第3章 二极管及其基本电路精选文档.ppt

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1、第3章 二极管及其基本电路本讲稿第一页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系23.1 半导体的基本知识半导体的基本知识3.1.1 半导体材料半导体材料第第3章章 二极管及其基本电路二极管及其基本电路导体、绝缘体、半导体划分的依据：导体、绝缘体、半导体划分的依据：物体导电能力物体导电能力(电阻率电阻率)。半导体：电阻率为半导体：电阻率为1010-3-310109 9 cm。典型的半导体：典型的半导体：硅硅Si、锗锗Ge、砷化镓砷化镓GaAs等。等。最常用的半导体材料最常用的半导体材料：硅硅。本讲稿第二页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电

2、力系33.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识半导体的基本知识 硅硅和和锗锗是是四四价价元元素素，在在原原子子最最外外层层轨轨道道上上的的四四个个电电子子称称为为价电子价电子。半导体硅材料具有晶体结构，它们分别与周围的四个半导体硅材料具有晶体结构，它们分别与周围的四个原子的价电子形成原子的价电子形成共价键共价键。共价键中的价电子为这些原。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，称为子所共有，并为它们所束缚，称为束缚电子束缚电子。本讲稿第三页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系

3、43.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体、空穴及其导电作用第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识半导体的基本知识本征半导体本征半导体：完全纯净的，结构完整的半导体。：完全纯净的，结构完整的半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为，常称为“九个九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。它在物理结构上呈单晶体形态。本讲稿第四页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系5 电子空穴对电子空穴对 当当半半导导体体处处于于热热力力学学温温度度0K时时，导导体体中中没

4、没有有自自由由电电子子。当当温温度度升升高高或或受受到到光光的的照照射射时时，价价电电子子能能量量增增高高，有有的的价价电电子子可可以以挣挣脱脱原原子子核核的的束束缚缚，而参与导电，成为而参与导电，成为自由电子自由电子。自由电子这一现象称为本征激发，也称热激发3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体、空穴及其导电作用第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识半导体的基本知识本讲稿第五页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系63.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体、空穴及其导电作用第第3章二极管及其基本电路章二极管及

5、其基本电路 3.1半导体的基本知识半导体的基本知识 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为现正电性的这个空位为空穴空穴。空穴本讲稿第六页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系7 空穴的移动空穴的移动 相相邻邻共共价价键键中中的的价价电电子子（束束缚缚电电子子）能能迁迁入入空空穴穴形形成成新新的的空空穴穴，相相当当于于空空穴移动。穴

6、移动。带带电电粒粒子子在在电电场场作作用用下下能作定向运动。能作定向运动。自自由由电电子子的的定定向向运运动动形形成成了了电电子子电电流流，空空穴穴的的定定向向运运动动也也可可形形成成空空穴穴电电流。流。电子与空穴的移动3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体、空穴及其导电作用第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识半导体的基本知识本讲稿第七页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系8 “自由电子自由电子”和和“空穴空穴”总称总称“载流子载流子”（载运电（载运电流的粒子。流的粒子。可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出

7、可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为现的，称为电子空穴对电子空穴对。称为称为产生产生。部分自由电子也可能回到空穴中去，称为部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合复合。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。温度增加，载流子浓度增加，半导体的导电能力增加。温度增加，载流子浓度增加，半导体的导电能力增加。3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体、空穴及其导电作用第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识半导体的基本知识本讲稿第八页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力

8、系93.1.4 杂质半导体杂质半导体第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识半导体的基本知识 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体杂质半导体。N N型半导体型半导体掺入五价杂质元素（如磷）的半掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。导体。P P型半导体型半导体掺入三价杂质元素（如硼）的半导掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。体。本讲稿第九页，共五

9、十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系103.1.4 杂质半导体杂质半导体第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识半导体的基本知识 1.N 1.N型半导体型半导体 因五价杂质原子中只有因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形因无共价键束缚而很容易形成自由电子。成自由电子。在在N N型半导体中型半导体中自由自由电子是多数载流子，电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；它主要由杂质原子提供；空穴是少

10、数载流子空穴是少数载流子,由热激发形成。由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子正离子，因此五价，因此五价杂质原子也称为杂质原子也称为施主杂质施主杂质。本讲稿第十页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系113.1.4 杂质半导体杂质半导体第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识半导体的基本知识 2.P 2.P型半导体型半导体 因三价杂质原子因三价杂质原子在与硅原子形成共价在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电键时，缺少一个价电子而在共价键中留下子而在共价键中留下一个空穴。一

