模電電路課件

模電電路課件2023/4/111第1頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五趙小翔iaoxiangft@163.com2023/4/112第2頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五本課程的主要任務(wù)是：介紹常用半導(dǎo)體器件的工作原理、基本特性與運(yùn)用。重點(diǎn)討論模擬電路中的基本單元電路,研究電路的工作原理與基本分析方法。目的：掌握半導(dǎo)體器件的基本運(yùn)用。教學(xué)形式:

課堂采用多媒體授課；課后練習(xí)鞏固。2023/4/113第3頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五實(shí)用功能電路主要是信號(hào)處理電路，該電路為雙口網(wǎng)絡(luò)。模擬電路uiuO輸入信號(hào)按時(shí)間可分為連續(xù)時(shí)間信號(hào)(模擬信號(hào))和離散時(shí)間信號(hào)(數(shù)字信號(hào))。處理模擬信號(hào)的電子電路稱為模擬電路,電路中的晶體管工作在線性放大狀態(tài)。處理數(shù)字信號(hào)的電子電路稱為數(shù)字電路,電路中的晶體管一般在工作開關(guān)狀態(tài)。1.模擬電路和數(shù)字電路前言2023/4/114第4頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五3.模擬電路的特點(diǎn)：A).工程性和實(shí)踐性強(qiáng)；信號(hào)按工作頻率可分為低頻、高頻、微波信號(hào)。2.低頻模擬電路處理低頻信號(hào)的模擬電路稱為低頻模擬電路，低頻模擬電路的工作頻率一般低于1MHz,低頻模擬電路是最基礎(chǔ)，應(yīng)用最廣泛的電子電路。B).電路功能多，涉及知識(shí)面廣、靈活性大。內(nèi)容多涉及知識(shí)面廣、教材太精煉、學(xué)時(shí)少、入門難。本課程存在的問題：2023/4/115第5頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五4.模擬電路常用器件3DG59014~+~-2N2202TL0842023/4/116第6頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五§1.1

半導(dǎo)體材料及其特性§1.2PN結(jié)原理§1.3晶體二極管及應(yīng)用√§1.3.1普通二極管應(yīng)用電路√§1.3.2穩(wěn)壓二極管應(yīng)用電路√第一章半導(dǎo)體材料及二極管2023/4/117第7頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五§1-1半導(dǎo)體材料及其特性

根據(jù)材料導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。

典型的半導(dǎo)體有單質(zhì)半導(dǎo)體[硅(Si)和鍺(Ge)]以及Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體[砷化鎵(GaAs)等]。導(dǎo)體：電阻率ρ<10-4Ω·cm

絕緣體：電阻率ρ>109Ω·cm

半導(dǎo)體：電阻率ρ介于前兩者之間。一.半導(dǎo)體的定義與基本特性2023/4/118第8頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五當(dāng)半導(dǎo)體受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力大幅度增強(qiáng)，制成的光敏二極管可以用于光敏控制。二.半導(dǎo)體三大基本特性1.半導(dǎo)體的熱敏性(temperaturesensitive).環(huán)境溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力大幅度增強(qiáng)，制成的熱敏電阻可以用于溫度控制。T電導(dǎo)率

s2.半導(dǎo)體的光敏性(lightsensitive)IVmA半導(dǎo)體T1.5光照度

光照2023/4/119第9頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五3.半導(dǎo)體的摻雜性

(Doping

impuritive)在半導(dǎo)體中摻入一定濃度的雜質(zhì)后，可改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型，導(dǎo)電能力也會(huì)大幅度增加，利用這種特性可以制造出不同用途的半導(dǎo)體晶體管與集成電路。半導(dǎo)體IVmA高溫?fù)诫s3DG5晶體管2023/4/1110第10頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五三.本征半導(dǎo)體(IntrinsicSemiconductors)

1.本征半導(dǎo)體純度>6個(gè)9(99.9999%)半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)為金剛石結(jié)構(gòu)：每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)。完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。稱為本征半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)取決于原子結(jié)構(gòu)。2023/4/1111第11頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+42.半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)(coovalentbond)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅單晶材料2023/4/1112第12頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五由硅單晶材料制作的集成電路芯片2023/4/1113第13頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五3.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對(duì)0度(T=0K)和沒有外界激發(fā)時(shí),價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子(即載流子),它的導(dǎo)電能力為0，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴。本征半導(dǎo)體中的載流子：自由電子(freeelectron)空穴(mobilehole)+4+4+4+4空穴自由電子2023/4/1114第14頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五半導(dǎo)體中的載流子與本征激發(fā)2023/4/1115第15頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理:當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流

