半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)及二極管電路.ppt

第一章半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)及二極管電路 內(nèi)容提要 半導(dǎo)體材料的基本物理特性及PN結(jié)原理 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)及工作特性 幾種特殊二極管 二極管基本應(yīng)用電路及其分析方法 正確理解以下基本概念半導(dǎo)體導(dǎo)電載流子 PN結(jié)及二極管的單向?qū)щ娦?基本要求 2 熟練掌握二極管的外特性 數(shù)學(xué)描述 V A特性曲線及方程 二極管的電路模型 3 熟悉二極管的主要參數(shù) 物質(zhì)的分類(lèi) 導(dǎo)體 電阻率小于 絕緣體 電阻率大于 半導(dǎo)體 電阻率介于兩者之間 典型的半導(dǎo)體 如硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等 按照導(dǎo)電能力的差別 可以將物質(zhì)分為 半導(dǎo)體的獨(dú)特性質(zhì) 電阻率可因某些外界因素的改變而明顯變化 摻雜特性 熱敏特性 光敏特性 注意 決定物質(zhì)導(dǎo)電性能的因素 第一節(jié)半導(dǎo)體的基本特性 現(xiàn)代電子學(xué)中 用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺 它們的最外層電子 價(jià)電子 都是四個(gè) 簡(jiǎn)化模型 第一節(jié)半導(dǎo)體的基本特性 1 1 1本征半導(dǎo)體 一 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 通過(guò)一定的工藝過(guò)程 可以將半導(dǎo)體制成晶體 硅晶體的空間排列 完全純凈的 結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體 稱(chēng)為本征半導(dǎo)體 在硅和鍺晶體中 每個(gè)原子附近有四個(gè)鄰近原子 彼此之間由價(jià)電子聯(lián)系起來(lái) 形成共價(jià)鍵 共用一對(duì)價(jià)電子 1 1 1本征半導(dǎo)體 一 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 共價(jià)鍵共用電子對(duì) 4表示除去價(jià)電子后的原子 1 1 1本征半導(dǎo)體 一 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中 稱(chēng)為束縛電子 常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子 因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少 所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱 形成共價(jià)鍵后 每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè) 構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu) 共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力 使原子規(guī)則排列 形成晶體 特點(diǎn) 1 1 1本征半導(dǎo)體 一 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 在絕對(duì)0度 T 0K 和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí) 價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著 本征半導(dǎo)體中沒(méi)有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子 即載流子 它的導(dǎo)電能力為0 相當(dāng)于絕緣體 在常溫下 由于熱激發(fā) 使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛 成為自由電子 同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位 稱(chēng)為空穴 1 1 1本征半導(dǎo)體 二 導(dǎo)電機(jī)理 自由電子 空穴 束縛電子 1 1 1本征半導(dǎo)體 二 導(dǎo)電機(jī)理 空穴吸引附近的電子來(lái)填補(bǔ) 這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移 而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng) 因此可以認(rèn)為空穴是載流子 本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子 即自由電子和空穴 1 1 1本征半導(dǎo)體 二 