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1、第1章晶体二极管1 1第1页，共82页，编辑于2022年，星期一是重要的技术（专业）基础课是重要的技术（专业）基础课是电子信息类专业的主干课程是电子信息类专业的主干课程是强调硬件应用能力的工程类课程是强调硬件应用能力的工程类课程是工程师训练的基本入门课程是工程师训练的基本入门课程是很多重点大学的考研课程是很多重点大学的考研课程课程地位与课程体系课程地位与课程体系2 2第2页，共82页，编辑于2022年，星期一主要学习和掌握电子技术的硬件知识和应用实践能力学好用好电子线路是电子工程师所应具备的基本功“和“看家本领”学好电子线路的定义学好电子线路的定义3 3第3页，共82页，编辑于2022年，星期
2、一电子线路学习方法进得去，出得来既见树木，又见森林4 4第4页，共82页，编辑于2022年，星期一强调自学能力，注意学习方法。入门时可能会遇到一些困难。注意不断改进、总结和调整、提高。怎样学好这门课5 5第5页，共82页，编辑于2022年，星期一“爱好”和“志向”很重要！“兴趣是最好的老师”学习主观能动性是学好这门课的“关键”。“让我学”和“我要学”教学相长“教师是启发和引导者”“好学生不是教出来的”几点建议：几点建议：6 6第6页，共82页，编辑于2022年，星期一“知识是干粮，能力是猎枪，素质是指南针”一段话：7 7第7页，共82页，编辑于2022年，星期一文科的课堂是书籍和社会理工科的课
3、堂是实验室和公司企业文科和理工科文科和理工科8 8第8页，共82页，编辑于2022年，星期一电子线路考核方式总成绩总成绩=卷面成绩卷面成绩85(80)%+平时成绩平时成绩15(20)%注：卷面成绩注：卷面成绩95分分作业本一个未用完，不能换；抄写题目带图。作业本一个未用完，不能换；抄写题目带图。实验课的安排实验课的安排9 9第9页，共82页，编辑于2022年，星期一电子线路基本内容（64）第第1 1章章 晶体二极管晶体二极管（8）第第2 2章章 晶体三极管晶体三极管（10）第第3 3章章 场效应管场效应管（7）第第4 4章章 放大器基础放大器基础（19）第第5 5章章 放大器中的负反馈放大器中
4、的负反馈（12）第第6 6章章 集成运算放大器及其应用电路集成运算放大器及其应用电路（8）基本元器件基本元器件放大器放大器1010第10页，共82页，编辑于2022年，星期一1.1半导体物理基础知识半导体物理基础知识1.2PN 结结1.3晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法1.4晶体二极管的应用晶体二极管的应用晶晶体体二二极极管管*1.5其他二极管其他二极管1111第11页，共82页，编辑于2022年，星期一2.1放大模式下晶体三极管的工作原理放大模式下晶体三极管的工作原理2.2晶体三极管的其他工作模式晶体三极管的其他工作模式2.3埃伯尔斯埃伯尔斯莫尔模型莫尔模型2.4晶体三极管伏安特
5、性曲线晶体三极管伏安特性曲线2.5晶体三极管小信号电路模型晶体三极管小信号电路模型2.6晶体三极管电路分析方法晶体三极管电路分析方法2.7晶体三极管的应用原理晶体三极管的应用原理晶晶体体三三极极管管*2.8集成工艺集成工艺1212第12页，共82页，编辑于2022年，星期一3.1 MOS 场效应管场效应管3.2 结型场效应管结型场效应管3.3 场效管应用原理场效管应用原理场场效效应应管管1313第13页，共82页，编辑于2022年，星期一4.1偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式4.2放大器的性能指标放大器的性能指标4.3基本组态放大器基本组态放大器4.4差分放大器差分放大器4.5电流源电路及
6、其应用电流源电路及其应用4.6集成运算放大器集成运算放大器4.7放大器的频率响应放大器的频率响应放放大大器器基基础础*4.8放大器的噪声放大器的噪声1414第14页，共82页，编辑于2022年，星期一5.2负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响5.4深度负反馈深度负反馈*5.3负反馈放大器的性能分析负反馈放大器的性能分析5.1反馈放大器的基本概念反馈放大器的基本概念5.5负反馈放大器的稳定性负反馈放大器的稳定性放放大大器器中中的的负负反反馈馈 1515第15页，共82页，编辑于2022年，星期一6.2集成运放性能参数及对应用电路的影响集成运放性能参数及对应用电路的影响6.4集成电压比