(1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng)電子電流(2)價(jià)電子遞補(bǔ)空穴空穴電流(1)本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少,其導(dǎo)電性能很差；(2)

溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。自由電子和空穴成對(duì)地產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。注意：2023/4/1116第16頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五4.本征半導(dǎo)體中的載流子濃度(carriersconcentration)

ni：自由電子的濃度pi：空穴的濃度B：系數(shù)（與半導(dǎo)體材料有關(guān)）T：絕對(duì)溫度式中：K：波爾茲曼常數(shù)EG：價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵所需能量,又叫禁帶寬度本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴是成對(duì)產(chǎn)生的(本征激發(fā))，由半導(dǎo)體物理得：2023/4/1117第17頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五

四.雜質(zhì)半導(dǎo)體(impuritysemiconductor)在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。

N型半導(dǎo)體(N-typesemiconductor)——摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體(P-typesemiconductor)——摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。一般采用高溫?cái)U(kuò)散工藝進(jìn)行摻雜2023/4/1118第18頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五1.N型半導(dǎo)體(N-typeSemiconductors)在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子很容易被激發(fā)而成為自由電子，磷原子是不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原子給出一個(gè)電子，稱為施主雜質(zhì)(donorimpurity)。本征硅或鍺

+少量磷

N型半導(dǎo)體SiPSiSi多余電子施主雜質(zhì)2023/4/1119第19頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五

在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子(多子

)，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子(少子

),

由熱激發(fā)形成。

提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，由于五價(jià)原子釋放電子，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。+4+5+4+5+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4施主雜質(zhì)自由電子2023/4/1120第20頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五2.P型半導(dǎo)體(P-Semiconductors)在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些原子被雜質(zhì)取代。硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子,與相臨的硅或鍺原子形成共價(jià)鍵時(shí),產(chǎn)生一個(gè)空穴,這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來填補(bǔ)。使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主雜質(zhì)(acceptorimpurity)

。本征硅或鍺

+少量硼

P型半導(dǎo)體SiBSiSi空穴

在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子，

由熱激發(fā)形成。受主雜質(zhì)2023/4/1121第21頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五nn=多子+少子=ND+pn≈ND

雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度熱平衡方程

nnpn=ni2由半導(dǎo)體物理：nn是熱平衡條件下自由電子的濃度pn是熱平衡條件下空穴的濃度ni是本征濃度一般情況下：ND>>pn2023/4/1122第22頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體載流子濃度=雜質(zhì)濃度+熱激發(fā)少子濃度2023/4/1123第23頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五載流子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流，存在兩種運(yùn)動(dòng)方式：

(1)漂移運(yùn)動(dòng)---載流子在外加電場作用下的定向移動(dòng)。(2)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)---因濃度梯度引起載流子的定向運(yùn)動(dòng)。五.半導(dǎo)體中的電流運(yùn)動(dòng)速度m

---遷移率關(guān)鍵詞：漂移電流與擴(kuò)散電流2023/4/1124第24頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體、施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)；

小結(jié)自由電子、空穴、N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體；多數(shù)載流子、少數(shù)載流子、漂移電流與擴(kuò)散電流。導(dǎo)體或半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用是通過帶電粒子的運(yùn)動(dòng)（形成電流）來實(shí)現(xiàn)的，這種電流的載體稱為載流子。導(dǎo)體中的載流子是自由電子，半導(dǎo)體中的載流子則是帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴。關(guān)鍵詞：2023/4/1125第25頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五§1.2PN結(jié)原理1.PN結(jié)的形成2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.PN結(jié)的反向擊穿4.PN結(jié)的電容效應(yīng)2023/4/1126第26頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五

§1.2.1PN結(jié)的形成

在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。在N區(qū)和P區(qū)的結(jié)合面上形成PN結(jié)。

PN結(jié)是N區(qū)和P區(qū)的結(jié)合面上形成的空間電荷區(qū)。也稱耗盡層。2023/4/1127第27頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五濃度差多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