導(dǎo)電機(jī)理 本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成 1 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流 2 空穴 價(jià)電子 移動(dòng)產(chǎn)生的電流 本征半導(dǎo)體有兩種載流子 自由電子和空穴 導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度 1 1 1本征半導(dǎo)體 二 導(dǎo)電機(jī)理 本征半導(dǎo)體中載流子的濃度 1 1 1本征半導(dǎo)體 二 導(dǎo)電機(jī)理 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì) 就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化 摻入微量的 5價(jià)元素 磷P 的半導(dǎo)體 第一節(jié)半導(dǎo)體的基本特性 1 1 2雜質(zhì)半導(dǎo)體 一 N型半導(dǎo)體 增加載流子的數(shù)量 提高導(dǎo)電率 注意 摻雜時(shí)保證不破壞原有的晶格結(jié)構(gòu) 施主原子 N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖 1 1 2雜質(zhì)半導(dǎo)體 一 N型半導(dǎo)體 不能導(dǎo)電 N型半導(dǎo)體中的載流子是什么 1 由施主原子提供的電子 濃度與施主原子相同 2 本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴 摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度 所以 自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度 自由電子稱(chēng)為多數(shù)載流子 多子 空穴稱(chēng)為少數(shù)載流子 少子 1 1 2雜質(zhì)半導(dǎo)體 一 N型半導(dǎo)體 摻入微量的 3價(jià)元素 硼B(yǎng) 的半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖 受主原子 1 1 2雜質(zhì)半導(dǎo)體 二 P型半導(dǎo)體 不能導(dǎo)電 可以認(rèn)為空穴帶一個(gè)單位的正電荷 并且可以移動(dòng) P型半導(dǎo)體中空穴是多子 電子是少子 1 1 2雜質(zhì)半導(dǎo)體 二 P型半導(dǎo)體 小結(jié) 1 1 2雜質(zhì)半導(dǎo)體 雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流 但由于數(shù)量的關(guān)系 起導(dǎo)電作用的主要是多子 可近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等 1 1 2雜質(zhì)半導(dǎo)體 三 雜質(zhì)半導(dǎo)體的性質(zhì) 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中 多子的濃度主要取決于摻入的雜質(zhì)濃度 少子的濃度主要取決于溫度 存在著自由電子 空穴和雜質(zhì)離子三種帶電粒子 1 1 2雜質(zhì)半導(dǎo)體 三 雜質(zhì)半導(dǎo)體的性質(zhì) N型半導(dǎo)體的簡(jiǎn)化表示法 P型半導(dǎo)體的簡(jiǎn)化表示法 摻雜半導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)時(shí) 其載流子濃度滿(mǎn)足如下關(guān)系 p0 平衡空穴濃度 n0 平衡電子濃度 ni 本征電子濃度 1 1 2雜質(zhì)半導(dǎo)體 半導(dǎo)體雜質(zhì)的補(bǔ)償原理 1 電子或空穴在電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng)稱(chēng)為漂移 如圖 A 所示 A 電場(chǎng)作用下的漂移運(yùn)動(dòng) 1 1 2雜質(zhì)半導(dǎo)體 四 載流子的漂移和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 當(dāng)無(wú)外加電場(chǎng)作用時(shí) 半導(dǎo)體中的載流子做不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) 對(duì)外不呈現(xiàn)電特性 2 載流子由濃度高流向濃度低的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為擴(kuò)散 如圖 B 所示 B 擴(kuò)散示意圖 1 1 2雜質(zhì)半導(dǎo)體 四 載流子的漂移和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 在同一塊本征半導(dǎo)體基片上 兩側(cè)分別摻入施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)制成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體 則在兩半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過(guò)程 第二節(jié)半導(dǎo)體二極管的工作原理及特性 1 2 1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?