二极管及其基本电路学习教案

1、会计学1二极管及其基本二极管及其基本(jbn)电路电路第一页，共81页。第第3 3章章 二极管及其基本二极管及其基本(jbn)(jbn)电路电路 半导体的基本知识半导体的基本知识 PN PN结的形成结的形成(xngchng)(xngchng)及特性及特性 二极管二极管 3.4 3.4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法 3.5 3.5 特殊二极管特殊二极管第1页/共80页第二页，共81页。一一 导体导体(dot)、半导体、半导体(dot)和和绝缘体绝缘体导体：自然界中很容易导电的物质导体：自然界中很容易导电的物质(wzh)(wzh)称为导体，称为导体，金属一般都是导体。金

2、属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体：有的物质几乎不导电，称为(chn wi)(chn wi)绝缘绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。化物、氧化物等。第2页/共80页第三页，共81页。半导体的导电机理不同于其它半导体的导电机理不同于其它(qt)(qt)物质，所以它具物质，所以它具有不同于其它有不同于其它(qt)(qt)物质的特点。例如：物质的特点。例如： 当受

3、外界热和光的作用时，它的导电当受外界热和光的作用时，它的导电(dodin)(dodin)能能 力明显变化。力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电它的导电(dodin)(dodin)能力明显改变。能力明显改变。第3页/共80页第四页，共81页。二、二、本征半导体本征半导体1、本征半导体的结构、本征半导体的结构(jigu)特点特点完全纯净的、结构完全纯净的、结构(jigu)完整的半导体晶体。完整的半导体晶体。GeSi（1）硅）硅(Si) 、锗、锗(Ge)原子原子(yunz)的结构的结构 +4在硅和锗晶体中，原子按四角形系统在硅和锗晶体中，原子按

4、四角形系统组成晶体点阵组成晶体点阵(jn t din zhn)，每个原子，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相邻的原子于四面体的顶点，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。之间形成共价键，共用一对价电子。第4页/共80页第五页，共81页。共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子束缚电子很难脱离共价键成为自由电子(z yu din z)，因此本征半，因此本征半导体中的自由电子导体中的自由电子

5、(z yu din z)很少，导电能力很弱。在绝对很少，导电能力很弱。在绝对0度（度（T=0K）和没有外界激发时）和没有外界激发时,它的导电能力为它的导电能力为 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。形成形成(xngchng)共价键后，每个原子的最外层电共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。使原子规则排列，形子是八个，构成稳定结构。使原子规则排列，形成成(xngchng)晶体。晶体。+4+4+4+4二、二、本征半导体本征半导体1、本征半导体的结构、本征半导体的结构(jigu)特点特点（2）硅、锗原子的共价键结构）硅、锗原子的共价键结构共价键共用电子对共价键共用电子对第5页/共80页第

6、六页，共81页。+4+4+4+4自由电子自由电子(z yu din z)空穴，一种空穴，一种(y zhn)带正电荷的带正电荷的粒子。粒子。电子(dinz)和空穴统称为载流子 二、二、本征半导体本征半导体2、本征半导体的导电机理、本征半导体的导电机理（1 1）载流子、自由电子和空穴）载流子、自由电子和空穴在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子自由电子。第6页/共80页第七页，共81页。电子和空穴在外电场的作用下都将作定向运动，这种作定向运动电子电子和空穴在外电场的作用下都将作定向运动

7、，这种作定向运动电子和空穴（载流子）参与导电，形成和空穴（载流子）参与导电，形成(xngchng)本征半导体中的电流。本征半导体中的电流。 （2 2）导电）导电(dodin)(dodin)情况情况 +4+4+4+4二、二、本征半导体本征半导体2、本征半导体的导电、本征半导体的导电(dodin)机理机理空穴运动的实质是共有电子依次填补空位的运动。 第7页/共80页第八页，共81页。电子和空穴总是成对出现的电子和空穴总是成对出现的-本征激发本征激发(jf)。 电子和空穴也可以复合而消失。电子和空穴也可以复合而消失。本征半导体在外电场的作用下，形成两种电流本征半导体在外电场的作用下，形成两种电流-空

