模擬電子技術(shù)CH第1頁，共108頁。半導(dǎo)體二極管圖片第2頁，共108頁。2半導(dǎo)體二極管圖片第3頁，共108頁。33二極管及其基本電路主要內(nèi)容·半導(dǎo)體的基本知識·PN結(jié)的形成及特點·半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)、V-I特性、參數(shù)、及基本應(yīng)用電路基本要求·了解半導(dǎo)體材料的基本結(jié)構(gòu)及PN結(jié)的形成·掌握PN結(jié)的單向?qū)щ姽ぷ髟怼ふ莆斩O管（包括穩(wěn)壓管）的V-I特性及其基本應(yīng)用第4頁，共108頁。43.1半導(dǎo)體的基本知識

3.1.1半導(dǎo)體材料

3.1.2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)

3.1.3本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用

3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體第5頁，共108頁。53.1.1半導(dǎo)體材料絕緣體根據(jù)物體導(dǎo)電能力導(dǎo)體半導(dǎo)體硅Si鍺Ge砷化鎵GaAs最常用導(dǎo)電率105S·cm-1導(dǎo)電率10-22S·cm-1導(dǎo)電率10-9~102S·cm-1。。。。導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間第6頁，共108頁。6半導(dǎo)體的特性簡介通過摻入雜質(zhì)可明顯地改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率2.溫度可明顯地改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率3.光照可明顯地改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，同時還可以產(chǎn)生電動勢。5.外施電壓能發(fā)光，能制冷。。。。。。。外界物理量能影響半導(dǎo)體中的電子變化，外施電壓能使半導(dǎo)體產(chǎn)生物理量4.半導(dǎo)體對很多物理量都很敏感，能夠制成很多種傳感器。第7頁，共108頁。73.1.2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)4價元素正離子芯周邊有4個電子圖示應(yīng)為立體結(jié)構(gòu)(a)鍺Ge的原子結(jié)構(gòu)(b)硅Si的原子結(jié)構(gòu)第8頁，共108頁。83.1.3本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。由于隨機熱振動致使共價鍵被打破而產(chǎn)生空穴－電子對半導(dǎo)體經(jīng)高度提純并制成晶體后，原子間組成某種形式的晶體點陣，這種半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。也就是完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。第9頁，共108頁。93.1.3本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用由于隨機熱振動致使共價鍵被打破而產(chǎn)生空穴－電子對當導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0K時，導(dǎo)體中沒有自由電子。當溫度升高或受到光的照射時，價電子能量增高，有的價電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。第10頁，共108頁。103.1.3本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電：空穴也能移動？！空穴的移動——空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次填充空穴來實現(xiàn)的。由于隨機熱振動致使共價鍵被打破而產(chǎn)生空穴－電子對在外界的影響下（如熱、光、電場、磁場等），使得其共價鍵中的價電子獲得一定能量后，電子受到激發(fā)脫離共價鍵，成為自由電子（帶負電），共價鍵中留下一個空位，稱為“空穴”。電子移動導(dǎo)致電流因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的第11頁，共108頁。11空穴的移動價電子空穴自由電子空穴的相對移動實際是電子在移動，空穴是相對移動空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的重要特點。第12頁，共108頁。12半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生載流子自由電子空穴兩種載流子共同形成半導(dǎo)體內(nèi)的電流。電子電流：空穴電流：自由電子作定向運動所形成的電流；被原子核束縛的價電子遞補空穴所形成的電流。第13頁，共108頁。133.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。N型半導(dǎo)體——摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體——摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。為什么先提純再摻雜形成雜質(zhì)半導(dǎo)體？第14頁，共108頁。141.N型半導(dǎo)體3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導(dǎo)體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。磷原子的結(jié)構(gòu)第15頁，共108頁。15N型半導(dǎo)體示意圖提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大量增加，于是有：自由電子數(shù)＞＞空穴數(shù)以自由電子導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體（N—typesemiconductor)。少數(shù)載流子多數(shù)載流子第16頁，共108頁。162.P型半導(dǎo)體3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。硼原子的結(jié)構(gòu)第17頁，共108頁。172.P型半導(dǎo)體3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負離子。三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。自由電子數(shù)＜＜空穴數(shù)少數(shù)載流子多數(shù)載流子因此以空穴導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體(P—typesemiconductor)。第18頁，共108頁。183.雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子濃度:3摻雜后的電子空穴濃度增加一百萬倍。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm34.96×1022/cm3

