二極管及其基本電路

1、二極管及其基本電路（3-2）3.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu) 本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體（3-3） 3.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 根據(jù)物體導(dǎo)電能力根據(jù)物體導(dǎo)電能力( (電阻率電阻率) )的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。體和半導(dǎo)體。導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶

2、瓷、塑料和石英。、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體。之間，稱為半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體有硅典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺和鍺Ge以及砷化鎵以及砷化鎵GaAs等。等。（3-4） 3.1.2 半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)+4+4+4+4+4+4+4+4+4價價電電子子共共價價鍵鍵（3-5） 3.1.3 本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用空穴空穴共價鍵中的空位共價鍵中的空位。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子自由電子

3、空穴空穴T 電子空穴對電子空穴對由熱激發(fā)而產(chǎn)生由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對。的自由電子和空穴對。空穴的移動空穴的移動空穴的運動是靠空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次填相鄰共價鍵中的價電子依次填充充空空穴來實現(xiàn)的。穴來實現(xiàn)的。本征半導(dǎo)體本征半導(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)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)。（3-6）本征半導(dǎo)體中載流子的濃度本征半導(dǎo)體中載流子的濃度在一定溫度下本征半導(dǎo)體中載流子的濃度是一定的，并且自由電在一定溫度下本征半導(dǎo)體中載流子的濃度是一定的，并且自由電子與空穴的濃度相等。子與空穴的濃度相等。本征半導(dǎo)體中載流子的濃度公式：本征半導(dǎo)體

4、中載流子的濃度公式：T=300 K室溫下室溫下, ,本征硅的電子和空穴濃度本征硅的電子和空穴濃度: : n = p =1.431010/cm3本征鍺的電子和空穴濃度本征鍺的電子和空穴濃度: : n = p =2.381013/cm3ni=pi=K1T3/2 e -EGO/(2KT)本征激發(fā)本征激發(fā)復(fù)合復(fù)合動態(tài)平衡動態(tài)平衡（3-7） 3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(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。摻入的雜質(zhì)主要是使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。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)半三價或五價

5、元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。導(dǎo)體。 N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。 P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。（3-8）一、一、 N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子自由電子施主原子施主原子在硅或鍺的晶體中摻入少量的在硅或鍺的晶體中摻入少量的 5 價雜質(zhì)元素，如價雜質(zhì)元素，如磷磷、銻、砷等，即構(gòu)成、銻、砷等，即構(gòu)成 N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體( (或稱電子型或稱電子型半導(dǎo)體半導(dǎo)體) )。（3-9）二、二、 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+

6、4+4+4在硅或鍺的晶體中摻入少量的在硅或鍺的晶體中摻入少量的 3 價雜質(zhì)元素，如硼、價雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等，即構(gòu)成鎵、銦等，即構(gòu)成 P 型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。+3空穴濃度多于電子濃空穴濃度多于電子濃度，即度，即 p n?？昭槎?。空穴為多數(shù)載流子，電子為少數(shù)載數(shù)載流子，電子為少數(shù)載流子。流子。3 價雜質(zhì)原子稱為受主價雜質(zhì)原子稱為受主原子。原子。受主受主原子原子空穴空穴（3-10）說明：說明：1. 摻入雜質(zhì)的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決定少摻入雜質(zhì)的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決定少數(shù)載流子的濃度。數(shù)載流子的濃度。3. 雜質(zhì)半導(dǎo)體總體上保持電中性。雜質(zhì)半導(dǎo)體總體上保持電中性。 4. 雜質(zhì)半

7、導(dǎo)體的表示方法如下圖所示。雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示方法如下圖所示。2. 雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子的數(shù)目要遠遠高于本征半導(dǎo)體，因雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子的數(shù)目要遠遠高于本征半導(dǎo)體，因而其導(dǎo)電能力大大改善。而其導(dǎo)電能力大大改善。( (a) )N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體( (b) ) P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（3-11）雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響：雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響： 摻入雜質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響摻入雜質(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，一些典型的數(shù)據(jù)如下: : T=300 K室溫下室溫下,本征硅的電子和空穴濃度本征硅的電子和空穴濃度: n = p =1.41010/cm31 本征硅的原子濃度本征