一 PN結(jié)的形成 一 PN結(jié)的形成 1 2 1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?阻擋層 勢(shì)壘層 阻擋多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 但引起少子的漂移運(yùn)動(dòng) 一 PN結(jié)的形成 1 2 1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?一 PN結(jié)的形成 1 2 1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成擴(kuò)散電流 并增加空間電荷區(qū)的寬度 少子的漂移運(yùn)動(dòng)形成漂移電流 并減小空間電荷區(qū)的寬度 當(dāng)兩種運(yùn)動(dòng)到達(dá)平衡時(shí) 空間電荷區(qū)的寬度也達(dá)到穩(wěn)定 一 PN結(jié)的形成 1 2 1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?動(dòng)態(tài)平衡時(shí)交界面兩側(cè)的空間電荷量 空間電荷區(qū)寬度 內(nèi)建電場(chǎng)等參量均為常數(shù) 且與半導(dǎo)體材料 摻雜濃度 溫度有關(guān) 耗盡層為高阻區(qū) 空間電荷區(qū)以外的區(qū)域?yàn)榈妥鑵^(qū) 因濃度差 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng) 內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移 內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散 最后 多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 1 2 1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?PN結(jié)形成過(guò)程的總結(jié) 接觸電位差 阻擋多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 又稱(chēng)為 電位勢(shì)壘 或 勢(shì)壘 勢(shì)壘區(qū)的寬度主要分布在摻雜濃度低的一側(cè) 1 2 1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?接觸電位差與勢(shì)壘寬度 勢(shì)壘區(qū)的電位差減小 阻擋層內(nèi)的合成電場(chǎng)減小 空間電荷總量減小 空間電荷區(qū)變窄 1 2 1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?二 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1 PN結(jié)加正向電壓 正向偏置 P區(qū)加正 N區(qū)加負(fù)電壓 1 2 1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?二 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1 PN結(jié)加正向電壓 正向偏置 正向電流If 加正向電壓時(shí) 導(dǎo)通 擴(kuò)散電流加大 漂移電流基本不變 正向電流的方向?yàn)橛蒔區(qū)至N區(qū) 且隨外加正向電壓增加而增加 P N 勢(shì)壘區(qū)的電位差增加 阻擋層內(nèi)的合成電場(chǎng)增加 空間電荷總量增加 空間電荷區(qū)變厚 1 2 1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?二 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?2 PN結(jié)加反向電壓 反向偏置 P區(qū)加負(fù) N區(qū)加正電壓 P N 1 2 1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?二 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?2 PN結(jié)加反向電壓 反向偏置 加反向電壓時(shí) 截止 內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng) 使擴(kuò)散停止 有少量飄移 反向電流很小 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(wú)關(guān) 這個(gè)電流也稱(chēng)為反向飽和電流 對(duì)溫度變化非常敏感 1 2 1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?