第19頁，共108頁。19本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體注意掌握本節(jié)中的有關(guān)概念自由電子、空穴N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體多數(shù)載流子、少數(shù)載流子施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)end常用詞匯第20頁，共108頁。203.2PN結(jié)的形成及特性

3.2.2

PN結(jié)的形成

3.2.3

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

3.2.4

PN結(jié)的反向擊穿

3.2.5

PN結(jié)的電容效應(yīng)

3.2.1

載流子的漂移與擴散第21頁，共108頁。213.2.1載流子的漂移與擴散擴散運動漂移運動由電場作用引起的載流子的運動由載流子濃度差引起的載流子的運動++自然界中擴散運動例子很多，如墨水滴進水中。但在固體中的擴散例子較少，只產(chǎn)生于邊界。第22頁，共108頁。223.2.2PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體基片上分別在兩個區(qū)域摻雜P型和N型元素構(gòu)成PN結(jié)第23頁，共108頁。233.2.2PN結(jié)的形成第24頁，共108頁。24在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程:因濃度差

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴散最后,多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。多子的擴散運動

由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

第25頁，共108頁。25對于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。隨Ed擴散運動漂移運動達到動態(tài)平衡Ed不變化形成穩(wěn)定的PN結(jié)第26頁，共108頁。261）空間電荷區(qū)的正負離子雖帶電，但它們不能移動，不參與導(dǎo)電。因區(qū)域內(nèi)的載流子極少，所以空間電荷區(qū)的電阻率很高。2）內(nèi)電場對多數(shù)載流子的擴散運動起阻擋作用，所以空間電荷區(qū)--PN結(jié)又稱為阻擋層或耗盡層。注意：第27頁，共108頁。273.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦援斖饧与妷菏筆N結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏。(1)PN結(jié)加正向電壓時降低結(jié)電阻大的正向擴散電流多子電流縮短耗盡層外電場與內(nèi)電場方向相反偏-加載第28頁，共108頁。28內(nèi)電場

EdPN

結(jié)變窄多子擴散運動少子漂移運動

PN

結(jié)導(dǎo)通（

PN

結(jié)呈現(xiàn)

R)形成正向電流

IP區(qū)接正極N區(qū)接負極加正向電壓(1)PN結(jié)加正向電壓時第29頁，共108頁。293.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦援斖饧与妷菏筆N結(jié)中P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏。(2)PN結(jié)加反向電壓時高結(jié)電阻很小的反向漂移電流

在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。

內(nèi)外電場同向，耗盡層被加寬，阻止多子流動第30頁，共108頁。30PN結(jié)變寬多子擴散運動少子漂移運動

PN

結(jié)截止（PN

結(jié)呈現(xiàn)反向R）內(nèi)電場

Ed形成反向電流

IP區(qū)接負極N區(qū)接正極加反向電壓(2)PN結(jié)加反向電壓時第31頁，共108頁。31結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。PN結(jié)加正向電壓時耗盡層電場與外施電場相反被削弱，PN結(jié)加反向電壓時耗盡層電場與外施電場相同被加寬結(jié)論：外施電壓能夠調(diào)節(jié)耗盡層的寬度，-壓控電阻。第32頁，共108頁。323.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?3)PN結(jié)V-I特性表達式其中PN結(jié)的伏安特性IS——反向飽和電流VT

