模拟电子技术基础第1章-半导体二极管及其基本应用电路课件

模拟电子技术基础陈国平易映萍谢明编著机械工业出版社上海理工大学电工电子教研室随时间连续变化的信号电信号分为模拟信号和数字信号

电子技术分为模拟电子技术和数字电子技术1.模拟信号正弦波信号t模拟电路：处理模拟信号的电路，如放大电路等，研究的是输入和输出信号间的大小及相位关系。

在模拟电路中，晶体管三极管通常工作在放大区。数字电路：处理数字信号的电路称为它注重研究的是输入、输出信号之间的逻辑关系。

在数字电路中，晶体管一般工作在截止区和饱和区，起开关的作用。

2.数字信号：在时间和幅度上都是离散信号第1章半导体二极管及其基本应用电路

1.3半导体二极管1.4半导体二极管基本电路及其分析方法

1.2PN结的形成及特性1.1半导体的基础知识1.1

半导体的基础知识物质按导电能力的不同，可分为导体、半导体和绝缘体三种。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。常用的半导体材料有：如硅、锗、砷化镓，新型的半导体材料有：如碳化硅，氮化镓等。1.1

半导体的基础知识3.半导体除了在导电能力方面与导体和绝缘体不同外，还具有不同于其他物质的特点。（1）热敏性。半导体的导电能力随着温度的升高而明显增加，利用这种热敏特性可以制成各种热敏电阻。（2）光敏性。半导体的导电能力有光照射时而明显增加，利用这种光敏特性可以制成各种光敏电阻。（3）杂敏性。在纯净的半导体中掺入微量的某种杂质后，导电能力就会显著增加，利用这种特性可制成各种不同的半导体电子元器件，如半导体二极管、三极管等。1.1

半导体的基础知识主要讨论：掺杂性往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管、晶闸管、集成电路等●本征半导体

完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健

Si

Si

Si

Si价电子

Si

Si

Si

Si价电子本征激发空穴自由电子注意：

(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；

(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。●

N型半导体和P型半导体自由电子导电为主掺入微量五价磷元素

Si

Si

Si

Sip+多余电子磷原子失去一个电子变为正离子

空穴是少数1、N型半导体本征激发的自由电子本征激发的空穴2、P型半导体

空穴导电为主掺入微量的三价硼元素

Si

Si

Si

Si

自由电子是少数B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴1.2PN结1.零偏PN结中P区的电位等于N区的电位，称为加零偏；2.正向偏置当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向偏置，简称正偏；3.反向偏置当外加电压使PN结中P区的电位低于N区的电位，称为加反向偏置，简称反偏；1.2.3

PN结的单向导电性●PN结加正向电压（正向偏置）P接正、N接负

PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大(mA数量级)，正向电阻较小(小于几百欧姆)，PN结处于导通状态。●PN结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小(μA数量级)，反向电阻较大(大雨于几百KΩ)，PN结处于截止状态。

PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；

PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。

由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。

PN结V-I特性表达式其中IS——反向饱和电流VT

——温度的电压当量,常温下为26mVPN结的伏安特性1.3

半导体二极管

1.什么是二极管半导体二极管由一个PN结构成。把一个PN结两端加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管1.3

半导体二极管

2.二极管结构1.3

半导体二极管2.二极管外形1.3

半导体二极管阴极阳极(

d

)

符号D3.二极管电路符号4.伏安特性硅管0.5V,锗管0.1V。反向击穿电压U(BR)导通压降

外加电压大于死区电压二极管才能导通。

外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。正向特性反向特性特点：非线性硅0.6~0.8V锗0.2~0.3VUI死区电压PN+–PN–+

硅二极管和锗二极管的伏安特性比较硅二极管2CP10的V-I特性锗二极管2AP15的V-I特性1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小,可忽略不计。

3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。结论：二极管和PN结一样具有单向导电性能5.二极管的主要参数二极管的参数是正确选择和使用二极管的依据1．最大整流电流IF2．最高反向工作电压UR3．反向电流IR4．极间电容Cd5．反向恢复时间TRR二极管的三种电路模型（a）理想模型（b）恒压降模型（c）折线模型导线0.6V或0.7V

0.5V,模型分析法应用举例一．单个二极管的电路分析对于单个二极管的电路，先求出二极管的开路电压，判断二极管的偏置方式，如果正偏，则导通，再用相应的正向导通的电路模型来进行等效。如果反偏，则截止。学生课堂上做模型分析法应用举例二．多个二极管并联的电路分析对于多个二极管并联的电路的分析方法：同时求出各个二极管两端的开路电压，正向电压最高的那个二极管将优先导通，其他的二极管截止。例

设硅二极管的基本电路如图所示，R=3kΏ

，二极管导通时的管压降为0.7V,求当二极管为恒压降模型时UAB

的值。1、2、3、4、5、？？？？？应用1：开关电路D8VRuoui++––ui>8V，二极管导通，可看作短路uo=8Vui

<8V，二极管截止，可看作开路uo=ui应用2：限幅电路：单向限幅电路二极管的用途：

整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。二极管阴极电位为8V

ui18V

8V已知：二极管是理想的，试画出波形。限幅电路：双向限幅电路：课堂上由学生分析

ui18V

应用3：整流电路

功能：利用二极管的单向导电性可以将交流电压变为单方向的脉动电压

分类：半波整流，全波整流和桥式整流2.工作原理3.工作波形1.电路结构4.参数分析计算：放到第10章讲单相半波整流电路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二极管D导通；3.工作波形

u负半周，Va<Vb，二极管D截止。1.电路结构–++–aTrDuoubRLiouOuoOuDO单相桥式整流电路：由学生分析2.工作原理u

正半周：？3.工作波形

u负半周：？1.电路结构1.5特殊二极管1.稳压二极管UZIZIZMUZIZ

稳压管正常工作时加反向电压使用时要加限流电阻

稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。_+UIO

主要参数(1)稳定电压UZ

稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。(2)稳定电流IZ、最大稳定电流IZM(3)最大允许耗散功率PZM=UZIZM2、发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正