第1章半导体器件基础第1讲精.ppt

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1、第1章半导体器件基础第1讲第1页，本讲稿共79页课件课件Email：密码：密码：888888答疑时间：答疑时间：待定待定成绩构成：成绩构成：70%卷面成绩卷面成绩+30%平时成绩平时成绩第2页，本讲稿共79页绪 论信号模模拟拟信信号号数数字字信信号号温度、压力、流量、声音温度、压力、流量、声音.电信号电信号模拟电子电模拟电子电路路数字电子电数字电子电路路第3页，本讲稿共79页先修课程：电路理论先修课程：电路理论模拟电子技术模拟电子技术传传感感器器原原理理数数字字化化测测试试技技术术光光电电检检测测技技术术微微机机原原理理单单片片机机原原理理及及应应用用第4页，本讲稿共79页主要教学内容 模模

2、二极管二极管 拟拟 电子元器件电子元器件 三极管三极管 电电 集成电路集成电路 子子 放大放大 技技 电子电路及其应用电子电路及其应用 滤波滤波 术术 电源电源第5页，本讲稿共79页电子技术的应用电子技术的应用信 号 检 测压力压力、温度、水位、温度、水位、流量、气体等的测量流量、气体等的测量与调节与调节电子仪器电子仪器第6页，本讲稿共79页传感器压力压力1压力压力2温度温度1温度温度2.放大滤波叠加组合数模转换电路模数转换电路计算机数据处理.驱动电路.驱动电路驱动电路驱动电路传感器传感器传感器执行机构执行机构执行机构执行机构压力压力1压力压力2温度温度1温度温度2.压力压力1压力压力2温度温

3、度1温度温度2.传感器.传感器传感器传感器.放大滤波叠加组合数模转换电路模数转换电路计算机数据处理.驱动电路.驱动电路驱动电路驱动电路.执行机构执行机构执行机构执行机构第7页，本讲稿共79页 汽车电子 电源电源 发动机装置发动机装置汽汽 行驶装置行驶装置车车 报警与安全装置报警与安全装置电电 旅居性旅居性子子 仪表仪表 娱乐通讯娱乐通讯点火装置、燃油喷射控制、发点火装置、燃油喷射控制、发动机电子控制装置动机电子控制装置车速控制、间歇刮水、除雾装车速控制、间歇刮水、除雾装置、车门紧缩置、车门紧缩空调控制、动力窗控制空调控制、动力窗控制里程表、数字式速度表、出租里程表、数字式速度表、出租车用仪表车

4、用仪表收音机、汽车电话、业余电台收音机、汽车电话、业余电台安全带、车灯未关报警、安全带、车灯未关报警、速度报警、安全气囊报警速度报警、安全气囊报警第9页，本讲稿共79页智能小区智能小区第10页，本讲稿共79页第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础第11页，本讲稿共79页 半导体器件是近代电子学的重要组成半导体器件是近代电子学的重要组成部分。部分。体积小、重量轻、体积小、重量轻、使用寿命长、输入功使用寿命长、输入功率小、功率转换效率高等优点而得到广率小、功率转换效率高等优点而得到广泛的应用。泛的应用。第一章 半导体器件基础第12页，本讲稿共79页1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1

5、.1.1 导体、绝缘体和半导体导体、绝缘体和半导体 在物理学中，根据材料的导电能力在物理学中，根据材料的导电能力，可以将它们划，可以将它们划分导体、绝缘体和半导体。分导体、绝缘体和半导体。导体导体：容易导电的物质，如铜、铝、铁、银等。容易导电的物质，如铜、铝、铁、银等。绝缘体绝缘体：不导电的物质，如塑料、陶瓷、石英、不导电的物质，如塑料、陶瓷、石英、橡胶等。橡胶等。半导体半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物导电性能介于导体和绝缘体之间的物 质。常用的有硅质。常用的有硅(Si)、锗、锗(Ge)、砷化镓、砷化镓(GaAs)等。等。第14页，本讲稿共79页硅原子硅原子锗原子锗原子硅硅和和锗锗最最