11、个空穴。在在P P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子，空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；它主要由掺杂形成；自由自由电子是少数载流子，电子是少数载流子，由热激发形成。由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子负离子。三价杂质。三价杂质 因而因而也称为也称为受主杂质受主杂质。本讲稿第十一页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系123.1.4 杂质半导体杂质半导体第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.1半导体的基本知识半导体的基本知识 3.杂质对半导体导电性的影响杂质对半导体导电性的影响 掺入杂质对本征半导

12、体的导电性有很大的影响，一些掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下典型的数据如下:T=300 K室温下室温下,本征硅的电子和空穴浓度本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.41010/cm31 本征硅的原子浓度本征硅的原子浓度:4.961022/cm3 3以上三个浓度基本上依次相差以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。2掺杂后掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度型半导体中的自由电子浓度:n=51016/cm3本讲稿第十二页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系133.2.1 载流子的漂移与扩散载流子的漂移与扩散3.2 PN结的形成及特性结的形

13、成及特性第第3章章 二极管及其基本电路二极管及其基本电路 漂移运动：在电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。漂移运动：在电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。运动。本讲稿第十三页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系143.2.2 PN结的形成结的形成第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分分别形成别形成N型半导体和型半导体

14、和P型半导体。型半导体。本讲稿第十四页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系153.2.2 PN结的形成结的形成第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性此时将在此时将在N型半导体和型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物型半导体的结合面上形成如下物理过程理过程:因浓度差因浓度差 多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 并复合并复合 空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 e 本讲稿第十五页，共五十八页20

15、22/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系16 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。对于。对于P型半导体和型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的型半导体结合面，离子薄层形成的空间空间电荷区电荷区称为称为PN结结。在空间电荷区，由于缺少多子，所。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称以也称耗尽层耗尽层。e 本讲稿第十六页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系173.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性 如果外加电压使如果

16、外加电压使PN结中：结中：P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为加区的电位，称为加正向电压正向电压，简，简称称正偏正偏；P区的电位低于区的电位低于N区的电位，称为加区的电位，称为加反向电压反向电压，简称简称反偏反偏。本讲稿第十七页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系183.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性(1)PN(1)PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 外加的正向电压方向外加的正向电压方向与与PN结内电场方向相反，结内电场方向相反，削弱了内电场

17、。于是，内削弱了内电场。于是，内电场对多子扩散运动的阻电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，扩散电流远大于漂移电流，忽略漂移电流，忽略漂移电流，PN结呈现结呈现低阻性。低阻性。PN结加正向电压时的导电情况本讲稿第十八页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系193.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性PN结加反向电压时的导电情况(2)PN(2)PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 外加的反向电压方向外加的反向

18、电压方向与与PN结内电场方向相同，结内电场方向相同，加强了内电场。多子扩散加强了内电场。多子扩散运动受阻，扩散电流趋于运动受阻，扩散电流趋于零。少子漂移加强，形成零。少子漂移加强，形成漂移电流，其数量很小，漂移电流，其数量很小，PN结呈现高阻性。结呈现高阻性。在一定的温度条件下，由在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也电压的大小无关，这个电流也称为称为反向饱和电流。反向饱和电流。本讲稿第十九页，共五十八页2022/9/29上海电力

19、学院上海电力学院 电力系电力系20 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。漂移电流。由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。3.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性本讲稿第二十页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系213.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性第第3章二

20、极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性 (3)PN(3)PN结结V V-I I 特性表达式特性表达式其中其中PNPN结的伏安特性结的伏安特性I IS S 反向饱和电流反向饱和电流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）本讲稿第二十一页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系223.2.4 PN结的反向击穿结的反向击穿第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性 当当VBRV0时，反向电流时，反向电流很小，且基本不随反向电压的很小，

21、且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流变化而变化，此时的反向电流也称也称反向饱和电流反向饱和电流I IS S 。当当VVBR时，反向电流急时，反向电流急剧增加，剧增加，VBR称为称为反向击穿电反向击穿电压压。本讲稿第二十二页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系23 雪崩击穿：雪崩击穿：通过空间电荷区的电子和空穴，在电通过空间电荷区的电子和空穴，在电场作用下能量增大。与晶体原子发生碰撞，可使共价场作用下能量增大。与晶体原子发生碰撞，可使共价键中的电子激发形成电子空穴对，称键中的电子激发形成电子空穴对，称碰撞电离碰撞电离，新产，新产生的电子和空穴，在电场作用

