第三章半导体二极管及基本电路

1、模 拟 电 子 技 术二极管及基本电路二极管及基本电路3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识3.3 半导体二极管半导体二极管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3.5 特殊二极管特殊二极管3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性模 拟 电 子 技 术 一一. 半导体材料半导体材料 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，来划分导体、绝缘体和半导体。的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有典型的半导体有硅硅SiSi和和锗锗GeGe以及以及砷化镓砷化镓GaAsGaAs等。等。 导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为导电能力介于导体与绝缘体

2、之间的物质称为半导体半导体。 半导体的特点半导体的特点: :1.半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。2.半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化。半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化。 3. 在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会急剧增强。在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会急剧增强。 3.1半导体的基本知识半导体的基本知识模 拟 电 子 技 术二二. 半导体的共价键结构半导体的共价键结构硅硅( (锗锗) )的原子结构的原子结构简化模型简化模型价电子价电子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

3、以将半导体制成晶体晶体。硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构(c)晶体：晶体： 原子排列规则、原子排列规则、 有规律的物质有规律的物质模 拟 电 子 技 术1.本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体完全纯净的、结构完整的半导体晶体硅硅( (锗锗) )的共价键结构的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对三三. 本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体、空穴及其导电作用共价键有很强的结合力，使原子规则排列，共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。形成晶体。 共价键中的两个电子被紧紧束缚共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为在共价键中

4、，称为束缚电子束缚电子，常温，常温下束缚电子很难脱离共价键成为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，因此本征半导体中的自由电子很少，电子很少，所以本征半导体的导电所以本征半导体的导电能力很弱。能力很弱。模 拟 电 子 技 术+4+4+4+4自由电子自由电子空空 穴穴束缚电子束缚电子2.2.本征激发本征激发载流子载流子: 可以自可以自移动的带电粒子移动的带电粒子 在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚 成为成为自由电子自由电子，并在共价键中留下一个空位并在共价键中留下一个空位(空穴空穴)的过程的过程。空穴的

5、出现使半导体区别于导体的一个重要特征。空穴的出现使半导体区别于导体的一个重要特征。本征激发动画本征激发动画本征半导体中存在本征半导体中存在数量相等数量相等的两种载流子，即的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。模 拟 电 子 技 术3.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。可以认为空穴是载流子。ABC电子空穴移动电子空穴移动动画动画E本

6、征半导体中存在本征半导体中存在数量相等数量相等的两种载流子，即的两种载流子，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本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。载流子的浓度。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，强，温度温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导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。体的一大特点。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. 自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流空穴移动产生的电流。模 拟

7、 电 子 技 术 结论结论：1. 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. 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. 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 子 技 术四四. 杂质半导体杂质半导体1 1、P 型半导体型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼硼，硼原子的最外层有三个价，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可

8、能吸引产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为接受电子，所以称为受主原子受主原子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半导体中型半导体中空穴是多子空穴是多子 电子是少子电子是少子P 型半导体形成动画型半导体形成动画模 拟 电 子 技 术2、N 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，与相邻的半导体原子形在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发成共价键，必定多出一个电

9、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能移动的带正电的离子。每个磷而成为自由电子，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电子，称为原子给出一个电子，称为施主原子施主原子。+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子N 型半导体中型半导体中空穴是少子空穴是少子， 电子是多子电子是多子。 型半导体形成动画型半导体形成动画模 拟 电 子 技 术杂质半导体的示意表示法：杂质半导体的示意表示法：P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体杂质杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起

10、导电作用的主要是多子关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度近似认为多子与杂质浓度相等。相等。模 拟 电 子 技 术 掺入杂掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大质对本征半导体的导电性有很大 的影响，一些典型的数据如下的影响，一些典型的数据如下: : T T=300 K=300 K室温下室温下, ,本征硅的电子和空穴浓度本征硅的电子和空穴浓度: : n = p =1.41010/cm32比掺杂前载流子增加106，即一百万倍。 3掺杂后掺杂后 N N 型半导体中的自由电子浓度型半导体中的自由电子浓度: : n=51016/cm3 3. 杂杂质对半导体导电性的影响质对半导体导电性的影响

11、本征硅的原子浓度本征硅的原子浓度: : 4.961022/cm3 1模 拟 电 子 技 术本本 节节 小小 结结 1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。 2、在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由电子和空穴对，故其有一定的导电能力。 3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。 4、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。 5、半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度和材料性质有关。模 拟 电 子 技 术3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性一一.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

12、一片半导体基片上，分别制造P 型半导型半导体和体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了交界面处就形成了PN 结。结。模 拟 电 子 技 术P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E漂移运动漂移运动内电场越强，就使漂移内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。间电荷区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。扩散的结果是使空间扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，电荷区逐渐加宽，结的形成动画结的形成动画模 拟 电 子 技 术1. 载流子的载流子的浓度差浓度差引起多子的引起多子

13、的扩散扩散2. 复合使交界面复合使交界面形成空间电荷区形成空间电荷区 空间电荷区特点空间电荷区特点:无载流子，无载流子，阻止扩散进行，阻止扩散进行，利于少子的漂移。利于少子的漂移。3. 扩散和漂移达到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， 总电流总电流 I = 0。模 拟 电 子 技 术二、二、PN 结的单向导电性结的单向导电性P 区区N 区区内电场内电场外电场外电场外电场使多子向外电场使多子向 PN 结移动结移动,中和部分离子中和部分离子使空间电荷区变窄。使空间电荷区变窄。 IF限流电阻限流电阻扩散运动加强形成正向电流扩散运动加强形成正向电流 IF 。IF

14、 = I多子多子 I少子少子 I多子多子1. 外加外加正向正向电压电压( (正偏正偏) ) 当外加电压使当外加电压使PNPN结中结中P P区的电位高于区的电位高于N N区的电位，称为加区的电位，称为加正向电压正向电压，简称，简称正偏正偏；反之称为加；反之称为加反向电压反向电压，简称，简称反偏反偏。 PN结正偏结正偏,外电场削弱内电场外电场削弱内电场,PN结变窄结变窄,多子扩多子扩散运动远大于少子漂移运动散运动远大于少子漂移运动,形成较大的正向电流形成较大的正向电流,正向电阻很小正向电阻很小,PN结导通结导通模 拟 电 子 技 术2. 外加外加反向反向电压电压( (反偏反偏) )P 区区N 区区

15、内电场内电场外电场外电场空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。IR漂移运动加强形成反向电流漂移运动加强形成反向电流 IR，IR = I少子少子 0PN PN 结的单向导电性结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大正偏导通，呈小电阻，电流较大; ;反偏截止，电阻很大，电流近似为零反偏截止，电阻很大，电流近似为零。PN结反偏结反偏,外电场加强内电场外电场加强内电场,PN结变宽结变宽,多子扩散运动削弱多子扩散运动削弱,少子漂移运动少子漂移运动相对加强相对加强,由浓度很小少子漂移运动形成很小的反向电流由浓度很小少子漂移运动形成很小的反向电流,反向电阻很反向电阻很大大,PN结截止结截止 在一定的温度条件下

16、，在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大本上与所加反向电压的大小无关，小无关，这个电流也称为这个电流也称为反向饱和电流反向饱和电流。 模 拟 电 子 技 术三、三、PN 结的伏安特性结的伏安特性/S(e1)DTvVDiI反向饱反向饱和电流和电流温度的温度的电压当量电压当量TkTVq电子电子电量电量玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数常温下常温下 T = 300K( (27 C) )：VT = 26 mVOVD /ViD /mA正向特性正向特性反向特性反向特性加正向电压时加

17、正向电压时加反向电压时加反向电压时DTVVDSiI eDSiI 表达式表达式:模 拟 电 子 技 术四四、PN 结的反向击穿特性结的反向击穿特性OVD /ViD /mA反向击穿反向击穿VBR反向击穿类型：反向击穿类型：电击穿电击穿热击穿热击穿: PN 结未损坏，断电即恢复。结未损坏，断电即恢复。: PN 结烧毁。结烧毁。 当当PNPN结的反向电压增加到一定数值时，反向结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为电流突然快速增加，此现象称为PNPN结的结的反向击穿。反向击穿。模 拟 电 子 技 术反向击穿原因反向击穿原因： 齐纳击穿齐纳击穿： 反向电场太强，将电子强行拉出共价键

18、。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (击穿电压击穿电压 6 V,正正温度系数温度系数) )反向电场使电子加速，动能增大，撞击反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。使自由电子数突增。电电击击穿穿只有在杂质浓度特别大的只有在杂质浓度特别大的PN结中才能达到结中才能达到模 拟 电 子 技 术1.势垒电容势垒电容CB (PN结反偏结反偏)2.扩散电容扩散电容CD (PN结正偏结正偏)PN结高频等效电路：结高频等效电路：Cd =CB+CDrCd五五、PN 结的电容效应结的电容效应势垒电容示意图势垒电容示意图 结论：结论：1.1.低频低频时时，因容，因容抗抗很大，对很大，对 PN PN

19、结影响很小。结影响很小。 高频高频时时，因容抗减小，使，因容抗减小，使结电容分流结电容分流，导致导致单向导电性变差单向导电性变差。 2.2.结面积小时结电容小，工作频率高。结面积小时结电容小，工作频率高。势垒区是积累空间电荷的区域，势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是这样所表现出的电容是势垒电容势垒电容。为了形成正向电流（扩散电流），注入为了形成正向电流（扩散电流），注入P 区的电子在区的电子在P 区区有浓度差，越靠近有浓度差，越靠近PN结浓度越大，即在结浓度越大，即在P 区有电

20、子的积累。区有电子的积累。同理，在同理，在N区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容这样所产生的电容就是扩散电容CD。扩散电容示意图扩散电容示意图模 拟 电 子 技 术3.3 半导体二极管半导体二极管一一. 半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型PN 结结 + 引线引线 + 管壳管壳 = 二极管二极管(Diode)符号：符号：ak 阴极阴极分类：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点接触型面接触型面接触型阳极阳极模 拟 电 子 技 术点接触型二极管点接触型二极管面接触型二

21、极管面接触型二极管 PN结面积大，用结面积大，用于大电流整流电路。于大电流整流电路。 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。模 拟 电 子 技 术模 拟 电 子 技 术1、PN 结的伏安特性方程结的伏安特性方程D/DS(e1)TVViI反向饱反向饱和电流和电流温度的温度的电压当量电压当量当当 T = 300( (27 C) )： VT = 26 mV二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性TkTVq电子电量电子电量玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数模 拟 电 子 技 术2、二极管的伏安特性、二极管的伏安特性OvD /ViD /mA正向特性正向特性

22、Vth门坎门坎(死区死区) 电压电压iD = 0Vth = 0.5 V 0.1 V( (硅管硅管) )( (锗管锗管) )V VthiD 急剧上升急剧上升0 V Vth VD(on) = (0.6 0.8) V(导通电压导通电压)硅管硅管 0.7 V(0.1 0.3) V锗管锗管 0.2 V反向特性反向特性ISV (BR)反向击穿反向击穿V(BR) V 0 iD = IS 0.1 A( (硅硅) ) ;几十几十 A ( (锗锗) )V V(BR)反向电流急剧增大反向电流急剧增大 ( (反向击穿反向击穿) )1). 正向特性正向特性2). 反向特性反向特性模 拟 电 子 技 术硅管的伏安特性硅管

23、的伏安特性锗管的伏安特性锗管的伏安特性604020 0.02 0.040 0.4 0.82550iD / mAuD / ViD / mAuD / V0.20.4 25 50510150.010.020模 拟 电 子 技 术3).反向击穿特性：反向击穿特性： 当当PNPN结的反向电压增加到一定数值结的反向电压增加到一定数值(V(VBRBR) )时，反向时，反向电流突然快速增加，此现象称为电流突然快速增加，此现象称为PNPN结的结的反向击穿。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模 拟 电 子 技 术三三. 二极管的主要参数二极管的主要参数2.

24、 VBR 反向击穿电压反向击穿电压4. IR 反向电流反向电流( (越小单向导电性越好越小单向导电性越好) )iDVDV (BR)I FO1. IF 最大整流电流最大整流电流( (最大正向平均电流最大正向平均电流) )5. 极间电容极间电容: 势垒电容势垒电容CB 扩散电容扩散电容CDCd =CB+CD6. fM 最高工作频率最高工作频率( (超过时单向导电性变差超过时单向导电性变差) )3. VRM 最高反向工作电压最高反向工作电压，为为 V(BR) / 2 模 拟 电 子 技 术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

25、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模 拟 电 子 技 术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，因而其电路一般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，相对来说比较复要采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，但前提条件是已知杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的二极管的V V - -I I 特性曲线。特性曲线。模 拟 电 子 技 术例例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

26、、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 RViDDDDv DDDD11VRRi v即即 是一条斜率为是一条斜率为-1/R的直线，称为的直线，称为负载线负载线 Q的坐标值（的坐标值（VD，ID）即为所求。）即为所求。Q点称为电路的点称为电路的工作点工作点模 拟 电 子 技 术3.4.2 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一、二极管伏安特性建模一、二极管伏安特性建模1、理想模型、理想模型vDiD代表符号代表符号:+DvDi-正偏导通，正

27、偏导通，vD = 0；反偏截止，反偏截止， iD = 0 R = 由图可见，在正向偏置时，由图可见，在正向偏置时，其管压降为其管压降为0V，而当二极管，而当二极管处于反向偏置时，认为它的处于反向偏置时，认为它的电阻为无穷大，电流为零。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管的管压降大时，利用此法来近似分析是可行的是可行的.模 拟 电 子 技 术2、恒压降模型、恒压降模型vDiD代表符号代表符号:vD 0.7 V (Si)0.2 V (Ge)+-DvDi当二极管导通后，其管压当二极管导通后，其管压降认为是恒

28、定的，且不随降认为是恒定的，且不随电流而变，电流而变，只有当二极管的电流只有当二极管的电流iD近似等于或近似等于或大于大于1mA时与结果接近。时与结果接近。模 拟 电 子 技 术+-DvDiVthrD3、折线模型、折线模型D0.70.52001VVrmAvDiD代表符号代表符号:门坎电压门坎电压Vth 0.5 V (Si)0.1 V (Ge)为了较真实地描述二极管为了较真实地描述二极管V-I特性，特性，认为二极管的管压降不是恒定的，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而是随着通过二极管电流的增加而增加，所以在模型中增加，所以在模型中用一个电池和用一个电池和一个电阻一个电

29、阻rD来作进一步的近来作进一步的近似似。电池的电压选定为二极管的电池的电压选定为二极管的门坎电压门坎电压Vth:rD的值，当二极管的导通电流为的值，当二极管的导通电流为1mA时，时，管压降为管压降为0.7V，于是，于是rD的值可计算如下：的值可计算如下：模 拟 电 子 技 术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。)(11sDDDDvv VRRivs =Vmsin t 时（时（VmVDD）, 将将Q点附近小范围内的点附近小范围内的V-I 特性线性化，得到特性线性化，得到小信号模型，即以小信号模型，即以Q点为切点的一条直线。点为切点

30、的一条直线。4、小信号模型、小信号模型模 拟 电 子 技 术vDiDQ代表符号代表符号:DiDv+-DrDvDi求微变电阻求微变电阻rD:DDDvri1ddgrTDDVrI 二极管工作在正向特二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个正向特性可以等效成一个微变电阻。微变电阻。常温下（常温下（T=300K）:)mA()mV(26DDdIIVrT DDQdidv/(1)DTvvSDQd Iedv/DTvvSTQIeVDTIV)1(/SDD TVveIi据据得得Q点处的微变电导点处的微变电导模 拟 电 子 技 术1.1.整流电路整流电路（a）电路图）电路图

31、（b）vs和和vo的波形的波形二、模型分析法应用举例二、模型分析法应用举例模 拟 电 子 技 术2、二极管电路静态工作分析、二极管电路静态工作分析例例: 硅二极管，硅二极管，R = 10 k ，分别用二极管理想模，分别用二极管理想模型、恒压降模型和折线模型求出型、恒压降模型和折线模型求出 （1）VDD = 10 V 、（2） VDD = 10 V 时时 ID 和和 VD 的值。的值。DiDVDDvD+-RRVDDDiD+-vD模 拟 电 子 技 术0DV 10110DDDDVVVImARk理想模型理想模型:恒压模型恒压模型:0.7DV (100.7)0.9310DDDDVVVImARk100.

32、50.931100.2DDthDDVVVVImARrkk折线模型折线模型:(1) VDD=10V(2) VDD=1V0.50.9310.20.69DthD DVVI rVmAkV理想模型理想模型:0DV 10.110DDDDVVVImARk恒压模型恒压模型:0.7DV (1 0.7)0.0310DDDDVVVImARk折线模型折线模型:10.50.049100.2DDthDDVVVVImARrkk0.50.030.20.51DthD DVVI rVmAkVVDD 大，大， 采用理想或恒压降采用理想或恒压降 模型模型VDD 小，小， 采用采用折线折线模型模型DiDVDDvD+-R模 拟 电 子

33、技 术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，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当解，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。 模 拟 电 子 技 术例例 一二极管开关电路如下图所示。用理想模型分析当一二极管开关电路如下图所示。用理想模型分析当vI1和和vI2为为0V或或5V时，求时，求vI1和和vI2的值不同组合情况下，输出电压的值不同组合情况下，输出电压vO的值。的值。5 V4. 开关电路开关电路D1D24.7KVcc5VvI1vI2+

34、-+-vI1vI24.7KD1D2Vcc5VvI1vI2二极管工作情况二极管工作情况vOD1D20 V 0 V0 V 5 V5 V 0 V5 V 5 V导通导通导通导通导通导通导通导通截止截止截止截止截止截止截止截止0 V 0 V 0 V 5 V 模 拟 电 子 技 术例：例：电路如图所示，求电路如图所示，求AO的电压值的电压值解：解： 先断开先断开D，以，以O为基准电位，为基准电位， 即即O点为点为0V。 则接则接D阳极的电位为阳极的电位为-6V，接，接 阴极的电位为阴极的电位为-12V。 阳极电位高于阴极电位，阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。接入时正向导通。导通后，导通后，D的压降

35、等于零，即的压降等于零，即A点的电位就是点的电位就是D阳极的电位。阳极的电位。所以，所以，AO的电压值为的电压值为-6V。模 拟 电 子 技 术5. 低电压稳压电源低电压稳压电源DiDVIvD+-RiDvD+-RVI+-VIiD=ID+iDvD=VD+vDiDR+-vOrd+-vI例例: :在图所示的低电压稳压电路中，直流电源电压在图所示的低电压稳压电路中，直流电源电压V VI I的正常值为的正常值为10V10V，R=10K,R=10K,若若V VI I 变化变化1V1V时，问相应的硅二极管电压（输出电压）的变化如何？时，问相应的硅二极管电压（输出电压）的变化如何？解解：当当 V VI I的正

36、常值为的正常值为10V10V，利，利用恒压降模型，用恒压降模型，V VD D0.7V 0.7V 。可。可得得Q Q点上的电流为点上的电流为: :100.70.9310DVVImAK26280.93TdDVm VrIm A在此在此Q Q点上，二极管的微变电阻为点上，二极管的微变电阻为VIVI有有1V1V的波动，可视为一峰的波动，可视为一峰- -峰峰值为值为2V2V的交流信号作用于由的交流信号作用于由R R和和r rD D组组成的分压器上成的分压器上d(-d3r2 VR + r2 82 V5.5 8 m V1 01 02 8dv峰峰 值 ）二极管电压二极管电压vdvd的变化范围为的变化范围为2.9

37、mV2.9mV。小信号小信号等效电路等效电路VI 波动后波动后的电路的电路模 拟 电 子 技 术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 = 0.1sin t 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。模 拟 电 子 技 术3.5特殊二极管一、齐纳二极管一、齐纳二极管(稳压管稳压管)符号符号+

38、 -工作条件：工作条件：反向击穿反向击穿Vz 反向击穿电压反向击穿电压 (稳压管的稳定电压稳压管的稳定电压)稳压作用稳压作用: 电流增量电流增量 IZ很很大只引起很小大只引起很小的电压的电压 VZ变化变化模 拟 电 子 技 术主要参数主要参数3) 最大工作电流最大工作电流 IZM (Imax) 最大耗散功率最大耗散功率 PZMP ZM = UZ IZM4) 动态电阻动态电阻 rZrZ = UZ / IZ 越小稳压效果越好。越小稳压效果越好。几几 几十几十 1) 稳定电压稳定电压 VZ 流过规定电流时稳压管流过规定电流时稳压管 两端的反向电压值。两端的反向电压值。2) 稳定电流稳定电流 IZ 小

39、于小于 Imin 时不稳压时不稳压, 大于大于Imax时烧毁。时烧毁。模 拟 电 子 技 术5.) 稳定电压温度系数稳定电压温度系数 CTZZTVV100%CT 一般，一般，VZ 4 V，CTV 7 V，CTV 0 ( (为雪崩击穿为雪崩击穿) )具有正温度系数；具有正温度系数；4 V VZ 7 V，CTV 很小。很小。模 拟 电 子 技 术并联式稳压电路并联式稳压电路oIoVRIRIZIVIVORRLILIRIZ(Io)LRoVRIzIiVoVoV稳压原理稳压原理:RV模 拟 电 子 技 术稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例Zmin10V, P1 ,2mA ,R=100ZzVW I25

40、0LR (max)110010ZzZPWImAVV例例:稳压管的技术参数稳压管的技术参数:VoiZDZRViRL(1)若若 ,试求试求Vi允许的变化范围允许的变化范围(2)若若 Vi=22V ,试求试求RL允许的变化范围允许的变化范围解：解：(1) DZ管允许的最大电流为管允许的最大电流为(max)24iVV(max)(max)izZZLVVVIRRVi(max)应满足应满足:(min)14.2iVV(min)minizZZLVVVIRRVi(min)应满足应满足:(max)(max)izZZLVVVIRR(min)(min)izZZLVVVIRR RLmax 、RLnin 应分别满足应分别满足:14.2Vi 24V5085LR (2)模 拟 电 子 技 术VIVORRLILIRIZ例例 : :一稳压电路如图一稳压电路如图所示，其中的直流输所示，其中的直流输入电压入电压V VI I系由汽车上系由汽车上铅酸电池供电，电压铅酸电池供电，电压在在121213.6V13.6V之间波之间波动。负载为一移动式动。负载为一移动式9V9V半导体收音机，当半导体收音机，当它的