8、穴电空穴电流和电子电流，外电路的总电流等于两种电流的代数和。流和电子电流，外电路的总电流等于两种电流的代数和。 电子电子-空穴对的数目对温度、光照十分敏感。空穴对的数目对温度、光照十分敏感。 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。（3 3）结论）结论(jiln) (jiln) 温度越高，载流子的浓度越高温度越高，载流子的浓度越高本征半导体的导电能力越本征半导体的导电能力越强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部(wib)因素，因素，这是半导体的一大特点。这是半导体的一大特点。二、二、本征半导体本征半导体2、本征半

9、导体的导电机理、本征半导体的导电机理第8页/共80页第九页，共81页。三、杂质三、杂质(zzh)(zzh)半导体半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质在本征半导体中掺入某些微量的杂质(zzh)(zzh)，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P 型半导体：空穴浓度型半导体：空穴浓度(nngd)大大增加的杂质半导体，大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。也称为（空穴半导体）。N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也

10、称为（电子半导体）。也称为（电子半导体）。第9页/共80页第十页，共81页。1、N 型半导体型半导体+4+4+5+4多余多余(duy)电子电子施主施主(shzh)原子原子 在硅或锗晶体中掺入少量在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素的五价元素(yun s)的原子（的原子（磷或锑）（施主原子），取代磷或锑）（施主原子），取代晶体点阵中的某些半导体原子晶体点阵中的某些半导体原子，每个施主原子提供一个自由，每个施主原子提供一个自由电子。电子。三三、杂质半导体杂质半导体（1 1）由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。）由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。（2 2）本征半导体中成对产生的电子和空穴。

11、）本征半导体中成对产生的电子和空穴。自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子多数载流子（多子多子），），空穴称为空穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。N 型半导体中的载流子包括型半导体中的载流子包括第10页/共80页第十一页，共81页。N N型半导体的模型型半导体的模型(mxng) (mxng) +N 型半导体型半导体三、杂质三、杂质(zzh)(zzh)半半导体导体1、N 型半导体型半导体+4+4+5+4第11页/共80页第十二页，共81页。（1）在本征半导体中掺入三价）在本征半导体中掺入三价元素的原子元素的原子(yunz)（受主杂质（

12、受主杂质）而形成的半导体。）而形成的半导体。 （2）每一个三价元素）每一个三价元素(yun s)的原的原子提供一个空穴作为载流子。子提供一个空穴作为载流子。 +4+4+3+4空穴空穴(kn xu)硼原子硼原子（3）P 型半导体中空穴是多型半导体中空穴是多子，电子是少子。子，电子是少子。2、P 型半导体型半导体（4 4） P P型半导体的模型型半导体的模型 三三、杂质半导体杂质半导体第12页/共80页第十三页，共81页。（1）杂质半导体就整体来说还是呈电中性的。）杂质半导体就整体来说还是呈电中性的。（2）杂质半导体中的少数载流子虽然）杂质半导体中的少数载流子虽然(surn)浓度不高，但对浓度不高

13、，但对温度、光照十分敏感。温度、光照十分敏感。（3）杂质半导体中的少数载流子浓度比相同温度下的本征半）杂质半导体中的少数载流子浓度比相同温度下的本征半导体中载流子浓度小得多。导体中载流子浓度小得多。 3、说明、说明(shumng)三、杂质三、杂质(zzh)(zzh)半导体半导体第13页/共80页第十四页，共81页。1、漂移电流、漂移电流 载流子在电场作用下有规则载流子在电场作用下有规则(guz)的运动的运动-漂移运动漂移运动 形成的电流形成的电流-漂移电流漂移电流2、 扩散电流扩散电流载流子由于浓度的不均匀而从浓度大的地方向浓度小的地方扩散所形载流子由于浓度的不均匀而从浓度大的地方向浓度小的地

14、方扩散所形成的电流。成的电流。3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性漂移漂移(pio y)电流与扩散电流电流与扩散电流 第14页/共80页第十五页，共81页。一、一、PN 结的形成结的形成(xngchng)+1、PN结的形成(xngchng)在同一半导体基片上，形成(xngchng)P 和N 型半导体载流子浓度差载流子浓度差扩散扩散内电场内电场E漂移漂移扩散电流扩散电流漂移电流漂移电流动态平衡动态平衡阻碍阻碍E空间电荷区空间电荷区扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动第15页/共80页第十六页，共81页。2、说明（1）空间电荷区（耗尽层、势垒区、高阻区）内几乎没有载流子，其厚度约为。（2）内电场的