8、硅的原子濃度:3以上三個濃度基本上依次相差約以上三個濃度基本上依次相差約106/cm3 。 2摻雜后摻雜后 N 型半導(dǎo)體中的自由電子濃度型半導(dǎo)體中的自由電子濃度: n=51016/cm3 4.961022/cm3 （3-12）3.2 PN結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性 PN結(jié)的形成結(jié)的形成 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 載流子的漂移與擴散載流子的漂移與擴散（3-13） 3.2.1 載流子的漂移與擴散載流子的漂移與擴散漂移運動：漂移運動： 由電場作用引起的載流子的運動稱為漂移運動。由電場作用引起的載流子的運動稱為漂移運動。擴散運動：擴

9、散運動： 由載流子濃度差引起的載流子的運動稱為擴散運動由載流子濃度差引起的載流子的運動稱為擴散運動。（3-14） 在一塊半導(dǎo)體單晶上一側(cè)摻雜成為在一塊半導(dǎo)體單晶上一側(cè)摻雜成為 P 型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成為雜成為 N 型半導(dǎo)體，兩個區(qū)域的交界處就形成了一個特殊的薄層型半導(dǎo)體，兩個區(qū)域的交界處就形成了一個特殊的薄層，稱為，稱為 PN 結(jié)。結(jié)。 PNPN結(jié)結(jié)一、一、PN 結(jié)的形成結(jié)的形成PN結(jié)的形成結(jié)的形成（3-15） PN 結(jié)中載流子的運動結(jié)中載流子的運動耗盡層耗盡層空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)PN1. 擴散運動擴散運動2. 擴散運動形擴散運動形成空間電荷區(qū)成空間電荷區(qū)電子和空穴濃電子和

10、空穴濃度差形成多數(shù)載流度差形成多數(shù)載流子的擴散運動。子的擴散運動。 PN 結(jié)，耗結(jié)，耗盡層。盡層。PN（3-16）3. 空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場PN空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場內(nèi)電場Uho空間電荷區(qū)正負離子之間電位差空間電荷區(qū)正負離子之間電位差 Uho 電位壁壘；電位壁壘； 內(nèi)電場；內(nèi)電場阻止多子的擴散內(nèi)電場；內(nèi)電場阻止多子的擴散 阻擋層。阻擋層。4. 漂移運動漂移運動內(nèi)電場有利于內(nèi)電場有利于少子運動少子運動漂移。漂移。 少 子 的 運 動少 子 的 運 動與多子運動方向與多子運動方向相反相反 阻擋層阻擋層（3-17）5. 擴散與漂移的動態(tài)平衡擴散與漂移的動態(tài)平衡擴散運動使空間電

11、荷區(qū)增大，擴散電流逐漸減??；擴散運動使空間電荷區(qū)增大，擴散電流逐漸減??；隨著內(nèi)電場的增強，漂移運動逐漸增加；隨著內(nèi)電場的增強，漂移運動逐漸增加；當擴散電流與漂移電流相等時，當擴散電流與漂移電流相等時，PN 結(jié)總的電流等于零，空結(jié)總的電流等于零，空間電荷區(qū)的寬度達到穩(wěn)定。間電荷區(qū)的寬度達到穩(wěn)定。對稱結(jié)對稱結(jié)即擴散運動與漂移運動達到動態(tài)平衡。即擴散運動與漂移運動達到動態(tài)平衡。PN不對稱結(jié)不對稱結(jié)（3-18）1、 外加正向電壓時處于導(dǎo)通狀態(tài)外加正向電壓時處于導(dǎo)通狀態(tài)又稱正向偏置，簡稱正偏。又稱正向偏置，簡稱正偏。外電場方向外電場方向內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向耗盡層耗盡層VRI空間電荷區(qū)變窄，有利空間電荷區(qū)