——溫度的電壓當量且在常溫下（T=300K）用伏安特性法分析k為波耳茲曼常數(shù)（1.38

10–23J/K）T為熱力學(xué)溫度，即絕對溫度（單位為K，0K=-273

C）q為電子電荷（1.6

10–19C）第33頁，共108頁。333.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?3)PN結(jié)V-I特性表達式vD為正當vD比VT大幾倍時遠大于1Vd為負當Vd比Vt大幾倍時趨近于零因此id=-IsId與Vd成指數(shù)關(guān)系該公式能夠正確表達二極管的伏安特性第34頁，共108頁。343.2.4PN結(jié)的反向擊穿當PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。熱擊穿——不可逆雪崩擊穿齊納擊穿電擊穿——可逆PN結(jié)外施反向電壓是有限度的擊穿有兩類：第35頁，共108頁。353.2.4PN結(jié)的反向擊穿熱擊穿——當反向電流和反向電壓的乘積超過PN結(jié)容許的耗散功率使結(jié)上溫升過熱而燒毀不可恢復(fù)為提高耗散功率可以增加加散熱裝置第4次課第36頁，共108頁。363.2.4PN結(jié)的反向擊穿雪崩擊穿——結(jié)上反壓增強，使少數(shù)載流子獲得足夠的動能，運動中與晶體原子發(fā)生碰撞，導(dǎo)致原來共價鍵上的粒子獲得動能擺脫束縛，形成自由電子-空穴對，新生的自由電子再獲得電場動能還會繼續(xù)碰撞產(chǎn)生更多的自由電子-空穴對，持續(xù)效應(yīng)如同雪崩。電擊穿——沒有超過耗散功率時可恢復(fù)第37頁，共108頁。373.2.4PN結(jié)的反向擊穿齊納擊穿——雜質(zhì)濃度大，空間電荷區(qū)窄，加到一定高反壓時發(fā)生——齊納二極管-穩(wěn)壓用電擊穿——沒有超過耗散功率時可恢復(fù)破壞共價鍵，產(chǎn)生電子空穴對——第38頁，共108頁。383.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)(1)擴散電容CD擴散電容示意圖當PN結(jié)處于正向偏置擴散運動使多數(shù)載流子穿過PN結(jié)在對方區(qū)域PN結(jié)附近有高于正常情況時的電荷累積存儲電荷量的大小，取決于PN結(jié)上所加正向電壓值的大小。離結(jié)越遠，由于空穴與電子的復(fù)合，濃度將隨之減小。第39頁，共108頁。393.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)(1)擴散電容CD擴散電容示意圖兩者之比Q/V為擴散電容CD。若外加正向電壓有一增量

V，則相應(yīng)的空穴（電子）擴散運動在結(jié)的附近產(chǎn)生一電荷增量Q第40頁，共108頁。403.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)(2)勢壘電容CBend這種由空間電荷數(shù)量隨電壓變化而產(chǎn)生的電容效應(yīng)稱為PN結(jié)的勢壘電容。PN結(jié)的空間電荷區(qū)也稱勢壘區(qū)，是積累空間電荷的區(qū)域，當PN結(jié)兩端電壓改變時，會引起空間電荷數(shù)量的改變，從而產(chǎn)生PN結(jié)的電容效應(yīng)。第41頁，共108頁。413.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)endPN結(jié)的電容效應(yīng)主要影響二極管的高頻特性PN結(jié)的電容效應(yīng)是勢壘電容CB和擴散電容CD的綜合反映當PN結(jié)處于正向偏置時，結(jié)電容較大（主要決定于擴散電容CD）當PN結(jié)處于反向偏置時，結(jié)電容較?。ㄖ饕獩Q定于勢壘電容CB）。正偏時，Cj≈CD反偏時，Cj≈CB第42頁，共108頁。423.3二極管

3.3.1二極管的結(jié)構(gòu)

3.3.2二極管的伏安特性

3.3.3二極管的主要參數(shù)第43頁，共108頁。433.3.1二極管的結(jié)構(gòu)在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點接觸型、面接觸型兩大類。(1)點接觸型二極管(a)點接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。第44頁，共108頁。44（c）代表符號

(2)面接觸型二極管PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型（a）面接觸型（b）集成電路中的平面型第45頁，共108頁。453.3.2二極管的V-I特性二極管的V-I特性曲線可用下式表示鍺二極管2AP15的V-I特性硅二極管2CP10的V-I特性0.6~0.7V0.2V~0.3二極管的正向壓降一般硅管取0.7V鍺管取0.2V沒有特殊規(guī)定時：第46頁，共108頁。463.3.3二極管的主要參數(shù)(1)最大整流電流IF(2)反向擊穿電壓VBR(3)反向電流IR(4)極間電容Cd（CB、CD）(5)反向恢復(fù)時間TRR第47頁，共108頁。47(1)最大整流電流IF是指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。因為電流通過PN結(jié)要引起管子發(fā)熱，電流太大，發(fā)熱量超過限度，就會使PN結(jié)燒壞。例如2AP1最大整流電流為16mA。

第48頁，共108頁。48(2)反向擊穿電壓VBR指管子反向擊穿時的電壓值擊穿時，反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至因過熱而燒壞一般手冊上給出的最高反向工作電壓約為擊穿電壓的一半，以確保管子安全運行。第49頁，共108頁。49(3)反向電流IR指管子未擊穿時的反向電流值愈小，則管子的單向?qū)щ娦杂糜捎跍囟仍黾?，反向電流會明顯增加第50頁，共108頁。50(4)極間電容Cd（CB、CD）PN結(jié)存在擴散電容CD和勢壘電容CB在高頻運用時，可以用下圖所示的PN結(jié)高頻等效電路，共中r表示結(jié)電阻，C表示結(jié)電容，包括勢壘電容和擴散電容的總效果。PN結(jié)正向偏置，r為正向電阻，數(shù)值很小，結(jié)電容較大。PN結(jié)反向偏置，r為反向電阻，數(shù)值較大，結(jié)電容較小。第51頁，共108頁。51(5)反向恢復(fù)時間TRR由于二極管中PN結(jié)電容效應(yīng)的存在，當二極管外加電壓極性翻轉(zhuǎn)時，其正、反向電流不能在瞬間完全按照單向?qū)щ娦宰兓?。特別時外加電壓從正向偏置變成反向偏置時，二極管中電流由正向變成反向，但其翻轉(zhuǎn)后瞬間有較大的反向電流，經(jīng)過一定時間后反向電流才會變得很小。二極管由正向?qū)ǖ椒聪蚪刂箷r電流的變化圖3.3.5所示。其中IF為正向電流，IRM為最大反向恢復(fù)電流，TRR為反向恢復(fù)時間。

第52頁，共108頁。52(5)反向恢復(fù)時間TRR存在反向恢復(fù)時間的主要原因是擴散電容的CD影響。擴散電容越小，反向恢復(fù)時間越短，工作頻率越高。二極管由反向截止到正向?qū)▌t不存在積累載流子的消散過程。第53頁，共108頁。53溫度對二極管伏安特性曲線的影響第54頁，共108頁。54美國半導(dǎo)體器件的型號命名方法第一部分第二部分第三部分第四部分類別美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）注冊標志美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）登記號器件規(guī)格號數(shù)字意義字母意義用多位數(shù)字表示該器件在美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）的登記號用字母A、B、C、D……表示同一型號器件的不同檔次1二極管N該器件已在美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）注冊登記2晶體管3三個PN結(jié)器件（如雙柵場效應(yīng)管晶體管）nn個PN結(jié)器件第55頁，共108頁。55國家標準對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：第56頁，共108頁。563.4

二極管的基本電路及其分析方法

3.4.1簡單二極管電路的圖解分析方法

3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法第57頁，共108頁。57第58頁，共108頁。58二極管采用非線性電路分析方法二極管電路分析方法一種非線性器件采用圖解分析法則較簡單但要已知二極管的V-I特性曲線。比較復(fù)雜！3.4.1簡單二極管電路的圖解分析方法第59頁，共108頁。59例3.4.1電路如圖所示，已知二極管的V-I特性曲線、電源VDD和電阻R，求二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流iD。解：由電路的KVL方程，可得即是一條斜率為-1/R的直線，稱為負載線Q的坐標值（VD，ID）即為所求。Q點稱為電路的工作點第60頁，共108頁。60通過線性部分和非線性部分的交點找到工作點這種通過圖解方法解題較麻煩。工作點上的值即為本題的解第61頁，共108頁。613.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模將指數(shù)模型分段線性化，得到二極管特性的等效模型。（1）理想模型（a）V-I特性（b）代表符號（c）正向偏置時的電路模型（d）反向偏置時的電路模型正向偏置時，管壓降為0V，短接