二 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?2 PN結(jié)加反向電壓 反向偏置 PN結(jié)加正向電壓時(shí) 呈現(xiàn)低電阻 具有較大的正向擴(kuò)散電流 且正向電流隨正向電壓的大小急劇改變 PN結(jié)加反向電壓時(shí) 呈現(xiàn)高電阻 具有很小的反向漂移電流 且反向電流基本不隨反向電壓的大小變化 由此可以得出結(jié)論 PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?二 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1 2 1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?電路符號(hào) 第二節(jié)半導(dǎo)體二極管的工作原理及特性 1 2 2二極管的結(jié)構(gòu)與類(lèi)型 結(jié)面積小 結(jié)電容小 用于檢波和變頻等高頻電路 一 點(diǎn)接觸型二極管 1 2 2二極管的結(jié)構(gòu)與類(lèi)型 b 面接觸型 PN結(jié)面積大 用于工頻大電流整流電路 二 面接觸型二極管 1 2 2二極管的結(jié)構(gòu)與類(lèi)型 c 平面型 往往用于集成電路制造工藝中 PN結(jié)面積可大可小 用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中 三 平面型二極管 1 2 2二極管的結(jié)構(gòu)與類(lèi)型 溫度電壓當(dāng)量 當(dāng)在室溫條件下T 300K時(shí) 約為26mV 外接電壓 反向飽和電流 1 2 3二極管的伏安特性 第二節(jié)半導(dǎo)體二極管的工作原理及特性 一 二極管電流方程 溫度電壓當(dāng)量 當(dāng)在室溫條件下T 300K時(shí) 約為26mV 外接電壓 反向飽和電流 若為正偏且 則有 若為反偏且 則有 1 2 3二極管的伏安特性 第二節(jié)半導(dǎo)體二極管的工作原理及特性 一 二極管電流方程 應(yīng)了解二極管理想特性與實(shí)際特性之間的區(qū)別 1 2 3二極管的伏安特性 第二節(jié)半導(dǎo)體二極管的工作原理及特性 一 二極管電流方程 正向工作區(qū) 閾值電壓的含義 反向工作區(qū) 反向擊穿區(qū) 反向擊穿電壓 二 二極管的伏安特性 1 2 3二極管的伏安特性 V BR 二 二極管的伏安特性 1 2 3二極管的伏安特性 1 2 4反向擊穿特性 溫度特性和電容效應(yīng) 第二節(jié)半導(dǎo)體二極管的工作原理及特性 V BR 擊穿 電擊穿 熱擊穿 電擊穿 齊納擊穿 雪崩擊穿 可逆 熱擊穿 反向高壓 反向大電流 結(jié)溫升高 載流子增多 反向電流增大 功耗增大 不可逆 一 二極管的反向擊穿特性 1 2 4反向擊穿特性 溫度特性和電容效應(yīng) 齊納擊穿 高摻雜 耗盡層寬度小 不太大的電壓就在耗盡層形成強(qiáng)電場(chǎng) 直接破壞共價(jià)鍵 使電流急劇上升 雪崩擊穿 反向電壓為較大值時(shí) 耗盡層的電場(chǎng)使少子漂移速度加快 與價(jià)電子相碰撞 產(chǎn)生電子空穴對(duì) 新的電子空穴被加速后又撞其它價(jià)電子 載流子雪崩式增加 使電流急劇上升 一 二極管的反向擊穿特性 1 2 4反向擊穿特性 溫度特性和電容效應(yīng) 溫度升高時(shí) 反向電流增大 工程上可近似認(rèn)為溫度每增加10攝氏度 約增大一倍 溫度升高時(shí) 正向伏安特性左移 工程上可近似認(rèn)為電流保持不變時(shí) 溫度每增加1攝氏度 二極管壓降約減小 二 二極管的溫度特性 1 2 4反向擊穿特性 溫度特性和電容效應(yīng) 勢(shì)壘電容描述的是勢(shì)壘區(qū)內(nèi)的空間電荷隨PN結(jié)外加電壓變化而產(chǎn)生的電容效應(yīng) 用表示 三 二極管的電容效應(yīng) 1 2 4反向擊穿特性 溫度特性和電容效應(yīng) PN結(jié)兩端電壓發(fā)生變化時(shí) 空間電荷區(qū)內(nèi)的電荷量將隨之變化 勢(shì)壘電容 CT 勢(shì)壘電容示意圖 反偏時(shí)空荷區(qū)擴(kuò)大 等效平板電容的距離增加 正偏時(shí)空荷區(qū)變小 等效平板電容的距離減小 三 二極管的電容效應(yīng) 1 2 4反向擊穿特性 溫度特性和電容效應(yīng) 勢(shì)壘電容是非線性電容 將隨著外加電壓的變化而改變 三 二極管的電容效應(yīng) 1 2 4反向擊穿特性 溫度特性和電容效應(yīng) 可以據(jù)此制成專(zhuān)用的變?nèi)荻O管 變?nèi)荻O管皆應(yīng)用在反向偏置狀態(tài) 三 二極管的電容效應(yīng) 1 2 4反向擊穿特性 溫度特性和電容效應(yīng) 2 擴(kuò)散電容 CD 平衡少子 PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)的少子 npo 非平衡少子 PN結(jié)處于正向偏置時(shí) 