6、外外层层轨轨道道上上的的四四个个电电子子称为称为价电子价电子。典型的半导体是典型的半导体是硅硅(Si)和和锗锗(Ge)，它们都是它们都是4价价元素元素。第15页，本讲稿共79页1.1.2 本征半导体本征半导体 本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构束缚电子束缚电子在绝对温度在绝对温度T=0K时，所时，所有的价电子都被共价键紧紧束有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为缚在共价键中，不会成为自由自由电子电子，因此本征半导体的导电因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。能力很弱，接近绝缘体。本征半导体本征半导体纯净且晶格方向一致的半导体晶体。纯净且晶格方向一致的半导体晶体。制造半导

7、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”。第16页，本讲稿共79页这一现象称为这一现象称为本征激发本征激发，也称也称热激发热激发。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，束束缚缚电电子子能能量量增增高高，有有的的电电子子可可以以挣挣脱脱原原子子核核的的束束缚缚，而而参参与与导导电电，称称为为自自由由电子电子。自由电子自由电子空穴空穴 自由电子产生的同自由电子产生的同时，在其原来的共价键时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，中就出现了一个空位，称为称为空穴空穴。+4+4+4+4+4+4+4+4+4第17

8、页，本讲稿共79页 可见本征激发同时产可见本征激发同时产生电子空穴对。生电子空穴对。外加能量越高（温外加能量越高（温度越高），产生的电度越高），产生的电子空穴对越多。子空穴对越多。与本征激发相反的与本征激发相反的现象现象复合复合 在一定温度下，本在一定温度下，本征激发和复合同时进征激发和复合同时进行，达到动态平衡。行，达到动态平衡。电子空穴对的浓度一电子空穴对的浓度一定。定。自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴电子空穴对电子空穴对第18页，本讲稿共79页自由电子自由电子 带负电荷带负电荷 电子流电子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子E载流子载流子空穴

9、空穴 带正电荷带正电荷 空穴流空穴流本征半导体的导电性取决于外加能量：本征半导体的导电性取决于外加能量：温度温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。本征半导体的本征半导体的导电机理：导电机理：第19页，本讲稿共79页在常温下在常温下(T=300K)，硅：硅：锗：锗：原子密度：原子密度：两种半导体两种半导体两种半导体两种半导体导电性能都导电性能都导电性能都导电性能都很弱很弱很弱很弱第20页，本讲稿共79页本征半导体存在数量相等的两种载流子：本征半导体存在数量相等的两种载流子：自由电子自由电子和和空穴空穴。电子与空穴电荷量相等，。电子与空穴电荷量相等，极

10、性相反。极性相反。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 总结总结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。温度越高温度越高，载流子的浓度越高，因此，载流子的浓度越高，因此本征半本征半导体的导电能力越强导体的导电能力越强。温度是影响半导体性。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。大特点。第21页，本讲稿共79页1.1.3 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为为杂质半导体杂质半导体。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度

11、大大增加。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为N型半导型半导体体（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为为P型半导体型半导体（空穴半导体）。（空穴半导体）。N-NegativeP-Positive第22页，本讲稿共79页1.1.N型半导体型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为例如磷，砷等，称为N型半导体型半导体。第23页，本讲稿共79页N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子多数载流

12、子多数载流子自由电子自由电子少数载流子少数载流子 空穴空穴+N型半导体施主离子施主离子自由电子自由电子电子空穴对电子空穴对第24页，本讲稿共79页N型半导体型半导体N型半导体中的载流子是什么？型半导体中的载流子是什么？1.由施主原子提供的电子，浓度与施主由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。原子相同。2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂元素浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自掺杂元素浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为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