于反向偏置時，它的電阻為無窮大，電流為零，斷開在實際的電路中，當電源電壓遠比二極管的管壓降大時，利用此模型來近似分析是可行的。

有變化，實心第62頁，共108頁。623.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（2）恒壓降模型（a）V-I特性（b）電路模型管壓降認為是恒定的，且不隨電流而變，典型值為（0.7V-硅管）（0.2V-鍺管）

當二極管的電流ID近似等于或大于1mA時才是正確的

應(yīng)用較廣電池+理想模型第63頁，共108頁。633.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（3）折線模型（a）V-I特性（b）電路模型為了較真實地描述二極管V-I特性，在恒壓降模型的基礎(chǔ)上，作一定的修正

.這個電池的電壓選定為二極管的門坎電壓Vth，約為0.5V（硅管）。當二極管的導(dǎo)通電流為1mA時，管壓降為0.7V，rD的值可計算如下：用一個電池和一個電阻rD來作進一步的近似恒壓降模型+電阻第64頁，共108頁。643.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號模型vs=0時,Q點稱為靜態(tài)工作點，反映直流時的工作狀態(tài)。vs=Vmsin

t時（Vm<<VDD）,將Q點附近小范圍內(nèi)的V-I特性線性化，得到小信號模型，即以Q點為切點的一條直線。第65頁，共108頁。653.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號模型過Q點的切線可以等效成一個微變電阻即根據(jù)得Q點處的微變電導(dǎo)則常溫下（T=300K）（a）V-I特性（b）電路模型在Q點處vD>>VT=26mV，

的區(qū)別？第66頁，共108頁。663.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號模型特別注意：小信號模型中的微變電阻rd與靜態(tài)工作點Q有關(guān)。該模型用于二極管處于正向偏置條件下，且vD>>VT。（a）V-I特性（b）電路模型注意使用條件：直流部分對交流來說是短路的。第67頁，共108頁。673.4.2二極管電路的簡化模型分析方法2．模型分析法應(yīng)用舉例（1）整流電路（a）電路圖（b）vs和vO的波形將交流整流成脈動直流功能：？第68頁，共108頁。682．模型分析法應(yīng)用舉例（2）靜態(tài)工作情況分析理想模型（R=10k）當VDD=10V時，恒壓模型（硅二極管典型值）折線模型（硅二極管典型值）設(shè)（a）簡單二極管電路（b）習(xí)慣畫法由于VDD遠大于0.7V，求出的ID誤差不大。但理想模型的VD等于零，有誤差。第69頁，共108頁。69①使用理想模型得②使用恒壓降模型得ID=0.049mA，VD=0.51V（2）VDD=1V③使用折線模型得上例表明，在電源電壓遠大于二極管管壓降的情況下，恒壓降模型能得出較合理的結(jié)果，但當電源電壓較低時，折線模型能提供較合理的結(jié)果。在實際工作中需要正確選擇器件的模型。第70頁，共108頁。702．模型分析法應(yīng)用舉例（3）限幅電路電路如圖，R=1kΩ，VREF=3V，二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型求解，當vI=6sin

tV時，繪出相應(yīng)的輸出電壓vO的波形。理想模型恒壓降模型恒壓降模型理想模型第71頁，共108頁。712．模型分析法應(yīng)用舉例（3）限幅電路電路如圖，R=1kΩ，VREF=3V，二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型求解，當vI=6sin

