模电课件—2半导体二极管及其基本电路

1、 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜2.1 2.1 半导体基本知识半导体基本知识2.2 PN2.2 PN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管2.4 2.4 稳压二极管稳压二极管2.5 2.5 其他类型的二极管其他类型的二极管 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜2.1 半导体的基本知识2.1.1 2.1.1 半导体材料及其导电特性半导体材料及其导电特性 根据物体导电能力根据物体导电能力( (电阻率电阻率) )的不同，来划分的不同，来划分导体、导体、绝缘体和半导体。绝缘体和半导体。 元素半导体：元素半导

2、体：硅（硅（Si）和锗（锗（Ge）化合物半导体：化合物半导体：砷化镓（砷化镓（GaAs）等。 半导体的导电能力介于导体、绝缘体之间，其导半导体的导电能力介于导体、绝缘体之间，其导电性能还有其独特的特点。常用的电性能还有其独特的特点。常用的半导体材料半导体材料有：有：导体（低价元素）导体（低价元素）半导体半导体绝缘体（高价元素）绝缘体（高价元素）金、银、铜、铁等金、银、铜、铁等硅、锗、镓等硅、锗、镓等橡胶、惰性气体等橡胶、惰性气体等 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜2.1.1 2.1.1 半导体材料及其导电特性半导体材料及其导电特性半导体材料具有与导体和绝缘体不同的半导

3、体材料具有与导体和绝缘体不同的导电特性导电特性1. 1. 热敏特性：热敏特性：温度升高，导电能力增强。温度升高，导电能力增强。2. 2. 光敏特性：光敏特性：受到光照，导电能力增强。受到光照，导电能力增强。3. 3. 掺杂特性：掺杂特性：在纯净的半导体中掺入杂质，半导体的导电在纯净的半导体中掺入杂质，半导体的导电能力增强。能力增强。 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜典型的半导体是典型的半导体是硅硅SiSi和和锗锗GeGe，它们都是它们都是4 4价元素。价元素。硅和锗最外层轨道上的硅和锗最外层轨道上的四个电子称为四个电子称为价电子价电子。硅原子硅原子siSi锗原子锗原子

4、GeGe+4+42.1.2 2.1.2 本征半导体共价键结构（硅）本征半导体共价键结构（硅）1. 1. 半导体的共价键结构（硅）半导体的共价键结构（硅） 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜(a) 硅晶体的空间排列 价电子分别与周围的四个原子的价电子形成价电子分别与周围的四个原子的价电子形成共价键共价键。共价键中的价电。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。这种结构的立体和平面示意图见这种结构的立体和平面示意图见 图图2-2图图2-2 硅原子空间排列及共价键结构平面示意图硅

5、原子空间排列及共价键结构平面示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4(b) 共价键结构平面示意图 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜本征半导体本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体（完全纯净、结构完整的半导体晶体（化学成化学成分纯净分纯净）。）。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%99.9999999%，常称为常称为“九个九个9 9”。在绝对温度在绝对温度T=0KT=0K时，所有的时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为价键中，不会成为自由电子自由电子，因因此本

6、征半导体的导电能力很弱，此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。接近绝缘体。 本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构+4+4+4+4+4+4+4+4+4束缚电子束缚电子2. 2. 本征半导体中的两种载流子本征半导体中的两种载流子 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜当温度升高或受到光的照射时，当温度升高或受到光的照射时，束缚电子能量增高，有的电子可以挣束缚电子能量增高，有的电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子自由电子。自由电子产生的同时，在其原来自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为的共价键中就出现

7、了一个空位，称为空穴空穴。空穴是半导体区别于导体的一空穴是半导体区别于导体的一个重要特点。个重要特点。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴这一现象称为这一现象称为本征激发，本征激发，也称也称热激发。热激发。本征半导体中的电子空穴对本征半导体中的电子空穴对 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜+4+4+4+4+4+4+4+4+4可见本征激发同时产生电子空穴对。可见本征激发同时产生电子空穴对。外加能量越高（温度越高），产生的外加能量越高（温度越高），产生的电子空穴对越多。电子空穴对越多。与本征激发相反的现象与本征激发相反的现象复合复合 在一定温度下，本征激发和复合