13、，空穴称为少数载流子（少子）少数载流子（少子）。第25页，本讲稿共79页 在本征半导体中掺入三价杂质元素，在本征半导体中掺入三价杂质元素，例如硼、镓等，称为例如硼、镓等，称为P型半导体型半导体。（2 2）P型半导体型半导体第26页，本讲稿共79页空穴空穴硼原子硼原子硅原子硅原子多数载流子多数载流子 空穴空穴少数载流子少数载流子自由电子自由电子P P型半导体型半导体 受主离子受主离子空穴空穴电子空穴对电子空穴对P型半导体型半导体第27页，本讲稿共79页P型半导体型半导体P型半导体中的载流子是什么？型半导体中的载流子是什么？1.由受主原子提供的空穴，浓度与受主由受主原子提供的空穴，浓度与受主原子相

14、同。原子相同。2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，空穴浓掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，空穴浓度远大于自由电子浓度。在度远大于自由电子浓度。在P型半导体中型半导体中空穴是多子，电空穴是多子，电子是少子子是少子。第28页，本讲稿共79页杂质半导体的示意图杂质半导体的示意图+N N型半导体型半导体多子多子电子电子少子少子空穴空穴P P型半导体型半导体多子多子空穴空穴少子少子电子电子少子浓度少子浓度与温度有关与温度有关多子浓度多子浓度与温度无关与温度无关第29页，本讲稿共79页因多子浓度差因多子浓度差形成内电

15、场形成内电场多子的扩散多子的扩散空间电荷区空间电荷区 阻止多子扩散，促使少子漂移。阻止多子扩散，促使少子漂移。PN结合结合空间电荷区空间电荷区 多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层内电场内电场EPN结结1.2 PN1.2 PN结与半导体二极管结与半导体二极管 1.2.1 PN结的形成 第30页，本讲稿共79页少子少子飘移飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子多子扩散扩散 又失去多子，耗尽层宽，又失去多子，耗尽层宽，E内电场内电场E多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层动态平衡：扩散电流动态平衡：扩散电流 漂移电流

16、漂移电流 总电流总电流0 0第31页，本讲稿共79页1.2.2 PN结的单向导电性 1.PN结结加正向电压加正向电压（正偏）（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。外电场削弱内电场外电场削弱内电场耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子多子扩散形成正向电流扩散形成正向电流I F正向电流正向电流外电场外电场 第32页，本讲稿共79页2.PN结结加反向电压加反向电压（反偏）（反偏）电源正极接电源正极接N区，负极接区，负极接P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电

17、场外电场加强内电场耗尽层变宽耗尽层变宽漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I RPN外电场外电场 在一定的温度下，由本征激在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，发产生的少子浓度是一定的，故故I基本上与外加反压的大小基本上与外加反压的大小无关无关，所以称为所以称为反向饱和电流反向饱和电流。但但I与温度有关。与温度有关。第33页，本讲稿共79页 PN结加正向电压时，具有较大的正向扩结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，散电流，呈现低电阻，PN结导通；结导通；PN结加反向电压时，具有很小的反向漂结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现

18、高电阻，移电流，呈现高电阻，PN结截止。结截止。由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有结具有单向导电性单向导电性。第34页，本讲稿共79页3.PN结的伏安特性曲线及表达式结的伏安特性曲线及表达式 根据理论推导，根据理论推导，PN结的伏安特性曲线如图结的伏安特性曲线如图正偏正偏IF（多子扩散）（多子扩散）IS（少子漂移）（少子漂移）反偏反偏反向饱和电流反向饱和电流反向击穿电压反向击穿电压反向击穿反向击穿 正向特性正向特性 反向特性反向特性 第35页，本讲稿共79页4、PN结的反向击穿结的反向击穿 当当PN结的反向电压增加结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突到一定数值时，反向电流突然快