tV時，繪出相應(yīng)的輸出電壓vO的波形。恒壓降模型第72頁，共108頁。72vi=5sinωtVD1、D2為理想二極管經(jīng)常用于差動電路的輸入保護雙向限幅電路vivovivo第73頁，共108頁。732．模型分析法應(yīng)用舉例（4）開關(guān)電路電路如圖所示，求AO的電壓值解：先斷開D，以O(shè)為基準電位，即O點為0V。則接D陽極的電位為-6V，接陰極的電位為-12V。陽極電位高于陰極電位，D接入時正向?qū)?。?dǎo)通后，D的壓降等于零，即A點的電位就是D陽極的電位。所以，AO的電壓值為-6V。-6V-12V-6V第74頁，共108頁。74例2.4.5一二極管開關(guān)電路如圖3.4.10所示。利用二極管理想模型求解：當vI1和vI2為0V或5V時，求vI1和vI2的值不同組合情況下，輸出電壓vO的值。解：多二極管并聯(lián)時壓差大的先導(dǎo)通！單端電源表示第75頁，共108頁。75vI1vI2二極管工作狀態(tài)vOD1D20V0V5V5V0V5V0V5V導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止導(dǎo)通截止導(dǎo)通截止0V0V0V5V由上表可見，在輸入電壓vI1和vI2中，只要有一個為0V，則輸出為0V；只有當兩輸入電壓均為5V時，輸出才為5V，這種關(guān)系在數(shù)字電路中稱為與邏輯。第76頁，共108頁。762．模型分析法應(yīng)用舉例（6）小信號工作情況分析圖示電路中，VDD=5V，R=5k

，恒壓降模型的VD=0.7V，vs=0.1sinwtV。（1）求輸出電壓vO的交流量和總量；（2）繪出vO的波形。直流通路、交流通路、靜態(tài)、動態(tài)等概念，在放大電路的分析中非常重要。第77頁，共108頁。77

根據(jù)疊加原理，可以將兩個電壓源VDD和vs的作用分開考慮:右圖中只有直流分量，稱為直流通路，它反映了電路的靜態(tài)工作情況

.二極管是導(dǎo)通的，所以電路的靜態(tài)工作點為:VD=0.7V,ID=(VDD-VD)/R=(5V–0.7V)/5k

=0.86mA輸出電壓的直流分量為VO=IDR=0.86mA5k

=4.3V（或VO=VDD-VD=5V–0.7V=4.3V）求得微變電阻:第78頁，共108頁。78得輸出電壓的交流分量為:第79頁，共108頁。79根據(jù)上述結(jié)果，繪出輸出電壓vO的波形如圖所示，輸出的交流量疊加在直流量上。本例中提到的直流通路和交流通路的概念，以及將問題分解為靜態(tài)和動態(tài)兩種情況來求解的方法都非常重要，在的放大電路的分析中都要用到，應(yīng)引起足夠重視。第80頁，共108頁。803.5特殊二極管

3.5.1齊納二極管(穩(wěn)壓二極管)

3.5.2變?nèi)荻O管

3.5.3

肖特基二極管

3.5.4光電子器件第81頁，共108頁。813.5.1齊納二極管一種用特殊工藝制造的面結(jié)型硅半導(dǎo)體二極管又稱穩(wěn)壓管這種管子的雜質(zhì)濃度比較大，空間電荷區(qū)內(nèi)的電荷密度也大，因而該區(qū)域很窄，容易形成強電場。當反向電壓加到某一定值時，反向電流急增，產(chǎn)生反向擊穿反向擊穿電壓，即穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓，它是在特定的測試電流IZT下得到的電壓值。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于，電流增量

IZ很大，只引起很小的電壓變化VZ。第82頁，共108頁。823.5.1齊納二極管1.符號及穩(wěn)壓特性利用二極管反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時工作在反向電擊穿狀態(tài)。（︶︿︶）注意：這是折線模型第83頁，共108頁。833.5.1齊納二極管曲線愈陡，動態(tài)電阻rZ=

VZ/

IZ愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好。IZ(min)和IZ(max)為穩(wěn)壓管工作在正常穩(wěn)壓狀態(tài)的最小和最大工作電流。反向電流小于IZ(min)時，穩(wěn)壓管進入反向截止狀態(tài)，穩(wěn)壓特性消失；反向電流大于IZ(max)時，穩(wěn)壓管可能被燒毀。由于穩(wěn)壓管正常工作時，都處于反向擊穿狀態(tài)，所以穩(wěn)壓管的電壓、電流參考方向與普通二極管標法不同，VZ的假定正向位于陰極。第84頁，共108頁。84(1)穩(wěn)定電壓VZ(2)動態(tài)電阻rZ在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。rZ=