7、较器集成电压比较器*6.3高精度和高速宽带集成运放高精度和高速宽带集成运放6.1集成运放应用电路的组成原理集成运放应用电路的组成原理 集集成成运运算算放放大大器器及及其其应应用用电电路路 1616第16页，共82页，编辑于2022年，星期一第第 1 章晶体二极管章晶体二极管1.0概述概述1.1半导体物理基础知识半导体物理基础知识1.2PN 结结1.3晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法1.4晶体二极管的应用晶体二极管的应用1717第17页，共82页，编辑于2022年，星期一概概 述述晶体二极管结构及电路符号：晶体二极管结构及电路符号：PN 结正偏结正偏(P 接接+、N 接接-)-)，D
8、 导通。导通。PN正极正极负极负极晶体二极管的主要特性：晶体二极管的主要特性：单向导电性单向导电性PN 结反偏结反偏(N 接接+、P 接接-)-)，D 截止。截止。即即主要用途：主要用途：用于整流、开关、检波电路中。用于整流、开关、检波电路中。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管单向导电性：单向导电性：允许一个方向电流顺利流通的特性。允许一个方向电流顺利流通的特性。+-D1818第18页，共82页，编辑于2022年，星期一半导体二极管图片第第 1 章晶体二极管章晶体二极管1919第19页，共82页，编辑于2022年，星期一半导体二极管图片第第 1 章晶体二极管章晶体二极管2020第20页，共82
9、页，编辑于2022年，星期一半导体二极管图片第第 1 章晶体二极管章晶体二极管2121第21页，共82页，编辑于2022年，星期一半导体二极管图片第第 1 章晶体二极管章晶体二极管2222第22页，共82页，编辑于2022年，星期一1.1半导体物理基础知识半导体物理基础知识半导体：半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。硅硅(Si)、锗、锗(Ge)原子结构及简化模型：原子结构及简化模型：+14 2 8 4+32 2 8418+4价电子价电子惯性核惯性核第第 1 章晶体二极管章晶体二极管主要材料：主要材料：硅硅(Si)，应用最广泛。，应用最广泛。锗锗(Ge
10、)砷化镓（砷化镓（GaAsGaAs），），主要制作高频高速器。主要制作高频高速器。2323第23页，共82页，编辑于2022年，星期一硅和锗的单晶称为硅和锗的单晶称为本征半导体本征半导体。它们是制造半导体器。它们是制造半导体器件的基本材料。件的基本材料。+4+4+4+4+4+4+4+4硅和锗共价键结构示意图：硅和锗共价键结构示意图：共价键共价键1.1.1本征半导体本征半导体第第 1 章晶体二极管章晶体二极管一、本征半导体一、本征半导体2424第24页，共82页，编辑于2022年，星期一二、本征激发二、本征激发q 当当 T 升高或光线照射时升高或光线照射时产生自由电子空穴对。产生自由电子空穴对。
11、q 共价键具有很强的结合力。共价键具有很强的结合力。当当 T=0 K(无外界影无外界影响响)时，共价键中无自由移动的电子。时，共价键中无自由移动的电子。这种现象称这种现象称本征激发本征激发。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管+4+4+4+4+4+4+4+42525第25页，共82页，编辑于2022年，星期一当当原原子子中中的的价价电电子子激激发发为为自自由由电电子子时时，原原子子中中留留下下空空位位，同同时原子因失去价电子而带正电。时原子因失去价电子而带正电。当邻近原子中的价电子不断填补这些空位时形成一种当邻近原子中的价电子不断填补这些空位时形成一种运动，该运动可等效地看作是运动，该运动可等效