空間電荷區(qū)形成內(nèi)建電場

內(nèi)電場促使少子漂移，阻止多子擴(kuò)散PN結(jié)形成的物理過程:+++++++++–––––––––+++–––P型區(qū)N型區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場E0離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。也稱耗盡層。2023/4/1128第28頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五由于空間電荷區(qū)內(nèi)沒有載流子，所以空間電荷區(qū)也稱為耗盡區(qū)(層)。又因?yàn)榭臻g電荷區(qū)的內(nèi)電場對(duì)擴(kuò)散有阻擋作用，好像壁壘一樣，所以又稱它為阻擋區(qū)或勢(shì)壘區(qū)。實(shí)際上，如果P區(qū)和N區(qū)的摻雜濃度相同，則耗盡區(qū)相對(duì)界面對(duì)稱，稱為對(duì)稱結(jié)。如果一邊摻雜濃度大(重?fù)诫s)，一邊摻雜濃度小(輕摻雜)，則稱為不對(duì)稱結(jié)，用P+N或PN+表示(+號(hào)表示重?fù)诫s區(qū))。這時(shí)耗盡區(qū)主要伸向輕摻雜區(qū)一邊。++++++––––––耗盡區(qū)P+N++++++––––––耗盡區(qū)PN+P+N結(jié)PN+結(jié)2023/4/1129第29頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五

§

1.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。

(1)PN結(jié)加正向電壓時(shí)PN結(jié)加正偏時(shí)的導(dǎo)電情況低電阻大的正向擴(kuò)散電流正向電壓使PN結(jié)內(nèi)建電場減弱，空間電荷區(qū)變薄,產(chǎn)生較大的正向擴(kuò)散電流。擴(kuò)散>飄移，正向電流大2023/4/1130第30頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五

(2)PN結(jié)加反向電壓時(shí)加反偏的PN結(jié)高電阻很小的反向漂移電流在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，故反向飽和電流很小。外加電場與PN結(jié)內(nèi)建電場方向一致，使PN結(jié)空間電荷區(qū)變寬，擴(kuò)散電流趨于零，只存在少數(shù)載流子的漂移,形成反向飽和電流，其數(shù)值很小，一般為微安（A）數(shù)量級(jí)。2023/4/1131第31頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/p>

PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮NRViDPNRViD加正偏PN結(jié)導(dǎo)通加反偏PN結(jié)截止2023/4/1132第32頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五

(3)PN結(jié)方程式中:IS——反向飽和電流VT——溫度的電壓當(dāng)量且在室溫下（T=300K）DIDVD+?VDID0ISPN2023/4/1133第33頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五

PN結(jié)方程的討論在室溫下（T=300K），設(shè)VD=100mV,而VT=26mV，＞＞1所以當(dāng)VD＞100mV時(shí)，PN結(jié)方程可以簡化為同樣當(dāng)VD

＜

-100mV時(shí)，PN結(jié)方程可以簡化為∵VDID0IS2023/4/1134第34頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五例：已知室溫(T=300K)下，硅PN結(jié)外加正偏VD為0.7V,正向電流ID為1mA,求反向飽和電流IS

。DIDVD+?解：由室溫(T=300K)下代入已知條件得：2023/4/1135第35頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五

§1.2.3PN結(jié)的反向擊穿(PNjunctionbreakdown)

當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。雪崩擊穿齊納擊穿反向擊穿當(dāng)VBR＜4V時(shí)稱為“齊納擊穿”

VBR＞6V時(shí)稱為“雪崩擊穿”VBR——反向擊穿電壓(一般VBR＞100V)在VBR

附近ID

大幅度變化，而VD

變化很小，具有穩(wěn)壓特性。利用PN結(jié)的反向擊穿特性可以制成“穩(wěn)壓二極管”。VD(V)ID(mA)O2023/4/1136第36頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五

§1.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)

(1)勢(shì)壘電容CTPN結(jié)存在兩種電容效應(yīng)

++++++++-q

--------+q-qvS+_PN勢(shì)壘區(qū)+_vS勢(shì)壘區(qū)電荷隨外加反偏vS增大而增大，結(jié)構(gòu)類似電容。2023/4/1137第37頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五(2)擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容示意圖正偏時(shí)兩區(qū)靠近PN結(jié)附近存在可動(dòng)電荷的積累，具有電容效應(yīng)。此效應(yīng)用擴(kuò)散電容CD表征。PN+_vSRxnppn加反偏存在勢(shì)壘電容效應(yīng)；加正偏存在擴(kuò)散電容效應(yīng)。2023/4/1138第38頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五PN結(jié)電容Cj是一種非線性電容利用PN結(jié)電容特性可制成“變?nèi)荻O管”。對(duì)于一般小功率二極管Cj＝1PF~100PF