22、下，重新获得能量，又可生的电子和空穴，在电场作用下，重新获得能量，又可通过碰撞，再产生电子空穴对，这就是载流子的通过碰撞，再产生电子空穴对，这就是载流子的倍增效倍增效应应。使反向电流急剧增大。使反向电流急剧增大。齐纳击穿：齐纳击穿：在加有较高的反向电压下，在加有较高的反向电压下，PN结的空结的空间电荷区中存在一个强电场，能破坏共价键将束缚电间电荷区中存在一个强电场，能破坏共价键将束缚电子分离出来造成电子空穴对，形成较大反向电流。子分离出来造成电子空穴对，形成较大反向电流。3.2.4 PN结的反向击穿结的反向击穿第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性结的形成及

23、特性本讲稿第二十三页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系24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3.2.4 PN结的反向击穿结的反向击穿第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性本讲稿第二十四页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系253.3.1 二极管的结构二极管的结构3.3 二极管二极管第第3章章 二极管及其基本电路二极管及其基本电路 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有

24、管按结构分有点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型三大类。三大类。本讲稿第二十五页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系263.3.1 二极管的结构二极管的结构第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.3 二极管二极管(1)点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。(a)点接触型 二极管的结构示意图本讲稿第二十六页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系273.3.1 二极管的结构二极管的结构第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.3 二极管二极管(c)平面型(3

25、)平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型本讲稿第二十七页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系283.3.1 二极管的结构二极管的结构第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.3 二极管二极管半导体二极管图片本讲稿第二十八页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系29半导体二极管图片3.3.1 二极管的结构二极管的结构第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.3 二极

26、管二极管本讲稿第二十九页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系303.3.2 二极管的二极管的V-I特性特性第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.3 二极管二极管二极管的伏安特性曲线可用下式表示二极管的伏安特性曲线可用下式表示锗二极管锗二极管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 特性特性本讲稿第三十页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系313.3.2 二极管的二极管的V-I特性特性第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.3 二极管二极管锗二极

27、管锗二极管2AP152AP15的的V V-I I 特性特性 (1)正向特性（当正向特性（当V0时）时）当当0VVth时，正向电流为零，时，正向电流为零，Vth称为死区电压或开启电称为死区电压或开启电压。压。当当VVth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。死区电压（门砍电压）死区电压（门砍电压）硅硅二极管二极管Vth=0.5 V左右左右锗锗二极管二极管Vth=0.1 V左右左右 正向压降正向压降硅二极管硅二极管VF=0.7V左右左右锗二极管锗二极管VF=0.2V左右左右本讲稿第三十一页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系

28、323.3.2 二极管的二极管的V-I特性特性第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.3 二极管二极管（2）反向特性（当）反向特性（当VBRV0时）时）当当VBRV0时，反向电流很小，且基本时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称也称反向饱和电流反向饱和电流I IS S 。当当V VBR时，反向电时，反向电流急剧增加，流急剧增加，VBR称为称为反向反向击穿电压击穿电压。（3）反向击穿特性（当）反向击穿特性（当V VBR时）时）锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V V-I I 特性特性本讲稿第三十二页，共五十八

29、页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系333.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.3 二极管二极管1.最大整流电流最大整流电流IF 二极管长期连续工作时，允许通过二极管的大整流二极管长期连续工作时，允许通过二极管的大整流电流的平均值。电流的平均值。2.反向击穿电压反向击穿电压VBR 和最大反向工作电压和最大反向工作电压VRM 二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压为反向击穿电压VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压为安全计，在实际工作时，最大反向工作

30、电压VRM一般只按反向击穿电压一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。的一半计算。本讲稿第三十三页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系343.3.2 二极管的主要参数二极管的主要参数第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.3 二极管二极管3.反向电流反向电流I IR R 在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安级；锗二极管在微安(A)级。级。本讲稿第三十四页，共五十八页2022

31、/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系353.3.2 二极管的主要参数二极管的主要参数第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.3 二极管二极管(1)势垒电容势垒电容CB 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。量也随之变化，犹如电容的充放电。4.极间电容极间电容Cd本讲稿第三十五页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电

32、力学院 电力系电力系363.3.2 二极管的主要参数二极管的主要参数第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.3 二极管二极管 扩散电容是由多子扩散后，在扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而结的另一侧面积累而形成的。因形成的。因PN结正偏时，由结正偏时，由N区扩散到区扩散到P区的电子，与外区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在子就堆积在 P 区内紧靠区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。度梯度分布曲线。(2)扩散电容扩散电容CD 反之，由反之，由