12、地看作是空穴的运动空穴的运动。注意：注意：空穴运动方向与价电子填补空穴运动方向与价电子填补方向相反方向相反。自由电子自由电子 带负电带负电半导体中有两种导电的载流子半导体中有两种导电的载流子空穴的运动空穴的运动空空 穴穴 带正电带正电第第 1 章晶体二极管章晶体二极管空穴的出现是半导体区别于导体的重要特征。空穴的出现是半导体区别于导体的重要特征。2626第26页，共82页，编辑于2022年，星期一温度一定时：温度一定时：激发与复合在某一热平衡值上达到激发与复合在某一热平衡值上达到动态平衡。动态平衡。三、热平衡载流子浓度三、热平衡载流子浓度热平衡载流子浓度：热平衡载流子浓度：本征半导体中本征半导
13、体中本征激发本征激发产生产生自由电子空穴对。自由电子空穴对。电子和空穴相遇释放能量电子和空穴相遇释放能量复合。复合。T导电能力导电能力ni或光照或光照热敏特性热敏特性光敏特性光敏特性第第 1 章晶体二极管章晶体二极管T=300K时，时，（硅）（硅）（锗）（锗）式中：式中：A:A:常数常数 硅为硅为 3.88 103.88 101616cmcm-3-3K K-3/2-3/2 锗为锗为 1.671.67 10101616cmcm-3-3K K-3/2-3/2K:K:玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数(8.63 10(8.63 10-5-5eV/K)eV/K)E Eg0g0:T=0KT=0K时的禁带宽度时的禁
14、带宽度(硅为硅为1.21eV 1.21eV 锗为锗为0.785eV)0.785eV)SiSi原子密度原子密度:2727第27页，共82页，编辑于2022年，星期一一、一、N 型半导体型半导体1.1.2杂质半导体杂质半导体+4+4+5+4+4简化模型：简化模型：N 型半导体型半导体多子多子自由电子自由电子少子少子空穴空穴自由电子自由电子本征半导体中掺入少量本征半导体中掺入少量五价五价元素元素(磷磷磷磷 锑锑锑锑 砷砷砷砷 )构成。构成。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管五价元素：施主杂质五价元素：施主杂质杂质浓度：杂质浓度：N Nd d2828第28页，共82页，编辑于2022年，星期一二、二、
15、P 型半导体型半导体+4+4+3+4+4简化模型：简化模型：P 型半导体型半导体少子少子自由电子自由电子多子多子空穴空穴空空 穴穴本征半导体中掺入少量本征半导体中掺入少量三价三价元素元素(硼硼 镓镓 铟铟 )构成。构成。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管三价元素：受主杂质三价元素：受主杂质杂质浓度：杂质浓度：NaNa2929第29页，共82页，编辑于2022年，星期一三、杂质半导体中载流浓度计算三、杂质半导体中载流浓度计算杂质半导体呈电中性杂质半导体呈电中性少子浓度取决于温度。少子浓度取决于温度。多子浓度取决于掺杂浓度。多子浓度取决于掺杂浓度。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管热平衡条件热平衡
16、条件:多子浓度与少子浓度的乘积多子浓度与少子浓度的乘积=本征半导体载流子本征半导体载流子 浓度浓度ni的平方的平方电中性条件电中性条件:多子浓度多子浓度=参杂浓度参杂浓度+少子浓度少子浓度;（半导体中的正电荷量（半导体中的正电荷量=负荷电量）负荷电量）即得热平衡方程：即得热平衡方程：其中其中:n0电子浓度电子浓度p0空穴浓度空穴浓度ni本征载流子浓度本征载流子浓度N 型：型：即得电中性方程：即得电中性方程：P 型：型：（Ndp0）（Nan0）3030第30页，共82页，编辑于2022年，星期一有例题得结论有例题得结论 2.2.少量掺杂少量掺杂,载流子显著增加，导电能力增强。载流子显著增加，导电
17、能力增强。3.3.多子浓度近似等于掺杂浓度，与温度无关多子浓度近似等于掺杂浓度，与温度无关 ,少子浓度随温度升高显著增加。少子浓度随温度升高显著增加。4.4.当温度升高，杂质半导体会变成本征半导体。当温度升高，杂质半导体会变成本征半导体。5.5.掺入不同的杂质元素，能改变杂质半导体的导电类型，掺入不同的杂质元素，能改变杂质半导体的导电类型，这是制造这是制造PNPN结的一种主要方法。结的一种主要方法。1.1.掺杂后掺杂后:多子多子少子。少子。3131第31页，共82页，编辑于2022年，星期一1.1.3两种导电机理两种导电机理漂移和扩散漂移和扩散一、漂移与漂移电流一、漂移与漂移电流载流子在电场作