15、大小： 对硅半导体：VD， 对锗半导体：VD（3）当两边的掺杂浓度相等时，PN结是对称(duchn)的。当两边的掺杂浓度不等时，PN结不对称(duchn)。（4）从宏观上看，自由状态下，PN结中无电流。 一、一、PN 结的形成结的形成(xngchng)第16页/共80页第十七页，共81页。E+_R1 1、PN PN 结正向结正向(zhn xin)(zhn xin)偏置偏置内电场内电场外电场外电场二、二、PN结的单向结的单向(dn xin)导导电性电性+空间电荷区空间电荷区变薄变薄正向电流正向电流多子的扩散加强多子的扩散加强(jiqing)，能够形成较大的扩散电流。，能够形成较大的扩散电流。P

16、区加正、区加正、N 区加负电压。区加负电压。第17页/共80页第十八页，共81页。E+_R2 2、PN PN 结反向结反向(fn xin)(fn xin)偏置偏置内电场内电场二、二、PN结的单向结的单向(dn xin)导电导电性性+空间电荷区空间电荷区P 区加负、区加负、N 区加电压区加电压(diny)正。正。变厚变厚外电场外电场多子的扩散受抑制。少子的漂移加强，但少子数量有限，多子的扩散受抑制。少子的漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。只能形成较小的反向电流。第18页/共80页第十九页，共81页。3 3、小结、小结(xioji)(xioji) PN PN结加正向结加正向(zhn

17、 xin)(zhn xin)电压时，呈现低电阻电压时，呈现低电阻，具有较大的正向，具有较大的正向(zhn xin)(zhn xin)扩散电流；扩散电流； PN PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。的反向漂移电流。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PNPN结具有单向导电性。结具有单向导电性。二、二、PN结的单向结的单向(dn xin)导导电性电性第19页/共80页第二十页，共81页。4.PN 4.PN 结伏安结伏安(f n)(f n)特性特性iD(mA)V(v)T1T2T1T2二、二、PN结的单向结的单向(dn xin)导导电性电性第2

18、0页/共80页第二十一页，共81页。其中其中(qzh(qzhng):ng):PNPN结的伏安结的伏安(f n)(f n)特性特性IS IS 反向反向(fn (fn xin)xin)饱和电流饱和电流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）: :4.PN 4.PN 结伏安特性结伏安特性二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性第21页/共80页第二十二页，共81页。第22页/共80页第二十三页，共81页。 当PN结两边的掺杂浓度很高时，阻挡层将变得很薄。在这种阻挡层内，载流子与中性原子相碰撞的机会极小，因而不容易发生碰撞电离。但是，在这种阻挡层

19、内，加上不大的反向电压(diny)，就能建立很强的电场(例如加上1V反向电压(diny)时，阻挡层内的场强可达5Vcm)，足以把阻挡层内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，这个过程称为场致激发。场致激发能够产生大量的载流子，使PN结的反向电流剧增，呈现反向击穿现象。这种击穿称为齐纳击穿(Zener Break down) 一般而言，击穿电压在6V以下的属于齐纳击穿，6V以上的主要是雪崩击穿 第23页/共80页第二十四页，共81页。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第24页/共80页第二十五页，共81页。(1) (1) 扩散

20、电容扩散电容C CD D扩散电容示意图扩散电容示意图第25页/共80页第二十六页，共81页。 (2) (2) 势垒电容势垒电容(dinrng)CB(dinrng)CB四、四、PN结的电容结的电容(dinrng)效应效应第26页/共80页第二十七页，共81页。3.3 3.3 二极管二极管1、基本、基本(jbn)结结构构PN 结加上管壳和引线结加上管壳和引线(ynxin)，就成为半导体二极管，就成为半导体二极管。PN（1 1）二极管的电路）二极管的电路(dinl)(dinl)符号：符号：按用途分：整流二极管，检波二极管，稳压二极管，。按材料分：硅二极管，锗二极管。 （2 2）分类）分类按结构分：点

