第三章二极管及其电路.ppt

1、Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章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3.3 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Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章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 3.1.1 半导体材料半导体材料 3.1.2 半导体的共价键结构半导体

2、的共价键结构 3.1.3 本征半导体本征半导体 3.1.4 杂质半导体杂质半导体Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 3.1.1 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，来划分的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导体、绝缘体和半导体。 1. 导体：导体：电阻率 109 cm几乎不导电的物体几乎不导电的物体。 如：橡胶等如：橡胶等Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 半导

3、体是导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。在半导体是导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。在一定条件下可导电。一定条件下可导电。 典型的半导体有典型的半导体有硅硅Si和和锗锗Ge以及以及砷化镓砷化镓GaAs等。等。半导体特点：半导体特点： 1) 在外界能源的作用下，导电性能显著变在外界能源的作用下，导电性能显著变 化。光敏元件、热敏元件属于此类。化。光敏元件、热敏元件属于此类。 2) 在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显 著增加。二极管、三极管属于此类。著增加。二极管、三极管属于此类。Copyright Henan Polytechnic University C第

4、第 2 2 章章运运算算放放大大器器 1. 1. 本征半导体本征半导体化学成分纯净的半导体。化学成分纯净的半导体。制造半导体器件制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到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”。它在物理结构上呈单晶体形态。它在物理结构上呈单晶体形态。电子技术中用的最多的是电子技术中用的最多的是硅硅和和锗锗。硅硅和和锗锗都是都是4 4价元素，它们的外层电子都是价元素，它们的外层电子都是4 4个。个。 3.1.3 本征半导体本征半导体Copyright Henan Polytechnic University C第第 2

5、2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路(a)硅的原子结构图最外层电子称价电子 价电子锗原子也是 4 价元素。4 价元素的原子常常用+ 4 电荷的正离子和周围 4个价电子表示。+4(b)简化模型Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路+4+4+4+4+4+4+4+4+4o 本征半导体：完全纯净的（9个9）、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体。o 单晶体中的共价键结构共价键价电子 1、本征半导体的共价键结构、本征半导体的共价键结构Copyright Henan Polytechn

6、ic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 2 2、共价键性质、共价键性质 共价键上的两个电子是由相邻原子各用一个共价键上的两个电子是由相邻原子各用一个电子组成的，这两个电子被成为电子组成的，这两个电子被成为束缚电子束缚电子。 束缚电子同时受两个原子的约束，如果没有束缚电子同时受两个原子的约束，如果没有足够的能量，不易脱离轨道。足够的能量，不易脱离轨道。 因此，在绝对温度因此，在绝对温度T=0T=0 K K（-273 -273 C C）时，由于时，由于共价键中的电子被束缚着，本征半导体中没有自由电共价键中的电子被束缚着，本征半导体中没有自由电子，不导电。只有在激发下，

7、本征半导体才能导电。子，不导电。只有在激发下，本征半导体才能导电。Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路+4+4+4+4+4+4+4+4+43、电子与空穴、电子与空穴o 本征激发自由电子空穴 若温度升高，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位空穴。o 本征半导体具有微弱的导电能力，且导电能力与温度有关空穴可看成带正电的载流子（热激发）Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3

8、章二极管及其基本电路o 电子和空穴产生过程动画演示 Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路o 自由电子-空穴对：本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现的。（成双配对）o 两种载流子n 自由电子n 空穴o 复合n 由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。n 在一定的温度下，产生与复合运动会达到动态平衡，载流子的浓度就一定了。o 载流子的浓度与温度密切相关：随着温度的升高，基本按指数规律增加。Copyright Henan Polytechnic University C第第

9、2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路在外电场作用下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U本征半导体导电能力Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路电子运动形成电子电流+4+4+4+4+4+4+4+4+4U本征半导体导电能力Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路+4+4+4+4+4+4+4+4+4U本征半导体导电能力Copyright Henan Polytechni

10、c University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路+4+4+4+4+4+4+4+4+4U本征半导体导电能力Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路+4+4+4+4+4+4+4+4+4U本征半导体导电能力Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路+4+4+4+4+4+4+4+4+4U本征半导体导电能力Copyright Henan Polytechni