8、在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴同时进行，达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。对的浓度一定。常温常温300300K K时：时：电子空穴对的浓度电子空穴对的浓度硅：硅：1031.4 10cm锗：锗：1332.5 10cm电子空穴对 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜+4+4+4+4+4+4+4+4+4E空穴的移动空穴的移动图图2-3 空穴在晶格中的移动空穴在晶格中的移动小结：小结：晶体中存在着两种导电的离子（电子、空穴）晶体中存在着两种导电的离子（电子、空穴） 自由电子的定向运自由电子的定向运动形成了电子电流，空动形成了电子电流，空穴的定向运动

9、也可形成穴的定向运动也可形成空穴电流，它们的方向空穴电流，它们的方向相反。只不过空穴的运相反。只不过空穴的运动是靠相邻共价键中的动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来价电子依次充填空穴来实现的。实现的。动动 画画 演演 示示由于热激发由于热激发而产生的自而产生的自由电子由电子自由电子移自由电子移走后而留下走后而留下的空穴的空穴 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜半导体的半导体的 导电机理导电机理自由电子自由电子 带负电荷带负电荷 电子流电子流 总电流总电流载流子载流子空空 穴穴 带正电荷带正电荷 空穴流空穴流 本征半导体的导电性取决于外加能量：本征半导体的导电性取决于

10、外加能量：温度变化，导温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。电性变化；光照变化，导电性变化。自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，它们的方向相反。只不过空运动也可形成空穴电流，它们的方向相反。只不过空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。在外加电场的作用下，电子和空穴会产生定实现的。在外加电场的作用下，电子和空穴会产生定向移动，形成电流而导电。向移动，形成电流而导电。 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜(1) (1) P型半导体型半

11、导体(2) (2) N型半导体型半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是化。掺入的杂质主要是三价三价或或五价五价元素。元素。掺入杂质的本征半导体称为掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体杂质半导体。2.1.3 2.1.3 杂质半导体杂质半导体 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜1. P1. P型半导体型半导体在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入三价杂质元素三价杂质元素（如硼、镓、铟等）（如硼、镓、铟等）形成形成P P型半导体，型半导体，也称为也称为空穴

12、型半导体空穴型半导体。因三价杂质原子。因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。电子而在共价键中留下一个空穴。 P型半导体型半导体+4+4+4+4+4+4+3+4+4硅原子空穴硼原子电子空穴对空穴受主离子P P型半导体中空穴是多数载流子，主型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热激发形成。热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为子成为负离子。三价杂质因而也称为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质受主杂质。 模拟电子半导体二极管及其基本

13、电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜+4+4+4+4+4+4+4+4+5N型半导体型半导体2. N2. N型半导体型半导体在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入五价杂质元素五价杂质元素（如磷如磷）, ,可形成可形成N N型半导体型半导体, ,也称也称电子电子型半导体型半导体。因五价杂质原子中只有四个。因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚很容易形成自由电子。因无共价键束缚很容易形成自由电子。+磷原子硅原子施主离子自由电子电子空穴对多余电子在在N N型半导体中自由电子是

14、多数载型半导体中自由电子是多数载流子流子, ,它主要由杂质原子提供；空穴是它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子少数载流子, , 由热激发形成。由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正电荷而成为正离子正离子，因此五价杂质，因此五价杂质原子也称为原子也称为施主杂质施主杂质。 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜2.2 PN2.2 PN结的形成及特性结的形成及特性N型半导体型半导体P型半导体型半导体+杂质半导体的示意图杂质半导体的示意图多子多子电子电子少子少子空穴空穴多子多子空穴空穴少子少子电子电子少子浓度少子浓度与温度有关，与

15、掺杂无关与温度有关，与掺杂无关多子浓度多子浓度与温度无关，与掺杂有关与温度无关，与掺杂有关 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜1. PN结的形成结的形成在一块本征半导体在两侧通在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质过扩散不同的杂质, ,分别形成分别形成P P型型半导体半导体和和N N型半导体型半导体。此时将在。此时将在P P 型半导体和型半导体和N N型半导体的结合面型半导体的结合面上形成如下上形成如下物理过程物理过程: :两侧载流子存在浓度差两侧载流子存在浓度差杂质离子不移动形成空间电荷区杂质离子不移动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促进少子漂

16、移运动促进少子漂移运动阻止多子扩散运动阻止多子扩散运动扩散和漂移达扩散和漂移达到动态平衡到动态平衡形成形成PN结结多子扩散运动多子扩散运动:空穴：空穴：PN；电子电子NP空穴和电子产生复合空穴和电子产生复合空间电荷区PN内电场内电场耗尽层V0电电位位V电电子子势势能能-qV0PNPN结的形成过程动画演示结的形成过程动画演示PN结结 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜+P型半导体+N型半导体+WER空间电荷区内电场EREW2. PN结的单向导电性结的单向导电性(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 P区，负极接区，负极接N N区区 外电场的方向

17、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扩散形成正向电流I F正向电流正向电流 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜(2) 加反向电压（反偏）加反向电压（反偏）电源正极接电源正极接N N区，负极接区，负极接P 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少子漂移形成反向电流漂移形成反向电流I R+内电场+E+EW+空 间 电 荷 区+R+IRP

18、PN N在一定的温度下，由在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度本征激发产生的少子浓度是一定的，故是一定的，故IR基本上与基本上与外加反压的大小无关，所外加反压的大小无关，所以称为以称为反向饱和电流反向饱和电流。但。但IR与温度有关。与温度有关。 单向导电性动画演示单向导电性动画演示 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻， PN结导通；PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。PNPN结的单向导电性结的单向导电性 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主

19、讲：刘童娜主讲：刘童娜u 正向特性：指数规律正向特性：指数规律u 击穿特性：击穿特性：u 反向特性：反向阻断反向特性：反向阻断（1）雪崩击穿）雪崩击穿载流子获得足够的动能将共价键中的电子碰撞出来产生电子空穴对，新载流子获得足够的动能将共价键中的电子碰撞出来产生电子空穴对，新产生的载流子再去碰撞其他的中性原子又产生新的电子空穴对，这种碰撞电产生的载流子再去碰撞其他的中性原子又产生新的电子空穴对，这种碰撞电离称为雪崩击穿。离称为雪崩击穿。（2）齐纳击穿）齐纳击穿空间电荷区内的场强非常高时（掺杂浓度高、阻挡层很薄、容易建立很空间电荷区内的场强非常高时（掺杂浓度高、阻挡层很薄、容易建立很强的场强）足以

20、把空间电荷区强的场强）足以把空间电荷区内内的中性原子的价电子直接从共价键中拉出来的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，这个过程产生大量的载流子使产生自由电子空穴对，这个过程产生大量的载流子使PN结的反向电流剧增结的反向电流剧增呈反向击穿现象叫齐纳击穿。呈反向击穿现象叫齐纳击穿。2.2.3 PN2.2.3 PN结的伏安特性结的伏安特性 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜3 PN的反向击穿的反向击穿反向击穿反向击穿热击穿热击穿 电击穿电击穿雪崩击穿雪崩击穿齐纳击穿齐纳击穿PN结两端反向电压增加结两端反向电压增加到一定数值时，反向电到一定数值时，反向电流突

21、然增加，这种现象流突然增加，这种现象称为反向击穿称为反向击穿消耗功率大消耗功率大于耗散功率于耗散功率PN结损坏结损坏反向击穿电压反向击穿电压VBR0viD反偏反偏反向饱和电流反向饱和电流ISIs（少子漂移）（少子漂移）正偏正偏IF（多子扩散）（多子扩散）消耗功率小于消耗功率小于耗散功率耗散功率击穿过程可逆击穿过程可逆反向击穿（雪崩击穿和齐纳击穿）反向击穿（雪崩击穿和齐纳击穿） 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 势垒电容势垒电容 外加电压时，二极管外加电压时，二极管PN结空间电荷区中的电荷量随外加电压变化结空间电荷区中的电荷量随外加电压变化而改变，这显示了电容效应，这个