18、用下的运动称载流子在电场作用下的运动称漂移运动，漂移运动，所形成的电流称所形成的电流称漂移电流。漂移电流。漂移电流密度漂移电流密度总漂移电流密度：总漂移电流密度：迁移率迁移率第第 1 章晶体二极管章晶体二极管迁移率：迁移率：单位场强下的平均漂移速度。单位场强下的平均漂移速度。3232第32页，共82页，编辑于2022年，星期一 半导体的电导率半导体的电导率电压：电压：V=E l电流：电流：I=S Jt+-V长度长度 l截面积截面积 S电场电场 EI电阻：电阻：电导率：电导率：第第 1 章晶体二极管章晶体二极管光导电率：光导电率：3333第33页，共82页，编辑于2022年，星期一载载流流子子在
19、在浓浓度度差差作作用用下下的的运运动动称称扩扩散散运运动动，所所形形成成的的电电流称流称扩散电流。扩散电流。扩散电流密度：扩散电流密度：二、扩散与扩散电流二、扩散与扩散电流N 型型 硅硅光照光照n(x)p(x)载流子浓度载流子浓度xn0p0第第 1 章晶体二极管章晶体二极管扩散电流是扩散电流是半导体的特有电流。半导体的特有电流。3434第34页，共82页，编辑于2022年，星期一小结小结 1.1.半导体依靠自由电子和空穴两种载流子导电。半导体依靠自由电子和空穴两种载流子导电。本征半导体本征半导体 存在本征激发和复合，两种载流子电子和空存在本征激发和复合，两种载流子电子和空穴成对出现，其浓度随温
20、度升高迅速增大。穴成对出现，其浓度随温度升高迅速增大。2.2.2.2.杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体 掺杂掺杂掺杂掺杂 多子多子多子多子 少子少子少子少子N N N N型半导体：型半导体：型半导体：型半导体：+5+5+5+5价价价价 磷磷磷磷Nd Nd Nd Nd 电子电子电子电子 空穴空穴空穴空穴 施主杂质施主杂质施主杂质施主杂质P P P P型半导体：型半导体：型半导体：型半导体：+3+3+3+3价价价价 硼硼硼硼Na Na Na Na 空穴空穴空穴空穴 电子电子电子电子 受主杂质受主杂质受主杂质受主杂质3.3.3.3.半导体两种导电方式：半导体两种导电方式：漂移、扩散。漂移、扩
21、散。漂移、扩散。漂移、扩散。3535第35页，共82页，编辑于2022年，星期一1.2PN 结结利利用用掺掺杂杂工工艺艺，把把 P 型型半半导导体体和和 N 型型半半导导体体在在原原子子级级上上紧紧密密结结合，合，P 区与区与 N 区的交界面就形成了区的交界面就形成了 PN 结。结。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管(a)点接触型(b)面接触型(c)平面型结构类型：结构类型：点接触型点接触型 、面接触型、平面型、面接触型、平面型3636第36页，共82页，编辑于2022年，星期一掺杂掺杂N 型型P 型型PN 结结第第 1 章晶体二极管章晶体二极管内建电场内建电场EIDIT空间电荷区：耗尽区、阻
22、挡层、势垒区空间电荷区：耗尽区、阻挡层、势垒区1.2.1动态平衡下的动态平衡下的 PN 结结一、一、PN 结形成的物理过程结形成的物理过程扩散电流扩散电流漂移电流漂移电流3737第37页，共82页，编辑于2022年，星期一阻止多子扩散阻止多子扩散出现内建电场出现内建电场开始因浓度差开始因浓度差产生空间电荷区产生空间电荷区引起多子扩散引起多子扩散利于少子漂移利于少子漂移最终达动态平衡最终达动态平衡注意：注意：PN 结处于动态平衡（结处于动态平衡（ID=IT）时，扩散电流）时，扩散电流与漂移电流相抵消，通过与漂移电流相抵消，通过 PN 结的电流为零。结的电流为零。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管
23、总结总结PN 结形成的物理过程：结形成的物理过程：3838第38页，共82页，编辑于2022年，星期一二、二、内建电位差：内建电位差：室温时室温时锗管锗管 VB 0.2 0.3 V硅管硅管 VB 0.5 0.7 V三、三、阻挡层宽度：阻挡层宽度：注意：注意：掺杂浓度掺杂浓度(Na、Nd)越大，内建电位差越大，内建电位差 VB越大，阻越大，阻 挡层宽度挡层宽度 l0 越小。越小。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管温度每升高温度每升高 1，VB约减小约减小 2.5 mV。T=300K时，热电压阻挡层任一侧宽度与该侧掺杂浓度成反比：阻挡层任一侧宽度与该侧掺杂浓度成反比：3939第39页，共82页，编