11、c University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路+4+4+4+4+4+4+4+4+4U价电子填补空穴而使空穴移动，形成空穴电流本征半导体导电能力Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路(1) 在半导体中有两种载流子这就是半导体和导体导电原理的本质区别a. 电阻率大(2) 本征半导体的特点b. 导电性能随温度、光照、外加电场发生变化小结 带正电的空穴带负电的自由电子本征半导体能不能在半导体器件中直接使用？Copyright Henan Polytec

12、hnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 3.1.4 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质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化。掺入的杂，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为体称为杂质半导体杂质半导体。 N N型半导体型半导体掺入五价杂质元素（如磷）的掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。半导体。 P P型半导体型半导体掺入三价杂质元素（如硼）的掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。半导体。Co

13、pyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 1. N 1. N型半导体型半导体 3.1.4 杂质半导体杂质半导体 因五价杂质原子中因五价杂质原子中只有四个价电子能与周只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形共价键束缚而很容易形成自由电子。成自由电子。 在在N N型半导体中型半导体中自由自由电子是多数载流子，电子是多数载流子，它主要由杂质原它主要由杂质原子提供；子提供；空穴是少数载

14、流子空穴是少数载流子, , 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正电荷而成为提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子正离子，因此五价杂质原子也称为因此五价杂质原子也称为施主杂质施主杂质。Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 N N型半导体的结构示意图如图所示型半导体的结构示意图如图所示：磷原子核自由电子所以，所以，N型半导体中的导电粒子有两种：型半导体中的导电粒子有两种： 自由电子自由电子多数载流子（由两部分组成）多数载流子（由两部分组成） 空穴空穴少数载流子少数载流子Copyri

15、ght Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路o N型半导体的形成过程动画演示1、N 型半导体Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路1、N 型半导体o 施主原子o N型半导体n多数载流子（多子）电子n少数载流子（少子）空穴n电子浓度空穴浓度o 因电子带负电，称这种半导体为N(negative)型或电子型半导体。施主原子自由电子Copyright Henan Polytechnic University C

16、第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路1、N 型半导体o 杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。在T=300K 室温下：本征硅的原子浓度: 4.961022/cm3；本征硅的电子和空穴浓度: n=p=1.41010/cm3； 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=51016/cm3。该三个浓度依次相差6个数量级。Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路2、P 型半导体o在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素

17、，如硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。oP 型半导体的晶体结构BCopyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路o P型半导体的形成过程动画演示2、P 型半导体Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路2、 P 型半导体o P 型半导体的特点n 空穴浓度远大于电子浓度，即 p nn 多数载流子（多子）空穴n 少数载流子（少子）电子Copyright Henan Polytechnic Univer

18、sity C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路3、杂质半导体说明(a) N 型半导体o 杂质半导体的表示(b) P 型半导体nN 型半导体里有没有空穴？nP 型半导体里有没有电子？o问题nN 型半导体里有没有空穴？nP 型半导体里有没有电子？o问题nN 型半导体里有没有空穴？nP 型半导体里有没有电子？o问题nN 型半导体里有没有空穴？nP 型半导体里有没有电子？o问题Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路3、杂质半导体说明o杂质半导体的导电能力大大改善，且其

19、导电能力由掺杂质浓度决定。o掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。o杂质半导体总体上保持电中性。n当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可将N型转为P型；o 杂质半导体的转型n当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可将P型转为N型。Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体 本节中的有关概念本节中的有关概念 自由电子、空穴自由电子、空穴 N N型半导体、型半导体、P P型半导体型半导体 多数载流子、少数载流子多数载流子

20、、少数载流子 施主原子、受主原子施主原子、受主原子endCopyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性 3.2.2 PN结的形成结的形成 3.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性 3.2.4 PN结的反向击穿结的反向击穿 3.2.5 PN结的电容效应结的电容效应 3.2.1 载流子的漂移与扩散载流子的漂移与扩散Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路P

21、N 结的形成 在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P 型半导体，另一侧掺杂成为N 型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN 结。 PNPN结PN 结的形成Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路1、PN 结中载流子的运动耗尽层空间电荷区PN 扩散运动 扩散运动形成空间电荷区电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。 PN 结，耗尽层。PNCopyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路

22、 空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场UD 内电场空间电荷区正负离子之间电位差 UD 电位壁垒； 内电场阻止多子的扩散 阻挡层。 漂移运动 内电场有利于少子运动漂移。 阻挡层1、PN 结中载流子的运动 少子的运动与多子运动方向相反Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路1、PN 结中载流子的运动o 扩散与漂移的动态平衡n扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；n随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；n当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运