。CD擴(kuò)散電容

,CT勢(shì)壘電容。vS+_vS(V)CjO2023/4/1139第39頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五§1.3晶體二極管(Diode)及其應(yīng)用一、二極管的分類1).普通二極管2).穩(wěn)壓二極管3).發(fā)光二極管4).光敏二極管5).變?nèi)荻O管6).肖特基二極管2023/4/1140第40頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五半導(dǎo)體二極管圖片2023/4/1141第41頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五電路符號(hào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)常見外形PN陽極陰極DPN二極管分為普通二極管和特殊二極管，普通二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就是一個(gè)簡單PN結(jié)。常用的普通二極管有硅二極管和鍺二極管兩種。二、普通二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2023/4/1142第42頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五三、普通二極管的伏安特性曲線實(shí)際二極管的伏安特性曲線由實(shí)驗(yàn)電路測(cè)量得出實(shí)驗(yàn)電路RDIDVD+–VS電路中VS為可變電壓源，R為限流電阻。VD(V)ID(mA)OISVONVTHVBR正向特性反向特性反向擊穿特性2023/4/1143第43頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五VD(V)ID(mA)OISVONVTH二極管伏安特性曲線的三個(gè)分區(qū)1).正向特性區(qū)定義：VON為二極管的導(dǎo)通電壓VTH為二極管的開啟電壓對(duì)于硅二極管：VON≈0.7VVTH≈0.5V。在電路分析中二極管的正向伏安特性可由PN結(jié)方程來近似表征。2023/4/1144第44頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五2).反向特性區(qū)

IS

為二極管的反向飽和電流，小功率硅二極管的

IS很小，IS≤1mA。電路計(jì)算中可忽略。3).反向擊穿特性區(qū)VBR為二極管的反向擊穿電壓。VD(V)ID(mA)OISVONVTH二極管的反向特性滿足PN結(jié)方程2023/4/1145第45頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五四.硅二極管與鍺二極管的特性比較VD(V)ID(mA)OISVONVTH硅(Si)二極管鍺(Ge)二極管開啟電壓VTH0.5V0.1V導(dǎo)通電壓VON0.6~0.8V(取0.7V)0.2~0.3V(取0.3V)反向電流IS較小(nA級(jí))較大(mA級(jí))擊穿電壓VBR較大(幾百～幾千伏)較小(幾十伏)由于鍺二極管的反向飽和電流(IS)較大，反向擊穿電壓(VBR)較小，鍺二極管只應(yīng)用特殊電路。本課程的討論以硅器件為主2023/4/1146第46頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五§1.3.3二極管模型問題：已知R、VS

求ID、VD。IDR＋VD=VSVD≈0.65VID≈0.935mAvDOQVDIDiDRDVSIDVD+–10V10kW解：設(shè)電路工作在室溫下，VT=26mV，且IS=1mA。得：2023/4/1147第47頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五1).理想開關(guān)模型特點(diǎn)：vD>0時(shí),二極管導(dǎo)通;vD≤0時(shí),二極管截止。RDViDvD+–vDiD0V=iDR+vD=iDR二極管導(dǎo)通時(shí)vD=0iD=V∕R引入模型的目的：簡化電路計(jì)算；方法：非線性元件作線性化處理。DiodeCircuitsandApplications2023/4/1148第48頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五2).恒壓降模型VD≥0.7V(硅管)時(shí),二極管導(dǎo)通，

VD＜0.7V(硅管)時(shí),二極管截止。特點(diǎn)：RDViDvD+–vDiD0VON硅二極管VON=0.7V鍺二極管VON=0.3V二極管導(dǎo)通(iD>0)時(shí)，vD=VONV=iDR+vD=iDR+VONiD=(V–VON)∕R2023/4/1149第49頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五3).

折線模型當(dāng)

VD

＞

Vth時(shí)；

VD=V

th

+iD

rD

;rD為Q點(diǎn)折線斜率的倒數(shù)。Vth是二極管的開啟電壓，硅二極管的Vth

約為0.5V。特點(diǎn)：DIDVD+?RDViDvD+–

VthrD模型vDiD0QV

th2023/4/1150第50頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五5)、二極管的微變等效電阻(交流等效電阻)

rDrD的定義：二極管特性曲線工作點(diǎn)Q附近電壓的變化量與相應(yīng)的電流變化量之比。即:圖解法求rDvDOQVDvDiDIDiD如

ID

=2mA時(shí)，rD=13直流等效電阻2023/4/1151第51頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五三種模型的計(jì)算精度比較