21、接触型，面结合型，平面型。第27页/共80页第二十八页，共81页。1、基本、基本(jbn)结构结构PN 结加上管壳和引线结加上管壳和引线(ynxin)，就成为半导体二极，就成为半导体二极管。管。PN（1 1）二极管的电路）二极管的电路(dinl)(dinl)符号：符号：按用途分：整流二极管，检波二极管，稳压二极管，。按材料分：硅二极管，锗二极管。 （2 2）分类）分类按结构分：点接触型，面结合型，平面型。面接触型：面接触型：PN结面积大，结面积大，用于工频大电流整流。用于工频大电流整流。3.3 3.3 二极管二极管第28页/共80页第二十九页，共81页。1、基本、基本(jbn)结结构构PN 结

22、加上管壳和引线结加上管壳和引线(ynxin)，就成为半导体二极管。，就成为半导体二极管。PN（1 1）二极管的电路）二极管的电路(dinl)(dinl)符号：符号：按用途分：整流二极管，检波二极管，稳压二极管，。按材料分：硅二极管，锗二极管。 （2 2）分类）分类按结构分：点接触型，面结合型，平面型。平面型：平面型：用于集成电路制造艺中。用于集成电路制造艺中。PN 结面积可结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。大可小，用于高频整流和开关电路中。阴阴极极引引线线阳阳极极引引线线PNP 型型支支持持衬衬底底3.3 3.3 二极管二极管第29页/共80页第三十页，共81页。（3）半导体二极管图片

23、(tpin)1、基本、基本(jbn)结结构构3.3 3.3 二极管二极管第30页/共80页第三十一页，共81页。二极管的伏安二极管的伏安(f n)(f n)特性曲线可用下式表特性曲线可用下式表示示)1e (/SDD TVIiv锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V V- -I I 特性特性硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V V- -I I 特性特性3.3 3.3 二极管二极管2.二极管的二极管的V-I特性特性(txng)第31页/共80页第三十二页，共81页。3.3 3.3 二极管二极管正向偏置电压需要达到一定的数值(shz)电流才开始显著上升，这个电压称为门限电压或接通电压，硅管

24、的Vth 约为，锗管的Vth 约为。第32页/共80页第三十三页，共81页。3.3 3.3 二极管二极管反向电压大到一定值以后(yhu)反向电流几乎不随电压的增加而增加。这时的电流反向饱和电流（IS）。它主要与环境温度有关（TIS）。第33页/共80页第三十四页，共81页。3.3 3.3 二极管二极管反向电压继续增加到一定值以后，反向电流开始剧烈增加。这时二管被击穿。雪崩击穿通常发生在耗尽层的宽度较大的情况下，出现(chxin)碰撞电离，产生电子的倍增效应。齐纳击穿通常发生在耗尽层的宽度很小的情况下，出现(chxin)场致激发。热击穿第34页/共80页第三十五页，共81页。（ 4 ） 温 度

25、对 二 极 管 特 性 的 影 响(yngxing) T正向特性曲线左移，反向特性曲线下移。 UI2.二极管的二极管的V-I特性特性(txng)3.3 3.3 二极管二极管第35页/共80页第三十六页，共81页。 2. 2.二极管的二极管的V-IV-I特性特性(txng)(txng)UI死区电压死区电压(diny) 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。导通压降导通压降: : 硅硅管约为管约为0.7V,锗锗管约为管约为V。反向反向(fn xin)击击穿电压穿电压UBR3.3 3.3 二极管二极管第36页/共80页第三十七页，共81页。其中其中(qzhng)IS 反向反向(fn xin)饱和电流饱

26、和电流UT 温度的电压温度的电压(diny)当量当量且在常温下（且在常温下（T=300K）3、伏安公式、伏安公式当二极管反偏时：当二极管反偏时：U-26mv时时 I-IS（反向饱和电流）（反向饱和电流）当二极管零偏时：当二极管零偏时：U=0 I=0当二极管正偏时：当二极管正偏时：U26mv时时 3.3 3.3 二极管二极管UI第37页/共80页第三十八页，共81页。（1） 最大整流最大整流(zhngli)电流电流 IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向(zhn xin)平均电流。平均电流。（2） 反向击穿反向击穿(j chun)电压电压UBR二

27、极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压UBRM一般是一般是UBR的一半。的一半。4、主要参数、主要参数（3） 反向电流反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅

28、管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。3.3 3.3 二极管二极管第38页/共80页第三十九页，共81页。（4） 交流交流(jioli)电阻电阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二极管特性是二极管特性(txng)曲线上工作点曲线上工作点Q 附近电压的变化与电流的变化之比：附近电压的变化与电流的变化之比：显然显然(xinrn)，rD是对是对Q处切线斜率的倒数。处切线斜率的倒数。DdDuri即即D/DS(1)TuUiI e根据根据得得Q点处的交流电导点处的交流电导dd1gr 则则常温下（常温下（T=300