19、速增加，此现象称为然快速增加，此现象称为PN结的结的反向击穿。反向击穿。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U（BR）U/vI/mA击穿特性：击穿特性：第36页，本讲稿共79页 根据理论分析：根据理论分析：u 为为PN结两端的电压降结两端的电压降i 为流过为流过PN结的电流结的电流IS 为反向饱和电流为反向饱和电流UT=kT/q 称为温度的电压当量称为温度的电压当量其中其中k为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数 1.381023q 为电子电荷量为电子电荷量1.6109T 为热力学温度为热力学温度 对于对于室温室温（相当（相当T=300 K）则有则有UT=2

20、6 mV。当当 u0 uUT时时当当 u|U T|时时PN结方程结方程第37页，本讲稿共79页 PN结具有一定的电容效应，它由两结具有一定的电容效应，它由两方面因素决定。方面因素决定。一是势垒电容一是势垒电容CB 二是扩散电容二是扩散电容CD5.PN结的电容特性结的电容特性第38页，本讲稿共79页 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压发生变化时，离子薄层的宽度要相应地随之外加电压发生变化时，离子薄层的宽度要相应地随之改变，即改变，即PN结中存储的电荷量要随之变化，就像电容结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。充放电一样。1 势垒

21、电容势垒电容CB第39页，本讲稿共79页2 扩散电容扩散电容CD 扩散电容是由扩散电容是由多子扩散多子扩散后，后，在在PN结的另一侧面积累而形结的另一侧面积累而形成的。成的。PN结正偏时，由结正偏时，由N区区扩散到扩散到P区的电子，与外电源区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子向电流。刚扩散过来的电子就堆积在就堆积在P区内紧靠区内紧靠PN结附结附近，形成一定的浓度梯度曲近，形成一定的浓度梯度曲线。正向电压变，浓度就改线。正向电压变，浓度就改变，相当于电容的充放电过变，相当于电容的充放电过程程。电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来电容效应在

22、交流信号作用下才会明显表现出来第40页，本讲稿共79页小小 结结 本讲主要介绍了以下基本内容：本讲主要介绍了以下基本内容：PN结形成：扩散、复合、空间电荷区（耗尽层、势垒结形成：扩散、复合、空间电荷区（耗尽层、势垒区、阻挡层、内建电场）、动态平衡区、阻挡层、内建电场）、动态平衡 PN结的单向导电性：正偏导通、反偏截止结的单向导电性：正偏导通、反偏截止 PN结的结的特性曲线特性曲线：正向特性：死区电压、导通电压正向特性：死区电压、导通电压 反向特性：反向饱和电流、温度影响大反向特性：反向饱和电流、温度影响大 击穿特性：电击穿（雪崩击穿、齐纳击穿）、热击穿击穿特性：电击穿（雪崩击穿、齐纳击穿）、热

23、击穿 PN结的电容效应：势垒电容、扩散电容结的电容效应：势垒电容、扩散电容第41页，本讲稿共79页2.多数载流子和少数载流子哪个受温度影响？多数载流子和少数载流子哪个受温度影响？1.本征半导体中掺入五价元素，则半导本征半导体中掺入五价元素，则半导体中多数载流子为体中多数载流子为_，该半导体称，该半导体称为为_型半导体；掺入三价元素，则半型半导体；掺入三价元素，则半导体中多数载流子为导体中多数载流子为_，该半导体，该半导体称为称为_型半导体。型半导体。练习练习3.因为因为N型半导体的多子是自由电子，所以它型半导体的多子是自由电子，所以它带负电，这种说法是否正确？带负电，这种说法是否正确？第42页

24、，本讲稿共79页5.当温度升高时，当温度升高时，PN结的反向饱和电流将结的反向饱和电流将增加还是减小？增加还是减小？4.PN结导通后，正向电流（扩散电流）的结导通后，正向电流（扩散电流）的方向：从方向：从P区到区到N区还是从区区还是从区N到到P区？反向区？反向电流的方向？电流的方向？3.对对PN结加正向偏置，即结加正向偏置，即P区的电位区的电位_于于N区的电位，区的电位，PN结处于结处于_状态；加反状态；加反向偏置，即向偏置，即P区的电位区的电位_于于N区的电位，区的电位，PN结处于结处于_状态。状态。练习练习第43页，本讲稿共79页1.2.4 1.2.4 半导体二极管及其参数半导体二极管及其

