1、 3/3一講：二極管及其基本電路 導(dǎo)言 我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)習(xí)模擬電子技術(shù) 在自然界以及人類活動(dòng)中，存在著各種各樣的信息。承載著這些信息的載體，就叫做信號(hào)?，F(xiàn)實(shí)生活中，我們會(huì)遇到種類繁多的信號(hào)，比如聲信號(hào)、光信號(hào)、溫度信號(hào)等等，這些時(shí)間連續(xù)、幅值連續(xù)的信號(hào)叫做模擬信號(hào)，也就是數(shù)學(xué)當(dāng)中的連續(xù)函數(shù)。在對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，為了方便研究，需要將它們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。將各種非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件或裝置叫做傳感器，在電路中常將它描述為信號(hào)源。 然而，傳感器輸出的電信號(hào)通常是很微弱的，如細(xì)胞電生理實(shí)驗(yàn)中所檢測(cè)到的電流僅有皮安（pA ，A 1210-）量級(jí)。對(duì)于這些過(guò)于微弱的信號(hào)，一般情況下既無(wú)法直接顯示，也很難

2、作進(jìn)一步處理。因此，需要將這些信號(hào)輸入到放大電路中進(jìn)行放大處理。 如何利用各種元件設(shè)計(jì)出合理的放大電路，對(duì)信號(hào)源進(jìn)行有效的、減少失真的處理，是這門課程的主要內(nèi)容?？梢哉f(shuō)，“放大”一詞，就是這門課的核心。 課時(shí)一：二極管及其基本電路 一、PN 結(jié) 1. 形成 通過(guò)一定的工藝，在同一塊半導(dǎo)體的一邊摻雜成P 型，另一邊摻雜成N 型，當(dāng)多子擴(kuò)散與少子漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，交界面上就會(huì)形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，又稱勢(shì)壘區(qū)或耗盡層，即為PN 結(jié)的形成。 2. 單向?qū)щ娦?PN 結(jié)正向偏置時(shí)，耗盡層變窄，呈現(xiàn)低電阻，稱為正向?qū)ǎ?PN 結(jié)反向偏置時(shí)，耗盡層變寬，呈現(xiàn)高電阻，稱為反向截止。 3. 電容效應(yīng) PN

3、結(jié)的電容效應(yīng)包括擴(kuò)散電容D C 和勢(shì)壘電容B C 。 4. 反向擊穿特性 PN 結(jié)的反向擊穿分為雪崩擊穿和齊納擊穿兩種現(xiàn)象。 二、半導(dǎo)體二極管 半導(dǎo)體二極管就是一個(gè)封裝的PN 結(jié)。 1. 二極管的伏安特性 1) 伏安特性表達(dá)式 二極管是一個(gè)非線性器件，其伏安特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 )1(-=T D V v S D e I i 在室溫下（K T 300=時(shí)），mV V T 26=。 例1.1在室溫下，若二極管的反向飽和電流為nA 1，求它的正向電流為mA 5.0時(shí)應(yīng)加多大的電壓。 2) 伏安特性曲線 二極管的伏安特性曲線如下圖所示。 正向特性：D v 小于死區(qū)電壓（開啟電壓）時(shí)，0?D i ；正向部

4、分的開始階段，電流增加的比較慢；在電流D i 較大時(shí)，電壓D v 隨電流變化很小，稱為導(dǎo)通電壓。（死區(qū)電壓：硅管為V 5.0，鍺管為V 1.0；導(dǎo)通電壓：硅管為V 7.0，鍺管為V 2.0） 反向特性：當(dāng)反向電壓T D V v ，且小于BR V 時(shí)，S D I i -?，反向飽和電流很小。當(dāng)反向電壓的絕對(duì)值達(dá)到BR V 后，反向電流會(huì)突然增大，二極管反向擊穿。 2. 溫度特性 溫度升高時(shí)，二極管的正向曲線左移，正向壓降減?。粶囟让可逤 1，正向電壓降將降低mV mV 5.22。 二極管的反向飽和電流S I 也隨溫度的改變而改變，溫度每升高C 10，反向飽和電流將增加一倍。 三、二極管基本電路

5、的分析方法 在二極管兩端接入正向電源和電阻，就構(gòu)成了最基本的二極管電路。 1. 圖解分析法 圖解分析的前提是已知二極管的V I -特性曲線，因此在復(fù)雜的電路中，圖解法并不實(shí)用，但對(duì)理解電路的工作原理和工作點(diǎn)的概念有很大幫助。 例1.2電路如圖1，二極管的伏安特性如圖2，常溫下mV V T 26?，問(wèn)：二極管在i u 為零時(shí)的電流和電壓各為多少？ 2.模型分析法 a.理想模型：正向?qū)〞r(shí)，二極管正向壓降為零，相當(dāng)于一根導(dǎo)線；反向截止 時(shí)，二極管電流為零，相當(dāng)于開路。 V，例1-3判斷下列圖中的二極管是導(dǎo)通的還是截止的，并求出AO兩端電壓 AO 設(shè)二極管是理想的。 u的波形如圖b，在0t5ms的時(shí)

6、間間例1-4二極管電路如圖a，設(shè)輸入電壓 i 的波形，設(shè)二極管是理想的。 隔內(nèi)，試?yán)L出)(t v o b.恒壓降模型：正向?qū)〞r(shí)，二極管正向壓降為常數(shù)（硅管V 7.0，鍺管V2.0）； 反向截止時(shí)，二極管電流為零，相當(dāng)于開路。 例1-5使用恒壓降模型，重復(fù)例1-4。 例1-6電路如圖，電源tV v s w sin 2=，試分別使用理想模型和恒壓降模型（其中二極管為硅管）分析，繪出負(fù)載L R 兩端的電壓波形，并標(biāo)出幅值。 c. 折線模型：用一電池電壓和一個(gè)電阻D r 串聯(lián)的電路模型。D r 可用折線的斜率 求出。 d. 小信號(hào)模型：如果電路中除了直流電源外，還有微變信號(hào)（交流小信號(hào)）時(shí)， 則對(duì)后者而言，二極管可用交流等效電阻d r 表示，其值與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)，即DQ T d I V r /?，其中mV V T 26=（常溫下）。 例1-7電路如圖，D 為硅管,V V DD 2=,W =k R 1,mV t v s )502sin(50=p 。 1）靜態(tài)時(shí)，求二極管中的靜態(tài)電流和o v 的靜態(tài)電壓； 2）動(dòng)態(tài)時(shí)，求二極管中的交流電流振幅和o v 的交流電壓振幅； 3）求輸出電壓o v 的總量。 四、穩(wěn)壓二極管齊納擊穿 穩(wěn)壓管，又稱齊納二極管，是一種特殊的二極管，其伏安特性與二極管類似，但它的反向擊穿特性很陡。因此，穩(wěn)壓管通常工作于反向擊穿狀態(tài)來(lái)穩(wěn)定直流電壓。 圖中的Z