23、动与漂移运动达到动态平衡。o 空间电荷区的宽度约为几微米 几十微米；o 电压壁垒 UD：硅材料约为(0.6 0.8) V, 锗材料约为(0.2 0.3) V。Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 PN结形成过程动画演示1、PN 结中载流子的运动Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路PN结正向偏置 当外加直流电压使PN结P型半导体的一端的电位高于N型半导体一端的电位时（正向电压），称P

24、N结正向偏置，简称正偏。PN结反向偏置当外加直流电压使PN结N型半导体的一端的电位高于P型半导体一端的电位时（反向电压），称PN结反向偏置，简称反偏。2、PN 的单向导电性o PN结正向偏置o PN结反向偏置Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路2、PN 的单向导电性n PN 结外加正向电压时，回路中将产生一个较大的正向电流， PN 结处于导通状态；n PN 结外加反向电压时，回路中反向电流非常小，几乎等于零， PN 结处于截止状态。Copyright Henan Polytechnic

25、University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路外电场方向内电场方向空间电荷区VRIPNo正向电压（正向接法、正向偏置、正偏）o空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流o在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。PN 结加正向电压Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 PN结正偏动画演示2、PN 的单向导电性 PN结正偏动画演示2、PN 的单向导电性Copyright Henan Pol

26、ytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路空间电荷区PN外电场方向内电场方向VRISPN 结加反向电压o 反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感，随着温度升高， IS 将急剧增大。 外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场少子漂移形成反向电流I R耗尽层变宽漂移运动扩散运动Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 PN结反偏动画演示2、PN 的单向导电性Copyright Henan Polytechnic Unive

27、rsity C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路n当PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流， PN 结处于 导通状态；n 当 PN 结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零， PN 结处于截止状态。结论：PN 结具有单向导电性。2、PN 的单向导电性n 正偏导通，反偏截止o 小结o 单向导电性Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 3.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性 (3) PN(3) PN结结V V- -I I 特性表达式特性表达

28、式其中其中PNPN结的伏安特结的伏安特性性)1e (/SDD TVIivI 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）V026. 0 qkTVTmV 26 Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 3.2.4 PN结的反向击穿结的反向击穿 当当PNPN结的反向电压结的反向电压增加到一定数值时，反增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，向电流突然快速增加，此现象称为此现象称为PNPN结的结的反向反向击穿。击穿

29、。热击穿热击穿不可逆不可逆PNPN结被击穿后，结被击穿后，PNPN结上的结上的压降高，电流大，功率大。当压降高，电流大，功率大。当PNPN结上的功耗使结上的功耗使PNPN结发热，并超过结发热，并超过它的耗散功率时，它的耗散功率时，PNPN结将发生结将发生热热击穿击穿。这时。这时PNPN结的电流和温度之结的电流和温度之间出现恶性循环，最终将导致间出现恶性循环，最终将导致PNPN结烧毁。结烧毁。Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路+内电场+E+EW+空 间 电 荷 区+R+IRPN外电场雪崩

30、击穿：碰撞、倍增效应 4V以下齐纳击穿：直接破坏共价键 7V以上PN 的反向击穿Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 3.2.5 PN结的电容效应结的电容效应(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是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的。是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的。正向电压时，载流子积累电正向电压时，载流子积累电荷量发生变化，相当于电容荷量发生变化，相当于电容器充电和放电的过程器充电和放电的过程 扩散电容效应。扩散电容效应。当加反向电压时，扩散运当加反向电压时，扩散运动

31、被削弱，扩散电容的作动被削弱，扩散电容的作用可忽略。用可忽略。Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 3.2.5 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 Bend是由是由 PN PN 结的空间电荷区变化形成的。结的空间电荷区变化形成的。空间电荷区的正负空间电荷区的正负离子数目发生变化离子数目发生变化，如同电容的放电，如同电容的放电和充电过程。和充电过程。Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算

32、放放大大器器 第3章二极管及其基本电路1、PN结正偏时（ ），反偏时（ ），所以PN结具有（ ）导电性。练习：填空2、漂移电流是（ ）电流，它由（ ）载流子形成，其大小与（ ）有关，而与外加电压（ ）。3、空穴为（ ）载流子。自由电子为（ ）载流子的杂质半导体称为P型半导体。4、PN结的P型侧接高电位，N型侧接低电位称为（ ）反之称为（ ）Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路3.3 半导体二极管半导体二极管 3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 3.3.2 二极管的伏安特性二

33、极管的伏安特性 3.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 将PN 结封装在塑料、玻璃或金属外壳里，再从P 区和N 区分别焊出两根引线作阳、阴极。符号Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 一、二极管的结构Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路一、二极管的结构Copy

34、right Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 发光二极管的舞台效果Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路二极管的类型o按材料分n硅二极管n锗二极管o 按结构分n点接触型二极管-不允许通过较大的电流，可在高频下工作n面接触型二极管-结面积大，允许流过的电流大，但只能在较低频率下工作o 按用途分（特殊二极管）n整流二极管n稳压二极管n检波二极管n开关二极管n发光二极管n变容二极管nCopyright Henan Polytech

35、nic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 在在PNPN结上加上引线和封装，就成为一个二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有管。二极管按结构分有点接触型、面接触型点接触型、面接触型两大两大类。类。(1) (1) 点接触型二极管点接触型二极管(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图 PN PN结面积小，结结面积小，结电容小，用于检波和电容小，用于检波和变频等高频电路。变频等高频电路。Copyright Henan Polytechnic Univer

36、sity C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路（a）面接触型）面接触型 （b）集成电路中的平面型）集成电路中的平面型 （c）代表符号）代表符号 (2) (2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN PN结面积大，用于结面积大，用于工频大电流整流电路。工频大电流整流电路。(b)(b)面接触型面接触型Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路1、伏安特性 流过二极管的电流与加在二极管两端的电压的关系曲线流过二极管的电流与加在二极管两端的电压的关系曲线I = f (U )

37、就是二极管的伏安特性。就是二极管的伏安特性。604020 0.002 0.0040 0.51.02550I / mAU / V正向特性硅管的伏安特性击穿电压反向特性 50I / mAU / V0.20.4 25510150.010.020锗管的伏安特性死区电压Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路正向特性o当正向电压较小时，正向电流很小，几乎为零。n 死区n 死区电压（门坎电压）o死区电压与材料和温度有关o硅管约 0.5 V 左右，锗管约 0.1 V 左右o当正向电压超过死区电压后，随着电

38、压的升高，正向电流迅速增大n 硅管导通电压0.7Vn 锗管导通电压0.2V死区6040200 0.40.8I / mAU / V6040200 0.40.8I / mAU / V材料开启电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.50.8V1A以下锗Ge0.1V0.10.3V几十ACopyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 3.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V V- -I I 特性特性 当当V V0 0时，即处于反向特性时，即处于反向特性区域。反

39、向区也分两个区域：区域。反向区也分两个区域： 当当V VBRBRV V0 0时，反向电流很小时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称变化，此时的反向电流也称反向反向饱和电流饱和电流I IS S 。 当当VVVVBRBR时，反向电时，反向电流急剧增加，流急剧增加，V VBRBR称为称为反反向击穿电压向击穿电压 。Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 伏安特性总结二极管具有单向导电性加正向电压时，导通，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合加反向电压时，截止，呈现很大

40、的反向电阻，如同开关断开二极管是非线性器件 50I / mAU / V0.20.4 25510150.010.020Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 3.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数(1) (1) 最大整流电流最大整流电流I IF F(2) (2) 反向击穿电压反向击穿电压V VBRBR和和最大反向工作电压最大反向工作电压V VRMRM 二极管反向电流二极管反向电流急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿电压电压V VBRBR。 为安全

41、计，在实际为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压工作时，最大反向工作电压V VRMRM一般只按反向击穿电压一般只按反向击穿电压V VBRBR的一半计算。的一半计算。二极管长期连续工二极管长期连续工作时，允许通过二作时，允许通过二极管的最大整流极管的最大整流电流的平均值。电流的平均值。Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 3.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数(3) (3) 反向电流反向电流I IR R 在室温下，在规定的反向电在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电压下

42、的反向电压下，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)(nA)级；锗二极管在微安级；锗二极管在微安( ( A)A)级。级。(4) (4) 正向压降正向压降V VF F 在规定的正向电流下，二极在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下，约降在中等电流水平下，约0.60.60.8V0.8V；锗二极；锗二极管约管约0.20.20.3V0.3V。Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大

43、器器 第3章二极管及其基本电路国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：2AP9用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管。代表器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge， C为N型Si， D为P型Si。2代表二极管，3代表三极管。Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路N型、型、P型其实是针对载流子来说的，载流型其实是针对载流子来说的，载流子分为电子和空穴，如果材料以电子载流子子分为电子和空穴，如果材料以电子载流子导电为主那么就叫导电为主那么就叫N型，如果以

44、空穴载流子型，如果以空穴载流子导电为主那么就叫导电为主那么就叫P型。因为电子带负电，型。因为电子带负电，所以所以N是是negative的缩写；而空穴带正电的缩写；而空穴带正电，所以，所以P是是positive的缩写的缩写 Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路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Copyright Henan P

45、olytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路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，因而其电路一般要采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，相对来说比较复杂，而图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，但前提条件是已知二极管的解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V V - -I I 特性曲线。特性曲线。Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器

46、 第3章二极管及其基本电路例 电路如图所示，已知二极管的V-I 特性曲线、电源VDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD 。 1、图解分析法解：由电路的KVL方程，可得 DDDDRiV vDDDD11VRRi v即 是一条斜率为-1/R 的直线，称为负载线 Q 的坐标值（VD，ID）即为所求，Q点称为电路的工作点。VDDVDD / RVDIDQ负载线Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路（1）理想模型 （a）V-I 特性 （b）代表符号 （c）正向偏置时的电路模型 （d）反

47、向偏置时的电路模型正偏导通，uD = 0；反偏截止， iD = 0 U(BR) = 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大信号模型大信号模型Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路（2）恒压降模型（a）V-I 特性 （b）电路模型 uDiDUD(on)uD = UD(on)0.7 V (Si)0.2 V (Ge)Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路（3）

48、折线模型（a）V-I 特性 （b）电路模型 uDiDUD(on)UIIUr D斜率斜率1/ rDrD1UD(on)Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路 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。)(11sDDDDvv VRRivs =Vmsin t 时（时（VmVT 。

49、 （a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路（1）整流电路（a）电路图 （b）vs的波形 （c）vo的波形2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（2 2）静态工作情况分析）静态工作情况分析V 0D VmA 1/DDD RVI理想模型理想模型（R=10k ） 当当

50、VDD=10V 时，时，mA 93. 0/ )(DDDD RVVI恒压模型恒压模型V 7 . 0D V（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）折线模型折线模型V 5 . 0th V（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）mA 931. 0DthDDD rRVVI k 2 . 0Dr设设V 69. 0DDthD rIVV（a）简单二极管电路）简单二极管电路 （b）习惯画法）习惯画法 Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路（3）限幅电路 电路如图(a)，R = 1k，VREF = 3V，二极管为硅管。

51、分别用理想模型 和恒压降模型求解，当vI = 6sin t V时，绘出相应的输出电压vO的波形。 理想模型恒压降模型Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路ui = 2 sin t (V)，分析二极管的限幅作用。ui 较小，宜采用恒压降模型V1V2uiuORui 0.7 VV1、V2 均截止uO = uiuO = 0.7 Vui 0.7 VV2 导通 V截止ui 0.7 VV1 导通 V2 截止uO = 0.7 VOtuO/ V0.7Otui / V2 0.7VDD 大， 采用理想模型VDD

52、 小， 采用恒压降模型Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（4 4）开关电路）开关电路解：解： LAB+V(a)(b)3k(+5V)RCC&ABL=AB D1D2（1）VA=VB=0V。此时二极。此时二极管管D1和和D2都导通，由于二极都导通，由于二极管正向导通时的钳位作用，管正向导通时的钳位作用，VL0V。（2）VA=0V，VB=5V。此时二极管此时二极管D1导通，由于导通，由于钳位作用，钳位作用，VL0V，D2受受反向电压而截止。反向电压而截止。（3）VA=5V，VB=0V。此时此时D2导通，导通，VL0V，D1受反向电压而截止。受反向电压而截止。（4）VA=VB=5V。此时。此时二极管二极管D1和和D2都截止，都截止，VL=VCC=5V。 Copyright Henan Polytechnic University C第第 2 2 章章运运算算放放大大器器 第3章二极管及其基本电路2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（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 = 0.1si