29、K）dDD26(mV)(mA)TUrII3.3 3.3 二极管二极管4、主要参数、主要参数第39页/共80页第四十页，共81页。（5） 直流电阻直流电阻 RDuDiDIDUDQ注意注意(zh y)：工作点不同，直流电阻不同！：工作点不同，直流电阻不同！3.3 3.3 二极管二极管4、主要参数、主要参数第40页/共80页第四十一页，共81页。（6） 二极管的极间电容二极管的极间电容势垒电容势垒电容CB ：当电压：当电压(diny)变化时，引起积累变化时，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势垒电容势垒电容势垒电容CB大小与PN结的面积S成正比，与空间电荷区的宽度成反比，与半导

30、体材料的介电系数有关，与外加(wiji)电压的大小有关。大小：100PF 4、主要参数、主要参数3.3 3.3 二极管二极管第41页/共80页第四十二页，共81页。扩散电容扩散电容CD CD ：为了形：为了形成正向电流（扩散电流）成正向电流（扩散电流），注入，注入P P 区的少子区的少子(sho (sho z)z)（电子）在（电子）在P P 区有浓区有浓度差，越靠近度差，越靠近PNPN结浓度越结浓度越大，即在大，即在P P 区有电子的积区有电子的积累。同理，在累。同理，在N N区有空穴区有空穴的积累。正向电流大，积的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散

31、电容的电容就是扩散电容CDCD。（6） 二极管的极间电容二极管的极间电容大小与正向电流大小与正向电流(dinli)I成正比，大约为几成正比，大约为几+PF。4、主要参数、主要参数3.3 3.3 二极管二极管第42页/共80页第四十三页，共81页。势垒电容势垒电容CB在正向和反向偏置时均不能忽略。在正向和反向偏置时均不能忽略。扩散电容扩散电容CD在反向偏置时，由于载流子数目很少，因此反向偏置在反向偏置时，由于载流子数目很少，因此反向偏置时扩散电容很小，一般可以忽略时扩散电容很小，一般可以忽略当当PN结处于结处于(chy)正向偏置时，结电容较大，主要决定于正向偏置时，结电容较大，主要决定于CD；当

32、；当当当PN结处于结处于(chy)反向偏置时，此时结电容较小，主要决定于反向偏置时，此时结电容较小，主要决定于CB。PN结的总电容：结的总电容：CJ=CB+CD（6） 二极管的极间电容二极管的极间电容4、主要参数、主要参数3.3 3.3 二极管二极管第43页/共80页第四十四页，共81页。4、主要参数、主要参数3.3 3.3 二极管二极管由于由于PNPN结电容的存在，当二极管外加电压极性翻转时，其原工作状结电容的存在，当二极管外加电压极性翻转时，其原工作状态不能在瞬间完全态不能在瞬间完全(wnqun)(wnqun)随之变化。随之变化。第44页/共80页第四十五页，共81页。 二极管基本二极管基

33、本(jbn)电路及其分析电路及其分析方法方法 3.4.1 简单二极管电路(dinl)的图解分析方法 二极管电路的简化(jinhu)模型分析方法第45页/共80页第四十六页，共81页。3.4.1 简单二极管电路简单二极管电路(dinl)的图解分析方的图解分析方法法 二极管是一种非线性器件二极管是一种非线性器件(qjin)(qjin)，因而其，因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来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，而图解分析法则较简单，但前提条说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的件是已知二极管的V -I V -I 特性曲线。特性曲线。第46页/共

34、80页第四十七页，共81页。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、电源(dinyun)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和流过二极管的电和流过二极管的电流流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 是一条是一条(y tio)斜率为斜率为-1/R的直线，称的直线，称为负载线为负载线 Q的坐标值（的坐标值（VD，ID）即为所求。）即为所求。Q点称为电路点称为电路(dinl)的工作点的工作点第47页/共80页第四十八页，共81页。 3.4.2