24、辑于2022年，星期一1.2.2PN 结的伏安特性结的伏安特性一、正向特性一、正向特性P+N内建电场内建电场 El0+-+-VPN 结结正偏正偏阻挡层变薄阻挡层变薄内建电场减弱内建电场减弱多子扩散多子扩散 少子漂移少子漂移多子扩散形成多子扩散形成较大较大的正向电流的正向电流 IPN 结导通结导通I电压电压 V 电流电流 I 第第 1 章晶体二极管章晶体二极管4040第40页，共82页，编辑于2022年，星期一二、反向特性二、反向特性P+N内建内建电场电场 El0-+-+VPN 结结反偏反偏阻挡层变宽阻挡层变宽内建电场增强内建电场增强少子漂移少子漂移多子扩散多子扩散少子漂移形成少子漂移形成微小微
25、小的反向电流的反向电流 IRPN 结截止结截止IRIR 与与 V 近似无关。近似无关。温度温度 T 电流电流 IR结论：结论：PN 结具有单方向导电特性。结具有单方向导电特性。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管IR 在某一温度下，达到最大值在某一温度下，达到最大值ISI IS S的大小的大小硅：硅：（1010-9-9-10-10-16-16）A A锗：锗：（1010-6-6-10-10-8-8）A A4141第41页，共82页，编辑于2022年，星期一 PN 结结伏安特性方程式伏安特性方程式PN 结正、反向特性，可用理想的指数函数来描述：结正、反向特性，可用理想的指数函数来描述：IS 为为反反
26、向向饱饱和和电电流流,其其值值与与外外加加电电压压近近似似无无关关，但但受受温温度度影影响很大。响很大。正偏时：正偏时：反偏时：反偏时：第第 1 章晶体二极管章晶体二极管Si:VD(on)=0.7V Ge:VD(on)=0.25V导通电压导通电压击穿电压击穿电压反向饱和电流反向饱和电流导通电压导通电压(注意区分死区电压注意区分死区电压):4242第42页，共82页，编辑于2022年，星期一三、伏安特性曲线三、伏安特性曲线VD(on)=0.7 VIS=(10-9 10-16)A硅硅 PN 结结VD(on)=0.25 V锗锗 PN 结结IS=(10-6 10-8)AV VD(on)时时 随着随着V
27、 正向正向R 很小很小 I PN 结导通；结导通；V 6 V)形成原因：形成原因：碰撞电离。碰撞电离。形成原因：形成原因：场致激发。场致激发。发生条件发生条件PN 结掺杂浓度较高结掺杂浓度较高(l0 较窄较窄)外加反向电压较小外加反向电压较小(6 V)第第 1 章晶体二极管章晶体二极管V(BR)IDVO|V反反|，速度，动能，碰撞，速度，动能，碰撞。|V反反|，E，场致激发。，场致激发。4545第45页，共82页，编辑于2022年，星期一 击穿电压的温度特性击穿电压的温度特性 雪崩击穿电压具有正温度系数。雪崩击穿电压具有正温度系数。齐纳击穿电压具有负温度系数。齐纳击穿电压具有负温度系数。稳压二
28、极管稳压二极管 利用利用 PN 结的反向击穿特性，可结的反向击穿特性，可制成稳压二极管。制成稳压二极管。要求：要求：IZmin IZ CD，则，则 Cj CT PN 结总电容：结总电容：Cj=CT+CD PN 结正偏时，结正偏时，CD CT，则，则 Cj CD故：故：PN 结结正偏正偏时，以时，以 CD 为主。为主。故：故：PN 结结反偏反偏时，以时，以 CT 为主。为主。通常：通常：CD 几十几十 pF 几千几千 pF。通常：通常：CT 几几 pF 几十几十 pF。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管 变容二极管（反偏）变容二极管（反偏）变容二极管实物图变容二极管实物图变容二极管实物图变容二极