25、参数 二极管二极管(Diode)=PN结结+管壳管壳+引线引线结构：结构：分类：分类：1.半导体二极管的结构及分类半导体二极管的结构及分类按材料分：按材料分：硅二极管、锗二极管硅二极管、锗二极管按结构分：按结构分：点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型 第44页，本讲稿共79页(1)点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。(2)面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。(3)平面型二极管平面型二极管 用于集成电路制造工艺中。用于集成电路

26、制造工艺中。PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。第46页，本讲稿共79页NP半导体二极管的半导体二极管的符号：符号：ak阳极阳极 阴极阴极电流方向电流方向 由由P区引出区引出的电的电极称为极称为阳极阳极（正（正极）极）由由N区引出区引出的电的电极称为极称为阴极阴极（负极）（负极）+-U第47页，本讲稿共79页二、半导体二极管的伏安特性二、半导体二极管的伏安特性反向饱和反向饱和电流电流电子电量电子电量玻尔兹曼常玻尔兹曼常数数当当 T=300K：UT =26 mv温度的温度的电压当量电压当量PN结两端结两端的电压降的电压降流过流过PN结结的电流

27、的电流当当 u0 uUT时时当当 u|U T|时时第48页，本讲稿共79页(1)正向特性正向特性(2)反向特性反向特性伏安特性曲线：伏安特性曲线：uEiVmAuEiVuA硅：硅：0.5 V导通压降导通压降反向饱和电流反向饱和电流死区死区电压电压击穿电压击穿电压UBR 硅硅：0.60.8V典型值为典型值为0.7V 锗锗硅硅/mA/A 锗：锗：0.10.3V锗：锗：0.1 V 2.半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性 PN结的伏安特性曲线结的伏安特性曲线第49页，本讲稿共79页 在反向区，硅二极管和锗二极管的特性在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。有所不同。硅二极管硅二极管的反向击

28、穿特性比较硬、比较的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；陡，反向饱和电流也很小；锗二极管锗二极管的反向的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。电流较大。第50页，本讲稿共79页3.半导体二极管的主要参数半导体二极管的主要参数（1）直流电阻）直流电阻R D：指二极管两端所加直流电压指二极管两端所加直流电压与流过它的直流电流之比。与流过它的直流电流之比。RD不是恒定值，在正向工作区域，不是恒定值，在正向工作区域，RD随随UD增大而减小，增大而减小，在反向工作区域，在反向工作区域，RD随随UD增大而增大。增大而增大。第51页，本讲稿共7

29、9页（2）交流电阻）交流电阻r d：指二极管在其工作点指二极管在其工作点Q（UDQ,IDQ)处的电压微变量与电流微变量之比。处的电压微变量与电流微变量之比。r d 几何意义几何意义：指二极管伏安特性曲指二极管伏安特性曲线上线上Q点处切线斜率的倒数。点处切线斜率的倒数。据伏安特性方程，可得据伏安特性方程，可得第52页，本讲稿共79页(3)最大整流电流最大整流电流IFM二极管长期连续工二极管长期连续工作时，允许通过二作时，允许通过二极管的最大整流极管的最大整流电流的平均值。电流的平均值。(4)反向击穿电压反向击穿电压UBR 二极管反向电流二极管反向电流急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向电压值

30、称为反向击穿电压值称为反向击穿电压电压UBR。最大反向工作电压最大反向工作电压URM 为安全计，在实际为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压工作时，最大反向工作电压URM一般只按反向击穿电压一般只按反向击穿电压UBR的一半计算。的一半计算。第53页，本讲稿共79页(5)反向电流反向电流IS 在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安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。(6)最高工作频率最高工作频率fM由由PN结的结电容大小决定，二极管的工作频率超过结的结电容大小决定，二极管

