电性能将发生形成杂质半导体。杂质半导体的导电性能将发生显著变化，其原因是掺杂半导体的某种载流子浓显著变化，其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。度大大增加。P 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，也称为空穴型半导体。称为

9、空穴型半导体。N 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，也称为电子型半导体。也称为电子型半导体。一、一、N N 型半导体型半导体在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的五价元素，如磷，晶体中的某些半导体量的五价元素，如磷，晶体中的某些半导体原子被杂质原子取代。由于磷原子的最外层原子被杂质原子取代。由于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，这个电子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子不受共价键的束缚，很容易被激发而成为子不受共

10、价键的束缚，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自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子；本征半导体电子和空穴成对出正电的离子；本征半导体电子和空穴成对出现的现象也被打破。现的现象也被打破。+4+4+4+4+5+5+4+4多余多余电子电子磷原子磷原子N N 型半导体中型半导体中的载流子有哪的载流子有哪些呢？些呢？（1 1）由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。）由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。（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。一般情况下，掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓一般情况下，掺杂浓度远大于本征半导体中载流子

11、浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。在度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。在N N型半型半导体中，自由电子称为导体中，自由电子称为多数载流子多数载流子（多子多子），空穴称），空穴称为为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。二、二、P P 型半导体型半导体在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质原子取代。硼原子的最外层有三导体原子被杂质原子取代。硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，半导体原子形成共价键时，产生一个空穴

12、。这个空穴产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。的带负电的离子。+4+4+4+4+3+3+4+4空穴空穴硼原子硼原子P P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。三、杂质半导体的示意图三、杂质半导体的示意图P P 型半导体型半导体+N N 型半导体型半导体小小 结结2.N2.N型半导体：电子是多子，其中大部分是掺杂提供型半导体：电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子；空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，的电子；空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主

13、要是多子由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近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。3.P3.P型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。1. 1. 本征半导体中受激（热激发即本征激发）产本征半导体中受激（热激发即本征激发）产生的电子和空穴成对出现，数量很少。生的电子和空穴成对出现，数量很少。4.4.杂质半导体：多子数（多子浓度）主要由掺杂浓杂质半导体：多子数（多子浓度）主要由掺杂浓度决定，受温度影响较小；而少子（少子浓度）主度决定，受温度影响较小；而少子（少子浓度）主要由本征激发决定，所以受温度影响较大。要由本征激发决定，所以受温度影响较大。1-1

14、-3 PN 1-1-3 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 P 型半导体和型半导体和N N 型半导体，经过载流型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成子的扩散，在它们的交界面处就形成了了PN PN 结。结。P P 型半型半导体导体N N 型半型半导体导体+扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动扩散的结果是使空间电荷区扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。逐渐加宽。内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动越强。越强。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。内电场内电场E E漂移运动漂移运动P P型半导体型半导体N N 型半导体型半导体+扩

15、散运动扩散运动内电场内电场E E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，空间电荷区的厚度固定不变。个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。1.1.空间电荷区中没有多数载流子。空间电荷区中没有多数载流子。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 P区区中的空穴和中的空穴和N 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（扩扩散运动散运动）。）。3.3.P P 区中的电子和区中的电子和N N 区中的空穴（区中的空穴（都是少子都是少子）数量有限，因此由它们形成的电流很小

16、。数量有限，因此由它们形成的电流很小。小结小结(1) 加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场外电场削弱内电场 耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子多子扩散形成正向电流（与外电场方向一致）扩散形成正向电流（与外电场方向一致）I I F F+P型半导体+N型半导体+WER空间电荷区内电场E正向电流正向电流 1-1-4 1-1-4 PN PN 结的单向导电性结的单向导电性(2) (2) 加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接N N区，负极接区，负极接P

17、 P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场外电场加强内电场耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I R R+内电场+E+EW+空 间 电 荷 区+R+IRP PN N在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故I IR R基本上与外加基本上与外加反压的大小无关，所以称为反压的大小无关，所以称为反向饱和电流反向饱和电流。 PN PN结加正向电压时，可以有较大的结加正向电压时，可以有较大的正向扩散电流，即呈现低电阻，正向扩散电流，即呈