33、P区扩散到区扩散到N区的空穴，在区的空穴，在N区内也形成类区内也形成类似的浓度梯度分布曲线。扩散电容的示意图如图所示。似的浓度梯度分布曲线。扩散电容的示意图如图所示。本讲稿第三十六页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系373.3.2 二极管的主要参数二极管的主要参数第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.3 二极管二极管 扩散电容示意图 当外加正向电当外加正向电压不同时，扩散电压不同时，扩散电流即外电路电流的流即外电路电流的大小也就不同。所大小也就不同。所以以PN两侧堆积的多两侧堆积的多子的浓度梯度分布子的浓度梯度分布也不同，这就相当也不同，这就相当

34、于电容的充放电过于电容的充放电过程。程。势垒电容和扩势垒电容和扩散电容均是非线性散电容均是非线性电容。电容。本讲稿第三十七页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系383.4.2 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第第3章章 二极管及其基本电路二极管及其基本电路（1）理想模型理想模型正向偏置时：正向偏置时：VD=0V 反向偏置时：二极管的电阻为反向偏置时：二极管的电阻为无穷大，电流为零。无穷大，电流为零。1.1.二极管二极管V V-I I 特性的建模特性的建模本讲稿第三十八页，共五

35、十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系393.4.2 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第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 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（2）恒压降模型恒压降模型正向偏置时：有恒定的正向偏置时：有恒定的压降压降VD=0V反向偏置时：二极管反向偏置时：二极管的电阻为无穷大，电的电阻为无穷大，电流为零。流为零。本讲稿第三十九页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系403.4.2 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第3章二极管及其基本电路

36、章二极管及其基本电路 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）折线模型折线模型 正向偏置时二极管正向偏置时二极管的管压降不是恒定的，的管压降不是恒定的，用一个电池和一个电阻用一个电池和一个电阻来近似。来近似。Vth=0.5V 不同的管子不同的管子Vth和和 rD的数值离散性很大。的数值离散性很大。适用于适用于 iD小于等于小于等于 1mA时。时。本讲稿第四十页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系413.4.2 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第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.4 二极管的基本

37、电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法（4）小信号模型小信号模型 静态工作点静态工作点Q的斜率倒数，的斜率倒数，就是小信号模型的就是小信号模型的微变电阻微变电阻 rd。（又称。（又称动态电阻动态电阻）本讲稿第四十一页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系423.4.2 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第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 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 过过Q点的切线点的切线可以等效可以等效成一个微变电阻成一个微变电阻即即根据根据得得Q点处的微变电导点处的微变电导则则常温下（

38、常温下（T T=300K=300K）（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型本讲稿第四十二页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系433.4.2 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第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 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2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（1 1）整流电路）整流电路（a）电路图）电路图 （b）vs和和vo的波形的波形本讲稿第四十三页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系443.4.2 二极管电路的简化模型分析方法

39、二极管电路的简化模型分析方法第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 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（2 2）静态工作情况分析）静态工作情况分析理想模型理想模型（R=10k）当当VDD=10V 时，时，恒压模型恒压模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）折线模型折线模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）设设当当VDD=1V 时，时，（自看）（自看）（a）简单二极管电路）简单二极管电路 （b）习惯画法）习惯画法 本讲稿第四十四页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系453.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化

40、模型分析方法第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 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 3）限幅电路）限幅电路 电路如图，电路如图，R=1k，VREF=3V，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当型求解，当vI=6sin t 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。本讲稿第四十五页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系46（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的电压值的电压值解：解：先断开先断开D，以，以O为基准电

41、位，为基准电位，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，接阴极的电位为的电位为-12V。阳极电位高于阴极电位，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。阳极的电位。所以，所以，AO的电压值为的电压值为-6V。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第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 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本讲稿第四十六页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系

42、电力系473.5.1 齐纳二极管齐纳二极管3.5 特殊二极管特殊二极管第第3章章 二极管及其基本电路二极管及其基本电路 又称稳压二极管，利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳又称稳压二极管，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。压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。(a)符号 (b)伏安特性(b)(a)本讲稿第四十七页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系48稳压二极管的参数：稳压二极管的参数：(1)稳定电压稳定电压VZ 在规定的稳压管反向工在规定的稳压管反向工作电流作电流IZ下，所对应的反下，所对应的反向工作电压。向工作电压。(2)动态

