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1、1,1 半导体(semiconductor)的基本知识,2 PN结(PNjunction)的形成及特性,电子-空穴对,杂质半导体,2,3,PN结(PNjunction)的形成及特性,4,PN结的单向导电性,PN结的伏安特性,5,PN结的单向导电性,6,3.3 半导体二极管,3.3.1 半导体二极管的结构,3.3.2 二极管的伏安特性,3.3.3 二极管的参数,7,3.3.1 半导体二极管的结构,在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。,(1)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。不能承受大的反向电压和电流.,例：
2、2AP1 Imax=16mA，f最高=150MHz,8,(3)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,PN结面积大，极间电容大，用于工频大的电流整流电路。,(b)面接触型,(4)二极管的代表符号,9,半导体二极管图片,二极管的应用：利用其单向导电性，作为整流、滤波、元件保护及开关元件。,10,11,3.3.2 二极管的伏安(V-I)特性,二极管的伏安特性曲线可用下式表示,正向特性,反向特性,反向击穿特性,12,3.3.3 二极管的参数,(1)最大整流电流IF,(2)反向击穿电压VBR和 最大反向工作电压VRM,(3)反向
3、电流IR,(4)极间电容CJ（CB、CD）,最大正向平均电流,13,(a)势垒电容CB,描述势垒区的空间电荷随电压变化而产生的电容效应。,CB正比于PN结的面积S，反比于耗尽区厚度。,势垒电容与结电阻并联，它只有在外加电压改变时才起作用，特别是外加电压的频率越高CB的作用就越明显。在PN结反向偏置时作用更明显。利用这种特性可做成各种变容二极管。,14,(b)扩散电容CD,扩散电容示意图,C为CB与CD并联的总效果。,当PN结处于正向偏置时，扩散运动使多数载流子穿过PN结，在对方区域PN结附近有高于正常情况时的电荷累积。存储电荷量的大小，取决于PN结上所加正向电压值的大小。离结越远，由于空穴与电
4、子的复合，浓度将随之减小。,若外加正向电压有一增量V，则相应的空穴（电子）扩散运动在结的附近产生一电荷增量Q，二者之比Q/V为扩散电容CD。,15,3.4 二极管的基本电路及其分析方法,3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,16,3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法,二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V-I 特性曲线。,17,例 电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD。,解：由电路的K
5、VL方程，可得,即,是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线,Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点,18,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,1.二极管V-I 特性的建模,将指数模型 分段线性化，得到二极管特性的等效模型。,当电源电压远高于二极管的管压降时用此模型。,19,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,1.二极管V-I 特性的建模,vD0.7V，当iD大于或接近1mA时，模型合理，应用最广。,rD,Vth具有随机性,Vth,20,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,1.二极管V-I 特性的建模,（4）小信号模型,vs=0 时,Q点称为静态工作点，反映直流
6、时的工作状态。,vs=Vmsint 时（VmVDD）,将Q点附近小范围内的V-I 特性线性化，得到小信号模型，即以Q点为切点的一条直线。,21,补充：,正向导通的函数表达为：,设系统的直流工作点Q为vD0，在Q附近进行Taylor展开：,当（vD-vD0)在小范围波动时，上述方程可近似为：,即：,22,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,1.二极管V-I 特性的建模,（4）小信号模型,过Q点的切线可以等效成一个微变电阻,即,根据,得Q点处的微变电导,则,常温下（T=300K）,？,23,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,1.二极管V-I 特性的建模,（4）小信号模型,小信号模型中
7、研究的是信号的变化量小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点Q有关。该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且vDVT。,（a）V-I特性（b）电路模型,24,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,2模型分析法应用举例,（1）整流电路,（a）电路图（b）vs和vO的波形,25,2模型分析法应用举例,（2）静态工作情况分析,理想模型,恒压模型,（硅二极管典型值）,折线模型,（硅二极管典型值）,设,（a）简单二极管电路（b）习惯画法,注意与上面结论有差别！,26,2模型分析法应用举例,（3）限幅电路,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型求解，当vI=6si
8、nt V时，绘出相应的输出电压vO的波形。,27,2模型分析法应用举例,（4）开关电路,解：,VB截止。,DA称为嵌位二极管，DB隔离二极管。,（5）低电压稳压电路（自学）,利用的是二极管电流变化较大时其两端电压变化较小的原理。,28,2模型分析法应用举例,（6）小信号工作情况分析,图示电路中，VDD=5V，R=5k，恒压降模型的VD=0.7V，vs=0.1sinwt V。（1）求输出电压vO的交流量和总量；（2）绘出vO的波形。,直流通路、交流通路、静态、动态等概念，在放大电路的分析中非常重要。,29,3.5 特殊二极管,3.5.1 稳压二极管（齐纳二极管）,1.符号及稳压特性,(a)符号,
9、(b)伏安特性,管子的杂志浓度大，空间电荷区的电荷密度大，空间电场强。,30,(1)稳定电压VZ,(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,(3)最大耗散功率 PZM,(4)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流 IZmin,(5)稳定电压温度系数,2.稳压二极管主要参数,31,3.稳压电路,R可在VI或RL变化时，通过调节自身压降而使VO稳定。,正常稳压时 VO=VZ,#稳压条件是什么？,#不加R可以吗？,#上述电路vI为正弦波，且幅值大于VZ，vO的波形是怎样的？,32,变容二极管,对数坐标,在高频技术中应用较多。,例如：彩色
10、电视中的电子调谐器，通过直流电压的控制改变二极管的结电容从而改变振荡频率，实现频道选择。,33,3.5.3 肖特基二极管,（a）符号（b）正向V-I特性,特点：1、电容效应非常小，适合高频和开关状态应用；2、正向导通电压低，反向击穿电压低。,34,光电子器件,1、光电二极管,器件的PN结工作在反向偏置状态，电流随光照强度的增加而上升。,35,2、发光二极管,发光二极管常做为显示器件，另一种重要用途是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。,36,2.激光二极管,（a）物理结构（b）符号,在小功率光电设备中得到广泛应用。如：计算机的光盘驱动器，激光打印机的打印头等.,37,第三章结束,