二極管的靜態(tài)工作情況分析，求iD①理想模型②恒壓模型③折線模型外加電壓越高，計(jì)算精度誤差越小。設(shè):Vth=0.5V;rd=0.2K(VON=0.7V硅二極管）RDViDvD+–10k10VNSDiDvD+–2023/4/1152第52頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五DvsiDvD+–+–5k例1,圖示電路中設(shè)D導(dǎo)通時(shí)正向壓降為0.7V，設(shè)vs=10V+2sin50t(mV)

,求iD。解：根據(jù)疊加原理iD＝ID+id二極管的交流等效電阻rD2023/4/1153第53頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五例2，(填空題)如圖所示電路中，D1～D3為理想二極管，

A、B、C白熾燈泡功率相同，其中最亮的燈是___。+D1D2D3VSABC解：VS正半周時(shí)D1、D3導(dǎo)通，

D2截止A、C被短路，VS

的正半周電壓全部加到B上。VS負(fù)半周時(shí)D1、D3截止，D2導(dǎo)通B被短路，VS

的正半周電壓全部加到A、C上。VS全周期加到A、C上的平均電壓只有B的一半。所以最亮的燈是B。2023/4/1154第54頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五例3,圖示電路中設(shè)D導(dǎo)通時(shí)正向壓降為0.7V，求流過二極管

中的電流

ID。D3V+?+?120ΩID1.2V120Ω

∴ID=4.5833mA300ΩD5V+?+?200Ω300ΩID2V200Ω

ID=(3-1.2-0.7)/240=4.5833mA解：運(yùn)用戴維寧定理由KVL:3-120ID-0.7-120ID-1.2=02023/4/1155第55頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五+_u1+_u2n:1整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路+_u3+_u4+_uORL1、整流電路

整流電路的目的是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。常見的整流電路有單相半波、全波、橋式整流等。交流變直流——整流直流變交流——逆變直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)框圖直流脈動(dòng)電壓波形0tu1§1.3.4二極管應(yīng)用電路2023/4/1156第56頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五A).半波整流電路正半周時(shí)u2>0，二極管導(dǎo)通。忽略二極管正向壓降：

u0=u2負(fù)半周時(shí)u2<0，二極管截止,輸出電流為0。

uO=0+_u1+_u2n:1+_uORL設(shè)電路輸入為正弦信號(hào)輸出波形為半波整流波形，半波整流電路電路簡單，但整流效率低。u20tu00t2023/4/1157第57頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五輸出電壓直流分量為UO：二極管上承受的最高反向電壓：二極管上的平均電流：+_u1+_u2n:1+_uORL半波整流電路輸入波形的負(fù)半周沒有都得到利用u20tu00t2023/4/1158第58頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五B).全波整流電路全波整流電路輸入波形的正負(fù)半周都得到利用，整流效率最高。一般采用橋堆進(jìn)行整流，四個(gè)二極管兩兩交替導(dǎo)通起開關(guān)作用。D4D2D1D3+?~~~+~-橋堆內(nèi)部電路橋堆典型封裝2023/4/1159第59頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五+_uin:1+_uORLD4D2D1D3D4D2D1D3RL?+u2全波整流電路帶輸入變壓器的全波整流電路簡化電路2023/4/1160第60頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五輸入電壓為正半周時(shí)，D1D3導(dǎo)通，D2D4截止。輸入電壓為負(fù)半周時(shí)，D2D4導(dǎo)通，D1D3截止。全波整流電路整流原理D4D2D1D3RL?+u2uO+?正半周D4D2D1D3RL?+u2uO+?負(fù)半周輸入電壓的正負(fù)半周都有電流流過負(fù)載而且電流方向一致（單向脈動(dòng)）。uo0u202023/4/1161第61頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五輸出電壓u0的直流分量：負(fù)載平均電流為：

每個(gè)二極管中流過的電流是負(fù)載電流的一半。選擇整流二極管要求最大整流電流滿足：u2u000ttD4D2D1D3RL?+u2uO+?2023/4/1162第62頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五二極管單向限幅器設(shè)D為理想二極管）3.二極管限幅器

當(dāng)輸入電壓小于電池電壓E時(shí)，二極管兩端電壓處于反向偏置，ui<E時(shí)，D截止，uo=ui

當(dāng)輸入電壓大于電池電壓時(shí)，二極管兩端電壓處于正向偏置，導(dǎo)通，二極管兩端電壓為0，所以輸出電壓與電池電壓相同。即：ui>E時(shí)，D導(dǎo)通，uo=E限幅——