12、變窄，有利于擴散運動，電路中有于擴散運動，電路中有較大的正向電流。較大的正向電流。PN什么是什么是PN結(jié)的單向?qū)ЫY(jié)的單向?qū)щ娦裕侩娦?？有什么作用？有什么作用？?-19）在在 PN 結(jié)加上一個很小的正向電壓，即可得到較大的正結(jié)加上一個很小的正向電壓，即可得到較大的正向電流，為防止電流過大，可接入電阻向電流，為防止電流過大，可接入電阻 R。2、外加反向電壓時處于截止狀態(tài)外加反向電壓時處于截止狀態(tài)( (反偏反偏) )反向接法時，外電場與內(nèi)電場的方向一致，增強了內(nèi)電場反向接法時，外電場與內(nèi)電場的方向一致，增強了內(nèi)電場的作用；的作用；外電場使空間電荷區(qū)變寬；外電場使空間電荷區(qū)變寬；不利于擴散運動，有利

13、于漂移運動，漂移電流大于擴散電流不利于擴散運動，有利于漂移運動，漂移電流大于擴散電流，電路中產(chǎn)生反向電流，電路中產(chǎn)生反向電流 I ；由于少數(shù)載流子濃度很低，反向電流數(shù)值非常小。由于少數(shù)載流子濃度很低，反向電流數(shù)值非常小。（3-20）耗盡層耗盡層反向電流又稱反向飽和電流。對溫度十分敏感，反向電流又稱反向飽和電流。對溫度十分敏感，隨著溫度升高，隨著溫度升高， IS 將急劇增大。將急劇增大。PN外電場方向外電場方向內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向VRIS（3-21）當當 PN 結(jié)正向偏置時，回路中將產(chǎn)生一個較大的正向結(jié)正向偏置時，回路中將產(chǎn)生一個較大的正向電流，電流， PN 結(jié)處于結(jié)處于 導(dǎo)通狀態(tài)；導(dǎo)通狀態(tài)；

14、當當 PN 結(jié)反向偏置時，回路中反向電流非常小結(jié)反向偏置時，回路中反向電流非常小，幾乎等于零，幾乎等于零， PN 結(jié)處于截止狀態(tài)。結(jié)處于截止狀態(tài)。綜上所述：綜上所述：可見，可見， PN 結(jié)具有單向?qū)щ娦?。結(jié)具有單向?qū)щ娦?。?-22）) 1e (STDVvDIiIS ：反向飽和電流；：反向飽和電流；VT ：溫度的電壓當量：溫度的電壓當量在常溫在常溫( (300 K) )下，下，V-I 特性表達式特性表達式PN結(jié)所加端電壓結(jié)所加端電壓u與流過的電流與流過的電流i的關(guān)系為的關(guān)系為) 1e (SKTqvDDIimVVqKTVT26026. 0106 . 13001038. 11923（3-23）3.

15、2.4 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿i = f ( (u ) )之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。604020 0.002 0.00400.5 1.02550i/ mAu / V正向特性正向特性死區(qū)電壓死區(qū)電壓擊穿電壓擊穿電壓U(BR)反向特性反向特性 當當PNPN結(jié)的反向電壓增加結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱突然快速增加，此現(xiàn)象稱為為PNPN結(jié)的反向擊穿。結(jié)的反向擊穿。熱擊穿熱擊穿不可逆不可逆 雪崩擊穿雪崩擊穿 齊納擊穿齊納擊穿 電擊穿電擊穿可逆可逆（3-24）3.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)當當PN上的電壓發(fā)生變化時，上的電壓發(fā)生變

16、化時，PN 結(jié)中儲存的電荷量結(jié)中儲存的電荷量將隨將隨之發(fā)生變化，使之發(fā)生變化，使PN結(jié)具有電容效應(yīng)。結(jié)具有電容效應(yīng)。電容效應(yīng)包括兩部分電容效應(yīng)包括兩部分勢壘電容勢壘電容擴散電容擴散電容1. 勢壘電容勢壘電容Cb是由是由 PN 結(jié)的空間電荷區(qū)變化形成的。結(jié)的空間電荷區(qū)變化形成的。( (a) ) PN 結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓（b) ) PN 結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓 N空間空間電荷區(qū)電荷區(qū)PVRI+UN空間空間電荷區(qū)電荷區(qū)PRI+ UV（3-25）空間電荷區(qū)的正負離子數(shù)目發(fā)生變化，如同電容的放空間電荷區(qū)的正負離子數(shù)目發(fā)生變化，如同電容的放電和充電過程。電和充電過程。勢壘電容的大小可用下式表示：勢