從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴或從N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子 擴(kuò)散電容 非平衡少子隨外加電壓變化的效應(yīng) CD 擴(kuò)散電容也是非線性電容 將隨著外加電壓的變化而改變 結(jié)電容總結(jié) 1 2 4反向擊穿特性 溫度特性和電容效應(yīng) 勢(shì)壘電容與擴(kuò)散電容為并聯(lián) PN結(jié)總電容為兩者之和 正向偏置時(shí)PN結(jié)電容以擴(kuò)散電容為主 反向偏置時(shí)以勢(shì)壘電容為主 PN結(jié)的電容效應(yīng)將影響晶體管的響應(yīng)速度和高頻特性 1 最大整流電流IF 二極管長(zhǎng)期使用時(shí) 允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流 2 最高反向工作電壓VR 二極管工作時(shí)允許外加的最高反向電壓 手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓VR一般是擊穿電壓VBR的一半 擊穿時(shí)反向電流劇增 二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?甚至過(guò)熱而燒壞 1 2 5二極管的主要參數(shù) 第二節(jié)半導(dǎo)體二極管的工作原理及特性 3 反向電流IR 指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流 以上均是二極管的直流參數(shù) 二極管的應(yīng)用主要是利用它的單向?qū)щ娦?主要應(yīng)用于整流 限幅 保護(hù)等等 反向電流大 說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?因此反向電流越小越好 反向電流受溫度的影響 溫度越高反向電流越大 硅管的反向電流較小 鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍 1 2 5二極管的主要參數(shù) 第二節(jié)半導(dǎo)體二極管的工作原理及特性 4 微變電阻rd rd是二極管特性曲線上工作點(diǎn)Q附近電壓的變化與電流的變化之比 顯然 rd是Q附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻 1 2 5二極管的主要參數(shù) 第二節(jié)半導(dǎo)體二極管的工作原理及特性 5 最高工作頻率fM 指二極管工作的上限頻率 因結(jié)電容的作用 將不能很好地體現(xiàn)單向?qū)щ娦?1 2 5二極管的主要參數(shù) 第二節(jié)半導(dǎo)體二極管的工作原理及特性 部分國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體高頻二極管參數(shù)表 部分國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體整流二極管參數(shù)表 正常情況下 工作于反向擊穿區(qū) 反向電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí) 端電壓變化很小 從而具有穩(wěn)壓作用 反向擊穿電壓 最小允許電流 最大允許電流 1 2 6特殊二極管 第二節(jié)半導(dǎo)體二極管的工作原理及特性 一 穩(wěn)壓二極管 反向擊穿電壓 最小允許電流 最大允許電流 動(dòng)態(tài)電阻 一 穩(wěn)壓二極管 1 2 6特殊二極管 穩(wěn)壓誤差 曲線越陡 電壓越穩(wěn)定 rz越小 穩(wěn)壓性能越好 反向擊穿電壓 最小允許電流 最大允許電流 一 穩(wěn)壓二極管 1 2 6特殊二極管 穩(wěn)壓誤差 曲線越陡 電壓越穩(wěn)定 穩(wěn)壓管在使用時(shí)應(yīng)串接限流電阻以保證反向電流值在合適范圍內(nèi) 二 變?nèi)荻O管 1 2 6特殊二極管 特點(diǎn) 1 內(nèi)部為金屬半導(dǎo)體結(jié) 也具有單向?qū)щ娦? 電子 多子 導(dǎo)電沒(méi)有少子存儲(chǔ)現(xiàn)象工作速度快 3 勢(shì)壘區(qū)薄正向?qū)妷汉头聪驌舸╇妷憾嫉?1 2 6特殊二極管 三 肖特基二極管 N型硅中的自由電子比金屬中的自由電子更容易克服原子的束縛而逸出 材料和結(jié)構(gòu) 發(fā)光二極管由砷化鎵 磷化鎵等半導(dǎo)體材料組成 由于電子空穴的復(fù)合產(chǎn)生發(fā)光能量 是一種電變成光的能量轉(zhuǎn)換器件 電路中常用做指示或顯示及光信息傳送 1 發(fā)光二極管 1 2 6特殊二極管 四 光電子器件 單個(gè)發(fā)光二極管 七段顯示發(fā)光二極管 發(fā)光二極管的主要特性 半導(dǎo)體PN結(jié)共價(jià)鍵中的電子在光子的轟擊下 很容易脫離共價(jià)鍵而成為自由電子 因此可以用PN結(jié)構(gòu)成光敏二極管 光敏二極管的反向電流與光照度成正比 用感光靈敏度來(lái)衡量 典型值為 0 1 A Lx 2 光電二極管 1 2 6特殊二極管 四 光電子器件 反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升 