電壓幅度限制uiuoRE++??D2023/4/1163第63頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五4截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通08tui0tuo如果考慮二極管導(dǎo)通電壓，則此時(shí)輸出電壓應(yīng)為4.7V。uiuoRE++??D設(shè)：ui<4V時(shí)，D截止，uo=uiui>4V時(shí)，D導(dǎo)通，uo=4V2023/4/1164第64頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五

利用二極管的單項(xiàng)導(dǎo)電性，相當(dāng)于一個(gè)受外加電壓極性控制的開關(guān)。半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性：二極管電路分析方法：A)先將二極管從電路中斷開，分別求出其兩端的正向電壓。根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦裕O管承受正向電壓則導(dǎo)通，反之則截止。B)若電路中存在兩只以上二極管，則正向電壓大的管子優(yōu)先導(dǎo)通。3.二極管開關(guān)電路2023/4/1165第65頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五例1．試判斷圖中二極管是導(dǎo)通還是截止？并求出AB兩端電壓VAB。設(shè)二極管為理想二極管。解：斷開D1、D2時(shí)

D1管優(yōu)先導(dǎo)通VA1=12V，VA2=12-6=6V∵VA1>VA2;此時(shí)，VA2=-6V，D2管截止?！啻穗娐稤1導(dǎo)通，

D2管截止VAB=0V。VAB=0V。D1D23KW6V12VAB122023/4/1166第66頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五例2，或門電路假定二極管導(dǎo)通電壓忽略不計(jì)，我們用列表的方法來分析輸入信號(hào)VA，VB和輸出信號(hào)VF的關(guān)系：VAVBVFD2D15V5V5V5V0V0V0V0V導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止5V0V5V5V如果定義5V電平為邏輯1，0V電平為邏輯0，則，該電路實(shí)現(xiàn)邏輯“或”的功能,即：F=A+B。D1D2R-12VVAVBVF2023/4/1167第67頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五

由特殊工藝制造專門工作在反向擊穿狀態(tài)下的二極管稱為穩(wěn)壓二極管。1.穩(wěn)壓二極管(ZenerDiode)普通二極管反向擊穿電壓越大越好，一般VBR>100V。V(V)I(mA)OVBR普通穩(wěn)壓二極管工作電壓VBR＝VZ=2.5~30V。穩(wěn)壓二極管特點(diǎn)：

PN結(jié)面積大，散熱條件好，使反向擊穿是可逆。DZVZIZ+-§1.3.5穩(wěn)壓二極管及其應(yīng)用2023/4/1168第68頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五2.穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線正向特性和普通二極管相同反向擊穿區(qū)曲線越陡，即動(dòng)態(tài)電阻

rZ越小，穩(wěn)壓性能越好。VD(V)ID(mA)O理想穩(wěn)壓二極管特性：?實(shí)際器件的rZ一般都很小，可以忽略;?加反向電壓當(dāng)IZ>0時(shí)，VD≈VZ;?加正向電壓當(dāng)IZ>0時(shí)，VD≈0.7V(si管)。DZVZIZ+-2023/4/1169第69頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五1）穩(wěn)定電壓VZ

2）最小穩(wěn)定電流

IZmin3）最大穩(wěn)定電流

IZMAX

不同型號(hào)的穩(wěn)壓管，都規(guī)定一個(gè)最大穩(wěn)定電流，防止穩(wěn)壓管過流發(fā)生熱擊穿而損壞。3.穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)

保證穩(wěn)壓管穩(wěn)壓性能的最小工作電流。IZmin很小，常視為零。V(V)IZ(mA)0IZminIZmaxVZVZ＝2.5～30V2023/4/1170第70頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五4）最大允許耗散功率PZM穩(wěn)壓管不發(fā)生熱擊穿的最大功率損耗。5）動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻越小穩(wěn)壓管穩(wěn)壓效果越好6）電壓溫度系數(shù)U穩(wěn)壓管受溫度變化的影響系數(shù)。V(V)IZ(mA)0IZminIZmaxVZPZM=0.25~2W

VZrZ模型2023/4/1171第71頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五4.

典型穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路此時(shí)

VO=VZV(V)IZ(mA)0IZminIZmaxVZ穩(wěn)壓條件:IZmin

≤

IZ

≤

IZmaxR——限流電阻RL——負(fù)載電阻ILVZIZDZRVi+VO+RL––IRIZ=IR–IL2023/4/1172第72頁，共78頁，2023年，2月20日，星期五①當(dāng)IZmin＝0,且RL開路Vi>

VZ,IZ>0