17、壘電容的大小可用下式表示：lSUQC ddb由于由于 PN 結(jié)結(jié) 寬度寬度 l 隨外加電隨外加電壓壓 u 而變化，因此勢壘電容而變化，因此勢壘電容 Cb不是不是一個常數(shù)。其一個常數(shù)。其 Cb = f ( (U) ) 曲線如圖曲線如圖示。示。 ：半導(dǎo)體材料的介電比系數(shù)；：半導(dǎo)體材料的介電比系數(shù)；S ：結(jié)面積；：結(jié)面積；l ：耗盡層寬度。：耗盡層寬度。OuCb（3-26）2. 擴散電容擴散電容 Cd Q是由多數(shù)載流子在擴散過程中積累而引起的。是由多數(shù)載流子在擴散過程中積累而引起的。在某個正向電壓下，在某個正向電壓下，P 區(qū)中的電子濃度區(qū)中的電子濃度 np( (或或 N 區(qū)的空穴濃度區(qū)的空穴濃度 p

18、n) )分布分布曲線如圖中曲線曲線如圖中曲線 1 所示。所示。x = 0 處為處為 P 與與 耗盡耗盡層的交界處層的交界處當電壓加大，當電壓加大，np ( (或或 pn) )會升高，如曲線會升高，如曲線 2 所示所示( (反之濃度會降低反之濃度會降低) )。OxnPQ12 Q當加反向電壓時，擴散運動被削弱，當加反向電壓時，擴散運動被削弱，擴散電容的作用可忽略。擴散電容的作用可忽略。 Q正向電壓變化時，變化載流子積累電荷量正向電壓變化時，變化載流子積累電荷量發(fā)生變化，相當于電容器充電和放電的過程發(fā)生變化，相當于電容器充電和放電的過程 擴散電容效應(yīng)。擴散電容效應(yīng)。PNPN 結(jié)結(jié)（3-27）綜上所述

19、：綜上所述：PN 結(jié)總的結(jié)電容結(jié)總的結(jié)電容 Cj 包括勢壘電容包括勢壘電容 Cb 和擴散電容和擴散電容 Cd 兩部分。兩部分。Cb 和和 Cd 值都很小，通常為幾個皮法值都很小，通常為幾個皮法 幾十皮法，幾十皮法， 有些結(jié)有些結(jié)面積大的二極管可達幾百皮法。面積大的二極管可達幾百皮法。當反向偏置時，勢壘電容起主要作用，可以認為當反向偏置時，勢壘電容起主要作用，可以認為 Cj Cb。一般來說，當二極管正向偏置時，擴散電容起主要作一般來說，當二極管正向偏置時，擴散電容起主要作用，即可以認為用，即可以認為 Cj Cd；在信號頻率較高時，須考慮結(jié)電容的作用。在信號頻率較高時，須考慮結(jié)電容的作用。（3-2

20、8） 3.3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管在在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。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、面接觸型和平面型二極管按結(jié)構(gòu)分有點接觸型、面接觸型和平面型二極管的幾種二極管的幾種外形外形（3-29）1、點接觸型二極管、點接觸型二極管(a)(a)點接觸型點接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖 二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)二極管的幾種常見結(jié)構(gòu) PN結(jié)面積小結(jié)面積小，結(jié)電容小，用，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等于檢波和變頻等高頻電路。高頻電路。（3-30）3、平面型二極管、平面型二極管 往往用于集成電路往往用于集成電路制造工藝中。制造工藝中。PN 結(jié)面