22、电容称为而改变，这显示了电容效应，这个电容称为势垒电容（势垒电容（CB）外外 加加 电电 压压使耗尽层变宽使耗尽层变宽空间电荷量增加空间电荷量增加相当于充电相当于充电使耗尽层变窄使耗尽层变窄空间电荷量减少空间电荷量减少相当于放电相当于放电2.2.4 PN2.2.4 PN结的电容效应结的电容效应 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 扩散电容扩散电容 在多数载流子的扩散过程中，由外加电压的改变引起扩散区内积在多数载流子的扩散过程中，由外加电压的改变引起扩散区内积累电荷量的变化而产生的电容效应，这个电容称为累电荷量的变化而产生的电容效应，这个电容称为扩散电容（扩散电容（CD）

23、外加正向电压外加正向电压增加增加积累电荷量增加积累电荷量增加相当于充电相当于充电减小减小积累电荷量减少积累电荷量减少相当于放电相当于放电 势垒电容和扩散电容势垒电容和扩散电容的大小与外加偏置电压的大小有关，所以它们是一种的大小与外加偏置电压的大小有关，所以它们是一种非线性电容，它们都很小，对低频影响不大，但在高频应用时，必须考虑。非线性电容，它们都很小，对低频影响不大，但在高频应用时，必须考虑。 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜结构：结构：二极管二极管 PNPN结结 管壳管壳 引线引线NP符号：符号：阳极（正极）阳极（正极） 阴极（负极）阴极（负极）2.3 2.3 半

24、导体二极管半导体二极管2.3.1 2.3.1 二极管的结构二极管的结构 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜二极管常见的几种结构二极管常见的几种结构1. 1. 点接触型二极管点接触型二极管N型 锗正 极 引 线负 极 引 线外 壳金 属 触 丝PN结面积小，结电结面积小，结电容小，用于检波和容小，用于检波和变频等高频电路。变频等高频电路。 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜2. 2. 面接触型二极管面接触型二极管负 极 引 线正 极 引 线N型 硅P型 硅铝 合 金 小 球底 座PN结面积大，结面积大，用于工频大电用于工频大电流整流电路。流整流电路

25、。 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜3. 3. 平面型二极管平面型二极管SiO2正 极 引 线负 极 引 线N型 硅P型 硅用于集成电路制造工用于集成电路制造工艺中。艺中。PN 结面积可结面积可大可小，用于高频整大可小，用于高频整流和开关电路中。流和开关电路中。 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜常见的半导体二极管常见的半导体二极管 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜1. 正向特性正向特性实验曲线实验曲线uEiVmA2. 反向特性反向特性uEiVuAiu0硅：硅：0.5 V锗：锗： 0.1 V导通压降导通压降反向饱和电流

26、反向饱和电流开启开启电压电压击穿电压击穿电压UBR锗锗硅：硅：0.7 V锗：锗：0.3V2.3.2 二极管的伏安（二极管的伏安（VI）特性）特性 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜1. 1. 正向特性正向特性实验曲线实验曲线iu0uD硅：硅：0.5 V锗：锗： 0.1 V导通压降导通压降开启开启电压电压硅：硅：0.7 V锗：锗：0.3V 当当0uDUth时，正向时，正向电流为零，电流为零，Vth称为死称为死区电压或开启电压。区电压或开启电压。当当uD 0即处于正向特性区即处于正向特性区域。正向区又分为两段域。正向区又分为两段： 当当uD Uth时，开始出时，开始出现正向

27、电流，并按指现正向电流，并按指数规律增长。数规律增长。 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜实验曲线实验曲线2. 2. 反向特性反向特性 当当uD0时，即处于反向特性时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：区域。反向区也分两个区域：当当UBRuD0时，反向电流时，反向电流( (少数载流子的漂移少数载流子的漂移) )很小，很小，且基本不随反向电压的变化且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也而变化，此时的反向电流也称称反向饱和电流反向饱和电流I IS S 。当当uDUBR时，反向电流急时，反向电流急剧增加，剧增加，UBR称为称为反向击穿反向击穿电压电压 。一般地