29、管实物图变容二极管的电路符号变容二极管的电路符号4848第48页，共82页，编辑于2022年，星期一利利用用掺掺杂杂工工艺艺，把把 P 型型半半导导体体和和 N 型型半半导导体体在在原原子子级级上上紧紧密密结结合，合，P 区与区与 N 区的交界面就形成了区的交界面就形成了 PN 结。结。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管(a)点接触型(b)面接触型(c)平面型结构类型：结构类型：点接触型点接触型 、面接触型、平面型、面接触型、平面型1.3晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法4949第49页，共82页，编辑于2022年，星期一根据制作工艺不同分为：根据制作工艺不同分为：点接触型二极管点接
30、触型二极管：适合检波，：适合检波，可高频应用可高频应用(结电容小结电容小)面接触型二极管：适合整流，面接触型二极管：适合整流，低频应用低频应用(结电容大结电容大)平面型二极管：适合整流，平面型二极管：适合整流，低频应用低频应用(结电容大结电容大)PN结的特性即是晶体二极管的特性。结的特性即是晶体二极管的特性。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管5050第50页，共82页，编辑于2022年，星期一晶晶体体二二极极管管的的内内部部结结构构就就是是一一个个 PN 结结。就就其其伏伏安安特特性性而而言言，它它有有不不同同的的表表示示方方法法，或或者者表表示示为为不不同同形形式式的模型：的模型：便于计算机
31、辅助分析的便于计算机辅助分析的数学模型数学模型 适于任一工作状态的适于任一工作状态的通用曲线模型通用曲线模型直流简化电路模型直流简化电路模型交流小信号电路模型交流小信号电路模型 电路分析时采用的电路分析时采用的第第 1 章晶体二极管章晶体二极管1.3.1晶体二极管的模型晶体二极管的模型5151第51页，共82页，编辑于2022年，星期一一、数学模型一、数学模型伏安特性方程式伏安特性方程式理想模型：理想模型：修正模型：修正模型：其中：其中：n 非理想化因子非理想化因子I 正常时：正常时：n 1I 过小或过大时：过小或过大时：n 2rS 体电阻体电阻+引线接触电阻引线接触电阻+引线电阻引线电阻注意
32、：注意：上述模型仅能较好地反映正向特性；考虑到阻挡层内产生的自由上述模型仅能较好地反映正向特性；考虑到阻挡层内产生的自由电子空穴对及表面漏电流的影响，实际电子空穴对及表面漏电流的影响，实际 IS 理想理想 IS。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管5252第52页，共82页，编辑于2022年，星期一二、曲线模型二、曲线模型伏安特性曲线伏安特性曲线V(BR)I/mAV/VVD(on)IS当当 V VD(on)时时 二极管二极管导通导通当当 V 0，则管子导通；反之截止。，则管子导通；反之截止。实际二极管：若实际二极管：若 V VD(on)，管子导通；反之截止。，管子导通；反之截止。当电路中存在多个
33、二极管时，正偏电压最大的管子当电路中存在多个二极管时，正偏电压最大的管子 优先导通。其余管子需重新分析其工作状态。优先导通。其余管子需重新分析其工作状态。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管6262第62页，共82页，编辑于2022年，星期一例例 3设二极管是理想的，求设二极管是理想的，求 VAO 值。值。图图(a)，假设，假设 D 开路，则开路，则 D 两端电压：两端电压：VD=V1 V2=(6 12)V=18 V 0 V，VD2=V2 (V1)=15 V 0 V。由于由于 VD2 VD1，则，则 D2 优先导通优先导通。此时此时 VD1=6 V 2 V 时，时，D 导通，则导通，则 vO=v
34、ivi 2 V 时，时，D 截止，则截止，则 vO=2 V由此可画出由此可画出 vO 的波形。的波形。+-DV+-+-2 V100 Rvo ovit62OVi/VVo o/VtO26第第 1 章晶体二极管章晶体二极管6464第64页，共82页，编辑于2022年，星期一第第 1 章晶体二极管章晶体二极管例例 5如图如图(a)所示电路中，所示电路中，D1，D2的的VD(on)=0.7V，RD=100 ，试画出，试画出VO 随随VI变化的传输特性。变化的传输特性。R1D1D2R2VDD2VDD1VOVI+_+_+_+_100k200k100V25VA(a)R1D1D2R2VDD2VDD1VOVI+_