43、电阻动态电阻rZ 其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。rZ愈愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。小，反映稳压管的击穿特性愈陡。rZ=VZ/IZ3.5.1 齐纳二极管齐纳二极管第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管特殊二极管本讲稿第四十八页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系493.5.1 齐纳二极管齐纳二极管第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管特殊二极管(3)(3)最大耗散功

44、率最大耗散功率 PZM 稳压管的最大功率损耗取稳压管的最大功率损耗取决于决于PN结的面积和散热等条结的面积和散热等条件。反向工作时件。反向工作时PN结的功率结的功率损耗为损耗为 PZ=VZ IZ，由，由 PZM和和VZ可以决定可以决定IZmax。(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作和最小稳定工作 电流电流IZmin 稳压管的最大稳定工作电流稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即取决于最大耗散功率，即PZmax=VZIZmax。而。而Izmin对应对应VZmin。若若IZIZmin则不能稳压。则不能稳压。本讲稿第四十九页，共五十八页2022/9/29上

45、海电力学院上海电力学院 电力系电力系503.5.1 齐纳二极管齐纳二极管第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管特殊二极管并联稳压电路：并联稳压电路：稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管。电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管。本讲稿第五十页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系513.5.1 齐纳二极管齐纳二极管第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管特殊二极管 稳压原理：稳压原理：当稳压管电流当稳压管电流 IL 有较大变化时

46、，而稳压管两端电压有较大变化时，而稳压管两端电压的变化却很小。这样，当的变化却很小。这样，当 VI 或或 RL 变化时，电路能自变化时，电路能自动调整动调整 IL 的大小，以改变的大小，以改变 R 上的压降，而维持上的压降，而维持 VO 的的基本不变。基本不变。本讲稿第五十一页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系52 稳压过程：稳压过程：RL VZ IZ IL VZ 变化小；变化小；VI VZ IZ IR VR VZ 变化小。变化小。3.5.1 齐纳二极管齐纳二极管第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管特殊二极管本讲稿第五十二页，共五

47、十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系53VI=Vimin IL=Ilmax 时：时：R 太大，太大，IZ 会太小，管子不稳压。要求会太小，管子不稳压。要求3.5.1 齐纳二极管齐纳二极管第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管特殊二极管本讲稿第五十三页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系543.5.1 齐纳二极管齐纳二极管第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管特殊二极管VI=VImax IL=Ilmin 时：时：R 太小，太小，IZ 会太大，管子会烧坏。要求会太大，管子会烧坏。要求本

48、讲稿第五十四页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系553.5.4 光电子器件光电子器件第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管特殊二极管 电子技术新的趋势：在信号传输和存储等环节中，电子技术新的趋势：在信号传输和存储等环节中，有效地应用光信号。有效地应用光信号。光电子系统的突出优点：抗干扰能力较强，可大量地光电子系统的突出优点：抗干扰能力较强，可大量地传送信息，传输损耗小，工作可靠。传送信息，传输损耗小，工作可靠。主要缺点：光路比较复杂，光信号的操作与调制主要缺点：光路比较复杂，光信号的操作与调制需要精心地设计；光信号和电信号的接口需要

49、一些特需要精心地设计；光信号和电信号的接口需要一些特殊的光电子器件。殊的光电子器件。本讲稿第五十五页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系563.5.4 光电子器件光电子器件第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管特殊二极管结构：与结构：与PN结二极管类似。结二极管类似。1、光电二极管、光电二极管特点：特点：PN结在反向偏置状态下运行，结在反向偏置状态下运行，反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。灵敏度的典型值：灵敏度的典型值：0.1A/lx数量级。数量级。用途：将光信号转换为电信号；可用来作为光的测量。用途：将

50、光信号转换为电信号；可用来作为光的测量。本讲稿第五十六页，共五十八页2022/9/29上海电力学院上海电力学院 电力系电力系573.5.4 光电子器件光电子器件第第3章二极管及其基本电路章二极管及其基本电路 3.5 特殊二极管特殊二极管用途：用途：.作为显示器件；作为显示器件；.将电信号变为光信号，通过光缆传输，将电信号变为光信号，通过光缆传输，然后再用光电二极管接收，再现电信号。然后再用光电二极管接收，再现电信号。2、发光二极管、发光二极管符号符号光电传输系统光电传输系统 工作电流：一般为几个毫安至十几毫安之间。工作电流：一般为几个毫安至十几毫安之间。本讲稿第五十七页，共五十八页2022/9