1、第一章：第一章：半導(dǎo)體基礎(chǔ)及二極管半導(dǎo)體基礎(chǔ)及二極管電路電路 鄧鄧 鋼鋼GG內(nèi)容提要內(nèi)容提要半導(dǎo)體材料的基本物理特性及半導(dǎo)體材料的基本物理特性及PNPN結(jié)原理結(jié)原理半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)及工作特半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)及工作特性性幾種特殊二極管幾種特殊二極管二極管基本應(yīng)用電路及其分析二極管基本應(yīng)用電路及其分析方法方法物質(zhì)的分類物質(zhì)的分類導(dǎo)體導(dǎo)體( (電阻率小于電阻率小于 ) )310cm絕緣體絕緣體( (電阻率大于電阻率大于 ) )910cm半導(dǎo)體（電阻率介于兩者之半導(dǎo)體（電阻率介于兩者之間）間）典型的半導(dǎo)體：如典型的半導(dǎo)體：如硅硅SiSi和和鍺鍺GeGe以及以及砷化鎵砷化鎵GaAsGaAs等等按照導(dǎo)電

2、按照導(dǎo)電能力的差能力的差別，可以別，可以將物質(zhì)分將物質(zhì)分為：為：半導(dǎo)體的獨特性質(zhì)：電阻率可因某些半導(dǎo)體的獨特性質(zhì)：電阻率可因某些外界因素的改變而明顯變化外界因素的改變而明顯變化摻雜特性摻雜特性熱敏特性熱敏特性光敏特性光敏特性注意：決定物質(zhì)導(dǎo)注意：決定物質(zhì)導(dǎo)電性能的因素？電性能的因素？如金、銀、銅、鋁等如金、銀、銅、鋁等如陶瓷、云母、塑料等如陶瓷、云母、塑料等本征半導(dǎo)體中的共價鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體中的共價鍵結(jié)構(gòu)( (一一) )價電子價電子SiSi硅原子硅原子GeGe鍺原子鍺原子+4價電子價電子慣性核慣性核原子排列整齊、晶格無缺陷、純凈的原子排列整齊、晶格無缺陷、純凈的半導(dǎo)體，被稱為半導(dǎo)體，被稱為本征

3、半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中的共價鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體中的共價鍵結(jié)構(gòu)( (二二) )在硅和鍺晶體中，每在硅和鍺晶體中，每個原子與其相鄰的原個原子與其相鄰的原子之間形成子之間形成共價鍵共價鍵，共用一對價電子：共用一對價電子：+4+4+4+4+4+4+4+4晶體中的共價鍵結(jié)構(gòu)晶體中的共價鍵結(jié)構(gòu)價電子價電子共價鍵共價鍵慣性核慣性核晶格：原子在晶格：原子在空間排列成具空間排列成具有周期性和對有周期性和對稱性的點陣稱性的點陣本征激發(fā)及空穴的移動本征激發(fā)及空穴的移動+4+4+4+4+4+4+4+4當(dāng)溫度很低，沒有激發(fā)時，當(dāng)溫度很低，沒有激發(fā)時，半導(dǎo)體不能導(dǎo)電，被認(rèn)為半導(dǎo)體不能導(dǎo)電，被認(rèn)為是絕緣體是絕緣體當(dāng)溫度

4、逐漸升高或有足夠當(dāng)溫度逐漸升高或有足夠光照時，將有少數(shù)價電子光照時，將有少數(shù)價電子獲得足夠能量，可以克服獲得足夠能量，可以克服共價鍵的束縛而成為共價鍵的束縛而成為自由自由電子電子，使得本征半導(dǎo)體具，使得本征半導(dǎo)體具有了微弱的導(dǎo)電能力有了微弱的導(dǎo)電能力產(chǎn)生自由電子后，在原有產(chǎn)生自由電子后，在原有的共價鍵中形成的共價鍵中形成空穴空穴+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴帶正電帶正電帶負電帶負電可以依靠相鄰共價鍵中的可以依靠相鄰共價鍵中的價電子依次填充空穴來實價電子依次填充空穴來實現(xiàn)空穴的移動現(xiàn)空穴的移動載流子的含義載流子的含義自由電子與空穴均可視為自由電子與空穴均可視為載流子載流

5、子，但所攜帶，但所攜帶電荷的電荷的極性不同極性不同在在本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中，自由電中，自由電子與空穴總是子與空穴總是成對出現(xiàn)成對出現(xiàn)，成為電子成為電子- -空穴對空穴對, ,從而從而兩兩種載流子的濃度相等種載流子的濃度相等+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴載流子：載運電流的粒子載流子：載運電流的粒子電子濃度：電子濃度：in空穴濃度：空穴濃度：ipiipn 電子與空穴的復(fù)合及動態(tài)電子與空穴的復(fù)合及動態(tài)平衡平衡影響本征半導(dǎo)體中載流子濃度的因素影響本征半導(dǎo)體中載流子濃度的因素半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料本身的性質(zhì)本身的性質(zhì)隨著隨著溫度溫度的的升高基本上升高基本上按照指數(shù)規(guī)按照指數(shù)規(guī)律

6、增加律增加本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力的導(dǎo)電能力很差，原因很差，原因在于本征激在于本征激發(fā)的載流子發(fā)的載流子數(shù)目過少數(shù)目過少322gEkTinBT e雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某種特定的雜質(zhì)在本征半導(dǎo)體中摻入某種特定的雜質(zhì)（摻雜摻雜），成為雜質(zhì)半導(dǎo)體后，可以），成為雜質(zhì)半導(dǎo)體后，可以使其導(dǎo)電性能發(fā)生使其導(dǎo)電性能發(fā)生質(zhì)的變化質(zhì)的變化根據(jù)所摻元素的不同，又可將摻雜后根據(jù)所摻元素的不同，又可將摻雜后的半導(dǎo)體分為的半導(dǎo)體分為N N型型半導(dǎo)體（摻入半導(dǎo)體（摻入5 5價元價元素）和素）和P P型型半導(dǎo)體（摻入半導(dǎo)體（摻入3 3價元素）價元素）增加載流子的數(shù)量增加載流子的數(shù)量提高導(dǎo)電率提高導(dǎo)電

7、率注意：摻雜時應(yīng)保證不破壞原有的晶注意：摻雜時應(yīng)保證不破壞原有的晶格結(jié)構(gòu)格結(jié)構(gòu)N N型半導(dǎo)體及其性質(zhì)型半導(dǎo)體及其性質(zhì)+4+4+5+5+4+4+4+4自由電子自由電子施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)對于對于N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體來說，其中的電來說，其中的電子濃度大大高于子濃度大大高于空穴的濃度，又空穴的濃度，又被稱為被稱為電子型半電子型半導(dǎo)體導(dǎo)體。其中的。其中的5 5價雜質(zhì)被稱為價雜質(zhì)被稱為施施主雜質(zhì)主雜質(zhì)N N型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中: :電子為多數(shù)載流子（電子為多數(shù)載流子（多子多子），主要由），主要由雜質(zhì)原子提供雜質(zhì)原子提供空穴為少數(shù)載流子（空穴為少數(shù)載流子（少子少子），主要由），主要由熱激發(fā)產(chǎn)生熱激發(fā)產(chǎn)生+N

8、型半導(dǎo)體表型半導(dǎo)體表示示不能導(dǎo)電不能導(dǎo)電注意雜質(zhì)電離與注意雜質(zhì)電離與熱激發(fā)的區(qū)別熱激發(fā)的區(qū)別P P型半導(dǎo)體及其性質(zhì)型半導(dǎo)體及其性質(zhì)+4+4+3+3+4+4+4+4空位空位受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)對于對于P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體來說，其中的空來說，其中的空穴濃度大大高于穴濃度大大高于電子的濃度，又電子的濃度，又被稱為被稱為空穴型半空穴型半導(dǎo)體導(dǎo)體。其中的。其中的3 3價雜質(zhì)被稱為價雜質(zhì)被稱為受受主雜質(zhì)主雜質(zhì)P P型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中: :空穴為多數(shù)載流子空穴為多數(shù)載流子電子為少數(shù)載流子電子為少數(shù)載流子 多子多子少子少子N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體電子電子空穴空穴P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體空穴空穴電子電子P型半導(dǎo)體表

9、型半導(dǎo)體表示示不能導(dǎo)電不能導(dǎo)電雜質(zhì)半導(dǎo)體的性質(zhì)雜質(zhì)半導(dǎo)體的性質(zhì)在雜質(zhì)半導(dǎo)體中：在雜質(zhì)半導(dǎo)體中：+-N N型半導(dǎo)體的型半導(dǎo)體的簡化表示法簡化表示法P P型半導(dǎo)體的型半導(dǎo)體的簡化表示法簡化表示法半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)的補償原理的補償原理存在著自由電子、空穴和雜質(zhì)離子三種存在著自由電子、空穴和雜質(zhì)離子三種帶電粒子，但仍然是帶電粒子，但仍然是兩種載流子兩種載流子200ip nn仍然呈現(xiàn)出電中性仍然呈現(xiàn)出電中性多子的濃度主要取決于摻入的雜質(zhì)濃度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少子的濃度主要取決于溫度( (本征激發(fā)本征激發(fā)) )載流子在半導(dǎo)體中的運動載流子在半導(dǎo)體中的運動當(dāng)無外加電

10、場作用時，半導(dǎo)體中的載當(dāng)無外加電場作用時，半導(dǎo)體中的載流子做不規(guī)則熱運動，對外不呈現(xiàn)電流子做不規(guī)則熱運動，對外不呈現(xiàn)電流流在在外加外加或或內(nèi)建內(nèi)建電場作用下，載流子將電場作用下，載流子將有定向的有定向的“漂移運動漂移運動”并產(chǎn)生并產(chǎn)生漂移電漂移電流流當(dāng)載流子濃度分布不均勻時，將從高當(dāng)載流子濃度分布不均勻時，將從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域做定向運動，濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域做定向運動，即即“擴散運動擴散運動”，同時產(chǎn)生，同時產(chǎn)生擴散電流擴散電流半導(dǎo)體中的電流為漂移電流與擴散電半導(dǎo)體中的電流為漂移電流與擴散電流之和流之和PNPN結(jié)的形成結(jié)的形成在一塊半導(dǎo)體單晶的一邊摻入在一塊半導(dǎo)體單晶的一邊摻入施主雜質(zhì)，

11、制成施主雜質(zhì)，制成N N型型半導(dǎo)體；半導(dǎo)體；在另一邊摻入受主雜質(zhì)，制成在另一邊摻入受主雜質(zhì)，制成P P型型半導(dǎo)體。在兩種雜質(zhì)半導(dǎo)半導(dǎo)體。在兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體的體的交界面交界面處即形成了處即形成了PNPN結(jié)結(jié)當(dāng)當(dāng)P P區(qū)和區(qū)和N N區(qū)連接在一起構(gòu)成區(qū)連接在一起構(gòu)成PNPN結(jié)時，半導(dǎo)體的現(xiàn)實作用才真結(jié)時，半導(dǎo)體的現(xiàn)實作用才真正發(fā)揮出來正發(fā)揮出來+-PNPN結(jié)的內(nèi)電場與兩種運動結(jié)的內(nèi)電場與兩種運動阻擋層阻擋層( (勢壘勢壘層層) )：阻擋多：阻擋多子的擴散運子的擴散運動，但引起動，但引起少子的漂移少子的漂移運動運動空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)V內(nèi)建電場內(nèi)建電場擴散擴散+-漂移漂移耗盡層耗盡層阻擋層阻擋層高阻區(qū)高

12、阻區(qū)PNPN結(jié)中兩種運動的動態(tài)平衡結(jié)中兩種運動的動態(tài)平衡( (一一) )空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)V內(nèi)建電場內(nèi)建電場擴散擴散漂移漂移耗盡層耗盡層阻擋層阻擋層多子的擴散運動形多子的擴散運動形成擴散電流，并增成擴散電流，并增加空間電荷區(qū)的寬加空間電荷區(qū)的寬度度少子的漂移運動形少子的漂移運動形成漂移電流，并減成漂移電流，并減小空間電荷區(qū)的寬小空間電荷區(qū)的寬度度當(dāng)兩種運動到達當(dāng)兩種運動到達平衡時平衡時，空間電，空間電荷區(qū)的荷區(qū)的寬度寬度也達也達到到穩(wěn)定穩(wěn)定+-PNPN結(jié)中兩種運動的動態(tài)平衡結(jié)中兩種運動的動態(tài)平衡( (二二) )空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)V內(nèi)建電場內(nèi)建電場擴散擴散漂移漂移耗盡層耗盡層阻擋層阻擋層動態(tài)

13、平衡時交界面動態(tài)平衡時交界面兩側(cè)的空間電荷量、兩側(cè)的空間電荷量、空間電荷區(qū)寬度、空間電荷區(qū)寬度、內(nèi)建電場等參量均內(nèi)建電場等參量均為常數(shù)，且與半導(dǎo)為常數(shù)，且與半導(dǎo)體材料、摻雜濃度、體材料、摻雜濃度、溫度有關(guān)溫度有關(guān)耗盡層為高阻區(qū)，耗盡層為高阻區(qū)，空間電荷區(qū)以外的空間電荷區(qū)以外的區(qū)域為低阻區(qū)區(qū)域為低阻區(qū)+-總結(jié)：總結(jié)：PNPN結(jié)形成的過程結(jié)形成的過程空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)V內(nèi)建電場內(nèi)建電場擴散擴散漂移漂移耗盡層耗盡層阻擋層阻擋層濃度差濃度差+-多子的擴散運動多子的擴散運動形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場形成內(nèi)電場促使少子漂移，促使少子漂移，阻止多子擴散阻止多子擴散多子的多子的擴散擴散和少和少子

14、的子的漂移漂移達到達到動動態(tài)平衡態(tài)平衡PNPN結(jié)的接觸電位差與勢壘寬度結(jié)的接觸電位差與勢壘寬度+-接觸電位差接觸電位差：阻擋：阻擋多子的擴散運動，多子的擴散運動，又稱為又稱為“電位勢壘電位勢壘”或或“勢壘勢壘”空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)V內(nèi)建電場內(nèi)建電場0.6 0.8 ,0.2 0.3 ,VVV硅材料鍺材料勢壘區(qū)的寬度主勢壘區(qū)的寬度主要是分布在摻雜要是分布在摻雜濃度低的一側(cè)濃度低的一側(cè)PNPN結(jié)外加正向偏置電壓時的特性結(jié)外加正向偏置電壓時的特性( (一一) )P PN N+-V內(nèi)電場內(nèi)電場P P區(qū)接電源正極，區(qū)接電源正極，N N區(qū)接電源負極時，為正區(qū)接電源負極時，為正向接法（正偏）向接法（正偏）V外

15、電場外電場DVvRI+-Dv勢壘區(qū)的電勢壘區(qū)的電位差減小位差減小阻擋層內(nèi)的阻擋層內(nèi)的合成電場減小合成電場減小空間電荷總空間電荷總量減小量減小空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)變窄變窄PNPN結(jié)外加正向偏置電壓時的特性結(jié)外加正向偏置電壓時的特性( (二二) )P PN N+-V內(nèi)電場內(nèi)電場V外電場外電場DVvRI+-Dv擴散電流加擴散電流加大大漂移電流基漂移電流基本不變本不變正向電流的正向電流的方向為由方向為由P P區(qū)區(qū)至至N N區(qū)，且隨區(qū)，且隨外加正向電壓外加正向電壓增加而增加增加而增加？注意：注意：PNPN結(jié)上的電壓與外加正向電壓和結(jié)上的電壓與外加正向電壓和中性區(qū)電壓之間的關(guān)系中性區(qū)電壓之間的關(guān)系PNPN

16、結(jié)外加反向偏置電壓時的特性結(jié)外加反向偏置電壓時的特性P PN N+-V內(nèi)電場內(nèi)電場P P區(qū)接電源負極，區(qū)接電源負極，N N區(qū)接電源正極時，為反區(qū)接電源正極時，為反向接法（反偏）向接法（反偏）DvRI+-外電場外電場DVvV勢壘區(qū)的勢壘區(qū)的電位差增加電位差增加阻擋層內(nèi)阻擋層內(nèi)的合成電的合成電場增加場增加空間電荷空間電荷總量增加總量增加空間電空間電荷區(qū)變厚荷區(qū)變厚反向電流又被稱為反向飽和電流，且對溫反向電流又被稱為反向飽和電流，且對溫度變化非常敏感度變化非常敏感PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦訮NPN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低的正向結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低的正向電阻，具有較大的正向電流，且正向電阻，

17、具有較大的正向電流，且正向電流隨正向電壓的大小急劇改變電流隨正向電壓的大小急劇改變由此可以得出結(jié)論，由此可以得出結(jié)論，PNPN結(jié)具有結(jié)具有單向單向?qū)щ娦詫?dǎo)電性：即可以認(rèn)為二極管正向?qū)ǎ聪蚣纯梢哉J(rèn)為二極管正向?qū)ǎ聪蚪刂菇刂筆NPN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高的反向結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高的反向電阻，具有很小的反向電流，且反向電阻，具有很小的反向電流，且反向電流基本不隨反向電壓的大小變化電流基本不隨反向電壓的大小變化二極管的結(jié)構(gòu)與類型二極管的結(jié)構(gòu)與類型二極管的電路符號：二極管的電路符號：(1)DTvVDSiIeTkTVq：溫度電壓當(dāng)量。：溫度電壓當(dāng)量。當(dāng)在室溫條件下當(dāng)在室溫條件下T=300KT=3

18、00K時，約為時，約為26mV26mVDv：外接電壓：外接電壓SI：反向飽和電流：反向飽和電流二極管的電流方程二極管的電流方程若為正偏且若為正偏且 ，則有，則有DTvV/DTvVDSiI e若為反偏且若為反偏且 ，則有，則有DTvVDSiI 應(yīng)知道二極管理想特性與實際特性之應(yīng)知道二極管理想特性與實際特性之間存在區(qū)別間存在區(qū)別理想特性理想特性實際特性實際特性二極管的伏安特性二極管的伏安特性正向工作正向工作區(qū)：區(qū)：thV閾值電壓閾值電壓 的含義的含義0.6 0.7 ,0.2 0.3 ,thVVV硅材料鍺材料反向工作反向工作區(qū)區(qū)反向擊穿反向擊穿區(qū)區(qū)()BRV反向擊穿電反向擊穿電壓壓二極管的反向擊穿特

19、性二極管的反向擊穿特性()BRV：反向：反向擊穿電擊穿電壓壓擊穿擊穿 電擊穿電擊穿熱擊穿熱擊穿電擊穿電擊穿 齊納擊穿齊納擊穿雪崩擊穿雪崩擊穿齊納擊穿：摻雜高，齊納擊穿：摻雜高，擊穿電壓小于擊穿電壓小于6V6V雪崩擊穿：摻雜低，雪崩擊穿：摻雜低，擊穿電壓大于擊穿電壓大于6V6V( (可逆可逆) )熱擊穿：熱擊穿：反向高壓反向高壓反向大電流反向大電流 結(jié)溫升高結(jié)溫升高載流子增多載流子增多反向電流增大反向電流增大功耗增大功耗增大。( (不可逆不可逆) )二極管的溫度特性二極管的溫度特性溫度升高時，反向電流溫度升高時，反向電流增大增大工程上可近似認(rèn)為溫度工程上可近似認(rèn)為溫度每增加每增加1010攝氏度，

20、攝氏度， 約約增大一倍增大一倍SI溫度升高時，正向伏安溫度升高時，正向伏安特性左移特性左移工程上可近似認(rèn)為電流工程上可近似認(rèn)為電流保持不變時，溫度每增保持不變時，溫度每增加加1 1攝氏度，二極管壓攝氏度，二極管壓降約減小降約減小22.5mVmV(1)DTvVDSiIe總結(jié)總結(jié)簡要說明溫度對本征半導(dǎo)體、簡要說明溫度對本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體、PNPN結(jié)結(jié)( (二極管二極管) )的如下重要參數(shù)的影響及關(guān)的如下重要參數(shù)的影響及關(guān)系系本征激發(fā)的濃度本征激發(fā)的濃度多子、少子的數(shù)目多子、少子的數(shù)目反向飽和電流反向飽和電流導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降PNPN結(jié)電容結(jié)電容- -產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因

21、：PNPN結(jié)兩端電壓發(fā)生變化時，空間結(jié)兩端電壓發(fā)生變化時，空間電荷區(qū)內(nèi)的電荷量將隨之變化電荷區(qū)內(nèi)的電荷量將隨之變化PNPN結(jié)正偏時，由于載流子的擴散，結(jié)正偏時，由于載流子的擴散，會在中性區(qū)內(nèi)形成非平衡載流子的會在中性區(qū)內(nèi)形成非平衡載流子的存儲，且存儲電荷量與外加正偏電存儲，且存儲電荷量與外加正偏電壓的大小有關(guān)壓的大小有關(guān)這些積累的電荷隨著外加電壓的這些積累的電荷隨著外加電壓的變化而變化，即表現(xiàn)為二極管的電變化而變化，即表現(xiàn)為二極管的電容效應(yīng)（即容效應(yīng)（即等效等效）PNPN結(jié)電容結(jié)電容- -勢壘電容勢壘電容勢壘電容勢壘電容描述的是勢壘區(qū)內(nèi)的空間電描述的是勢壘區(qū)內(nèi)的空間電荷隨荷隨PNPN結(jié)外加電壓

22、變化而產(chǎn)生的電容結(jié)外加電壓變化而產(chǎn)生的電容效應(yīng)，用效應(yīng)，用 表示表示TC勢壘電容是勢壘電容是非線性電容非線性電容，將隨著外加，將隨著外加電壓的變化而改變電壓的變化而改變可以據(jù)此制成專用的變?nèi)荻O管。可以據(jù)此制成專用的變?nèi)荻O管。變變?nèi)荻O管皆應(yīng)用在反向偏置狀態(tài)容二極管皆應(yīng)用在反向偏置狀態(tài)反偏時空間電荷區(qū)擴大，等效平板電反偏時空間電荷區(qū)擴大，等效平板電容的距離增加；正偏時空間電荷區(qū)變?nèi)莸木嚯x增加；正偏時空間電荷區(qū)變小，等效平板電容的距離減小小，等效平板電容的距離減小PNPN結(jié)電容結(jié)電容- -擴散電容擴散電容擴散電容也是擴散電容也是非線性電容非線性電容，將隨著外，將隨著外加電壓的變化而改變加電壓的

23、變化而改變當(dāng)當(dāng)PNPN結(jié)正向偏置時，載流子穿過勢壘結(jié)正向偏置時，載流子穿過勢壘區(qū)向兩側(cè)擴散，在勢壘區(qū)兩側(cè)的中性區(qū)向兩側(cè)擴散，在勢壘區(qū)兩側(cè)的中性區(qū)將產(chǎn)生由非平衡載流子造成的電荷區(qū)將產(chǎn)生由非平衡載流子造成的電荷積累。在電壓變化時，積累的電荷發(fā)積累。在電壓變化時，積累的電荷發(fā)生變化，該效應(yīng)即為生變化，該效應(yīng)即為擴散電容擴散電容效應(yīng)，效應(yīng)，用用 表示表示DCPNPN結(jié)電容結(jié)電容- -總結(jié)總結(jié)勢壘電容與擴散電容為勢壘電容與擴散電容為并聯(lián)并聯(lián)，PNPN結(jié)電結(jié)電容為兩者之和：容為兩者之和：正向偏置時正向偏置時PNPN結(jié)電容以擴散電容為主，結(jié)電容以擴散電容為主，反向偏置時以勢壘電容為主反向偏置時以勢壘電容為主

24、DTjCCCPNPN結(jié)的電容效應(yīng)將結(jié)的電容效應(yīng)將影響影響晶體管的響應(yīng)晶體管的響應(yīng)速度和高頻特性速度和高頻特性二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)最大整流電流最大整流電流FI最高反向工作電壓最高反向工作電壓RV二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大正向平均電流管的最大正向平均電流二極管工作時允許外加的最大反向電壓二極管工作時允許外加的最大反向電壓反向電流反向電流RI二極管未擊穿時的反向電流二極管未擊穿時的反向電流最高工作頻率最高工作頻率Mf二極管的上限工作頻率二極管的上限工作頻率使用二極管參數(shù)時的注意事項：溫使用二極管參數(shù)時的注意事項：溫度的影響、參數(shù)的分散性度

25、的影響、參數(shù)的分散性特殊二極管：穩(wěn)壓二極管特殊二極管：穩(wěn)壓二極管正常情況下，正常情況下，工作于反向擊工作于反向擊穿區(qū)。反向電穿區(qū)。反向電流在很大范圍流在很大范圍內(nèi)變化時，端內(nèi)變化時，端電壓變化很小，電壓變化很小，從而具有穩(wěn)壓從而具有穩(wěn)壓作用作用反向擊穿電壓反向擊穿電壓最小允最小允許電流許電流最大允最大允許電流許電流ZZZVrI動態(tài)電動態(tài)電阻：阻：穩(wěn)壓管在使用時應(yīng)串接穩(wěn)壓管在使用時應(yīng)串接限流電阻以保證反向電限流電阻以保證反向電流值在合適范圍內(nèi)流值在合適范圍內(nèi)特殊二極管：其它類型特殊二極管：其它類型變?nèi)荻O管：在高變?nèi)荻O管：在高頻電路中應(yīng)用較多頻電路中應(yīng)用較多肖特基二極管：內(nèi)部為肖特基二極管：內(nèi)

26、部為金屬半導(dǎo)體結(jié)，也具有金屬半導(dǎo)體結(jié)，也具有單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦怨ぷ魉俣瓤旃ぷ魉俣瓤煺驅(qū)妷狠^低，正向?qū)妷狠^低，反向擊穿電壓較低反向擊穿電壓較低體電阻較小體電阻較小光電子器件光電子器件( (一一) )原理：半導(dǎo)體材料的光電轉(zhuǎn)換性質(zhì)原理：半導(dǎo)體材料的光電轉(zhuǎn)換性質(zhì)發(fā)光二極管：發(fā)光二極管：將電能轉(zhuǎn)換為將電能轉(zhuǎn)換為光能的器件光能的器件光敏光敏( (電電) )二極二極管：將光能轉(zhuǎn)管：將光能轉(zhuǎn)換為電能的器換為電能的器件件光電耦合器：可實現(xiàn)信號的光傳輸光電耦合器：可實現(xiàn)信號的光傳輸也可在兩者之間使用光纖連接也可在兩者之間使用光纖連接光電子器件光電子器件( (二二) )激光二極管：效率高，產(chǎn)生的是準(zhǔn)直

27、激光二極管：效率高，產(chǎn)生的是準(zhǔn)直單色光束單色光束二極管的等效電阻：靜態(tài)電阻二極管的等效電阻：靜態(tài)電阻由二極管、線性元件和獨立電源構(gòu)成由二極管、線性元件和獨立電源構(gòu)成的電路稱為二極管電路，屬于的電路稱為二極管電路，屬于非線性非線性電路電路當(dāng)電路中只有直流電當(dāng)電路中只有直流電源、沒有信號源時，源、沒有信號源時，二極管對外呈現(xiàn)的直二極管對外呈現(xiàn)的直流電阻稱為流電阻稱為靜態(tài)靜態(tài)電阻電阻DQDDQVRI當(dāng)管子的工作電流和當(dāng)管子的工作電流和電壓都確定后就在特電壓都確定后就在特性曲線上確定了性曲線上確定了靜態(tài)靜態(tài)( (直流直流) )工作點工作點Q Q二極管的等效電阻：動態(tài)電阻二極管的等效電阻：動態(tài)電阻動態(tài)電

28、阻：微變電阻動態(tài)電阻：微變電阻或交流電阻。表示或交流電阻。表示小小信號信號工作情況下，工作情況下，交交流流電流與電流與交流交流電壓的電壓的變化關(guān)系變化關(guān)系DDdDDQQdvVrdiITDDQVrI溫度的電溫度的電壓當(dāng)量壓當(dāng)量工作點電工作點電流流26300()DQTKrmVImA例題例題假設(shè)用萬用表的假設(shè)用萬用表的R R1010檔測得某二極檔測得某二極管的正向電阻為管的正向電阻為200ohm200ohm，若改用，若改用R R100100檔測同一個二極管，則測得的檔測同一個二極管，則測得的結(jié)果將比結(jié)果將比200ohm200ohm大還是小，還是正好大還是小，還是正好相等，為什么相等，為什么? ?模型

29、的基本概念模型的基本概念能夠近似表征器件特性的圖表、曲線、能夠近似表征器件特性的圖表、曲線、函數(shù)表達式，或者由基本電路元件構(gòu)函數(shù)表達式，或者由基本電路元件構(gòu)成的電路都可以稱為器件的模型成的電路都可以稱為器件的模型用數(shù)學(xué)表達式來表征器件特性的模型用數(shù)學(xué)表達式來表征器件特性的模型稱為稱為數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型；用基本電路元件（如；用基本電路元件（如電阻、電容、電感）以及獨立電源和電阻、電容、電感）以及獨立電源和受控源構(gòu)成的模型，稱為器件的受控源構(gòu)成的模型，稱為器件的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)模型模型器件模型的精度越高，模型的結(jié)構(gòu)越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，分析復(fù)雜，要求的模型參數(shù)也越多，

30、分析電路時計算量就越大電路時計算量就越大 二極管的模型二極管的模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型(1)DTvVDSiIe理想化模型理想化模型恒壓降模型恒壓降模型分段線性模型分段線性模型交流小信號模型交流小信號模型上節(jié)內(nèi)容回顧上節(jié)內(nèi)容回顧雜質(zhì)半導(dǎo)體的雜質(zhì)半導(dǎo)體的性質(zhì)性質(zhì)N N、P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體中的載流子中的載流子 多子多子少子少子N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體電子電子空穴空穴P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體空穴空穴電子電子PNPN結(jié)的形成過程結(jié)的形成過程載流子在半導(dǎo)體中的載流子在半導(dǎo)體中的運動：漂移、擴散運動：漂移、擴散PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦远O管的電流方程二極管的電流方程和伏安特性和伏安特性(1)DTvV

31、DSiIe二極管的溫度特性二極管的溫度特性上節(jié)內(nèi)容回顧上節(jié)內(nèi)容回顧二極管的靜態(tài)電阻二極管的靜態(tài)電阻和動態(tài)電阻和動態(tài)電阻二極管的模型：數(shù)二極管的模型：數(shù)學(xué)模型、理想化模學(xué)模型、理想化模型、恒壓降模型、型、恒壓降模型、分段線性模型、交分段線性模型、交流小信號模型流小信號模型特殊二極管：穩(wěn)壓、變?nèi)荨⒐馓厥舛O管：穩(wěn)壓、變?nèi)荨⒐? /電電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換二極管的等效電容二極管的等效電容采用模型法分析二極管應(yīng)用電路采用模型法分析二極管應(yīng)用電路根據(jù)電路的具體情況根據(jù)電路的具體情況選選擇合適的二極管擇合適的二極管模型模型，從而把非線性電路轉(zhuǎn)，從而把非線性電路轉(zhuǎn)化化為為線性線性電路電路并采用線性電路的分析方法進行分析

32、計算并采用線性電路的分析方法進行分析計算對于直流電路和大信號工作電路，通常對于直流電路和大信號工作電路，通常采用理想模型或者恒壓降模型進行分析采用理想模型或者恒壓降模型進行分析對于既有直流電源又有小信號源的電路，對于既有直流電源又有小信號源的電路，一般首一般首先先利用恒壓降模型進行利用恒壓降模型進行靜態(tài)靜態(tài)分析，分析，估估算算電路的電路的Q Q點點；然后根據(jù)；然后根據(jù)Q Q點計算出交流點計算出交流電阻；電阻；再再用小信號模型法進行用小信號模型法進行動態(tài)動態(tài)分析，分析，求求出小信號作用下的交流電壓、電流；最出小信號作用下的交流電壓、電流；最后，將交流量與靜態(tài)值相疊加，得到完整后，將交流量與靜態(tài)值

33、相疊加，得到完整的的結(jié)果結(jié)果 例題例題下圖中，下圖中， ，二極管導(dǎo)通電壓，二極管導(dǎo)通電壓V Vthth=0.7V=0.7V，信號電壓，信號電壓 ，求輸出電壓，求輸出電壓的值并畫出其波形的值并畫出其波形5 ,4.3DDVV Rk0.6sinsvtV0v1,4.3DQOImA VV/26dTDQrVI( )0.596sinov ttV( )4.30.596sinOOovtVvtV補充：補充：二極管電路的工作狀態(tài)解法二極管電路的工作狀態(tài)解法設(shè)下圖電路中各二極管性能理想，即正向?qū)ㄔO(shè)下圖電路中各二極管性能理想，即正向?qū)〞r的電壓降為零，反向截止時的電流為時的電壓降為零，反向截止時的電流為0 0。試判。

34、試判斷電路中的各二極管是導(dǎo)通還是截止，并求出斷電路中的各二極管是導(dǎo)通還是截止，并求出A A、O O兩點間的電壓兩點間的電壓V VAOAO值值解法：解法：通過通過比較比較二極管兩二極管兩個電極的個電極的電位高低電位高低來確定其工作狀態(tài)來確定其工作狀態(tài)判斷二極管是否導(dǎo)通，判斷二極管是否導(dǎo)通，不能單純看加于陽極不能單純看加于陽極的電壓是正還是負，的電壓是正還是負，主要應(yīng)看陽極與陰極主要應(yīng)看陽極與陰極間的電位差間的電位差補充：二極管電路的工作狀態(tài)解法補充：二極管電路的工作狀態(tài)解法( (續(xù)續(xù)) )含一個網(wǎng)孔的電路，通過斷開二極管使含一個網(wǎng)孔的電路，通過斷開二極管使回路電流為零，求得二極管陽極、陰極的回路

35、電流為零，求得二極管陽極、陰極的電位，比較后確定其工作狀態(tài)電位，比較后確定其工作狀態(tài)當(dāng)電路含兩個自然網(wǎng)孔當(dāng)電路含兩個自然網(wǎng)孔時，可先設(shè)一個二極管為時，可先設(shè)一個二極管為截止，使電路簡化成只含截止，使電路簡化成只含一個回路，求解后再比較一個回路，求解后再比較被設(shè)截止的那個二極管的被設(shè)截止的那個二極管的兩個電極的電位高低，若兩個電極的電位高低，若陽極電位高于陰極，說明陽極電位高于陰極，說明所設(shè)錯誤，該二極管工作所設(shè)錯誤，該二極管工作狀態(tài)應(yīng)為導(dǎo)通狀態(tài)應(yīng)為導(dǎo)通二極管模擬電路：整流電路二極管模擬電路：整流電路( (一一) )利用電子器件的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娎秒娮悠骷膯蜗驅(qū)щ娦詫⒔涣麟娮優(yōu)橹绷麟姷倪^程

36、稱為變?yōu)橹绷麟姷倪^程稱為整流整流最簡單的最簡單的半波半波整流電路及其工作波形整流電路及其工作波形可用濾波可用濾波器濾除輸器濾除輸出電壓的出電壓的交流成分，交流成分，獲得直流獲得直流電壓電壓( ),( )0)( )0,LssLSORv t if v tRRvtotherwise二極管模擬電路：整流電路二極管模擬電路：整流電路( (二二) )全波全波整流電路及其工作波形整流電路及其工作波形二極管模擬電路：限幅電路二極管模擬電路：限幅電路( (一一) )按照規(guī)定的范圍，將輸入信號波形的按照規(guī)定的范圍，將輸入信號波形的一部分傳送到輸出端、而將其余部分一部分傳送到輸出端、而將其余部分消去的過程稱為限幅消

37、去的過程稱為限幅 一般利用器件的開關(guān)特性實現(xiàn)限幅一般利用器件的開關(guān)特性實現(xiàn)限幅限幅器應(yīng)能夠鑒別信號的幅度，其傳限幅器應(yīng)能夠鑒別信號的幅度，其傳輸特性必須具有線性區(qū)和限幅區(qū)輸特性必須具有線性區(qū)和限幅區(qū)ILV：下門限：下門限IHV：上門限：上門限具有上、下門限的限幅電路稱為雙向限幅具有上、下門限的限幅電路稱為雙向限幅電路，僅有一個門限的稱為單向限幅電路。電路，僅有一個門限的稱為單向限幅電路。其中，僅有上門限的稱為上限幅電路，僅其中，僅有上門限的稱為上限幅電路，僅有下門限的稱為下限幅電路有下門限的稱為下限幅電路二極管模擬電路：限幅電路二極管模擬電路：限幅電路( (二二) ) ，二極管，二極管導(dǎo)通，導(dǎo)

38、通，OSvv()Sif vV()Sif vV ，二極管，二極管截止，截止，OvV以上兩圖為上限以上兩圖為上限幅電路幅電路若改變二極管方若改變二極管方向則可得下限幅向則可得下限幅電路電路二極管模擬電路：限幅電路二極管模擬電路：限幅電路( (三三) )雙向限幅電路雙向限幅電路二極管模擬電路：穩(wěn)壓電路二極管模擬電路：穩(wěn)壓電路R R為限流電阻，其阻值的為限流電阻，其阻值的選擇應(yīng)使穩(wěn)壓二極管工選擇應(yīng)使穩(wěn)壓二極管工作在穩(wěn)壓區(qū)作在穩(wěn)壓區(qū) 這種電路穩(wěn)壓工作的原這種電路穩(wěn)壓工作的原因在于當(dāng)穩(wěn)定電流因在于當(dāng)穩(wěn)定電流 有有較大幅度的變化較大幅度的變化 時，時，穩(wěn)定電壓的變化穩(wěn)定電壓的變化 卻很卻很小小 ZIZIZV故當(dāng)故當(dāng) 或或 變化時，電變化時，電路能自動地調(diào)整路能自動地調(diào)整 的大的大小，以改變小，以改變 上的壓降上的壓降，達到維持輸出電，達到維持輸出電壓壓 基本恒定的目的基本恒定的目的 SVLRZIRRI ROV具體穩(wěn)壓過程及具體穩(wěn)壓過程及計算方法請自行計算方法請自行參看課本參看課本二極管模擬電路：鉗位電路二極管模擬電路：鉗位電路將周期信號波形的某一部分固定在一將周期信號波形的某一部分固定在一個選定的電位上，而信號其余部分波個選定的電位上，而信號其余部分波形形狀保持不變。即使整個信號電壓形形狀保持不變。即使整個信號電壓直流平移，平移程度取決于電路直流平移，平移程度取決于電路主要原理