31、的工作频率超过fM时，时，单向导电性变差。单向导电性变差。第54页，本讲稿共79页1.2.5 1.2.5 二极管的电路模型二极管的电路模型 1.1.理想模型理想模型理想模型理想模型 理想模型是指在正向偏置时，其管压降为零，相理想模型是指在正向偏置时，其管压降为零，相当于当于开关的闭合开关的闭合。当反向偏置时，其电流为零，阻抗。当反向偏置时，其电流为零，阻抗为无穷，相当于为无穷，相当于开关的断开开关的断开。具有这种理想特性的二极。具有这种理想特性的二极管也叫做管也叫做理想二极管理想二极管。在实际电路中当电源电压远远大于二极管的管压降时，利用此模型分析是可行的。第55页，本讲稿共79页2.2.定压

32、降模型定压降模型定压降模型定压降模型定压降模型是指二极管在正向导通时，其管压降为定压降模型是指二极管在正向导通时，其管压降为恒定值；截止时反向电流为零。硅管的管压降恒定值；截止时反向电流为零。硅管的管压降0.7V，锗管的管压降为，锗管的管压降为0.3V。第56页，本讲稿共79页3.3.分段线性模型分段线性模型分段线性模型分段线性模型二极管正向电压大于二极管正向电压大于UD(ON)后其电流后其电流I与与U 成线性关系，直线斜率成线性关系，直线斜率为为1/RD。二极管截止时反向电流为零。二极管截止时反向电流为零。第57页，本讲稿共79页二极管的应用举例二极管的应用举例例例1 钳位电路钳位电路 电路

33、如图所示，若电路如图所示，若UA、UB两点电位分别为两点电位分别为0V、3V不同组不同组合时，计算输出电压合时，计算输出电压UO值，并分析二极管的工作状态。值，并分析二极管的工作状态。设二极管为硅二极管，导通压降为设二极管为硅二极管，导通压降为0.7V。第58页，本讲稿共79页(1)UA=0 V UB=0 VVD1、VD2均正向导通均正向导通UO0.7 V(2)UA=3 V UB=3 VVD1、VD2均正向导通均正向导通UO3.7 V第59页，本讲稿共79页(3)UA=0V UB=3VVD1正向导通正向导通VD2截止截止UO0.7 V二极管二极管VD1两两端电位差大而端电位差大而优先导通优先导

34、通(4)UA=3V UB=0VVD2正向导通正向导通VD1截止截止UO0.7 V二极管二极管VD2优优先导通先导通第60页，本讲稿共79页如何判断二极管是否导通：如何判断二极管是否导通：判断二极管工作状态时，可判断二极管工作状态时，可先将二极管断开，然后比较先将二极管断开，然后比较两极电位。两极电位。如果处于正偏，如果处于正偏，则二极管导通；否则截止。则二极管导通；否则截止。电位差大的优先导通。电位差大的优先导通。第61页，本讲稿共79页例例2：写出图示各电路的输出电压值，设二极管导通电压：写出图示各电路的输出电压值，设二极管导通电压UD=0.7V。UO1=1.3VUO2=0VUO3=-1.3

35、V第62页，本讲稿共79页例例3 ui=2 sin t(V)，画出输出电压，画出输出电压uo的波形的波形。ui 较小，宜采用恒压降模型较小，宜采用恒压降模型0.7 v ui 0.7 vu1、u2 均截止均截止uO=uiuO=0.7 vui 0.7 vu2 导通导通 u1截止截止ui 0.7 vu1 导通导通 u2 截止截止uO=0.7 v第63页，本讲稿共79页OtuO/v0.7Otui/v2 0.7思考题思考题:v1、v2 支支路路各各串串联联恒恒压压源源，输输出出波形如何？波形如何？第64页，本讲稿共79页ui=5sin t(V)，画出输出电压，画出输出电压uo的波形的波形。二极管是理想的