35、 二极管电路的简化二极管电路的简化(jinhu)模型分模型分析方法析方法1.1.二极管二极管V-I V-I 特性特性(txng)(txng)的建模的建模 将指数模型将指数模型 分段线性化，得到二极管分段线性化，得到二极管特性的等效模型。特性的等效模型。)1e (DSD TVIiv（1 1）理想模型）理想模型 （a a）V V- -I I特性特性 （b b）代表符号）代表符号 （c c）正向偏置时的电路模型）正向偏置时的电路模型 （d d）反向偏置时的电路模型）反向偏置时的电路模型第48页/共80页第四十九页，共81页。（1 1）理想模型）理想模型 （a a）V V- -I I特性特性 （b b

36、）代表符号）代表符号 （c c）正向偏置时的电路模型）正向偏置时的电路模型 （d d）反向偏置时的电路模型）反向偏置时的电路模型在正向偏置时，其管压降为0V，而当二极管处于反向偏置时，认为它的电阻为无穷大，电流为零。在实际的电路中，当电源电压远比二极管的管压降大时，利用此法来近似分析(fnx)是可行的。 3.4.2 二极管电路二极管电路(dinl)的简化模型的简化模型分析方法分析方法第49页/共80页第五十页，共81页。 3.4.2 二极管电路的简化二极管电路的简化(jinhu)模型模型分析方法分析方法1.1.二极管二极管V-I V-I 特性特性(txng)(txng)的的建模建模（2 2）恒

37、压降模型）恒压降模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 （3 3）折线模型）折线模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 第50页/共80页第五十一页，共81页。（2 2）恒压降模型）恒压降模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 3.4.2 二极管电路的简化二极管电路的简化(jinhu)模型分模型分析方法析方法第51页/共80页第五十二页，共81页。（3 3）折线模型）折线模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 3.4.2 二极管电路的简化二极管电路的简化(jinhu)模型分模型分析方法析方法第52页/共80页第五十三页，共81页。 3.4.2 二

38、极管电路的简化二极管电路的简化(jinhu)模型分模型分析方法析方法1.1.二极管二极管V-I V-I 特性特性(txng)(txng)的建的建模模（4 4）小信号）小信号(xnho)(xnho)模型模型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。vs =Vmsin t 时（时（VmVT 。 （a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 小信号电路模型受到V足够小的限制。工程上，限定，由此产生的误差是可容许的。 第55页/共80页第五十六页，共81页。PN结高频结高频(o pn)小信号时的等效电路：小信号时的等效电路：势垒电容和扩散

39、电势垒电容和扩散电容的综合容的综合(zngh)效应效应rD 在频率(pnl)较低时， Cj可以忽略，但是在高频信号工作时Cj在正向和反向偏置时均不能忽略。rs3.3 3.3 二极管二极管4、二极管、二极管V-I特性的建模特性的建模（4 4）小信号模型）小信号模型：第56页/共80页第五十七页，共81页。 3.4.2 二极管电路的简化二极管电路的简化(jinhu)模型分模型分析方法析方法2 2模型分析法应用模型分析法应用(yngyng)(yngyng)举举例例（1 1）整流）整流(zhngli)(zhngli)电路电路（a）电路图）电路图 （b）vs和和vo的波形的波形第57页/共80页第五十八

40、页，共81页。2 2模型分析法应用模型分析法应用(yngyng)(yngyng)举例举例（2 2）静态工作情况）静态工作情况(qngkung)(qngkung)分析分析理想理想(lxing)模模型型（R=10k ） 当当VDD=10V 时，时，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） k 2 . 0Dr设设（a）简单二极管电路）简单二极管电路 （b）习惯画法）习惯画法 第58页/共80页第五十九页，共81页。2 2模型模型(mxng)(mxng)分析法应用分析法应用举例举例（2 2）静态工

41、作情况）静态工作情况(qngkung)(qngkung)分析分析理想理想(lxing)模模型型（R=10k ） 当当VDD=1V 时，时，恒压模型恒压模型折线模型折线模型（a）简单二极管电路）简单二极管电路 （b）习惯画法）习惯画法 V 7 . 0DV（硅二极管典型值）V, 0DVV 5 . 0thV（硅二极管典型值）k 2 . 0Dr设第59页/共80页第六十页，共81页。2 2模型分析法应用模型分析法应用(yngyng)(yngyng)举例举例（3 3）限幅电路）限幅电路(dinl)(dinl) 电路电路(dinl)如图，如图，R = 1k，VREF = 3V，二极管为硅二极管。分别用理想