21、積結(jié)面積可大可小，用于高頻整可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。流和開關(guān)電路中。2、面接觸型二極管、面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，結(jié)面積大，用于工頻大電流整用于工頻大電流整流電路。流電路。(b)(b)面接觸型面接觸型(c)(c)平面型平面型陰極陰極引線引線陽極陽極引線引線PNP 型支持襯底型支持襯底4、二極管的代表符號、二極管的代表符號(d) 代表符號代表符號k 陰極陰極陽極陽極 aD（3-31） 3.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線可用下式表示二極管的伏安特性曲線可用下式表示0 D/V0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 405101520 10 20

22、 30 40iD/ AiD/mA死區(qū)死區(qū)VthVBR硅二極管硅二極管2CP102CP10的的伏安伏安特性特性+iDvD-R正向特正向特性性反向特性反向特性反向擊穿特反向擊穿特性性開啟電壓：開啟電壓：0.5V導(dǎo)通電壓：導(dǎo)通電壓：0.7) 1e(STDVvDIi一、伏安特性一、伏安特性0 D/V0.2 0.4 0.6 20 40 605101520 10 20 30 40iD/ AiD/mAVthVBR鍺二極管鍺二極管2AP152AP15的的伏安伏安特性特性UonU(BR)開啟電壓：開啟電壓：0.1V導(dǎo)通電壓：導(dǎo)通電壓：0.2V（3-32）二、溫度對二極管伏安特性的影響二、溫度對二極管伏安特性的影

23、響在環(huán)境溫度升高時，二極管的正向特性將左移，反向特性將在環(huán)境溫度升高時，二極管的正向特性將左移，反向特性將下移。下移。二極管的特性對溫度很敏感，具有負溫度系數(shù)。二極管的特性對溫度很敏感，具有負溫度系數(shù)。 50I / mAU / V0.20.4 25510150.010.020溫度增加溫度增加（3-33） 二極管的參數(shù)二極管的參數(shù)(1) 最大整流電流最大整流電流IF(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓U（BR）和最高反向工作電壓和最高反向工作電壓URM(3) 反向電流反向電流I IR R(4) 極間電容極間電容Cd(5)反向恢復(fù)時間反向恢復(fù)時間TRR在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)管子所用的場合，按其所承受的最

24、高反向在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)管子所用的場合，按其所承受的最高反向電壓、最大正向平均電流、工作頻率、環(huán)境溫度等條件，選擇滿電壓、最大正向平均電流、工作頻率、環(huán)境溫度等條件，選擇滿足要求的二極管。足要求的二極管。（3-34）3.4 二極管的基本電路及其分析方法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簡單二極管電路的圖解分析方法 二極管電路的簡化模型分析方法二極管電路的簡化模型分析方法（3-35）3.4.1 簡單二極管電路的圖解分析方法簡單二極管電路的圖解分析方法 二極管是一種非線性器件，因而其電路一般要采用非二極管是一種非線性器件，因而其電路一般要采用非線性電路的分析方

25、法，相對來說比較復(fù)雜，而圖解分析法線性電路的分析方法，相對來說比較復(fù)雜，而圖解分析法則較簡單，但前提條件是已知二極管的則較簡單，但前提條件是已知二極管的V V - -I I 特性曲線。特性曲線。（3-36）例例3.4.1 電路如圖所示，已知二極管的電路如圖所示，已知二極管的V-I特性曲線、電源特性曲線、電源VDD和電阻和電阻R，求二極管兩端電壓求二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流和流過二極管的電流iD 。 解：由電路的解：由電路的KVLKVL方程，可得方程，可得 RViDDDDv DDDD11VRRi v即即 是一條斜率為是一條斜率為- -1/R的直線，稱為負載線的直線，稱為負載線 Q的坐標