28、：一般地： IS（硅）（硅） 管压降）管压降） 2.3.4 2.3.4 二极管的等效电路二极管的等效电路 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜3. 3. 折线模型（恒压降模型的修正）折线模型（恒压降模型的修正） 折线模型折线模型特点：管压降不恒定，随特点：管压降不恒定，随iD的增加而增加，模型用一个电池和的增加而增加，模型用一个电池和一个电阻来近似。电池的电压选定为二极管的门坎电压一个电阻来近似。电池的电压选定为二极管的门坎电压Uon，约为约为0.5V。至于。至于rD的值，可以这样来确定，即当二极管的导通的值，可以这样来确定，即当二极管的导通电流为电流为1mA时，管压降为

29、时，管压降为0.7V，于是，于是rD的值可计算如下：的值可计算如下： 0.70.52001DVVrmA 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜4. 4. 小信号模型（指数模型）小信号模型（指数模型） 二极管的二极管的V-I 特性表达式特性表达式: 取取iD对对vD的微分，可得微变电导的微分，可得微变电导 (当当T=300K时时) 二极管外加正向电压时，将有一二极管外加正向电压时，将有一直流电流，曲线上反映该电压和电流的直流电流，曲线上反映该电压和电流的点称为点称为Q点（点（静态工作点静态工作点），若在），若在Q点点的基础上外加微小的变化量，则可以用的基础上外加微小的变化量，

30、则可以用以以Q点为切点的直线来近似微小变化的点为切点的直线来近似微小变化的曲线，即将二极管等效为一个动态电阻曲线，即将二极管等效为一个动态电阻rd（称二极管微变等效电路）。（称二极管微变等效电路）。 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜模型分析法应用举例模型分析法应用举例理想模型：恒压降模型：例：电路如图所示，例：电路如图所示，R10K，当当UDD=10V和和1V时，分别求电时，分别求电路的路的ID和和U UD值。分别用理想模型、恒压降模型和折线模型。值。分别用理想模型、恒压降模型和折线模型。D0UV DDD10110VIVRmAK D0.7UV DDDD100.70.9

31、310VVIVURmAK 解：解： UDD=10V. .二极管静态工作点分析二极管静态工作点分析 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜折线模型: DDonDD100.50.931100.2VUVVImARrkk DD D0.50.50.9310.20.69UI rVmAkV VDD=1VDDD10.110VIVRmAK 理想模型：D0UV 恒压降模型：D0.7UV DDDD10.70.0310VVIVURmAK 折线模型: DDonDD10.50.049100.2VUVVImARrkk DD D0.50.50.0490.20.51UI rVmAkV 结论：结论：电源电压电

32、源电压管压降时，恒压降模型能得出较合理的管压降时，恒压降模型能得出较合理的 结果；电源电压较小时，折线模型较为合理。结果；电源电压较小时，折线模型较为合理。 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜1 1整流电路整流电路当当ui为一正弦信号时，画出输出波形：为一正弦信号时，画出输出波形：解：解：ui0时，时，D2、D4导通，导通，D1、D3截止；截止； ui0时，时，D1、D3导通，导通，D2、D4截止；截止； 2.3.5 2.3.5 二极管基本应用电路即分析方法二极管基本应用电路即分析方法 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜例：图示二极管限幅电路，例

33、：图示二极管限幅电路，R1k，VREF=2V，输入信号为，输入信号为vI。(1) 若若vI为为4V的直流信号，分别采用理想模型、恒压降模型的直流信号，分别采用理想模型、恒压降模型 计算电流计算电流I和输出电压和输出电压vo解：理想模型解：理想模型恒压降模型恒压降模型2. 2. 限幅电路限幅电路mA2k12VV4REFI RVvI=V2REFo VvmA31k1V702VV4DREFI.RVVvI 2.7V0.7VV2DREFo VVv 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜（2）如果）如果vI为幅度为幅度4V的交流三角波，波形如图（的交流三角波，波形如图（b）所示，分别采用

34、理）所示，分别采用理想二极管模型和恒压降模型分析电路并画出相应的输出电压波形。想二极管模型和恒压降模型分析电路并画出相应的输出电压波形。解：解：理想模型理想模型（波形如图所示）（波形如图所示）0-4V4Vvit2V2VvotvIVREF时，二极管正偏导通，相时，二极管正偏导通，相当于短路，当于短路，vo VREF。 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜02.7Vvot0-4V4Vvit2.7V恒压降模型恒压降模型（波形如图所示）。（波形如图所示）。vIVREF+Von时，二极管正偏时，二极管正偏导通，相当于短路，导通，相当于短路， vo= VREF+Von。 模拟电子半导

35、体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜ABU二极管限幅电路如图二极管限幅电路如图2.322.32所示，求输出电压所示，求输出电压AB6VU AB6V0.7V=6.7VU 解：首先判断二极管的工作状态解：首先判断二极管的工作状态，二极管导通二极管导通, ,若忽略管压降，二极管可看作短路，输出电压若忽略管压降，二极管可看作短路，输出电压考虑二极管考虑二极管0.7V0.7V的导通压降，输出电压的导通压降，输出电压 二极管在电路中起到二极管在电路中起到钳位钳位的作用，将输出电压钳位在的作用，将输出电压钳位在-6.7V-6.7V。 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜3.

36、3. 开关电路：（二极管导通：开；截止：关）开关电路：（二极管导通：开；截止：关） 判断二极管导通还是截止的原则：判断二极管导通还是截止的原则：先将二极管先将二极管断开断开，然后观察或计算二极管正、负两极间是正向电压还是反向然后观察或计算二极管正、负两极间是正向电压还是反向电压，若正向则导通，否则截止。电压，若正向则导通，否则截止。 例：图示开关电路，当例：图示开关电路，当vI1和和vI2为为0V0V或或5V5V时，求时，求vI1和和vI2的值的值 不同组合情况下，输出电压不同组合情况下，输出电压vO的值，设二极管是理想的。的值，设二极管是理想的。5V止止止止5V5V0V通通止止0V5V0V止

37、止通通5V0V0V通通通通0V0VvOD2D1vI2vI1 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜2.4 2.4 稳压二极管稳压二极管稳压二极管是工作在反向击穿区的一种特殊二极管稳压二极管是工作在反向击穿区的一种特殊二极管(伏安特性如图伏安特性如图)。当稳压二极管工作在反向击穿状当稳压二极管工作在反向击穿状态下，工作电流态下，工作电流IZ在在Izmax和和Izmin之间之间变化时，其两端电压近似为常数。变化时，其两端电压近似为常数。由于稳压二极管工作在反向击穿由于稳压二极管工作在反向击穿区，故二极管一般反向接入电路。区，故二极管一般反向接入电路。iuUZIUIzminIzm

38、ax当反偏电压当反偏电压UZ时；时；反向击穿。二极管反向击穿。二极管两端恒定为两端恒定为UZ正向同二正向同二极管极管稳定电压稳定电压1 1 稳压二极管的伏安特性稳压二极管的伏安特性+UZ_ 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜2.4.2 2.4.2 稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数1. 稳定电压稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。2. 稳定电流稳定电流 IZ 越大稳压效果越好，小于越大稳压效果越好，小于 Izmin 时不稳压。时不稳压。3. 最大耗散功率最大耗散功率 PZM；最大工作电流最大工作电流 IZM（ Izmax） P ZM = UZ IZM4. 动态电阻动态电阻 rZ_稳压区，端电压变化量与其电流量变化比。稳压区，端电压变化量与其电流量变化比。rZ = UZ / IZ （几（几 几十几十 ）越小稳压效果越好。）越小稳压效果越好。5. 电压温度系数电压温度系数 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。 模拟电子半导体二极管及其基本电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜2.4.3 2.4.3 稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例maxmin6V, 20mA, 5mAzzzUII稳压管的技术参数稳压管的技术参数: :负载电阻负载电阻RL600，UI=15V求限流求限流电阻电