18、现低电阻， 我们称我们称PNPN结导通；结导通； PNPN结加反向电压时，只有很小的反结加反向电压时，只有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，向漂移电流，呈现高电阻， 我们称我们称PNPN结结截止。截止。 这就是这就是PNPN结的单向导电性。结的单向导电性。本次课小结本次课小结 1 1、半导体与金属导电的不同（载流子）。、半导体与金属导电的不同（载流子）。 2 2、半导体的三大特性。、半导体的三大特性。 3 3、本征半导体、热（本征）激发。、本征半导体、热（本征）激发。 4 4、掺杂半导体、多子和少子。、掺杂半导体、多子和少子。 5 5、PNPN结的形成。结的形成。 6 6、PNPN结的单向导电性

19、。结的单向导电性。作业：作业：P.5. 1.1.3P.5. 1.1.3P.8. 1.2.1 1.2.2 1.2.3P.8. 1.2.1 1.2.2 1.2.31-2半导体二极管半导体二极管1-2-1 1-2-1 半导体二极管的基本结构半导体二极管的基本结构PN 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。引线（管脚）引线（管脚）外壳外壳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PN二极管的电路符号：二极管的电路符号：阳极阳极a+阴极阴极k-1-2-2 1-2-2 伏安特性伏安特性反向击穿反向击穿电压电压UBR死区电压，硅管约死区电压，硅管

20、约0.5V,0.5V,锗管约锗管约0.2V0.2V导通压降导通压降: : 硅管硅管0.60.60 0.8V,.8V,锗锗管管0.2 0.2 0.4V0.4V。反向饱和漏电流反向饱和漏电流V(V)I(mA)(A)二极管的反向击穿简介二极管的反向击穿简介1-2-3 1-2-3 主要参数主要参数1. 1. 最大整流电流最大整流电流 I IDMDM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。正向平均电流。3. 3. 反向击穿电压反向击穿电压V VBRBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流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

21、被破坏，甚至过热剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压V VBWMBWM一一般是般是V VBRBR的一半。的一半。2. 2. 反向工作峰值电压反向工作峰值电压V VBWMBWM保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。4. 4. 反向电流反向电流 I IR R指二极管加反向峰值工作电压时的反向电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。反向电流受差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高

22、反向电流越大。硅温度的影响，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。硅管大几十到几百倍。5. 微变电阻微变电阻 rDiDv vDIDVDQ iD v vDrD 是二极管特性曲线上工是二极管特性曲线上工作点作点Q 附近电压的变化量附近电压的变化量与电流的变化量之比：与电流的变化量之比：DDDivr显然，显然，rD是对是对Q附近的微小附近的微小变化区域内的电阻。变化区域内的电阻。6. 二极管的极间电容二极管的极间电容（结电容）（结电容）* *二极管的两极间存在电容效应，对应的等效电容二极管的两极间存在电容效应，对应的等效电

23、容由两部分组成：由两部分组成：势垒电容势垒电容CB和和扩散电容扩散电容CD。*势垒电容：势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是现出的电容是势垒电容势垒电容。电容效应：当外加电压发生变化时，耗尽层电容效应：当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度将随之改变，即的宽度将随之改变，即PNPN结中存储的电荷量结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。要随之变化，就像电容充放电一样。 当外加正向电压不当外加正向电压不同时，同时，PNPN结两侧堆积

24、结两侧堆积的少子的数量及浓度的少子的数量及浓度梯度也不同梯度也不同( (相当于电相当于电容的充放电容的充放电) )。+NPpLx浓浓度度分分布布耗耗尽尽层层NP区区区区中中空空穴穴区区中中电电子子区区浓浓度度分分布布nL电容效应在交流信号作用下才会表现出来。电容效应在交流信号作用下才会表现出来。扩散电容：扩散电容：为了形成正向为了形成正向电流（扩散电流），注入电流（扩散电流），注入P P 区的电子在区的电子在P P 区有浓度差，区有浓度差，越靠近越靠近PNPN结浓度越大，即结浓度越大，即在在P P 区有电子的积累。同区有电子的积累。同理，在理，在N N区有空穴的积累。区有空穴的积累。势垒电容在

25、正偏和反偏时均不能忽略。而反向偏置势垒电容在正偏和反偏时均不能忽略。而反向偏置时，由于少数载流子数目很少，可忽略扩散电容。时，由于少数载流子数目很少，可忽略扩散电容。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rd 从二极管的主要参数从二极管的主要参数中可得出中可得出二极管单向导电性失二极管单向导电性失败的场合及原因败的场合及原因 1 1、正向偏压太低。（不足以克服死区、正向偏压太低。（不足以克服死区电压）电压） 2 2、正向电流太大。（会使、正向电流太大。（会使PNPN结温度过结温度过高烧毁）高烧毁） 3 3、反向偏压太高。