36、。二极管是理想的。+-uiuoRD1D22V2V练习练习第65页，本讲稿共79页估算图示电路中流过二极管的电流估算图示电路中流过二极管的电流ID和和U，二极管是理想的。二极管是理想的。练习练习第66页，本讲稿共79页1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管稳压稳压二极二极管管 变容二极管变容二极管发光二极管发光二极管光电二极管光电二极管第67页，本讲稿共79页 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管反偏电压反偏电压UZ 反向击穿反向击穿UZ电路符号：电路符号：UIIZminIZmax UZ IZ稳稳压压误误差差曲线越曲线越陡，电陡，电压越稳压越稳定。定。U

37、Z1.3.1 1.3.1 稳压二极管稳压二极管第68页，本讲稿共79页稳压原理：稳压原理：根据电路图可知根据电路图可知UIUOUZIZIRURUOIR第69页，本讲稿共79页使用稳压管注意事项：使用稳压管注意事项：在工作时反接，在工作时反接，并串入一只电阻。并串入一只电阻。电阻的作用一是起限电阻的作用一是起限流作用，保护稳压管；其次是当输入电流作用，保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。管的工作电流，从而起到稳压作用。第70页，本讲稿共79

38、页限流电阻限流电阻R的选择的选择(2)在在Ui最低和最低和Io最大时，流过稳压管的电流最小，这时应保证最大时，流过稳压管的电流最小，这时应保证IZ不不小于稳压管最小电流值。小于稳压管最小电流值。(1)在在Ui最高和最高和Io最小时，流过稳压管的电流最大，此时电流不能高最小时，流过稳压管的电流最大，此时电流不能高于稳压管最大稳定电流。于稳压管最大稳定电流。限流电阻限流电阻R的选择范围为：的选择范围为：RminR RmaxIO第71页，本讲稿共79页1.稳压管的稳压区是其工作在（稳压管的稳压区是其工作在（）。）。A.正向导通区正向导通区 B.反向截止区反向截止区 C.反向击穿区反向击穿区练习练习2

39、.现现有有两两只只稳稳压压管管，它它们们的的稳稳定定电电压压分分别别是是6V和和8V，正正向导通电压是向导通电压是0.7V，试问：，试问：(1)若若将将它它们们串串联联连连接接，可可得得到到几几种种稳稳压压值值？各各为为多多少少？(2)若将它们并联连接，又可得到几种稳压值？各为多少？若将它们并联连接，又可得到几种稳压值？各为多少？第72页，本讲稿共79页1.3.2 变容二极管第73页，本讲稿共79页1.3.3 发光二极管有正向电流流过时，发有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前出一定波长范围的光，目前的发光管可以从红外到可的发光管可以从红外到可见波段的光，它的电特性见波段的光，它的电特性

40、与一般二极管类似。与一般二极管类似。第74页，本讲稿共79页第75页，本讲稿共79页1.3.4 光电二极管反向电流随光照度的增加而增大。反向电流随光照度的增加而增大。第76页，本讲稿共79页第77页，本讲稿共79页小小小小 结结结结 本讲主要介绍了以下基本内容：本讲主要介绍了以下基本内容：半导体二极管的构成和类型：点接触型、面接触型、平面半导体二极管的构成和类型：点接触型、面接触型、平面型；硅管、锗管等。型；硅管、锗管等。半导体二极管的特性：与半导体二极管的特性：与PN结基本相同。结基本相同。半导体二极管的参数半导体二极管的参数 半导体二极管的等效模型：理想模型、恒压降模型、折线半导体二极管的等效模型：理想模型、恒压降模型、折线模型模型 应用二极管等效模型分析和计算半导体二极管电路的基应用二极管等效模型分析和计算半导体二极管电路的基本方法本方法 简要介绍了其它类型的二极管。简要介绍了其它类型的二极管。第78页，本讲稿共79页作业：作业：题题1.4、1.6、1.8、1.9(b)、1.10(a)第79页，本讲稿共79页