35、+_+_+_100k200k100V25VAI(b)将将D1、D2 看为理想二极管看为理想二极管6565第65页，共82页，编辑于2022年，星期一第第 1 章晶体二极管章晶体二极管R1D1D2R2VDD2VDD1VOVI+_+_+_+_100k200k100V25VAI1VI/VVO/V0137.51002525当当VI 25V时，时，D1导通导通和和D2 仍截止，仍截止，得通过得通过D1的电流的电流I1：此时此时VO：当当VO=VA=100V时：时：6666第66页，共82页，编辑于2022年，星期一四、小信号分析法四、小信号分析法 即即将将电电路路中中的的二二极极管管用用小小信信号号电电
36、路路模模型型代代替替，利利用用得得到到的的小小信号等效电路分析电压或电流的变化量。信号等效电路分析电压或电流的变化量。分析步骤：分析步骤：将直流电源短路，画交流通路。将直流电源短路，画交流通路。用小信号电路模型代替二极管，得小信号等效电路。用小信号电路模型代替二极管，得小信号等效电路。利用小信号等效电路分析电压与电流的变化量。利用小信号等效电路分析电压与电流的变化量。第第 1 章晶体二极管章晶体二极管6767第67页，共82页，编辑于2022年，星期一第第 1 章晶体二极管章晶体二极管例例 6如图如图(a)所示电路中，所示电路中，IQ=0.93mA，R=10k ，VDD=sin2100t(V)
37、,试求试求V。R10kD+_+_VDDVDD(a)R+_VDDV+_(b)rsrjI解：解：令令VDD=0，并并将将二二极极管管用用小小信信号号模模型型表表示示，画画出出小小信信号号等等效效电电路路，见见图图(b)。其中，其中，rj=VT/IQ=26/0.93 30 设设rs=5 ，则由图，则由图(b)所示电路求得所示电路求得 I=VDD/(R+rs+rj)VDD/R=0.1sin2100t(mA)V=I(rs+rj)3.5 sin2100t(mV)6868第68页，共82页，编辑于2022年，星期一1.4晶体二极管的应用晶体二极管的应用电源设备组成框图：电源设备组成框图：电电 源源变压器变压
38、器整流整流电路电路滤波滤波电路电路稳压稳压电路电路vivotvitv1tv2tv3tvo第第 1 章晶体二极管章晶体二极管1.4.1整流与稳压电路整流与稳压电路二极管的二极管的单向导电性单向导电性和和反向击穿特性反向击穿特性，可构成整流、稳压、限幅各种，可构成整流、稳压、限幅各种功能电路。功能电路。1.电源变压器：改变电压值通常为降压电源变压器：改变电压值通常为降压2.整流电路：交流变脉动的直流整流电路：交流变脉动的直流3.滤波电路：减小脉动滤波电路：减小脉动4.稳压电路：稳压电路：1)1)负载变化输出电压基本不变；负载变化输出电压基本不变；2)2)电网电压变化输出电压基本不变电网电压变化输出
39、电压基本不变。6969第69页，共82页，编辑于2022年，星期一一、整流电路一、整流电路D+-+-RvOvi当当 vi 0 V 时，时，D 导通，则导通，则 vO=vi当当 vi 0 V 时，时，D 截止，则截止，则 vO=0 V由由此此，利利用用二二极极管管的的单单向向导导电性电性，实现了，实现了半波整流半波整流。若输入信号为正弦波：若输入信号为正弦波：平均值：平均值：VOtOvitOvO第第 1 章晶体二极管章晶体二极管VimVim注：注：7070第70页，共82页，编辑于2022年，星期一1.半波整流半波整流2.全波整流全波整流3.桥式整流桥式整流主要整流电路：主要整流电路：第第 1
40、章晶体二极管章晶体二极管7171第71页，共82页，编辑于2022年，星期一稳压电路模型稳压电路模型稳压电路模型稳压电路模型二、稳压电路二、稳压电路VZIDVIZminIZmax+-VZ ZO第第 1 章晶体二极管章晶体二极管7272第72页，共82页，编辑于2022年，星期一二、稳压电路二、稳压电路某原因某原因 VO IZ I 限流电阻限流电阻 R：保证稳压管工作在保证稳压管工作在 IZmin IZmax 之间之间稳压原理：稳压原理：VO VR VO=VZ输出电压：输出电压：第第 1 章晶体二极管章晶体二极管D+-+-RRLILVIVOIZI+-VRVZIDVIZminIZmax+-VZ Z