42、模，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当型和恒压降模型求解，当vI = 6sint 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。 第60页/共80页第六十一页，共81页。2 2模型分析法应用模型分析法应用(yngyng)(yngyng)举例举例（4 4）开关电路）开关电路电路如图所示，求电路如图所示，求AO的电压的电压(diny)值值（设二极管是理想的）（设二极管是理想的）解：先断开解：先断开D，以，以O为基准为基准(jzhn)电电位，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，接阴极的，接阴极的电位为电位为-12V。阳极电位高于

43、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。所以，阳极的电位。所以，AO的电压值为的电压值为-6V。第61页/共80页第六十二页，共81页。2 2模型分析法应用模型分析法应用(yngyng)(yngyng)举例举例（6 6）小信号工作）小信号工作(gngzu)(gngzu)情况分情况分析析图示电路中，图示电路中，VDD = 5V，R = 5k，恒压降模型，恒压降模型(mxng)的的VD，vs wt 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）

44、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。第62页/共80页第六十三页，共81页。例例1 1、判断图中二极管是、判断图中二极管是否导通，并求否导通，并求ABAB两端两端(lin dun)(lin dun)的电压。设的电压。设二极管的导通电压为。二极管的导通电压为。 判断二极管在电路中的工作状态(zhungti)，常用的方法是：首先假设二极管断开，然后求得正极和负极的电位及两端的电压。如果该电压大于导通电压，则该二极管处于正偏而导通，两端的实际电压为二极管的导通电压；如果该电压小于

45、二极管的导通电压，则说明该二极管处于反偏而截止。 10vAD3k5vB导通，VAB=-0.7v-5v=-5.7v 课后例题课后例题(lt)(lt)： 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第63页/共80页第六十四页，共81页。例例2 2、判断图中二极管是、判断图中二极管是否导通，并求否导通，并求ABAB两端两端(lin dun)(lin dun)的电压。设的电压。设二极管的导通电压为。二极管的导通电压为。 5vAD3k10vB9vAD23k12vBD115vAD23k10vBD1截止(jizh)，VAB=-5v D1导通，D2截止(jizh)，VABD2优先导通

46、，D1截止，VAB 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第64页/共80页第六十五页，共81页。例例3 3、设图中的二极管、设图中的二极管D D为理为理想想(lxing)(lxing)二极管，试通过二极管，试通过计算，判断它是否导通。计算，判断它是否导通。 10vAD5k5kB4k6k4k1k20vC假设D断开，由左边的回路可知，B点对A点的电压(diny)为-4v 由右边的回路可知，C点对地的电压(diny)为-10v A点对地的电压(diny)为-4v B点对地的电压(diny)为-4v+（-4v）=-8v B点对C的电压(diny)为-8v-（-10v）=

47、2v，故D为导通状态 3.4.2 二极管电路的简化二极管电路的简化(jinhu)模型分析模型分析方法方法第65页/共80页第六十六页，共81页。3.5 特殊特殊(tsh)二极管二极管 齐纳二极管(稳压(wn y)二极管)1.1.符号符号(fho)(fho)及稳压特性及稳压特性 利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。在反向电击穿状态。特点：反向击穿区非常特点：反向击穿区非常陡峭。正常工作时处于陡峭。正常工作时处于反向击穿状态，工作点反向击穿状态，工作点设在陡峭曲线的中间部设在陡峭曲线的中间部分。分。第66页/共8

48、0页第六十七页，共81页。(1) 稳定稳定(wndng)电压电压VZ(2) 动态动态(dngti)电阻电阻rZ 在规定的稳压管反向在规定的稳压管反向(fn xin)工作电流工作电流IZ下，所对应的下，所对应的反向反向(fn xin)工作电压。工作电压。rZ = VZ / IZ(3) 最大耗散功率最大耗散功率 PZM(4) 最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流和最小稳定工作电流 IZmin(5) 稳定电压温度系数稳定电压温度系数 VZ2. 稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数 齐纳二极管齐纳二极管（%/） 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。第67页/共80页第六十八页，共81页。3. 稳压稳压(wn y)电路电路正常正常(zhngchng)稳压时稳压时 VO =VZ 齐纳二极管齐纳二极管例稳压例稳压(wn y)电路如图所示。电路如图所示。设设R=180，VI=10V，RL=1k，稳压，稳压