26、（造成反向击穿）、反向偏压太高。（造成反向击穿） 4 4、工作频率太高。（使结电容容抗下、工作频率太高。（使结电容容抗下降而反向不截止）降而反向不截止）实际二极管：实际二极管：死区电压死区电压 0.5V0.5V，正向压降，正向压降 0.7V(0.7V(硅二极管硅二极管) )理想二极管：理想二极管：死区电压死区电压=0 =0 ，正向压降，正向压降=0=0 RLuiuouiuott二极管的应用举例二极管的应用举例1 1：二极管半波整流二极管半波整流实际应用中利用二极管的单向导电性，典型应用有整流、限幅、保护等。实际应用中利用二极管的单向导电性，典型应用有整流、限幅、保护等。二极管的应用举例二极管的

27、应用举例2 2：波形转换：波形转换tttuiuRuoRRLuiuRuo 1-3 特殊二极管特殊二极管1-3-11-3-1稳压二极管稳压二极管VIIZIZmax UZ IZ曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定。定。+-UZ动态电阻：动态电阻：ZZIUZrr rz z越小，稳压越小，稳压性能越好。性能越好。（4 4）稳定电流）稳定电流I IZ Z ，最大、最小稳定电流，最大、最小稳定电流I Izmaxzmax、I Izminzmin。（5 5）最大允许功耗）最大允许功耗maxZZZMIUP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 U UZ Z（2 2）电压温度系数）电压

28、温度系数 V V（%/%/） 稳压值受温度变化影响的系数。稳压值受温度变化影响的系数。（3 3）动态电阻）动态电阻ZZIUZr稳压管只有与适当的电阻连接才能起到稳压作用。稳压管只有与适当的电阻连接才能起到稳压作用。VIIZIZmax UZ IZUZiUIZIZULR0URR叫限流电阻，使流经稳压二极管的电流在其安全范围内。叫限流电阻，使流经稳压二极管的电流在其安全范围内。稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例UoiZDZRiLiUiRL5mA 20mA, V,10minmaxzzzIIV稳压管的技术参数稳压管的技术参数: : k2LR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

29、达到上限时，流过稳压管的电流为I Iz zmax max mA25maxLZzRUIi10252 . 1RUiRVzi方程方程1 1要求当输入电压由正常值发生要求当输入电压由正常值发生 20%20%波动时，负载电压基本不变。波动时，负载电压基本不变。求：电阻求：电阻R R和输入电压和输入电压 V Vi i 的正常值。的正常值。令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为I Iz zmin min 。mA10minLZzRUIi10108 . 0RUiRVzi方程方程2 2联立方程联立方程1 1、2 2，可得：，可得：k5 . 0,V75.18RUi选择限流电

30、阻阻值的原则选择限流电阻阻值的原则 1 1、当输入电压最大而负载要求的电流、当输入电压最大而负载要求的电流最小时，流过稳压二极管的电流最大，最小时，流过稳压二极管的电流最大，此时限流电阻要保证流过稳压二极管此时限流电阻要保证流过稳压二极管的电流小于最大电流；的电流小于最大电流； 2 2、当输入电压最小而负载要求的电流、当输入电压最小而负载要求的电流最大时，流过稳压二极管的电流最小，最大时，流过稳压二极管的电流最小，此时限流电阻要保证流过稳压二极管此时限流电阻要保证流过稳压二极管的电流大于最小电流。的电流大于最小电流。1-3-2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

31、度的增加而上升。IV照度增加照度增加光电流、暗电流光电流、暗电流1-3-3发光二极管发光二极管有正向电流流过有正向电流流过时，发出一定波长时，发出一定波长范围的光。目前的范围的光。目前的发光二极管可以发发光二极管可以发出从红外到可见波出从红外到可见波段的光；电特性与段的光；电特性与一般二极管类似。一般二极管类似。1 1半导体中有两种载流子：电子和空穴。电子带负电半导体中有两种载流子：电子和空穴。电子带负电，空穴带正电。在纯净半导体中掺入不同的杂质，可，空穴带正电。在纯净半导体中掺入不同的杂质，可以得到以得到N N型半导体和型半导体和P P型半导体。型半导体。2 2采用一定的工艺，使采用一定的工

32、艺，使P P型和型和N N型半导体结合在一起型半导体结合在一起，就形成了，就形成了PNPN结。结。PNPN结的基本特点是单向导电。结的基本特点是单向导电。3 3二极管是由一个二极管是由一个PNPN结构成的。结构成的。半导体器件半导体器件( (二极管二极管) )部分内容小结部分内容小结二极管的分析模型：二极管的分析模型：理想二极管模型、特性曲线折线近似（导通电理想二极管模型、特性曲线折线近似（导通电阻不为阻不为0 0）、恒压源模型（导通电阻为）、恒压源模型（导通电阻为0 0）例例1：二极管构成的限幅电路如图所示，二极管构成的限幅电路如图所示，R R1k1k，U UREFREF=2V=2V，输入信

33、，输入信号为号为u ui i。 (1)(1)若若 u ui i为为4V4V的直流信号，分别采用理想二极管模型、恒压源模型的直流信号，分别采用理想二极管模型、恒压源模型计算电流计算电流I I和输出电压和输出电压u uo o+-+UIuREFRiuO解：解：（1 1）采用理想模型分析。）采用理想模型分析。 采用恒压源模型分析。采用恒压源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA3 . 1k1V7 . 02VV4DREFiRUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu例题例题（2 2）如果）如果u ui i为幅度为幅度4V4V的交流三角波，波形如图所示，分别采用理想的交流三角波

34、，波形如图所示，分别采用理想二极管模型和恒压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形。二极管模型和恒压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形。+-+UIuREFRiuO解：解：采用理想二极管采用理想二极管模型分析。波形如右所示。模型分析。波形如右所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用恒压源模型分析采用恒压源模型分析，波形如右所示。，波形如右所示。+-+UIuREFRiuO例例2:2:在下图中在下图中, ,试求以下几种情况的端电压试求以下几种情况的端电压V VY Y及各及各元件流过的电流元件流过的电流: :(1)U(1)UA A=10V,U=10V,

35、UB B=0V;=0V;0BDImAAARVIIVVUYRDYA1101109999110933解解: :忽略二极管的导通压降：忽略二极管的导通压降：(1)二极管优先导通，则反向偏置，截止，ADIUAUBBDI1K1K R9kRIA(2)U(2)UA A=6V,U=6V,UB B=5.8V;=5.8V;VVVUY8 . 559. 591111118 . 516设两管均导通，应用结点电流法可得：UAUBBDI1K1K R9kRIAmAAAImAAAImAAAIRDDBA62. 01062. 010959. 521. 01021. 010159. 58 . 541. 01041. 010159.

36、56333333可见DB管也确能导通.例例3 3：两个稳压管两个稳压管, ,稳定电压分别为稳定电压分别为5.5V5.5V和和8.5V,8.5V,正向导通压降正向导通压降都是都是0.5V,0.5V,如果要得到如果要得到0.5V0.5V、3V3V、6V6V、9V9V和和14V14V应如何连接应如何连接? ?解解: :电路如下列所示，分别可以得到题意要求的稳压值：电路如下列所示，分别可以得到题意要求的稳压值：例例3 3：两个稳压管两个稳压管, ,稳定电压分别为稳定电压分别为5.5V5.5V和和8.5V,8.5V,正向导通压降正向导通压降都是都是0.5V,0.5V,如果要得到如果要得到0.5V0.5V

37、、3V3V、6V6V、9V9V和和14V14V应如何连接应如何连接? ?解解: :电路如下列所示，分别可以得到题意要求的稳压值：电路如下列所示，分别可以得到题意要求的稳压值：R+-UiDz10.5V+-RRDZ1Dz2Ui-3V+-+-UiRDz1Dz2+6V-+Ui-RDz1Dz2+9V-+Ui-R+14v-二极管模型：理想二极管、理想二极管二极管模型：理想二极管、理想二极管串联电压源（恒压降）、折线模型、恒串联电压源（恒压降）、折线模型、恒压降串联电阻（考虑压降的折线模型）、压降串联电阻（考虑压降的折线模型）、用数字公式近似描述的二极管伏安特性：用数字公式近似描述的二极管伏安特性：举例：举

38、例：P.27. 1.8P.27. 1.81TDVvsDeIi本次课内容本次课内容 二极管的结构和伏安特性二极管的结构和伏安特性 二极管的主要参数。二极管的主要参数。 二极管单向导电性失败的场合及原因。二极管单向导电性失败的场合及原因。 二极管的几种分析模型。二极管的几种分析模型。 特殊二极管特殊二极管 二极管应用举例。二极管应用举例。作业：作业：P.15. 1.3.1 1.3.2P.15. 1.3.1 1.3.2P.17. 1.4.1P.17. 1.4.1P.25. 1.1 1.3P.25. 1.1 1.3 上次课内容：上次课内容：1 1、二极管的结构和伏安特性、二极管的结构和伏安特性2 2、

39、二极管的主要参数及二极管单向导电性失败的场、二极管的主要参数及二极管单向导电性失败的场合及原因。合及原因。3 3、特殊二极管。、特殊二极管。4 4、二极管分析模型及应用举例。、二极管分析模型及应用举例。用万用表检测二极管的好坏及极性用万用表检测二极管的好坏及极性 万用表欧姆档，黑表笔对应于表内电万用表欧姆档，黑表笔对应于表内电池的正极，而红表笔对应于表内电池池的正极，而红表笔对应于表内电池的负极。的负极。 二极管正偏时导通，呈现的电阻阻值二极管正偏时导通，呈现的电阻阻值较小。较小。 二极管反偏时截止，呈现的电阻阻值二极管反偏时截止，呈现的电阻阻值较大。较大。1-4-1 基本结构基本结构-BEC

40、NNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型 1-4 1-4 半导体三极管半导体三极管BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较基区：较薄，掺杂薄，掺杂浓度低浓度低集电结：集电结：面积较面积较大大发射区：发射区：掺杂浓度掺杂浓度较高较高BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结BECIBIEICNPNNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNPPNP型三极管型三极管符号符号三极管的结构特点：三极管的结构特点：基区特别薄，发射区基区特别薄，发射区掺杂浓度特别高，集电结面积特别大。掺杂浓度特别高，集电结

41、面积特别大。 一、实验测试方法一、实验测试方法ICmA AVVUCEUBERBIBECEB1-4-2 1-4-2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理结论结论: :1. IE=IC+IB)(1.2电流放大倍数常数BCBCBCBCIIIIIIII3. IB=0时时, IC=ICEO（穿透电流）（穿透电流）4 4. .要使晶体三极管处于放大状态要使晶体三极管处于放大状态, ,发射结必须正偏发射结必须正偏, ,集电结必须反偏。集电结必须反偏。二二. 电流放大原理电流放大原理*BECNNPEBRBECIE基区空穴向发基区空穴向发射区的扩散可射区的扩散可忽略。忽略。IBE进入基区的电子少部分进入基区的电

42、子少部分与基区的空穴复合，形与基区的空穴复合，形成复合电流成复合电流IBE ，多数扩，多数扩散到集电结。散到集电结。发射结正偏，发射结正偏，发射区电子不发射区电子不断向基区扩散，断向基区扩散，形成发射极电形成发射极电流流IE。BECNNPEBRBECIE集电结反偏，集电区少子漂集电结反偏，集电区少子漂移形成的反向电流移形成的反向电流I ICBOCBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE从发射区扩散来的电子从发射区扩散来的电子作为基区的少子，漂移作为基区的少子，漂移进入集电结而被收集，进入集电结而被收集，形成形成I ICECE。IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBR

43、BECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBEICE与与IBE之比称为电流放大倍数之比称为电流放大倍数BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII无数次试验发现：无数次试验发现：漂移到集电区的电子数（或其变化漂移到集电区的电子数（或其变化量）与在基区复合的电子数（或其变化量）总成比例，量）与在基区复合的电子数（或其变化量）总成比例，即即ICE与与IBE之比为一常数，称作电流放大倍数。之比为一常数，称作电流放大倍数。一一.输入特性输入特性UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电压，硅死区电压，硅管约管约0.5V，锗，锗管约管约0.1V。1-4-3 特性曲线特性曲线二、二、输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满足此区域满足IC= IB，称为称为线性区（放大线性区（放大区）。区）。当当VCE大于一定的数大于一定的数值时，值时，IC只与只与IB有关：有关：IC= IB。IC(mA )1234VCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中VCE VBE,集集电结正偏，集电极电电结