41、O7373第73页，共82页，编辑于2022年，星期一第第 1 章晶体二极管章晶体二极管例例 7 已知已知VZ=6.8V,rZ=20 。Izmax 0.2mA,输入电压输入电压VI=10V，其不稳定量，其不稳定量VI=1V，试求：试求：(1)输出直流电压输出直流电压VO；(2)为保为保证通过稳压管的电流小于证通过稳压管的电流小于Izmax,R的最小值；的最小值；(3)为保证稳压管可靠击穿，为保证稳压管可靠击穿，RL的最小值；的最小值；(4)RL开路时，由开路时，由VI产生输出电压产生输出电压VO的不稳定量的不稳定量VO1；(5)VI=10V时，在时，在RL变化范围内，变化范围内，VO的不稳定量
42、的不稳定量VO2。(b)RRLVZIZ+_6.8VIL+_VOI+_VI10V(a)RRLIZIL+_VOIVI10V+_D6.8V解：解：(1)稳压管用大信号模型取代，如图稳压管用大信号模型取代，如图(b)，得得VO=VZ=6.8V7474第74页，共82页，编辑于2022年，星期一(2)(3)求得求得第第 1 章晶体二极管章晶体二极管7575第75页，共82页，编辑于2022年，星期一(c)RrZ(d)RrZRL(4)(5)第第 1 章晶体二极管章晶体二极管7676第76页，共82页，编辑于2022年，星期一VOD+-+-RRLILVIIZI例例 如图：如图：VI=12V,R=1K,RL=
43、5K,VZ=6V,Izmax=18mV,求：求：IL,IZ.解：解：(1)判断二极管是否工作，判断二极管是否工作，假设稳压二极管断开假设稳压二极管断开VO=V1RL/(R+RL)=10V6V(2)(2)判断出判断出稳压二极管处于稳压状态稳压二极管处于稳压状态所以所以 IL=VO/RL=1.2mA I=(V1-VO)/R=6mA IZ=I-IL=4.8mA7777第77页，共82页，编辑于2022年，星期一双向限幅特性双向限幅特性1.4.2限幅电路限幅电路(或削波电路或削波电路)第第 1 章晶体二极管章晶体二极管限幅电路又称削波电路，用来限制输入信号电压范围。限幅电路又称削波电路，用来限制输入信
44、号电压范围。双向限幅电路：双向限幅电路：通常将具有上下门限的限幅电路。通常将具有上下门限的限幅电路。单向限幅电路：单向限幅电路：仅有一个门限的限幅电路（仅有一个门限的限幅电路（分为上限幅电路和下限分为上限幅电路和下限幅电路幅电路）。）。7878第78页，共82页，编辑于2022年，星期一（1）vi V1 时，时，D1 导通、导通、D2 截止，截止，vo=V1（2）V2 vi V1 时，时，D1、D2 截止，截止，vo=vi（3）vi 2 V 时，时，D 导通，则导通，则 vO=vi(2)vi 2 V 时，时，D 截止，则截止，则 vO=2V 由此可画出由此可画出 vO 的波形。的波形。t62O
45、Vi/VVo o/VtO261.单限幅电路单限幅电路其中其中2V2V为下门限电平为下门限电平+-DV+-+-2 V100 Rvo ovi8080第80页，共82页，编辑于2022年，星期一 V2 vi V1 时，时，D1、D2 截止，截止，vo=vi tOvitOvo ovi V1 时，时，D1 导通、导通、D2 截止，截止，vo=V1 vi V2 时，时，D2 导通、导通、D1 截止，截止，vo=V2 由此由此，电路实现双向限幅功能。，电路实现双向限幅功能。vo ovi+-D1+-+-RD2V1 V2+-其中：其中：V1 为上限幅电平，为上限幅电平，V2 为下限幅电平。为下限幅电平。V1 V
46、2 V2V1第第 1 章晶体二极管章晶体二极管2.双限幅电路双限幅电路8181第81页，共82页，编辑于2022年，星期一第第 1 章晶体二极管章晶体二极管 小结小结晶晶体体二二极极管管a结构：结构：b特性：特性：c模型：模型：d电路分析方法电路分析方法e应用应用:f主要题型：主要题型：PN结结伏安特性伏安特性指数模型：指数模型：简化电路模型（简化电路模型（正向、反向正向、反向）小信号模型小信号模型图解分析法（图解分析法（直流、交流直流、交流）简化分析法（简化分析法（直流直流）小信号分析法（小信号分析法（交流交流）整流（整流（单向导电单向导电）、稳压（、稳压（反向击穿反向击穿）、限幅电路、限幅电路稳压、限幅、小信号、简化稳压、限幅、小信号、简化各分析法分析步骤各分析法分析步骤曲线模型曲线模型温度特性：温度特性：VD(on)、IS击穿特性击穿特性电容特性电容特性8282第82页，共82页，编辑于2022年，星期一