26、值（的坐標值（VD，ID）即為所求。）即為所求。Q點稱為電路的工作點點稱為電路的工作點（3-37）1、二極管、二極管V-I特性的建模特性的建模 1）理想模型）理想模型 2）恒壓降模型）恒壓降模型3）折線模型）折線模型 3.4.2 二極管電路的簡化模型分析方法二極管電路的簡化模型分析方法（3-38） 4）小信號模型）小信號模型)(11sDDDDvv VRRivs =0 時時, Q點稱為靜態(tài)工作點點稱為靜態(tài)工作點 ，反映直流時的工作狀態(tài)。，反映直流時的工作狀態(tài)。vs =Vmsin t 時（時（VmVDD）, 將將Q點附近小范圍內(nèi)的點附近小范圍內(nèi)的V-I 特性線性化，得到小信號模型特性線性化，得到小

27、信號模型，即以，即以Q點為切點的一條直線。點為切點的一條直線。（3-39） 4、小信號模型、小信號模型 二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時，其正向特性二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時，其正向特性可以等效成一個微變電阻?？梢缘刃С梢粋€微變電阻。DDdivr 即即)1(/SDD TVveIi根據(jù)根據(jù)得得Q點處的微變電導(dǎo)點處的微變電導(dǎo)QdvdigDDd QVvTTeVI/SD TVID dd1gr 則則DIVT 常溫下（常溫下（T=300K）)mA()mV(26DDdIIVrT 二極管的微變等效電路二極管的微變等效電路（3-40）2 2、模型分析法應(yīng)用舉例、模型分析法應(yīng)用舉例1 1）整流電路）

28、整流電路（a）電路圖）電路圖 （b）vs和和vO的波形的波形（3-41）2 2）靜態(tài)工作情況分析）靜態(tài)工作情況分析V 0D VmA 1/DDD RVI理想模型理想模型（R=10k ） 當當VDD=10V 時，時，mA 93. 0/ )(DDDD RVVI恒壓模型恒壓模型V 7 . 0D V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）折線模型折線模型V 5 . 0th V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）mA 931. 0DthDDD rRVVI k 2 . 0Dr設(shè)設(shè)V 69. 0DDthD rIVV當當VDD=1V 時，時， （自學(xué)）（自學(xué)）（a）簡單二極管電路）簡單二極管電路 （b）習慣畫法）習

29、慣畫法 （3-42）3 3）限幅電路）限幅電路 電路如圖，電路如圖，R = 1k，VREF = 3V，二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型，二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型求解，當求解，當vI = 6sin t V時，繪出相應(yīng)的輸出電壓時，繪出相應(yīng)的輸出電壓vO的波形。的波形。 （3-43）4 4）開關(guān)電路）開關(guān)電路電路如圖所示，求電路如圖所示，求AO的電壓值的電壓值解：解： 先斷開先斷開D，以，以O(shè)為基準電位，為基準電位， 即即O點為點為0V。 則接則接D陽極的電位為陽極的電位為- -6V，接陰極的電，接陰極的電位為位為- -12V。陽極電位高于陰極電位，陽極電位高于陰極

30、電位，D接入時正向?qū)?。接入時正向?qū)ā?dǎo)通后，導(dǎo)通后，D的壓降等于零，即的壓降等于零，即A點的電位就是點的電位就是D陽極的電位。陽極的電位。所以，所以，AO的電壓值為的電壓值為- -6V。（3-44）5 5）小信號工作情況分析）小信號工作情況分析圖示電路中，圖示電路中，VDD = 5V，R = 5k ，恒壓降模型的，恒壓降模型的VD=0.7V，vs = 0.1sin t V。（。（1）求輸出）求輸出電壓電壓vO的交流量和總量；（的交流量和總量；（2）繪出）繪出vO的波形。的波形。 直流通路、交流通路、靜態(tài)、動態(tài)等概直流通路、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。念，在放大電路的分析中非常重要。（3-45）3.5 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管一、穩(wěn)壓管的伏安特性一、穩(wěn)壓管的伏安特性(a)符號符號(b)2CW17 伏安特性伏安特性 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)，反向電壓應(yīng)大于穩(wěn)壓電壓。時工作在反向電擊穿狀態(tài)，反向電壓應(yīng)大于穩(wěn)壓電壓。DZ（3-46）(1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ(