模电四版康华光.ppt
3 二极管及其基本电路,3.1半导体的基本知识3.2结的形成及特性3.3 半导体二极管3.4 二极管基本电路及其分析方法3.5 特殊二极管,3.1半导体的基本知识,3.1.2 半导体的共价键,+4,3.1.1 半导体材料电阻率：103 109 cm,4价元素：硅（14）Si 锗（32）Ge,3、5族化合物：砷化镓GaAs,3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用,两种载流子：（1）自由电子（2）空 穴：,3.1.4 杂质半导体,多数载流子：空穴 少数载流子：电子,1.P型半导体,2.N型半导体,多数载流子：电子 少数载流子：空穴,3.2 PN结的形成及其特性,多子扩散：浓度差少子漂移：内电场动态平衡形成:PN结,1.PN结的形成,2.PN结的单向导电性,外加正向电压使内电场减弱，多子扩散运动形成较大的正向电流IFIF随增加VF而增加（mA级）等效为正向电阻小,（1）外加正向电压 VF,（2）外加反向电压,外加反向电压使内电场增强，少子的漂移运动形成较小的反向电流IRIR具有饱和特性（A级）等效为反向电阻大,（3）PN结V-I特性的表达式,id=Is(exp(vd/VT)-1)VT=kT/q 当T=300K时，VT=26mV,3.PN结的反向击穿,（1）雪崩击穿（2）齐纳击穿,3.3 二极管,二极管：一个PN结就是一个二极管。单向导电：二极管正极接电源正极，负极接电源负极时电流可以通过。反之电流不能通过。符号：,(1)点接触型二极管,(2)面接触型二极管,3.3.1 二极管的结构,PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。,PN结面积大，用于大电流整流电路。,3.3.2 二极管的伏安特性曲线,式中IS 为反向饱和电流，VD 为二极管两端的电压降，VT=kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q 为电子电荷量，T 为热力学温度。对于室温（相当T=300 K），则有VT=26 mV。,(1)正向特性,硅二极管的死区电压Vth=0.50.8V左右，锗二极管的死区电压Vth=0.20.3 V左右。,当0VVth时，正向电流为零，Vth称死区电压或开启电压。,正向区分为两段：,当V Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。,当VBRV0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。,(2)反向特性,硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。,(3)反向击穿特性,当VVBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压。,3.3.3 二极管的主要参数,(1)最大整流电流IF,(2)反向击穿电压VBR,(3)反向电流IR,(4)正向压降VF,在室温，规定的反向电压下，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(nA)级；锗二极管在微安(A)级。,在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。硅二极管约0.60.8V；锗二极管约0.20.3V。,二极管连续工作时，允许流过的最大整流电流的平均值。,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VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。,二极管基本电路分析,3.4 二极管的基本电路及其分析方法,二极管模型,正向偏置时：管压降为0，电阻也为0。,反向偏置时：电流为0，电阻为。,当iD1mA时，vD=0.7V。,1.理想模型,2.恒压降模型,3.折线模型（实际模型）,4.小信号模型,二极管电路分析,1.静态分析,例1：求VDD=10V时，二极管的电流ID、电压VD 值。,解：,1.理想模型,正向偏置时：管压降为0，电阻也为0。反向偏置时：电流为0，电阻为。,2.恒压降模型,3.实际模型,当iD1mA时，vD=0.7V。,2.限幅电路,Vi VR时，二极管导通，vo=vi。,Vi VR时，二极管截止，vo=VR。,例2：理想二极管电路中 vi=Vm sint V，求输出波形v0。,解：,3.开关电路,利用二极管的单向导电性可作为电子开关,0V 0V,导通 导通,导通 截止,截止 导通,截止 截止,0V 5V,5V 0V,5V 5V,0V,0V,0V,5V,例：求vI1和vI2不同值组合时的v0值（二极管为理想模型）。,解：,例3：,二极管限幅电路:已知电路的输入电压为 v i,二极管的VD 为0.6伏，试画出其输出波形。,解：,Vi 3.6V时，二极管导通，vo=3.6V。,Vi 3.6V时，二极管截止，vo=Vi。,例4：,正半周：,负半周,求整流电路的输出波形。,解：,例5：理想二极管电路中 vi=V m sint V，求输出波形v0。,ViV1时，D1导通、D2截止，Vo=V1。,ViV2时，D2导通、D1截止，Vo=V2。,V2ViV1时，D1、D2均截止，Vo=Vi。,解:,例6：画出理想二极管电路的传输特性（VoVI）。,当VI0时D1导通D2截止,当VI0时D1截止D2导通,3.5 特殊二极管,1.稳压二极管,稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。电阻起限流作用，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。,(2)动态电阻rZ,在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。,rZ=VZ/IZ，rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。,(3)最大耗散功率 PZM,最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向工作时PN结的功率损耗为 PZ=VZ IZ，由 PZM和VZ可以决定IZmax。,(4)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流IZmin,最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax=VZIZmax。而Izmin对应VZmin。若IZIZmin则不能稳压。,(1)稳定电压VZ,主要参数:,例：,稳压管的稳压过程。,RL,Io,IR,Vo,IZ,IR,Vo,正向电流通过PN结时，电子与空穴复合释放能量产生光子。,2.发光二极管（LED）,作业:P97,