VZ/

IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最大穩(wěn)定工作電流IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin（=VZ)(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)——

VZ2.穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)3.5.1齊納二極管第85頁，共108頁。85(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)——

VZ當4

V＜

VZ

＜7

V時，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標準穩(wěn)壓管使用。溫度的變化將使VZ改變，在穩(wěn)壓管中當

VZ

＞7

V時，VZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。當

VZ

＜4

V時，VZ具有負溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。第86頁，共108頁。863.穩(wěn)壓電路正常穩(wěn)壓時VO=VZ3.5.1齊納二極管第87頁，共108頁。87穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)反接，并串入一只電阻。電阻的作用一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管；二是當輸入電壓或負載電流變化時，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。第88頁，共108頁。88表3.5.1幾種典型的穩(wěn)壓管的主要參數(shù)型號穩(wěn)定電壓

VZ/V穩(wěn)定電流

IZ/mA最大穩(wěn)定電流

IZM/mA耗散功率

PM/W動態(tài)電阻

rZ/Ω溫度系數(shù)

CTV（10-4/℃）2CW522CW1072DW2323.2-4.58.5-9.56.0-6.51051055100300.2510.20＜70≤10≥–88

0.05*2DW232為具有溫度補償?shù)姆€(wěn)壓管。注意有正負溫度系數(shù)第89頁，共108頁。89例3.5.1穩(wěn)壓電路如圖3.5.2所示。設(shè)R=180

,VI=10V，RL=1k，穩(wěn)壓管的VZ=6.8V，IZT=10mA，rZ=20，IZ(min)=5mA。試分析當VI出現(xiàn)1V的變化時，VO的變化是多少？第90頁，共108頁。90分析：VI出現(xiàn)1V的變化時，VO的變化是多少？列出VO的關(guān)于VI出的方程帶入VI出現(xiàn)1V的變化時，求VO的變化？第91頁，共108頁。91兩個回路一個節(jié)點，列方程，解出Iz

VO=VZ=rZ

IZVI導(dǎo)致IZ變化再導(dǎo)致VO變化第92頁，共108頁。92由此可算出，當VI=10V-1V=9V時，IZ=5.95mA>IZ(min)（=5mA)，能正常工作；

VO=VZ=rZ

IZ=0.02k9.83mA=0.020V.當VI=10V+1V=11V時，IZ=15.78mA。穩(wěn)壓管的電流變化為：

IZ=15.78mA-5.95mA=9.83mA輸出電壓變化為：輸入電壓VI變化2V（9～11V）時，輸出電壓VO只變化了20mV，穩(wěn)壓特性明顯。VI導(dǎo)致IZ變化再導(dǎo)致VO變化第93頁，共108頁。93例2.5.2設(shè)計一穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，作為汽車用收音機的供電電源。已知收音機的直流電源為9V，音量最大時需供給的功率為0.5W。汽車上的供電電源在12~13.6V之間波動。要求選用合適的穩(wěn)壓管（IZ(min)、IZ(max)、VZ、PZM），以及合適的限流電阻（阻值、額定功率）。9V，0.5W12~13.6V選器件參數(shù)？選擇要求滿足極限情況（最壞情況）第94頁，共108頁。949V，0.5W12~13.6V極端情況分析：VI收音機ILRIz能工作最小能穩(wěn)壓求出R開路最大最大不過載最小得到工作電流0電壓很小的時候能夠聽電壓最大時，收音機沒開，有最大電流流過穩(wěn)壓管不燒求出R功耗第95頁，共108頁。95VI收音機ILRIz最小能工作得到工作電流求出R最小能穩(wěn)壓VL=VZ

由于負載所消耗的功率PL=VLIL所以負載電流的最大值考慮最壞情況，即當輸入電壓最小VI=VI(min)，負載電流最大IL(max)，R的最大值必須保證穩(wěn)壓管中的電流大于IZ(min)

一般穩(wěn)壓管的IZ(min)為幾毫安到十幾毫安，比IZT略小。這里若取IZ(min)=5mA，則R的最大值為第96頁，共108頁。96R的取值將