1 2 6特殊二極管 四 光電子器件 2 光電二極管 3 激光二極管 特點(diǎn) 發(fā)射單波長(zhǎng)的光 主要是紅外線 優(yōu)點(diǎn) 效率高 1 2 6特殊二極管 1 3 1二極管的等效電阻 第三節(jié)半導(dǎo)體二極管電路 一 靜態(tài)電阻 由二極管 線性元件和獨(dú)立電源構(gòu)成的電路稱(chēng)為二極管電路 屬于非線性電路 當(dāng)電路中只有直流電源 沒(méi)有交流信號(hào)源時(shí) 二極管對(duì)外呈現(xiàn)的直流電阻稱(chēng)為靜態(tài)電阻 一 靜態(tài)電阻 1 3 1二極管的等效電阻 靜態(tài)電阻 rD VD ID 非線性 當(dāng)管子的工作電流和電壓都確定后就在特性曲線上確定了靜態(tài) 直流 工作點(diǎn)Q 二 動(dòng)態(tài)電阻 1 3 1二極管的等效電阻 動(dòng)態(tài)電阻 微變電阻或交流電阻 表示小信號(hào)工作情況下 交流電流與交流電壓的變化關(guān)系 靜態(tài)工作點(diǎn) 二 動(dòng)態(tài)電阻 1 3 1二極管的等效電阻 能夠近似表征器件特性的圖表 曲線 函數(shù)表達(dá)式 或者由基本電路元件構(gòu)成的電路都可以稱(chēng)為器件的模型 用數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)表征器件特性的模型稱(chēng)為數(shù)學(xué)模型 用基本電路元件 如電阻 電容 電感 以及獨(dú)立電源和受控源構(gòu)成的模型 稱(chēng)為器件的網(wǎng)絡(luò)模型 電路模型 器件模型的精度越高 模型的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜 要求的模型參數(shù)也越多 分析電路時(shí)計(jì)算量就越大 第三節(jié)半導(dǎo)體二極管電路 1 3 2二極管的模型 理想化模型 恒壓降模型 分段線性模型 交流小信號(hào)模型 第三節(jié)半導(dǎo)體二極管電路 1 3 2二極管的模型 一 數(shù)學(xué)模型 二 電路模型 理想化模型 1 3 2二極管的模型 二 電路模型 1 3 2二極管的模型 二 電路模型 恒壓降模型 1 3 2二極管的模型 二 電路模型 分段線性模型 1 3 2二極管的模型 二 電路模型 交流小信號(hào)模型 根據(jù)電路的具體情況選擇合適的二極管模型 從而把非線性電路轉(zhuǎn)化為線性電路并采用線性電路的分析方法進(jìn)行分析計(jì)算 對(duì)于直流電路和大信號(hào)工作電路 通常采用理想模型或者恒壓降模型進(jìn)行分析 1 3 2二極管的模型 電路中模型的選擇 對(duì)于既有直流電源又有交流小信號(hào)源的電路 一般首先利用恒壓降模型進(jìn)行靜態(tài)分析 估算電路的Q點(diǎn) 然后根據(jù)Q點(diǎn)計(jì)算出交流電阻 再用小信號(hào)模型法進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析 求出小信號(hào)作用下的交流電壓 電流 最后 將交流量與靜態(tài)值相疊加 得到完整的結(jié)果 1 3 2二極管的模型 電路中模型的選擇 例1 3 3二極管的導(dǎo)通電壓VD 0 7V 輸入信號(hào) 求輸出電壓vo 包括直流量和交流量 解 可利用疊加原理將直流和交流分開(kāi)考慮 1 利用恒壓模型進(jìn)行直流分析 求直流工作點(diǎn) 假設(shè)二極管為硅管 則VO VDD VD 5 0 7 4 3V 二極管的直流工作點(diǎn)電流 2 交流分析 二極管用理想模型 死區(qū)電壓 0 正向壓降 0 半波整流 第三節(jié)半導(dǎo)體二極管電路 1 3 3二極管模擬電路 一 二極管整流電路 二極管用恒壓模型 正向壓降 0 7V 硅二極管 半波整流 一 二極管整流電路 1 3 3二極管模擬電路 半波整流 一 二極管整流電路 1 3 3二極管模擬電路 利用電子器件的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娮優(yōu)橹绷麟姷倪^(guò)程稱(chēng)為整流 可用濾波器濾除輸出電壓的交流成分 獲得平穩(wěn)的直流電壓 全波整流 一 二極管整流電路 1 3 3二極管模擬電路 按照規(guī)定的范圍 將輸入信號(hào)波形的一部分傳送到輸出端 而將其余部分消去的過(guò)程稱(chēng)為限幅 限幅器應(yīng)能夠鑒別信號(hào)的幅度 其傳輸特性必須具有線性區(qū)和限幅區(qū) 二 二極管限幅電路 1 3 3二極管模擬電路 下門(mén)限 上門(mén)限 二 二極管限幅電路 1 3 3二極管模擬電路 一般利用器件的開(kāi)關(guān)特性實(shí)現(xiàn)限幅 具有上 下門(mén)限的限幅電路稱(chēng)為雙向限幅電路 僅有一個(gè)門(mén)限的稱(chēng)為單向限幅電路 其中 僅有上門(mén)限的稱(chēng)為上限幅電路 僅有下門(mén)限的稱(chēng)為下限幅電路 二 二極管限幅電路 1 3 3二極管模擬電路 二極管導(dǎo)通 二極管截止 以上兩圖為上限幅電路 若改變二極管極性則可得下限幅電路 二 二極管限幅電路 1 3 3二極