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1、第1章半导体二极管及其应用南邮22 九月 2022模拟电子技术1本讲稿第一页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术2一、模拟电子技术是什么？一、模拟电子技术是什么？二、课程地位（为什么学？）二、课程地位（为什么学？）三、课程教学内容三、课程教学内容四、课程安排与任务四、课程安排与任务五、如何学习五、如何学习六、何谓学好？六、何谓学好？七、课程成绩评定方法七、课程成绩评定方法八、答疑时间、地点八、答疑时间、地点绪论绪论本讲稿第二页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术3第第1章章 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路1.1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识1.1.0 概述
2、概述一、导体、绝缘体、半导体一、导体、绝缘体、半导体二、制造半导体器件的材料二、制造半导体器件的材料1.1.1 本征半导体本征半导体 一一、半导体中的载流子、半导体中的载流子二、本征载流子浓度二、本征载流子浓度本讲稿第三页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术41.1.2 杂质半导体杂质半导体一、一、N型半导体（型半导体（Negative type）二、二、P型半导体（型半导体（Positive type）三、杂质半导体的载流子浓度三、杂质半导体的载流子浓度本讲稿第四页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术51.2 PN结结1.2.1 结的形成结的形成1.2.2 结的单向导电特性结
3、的单向导电特性一、一、P结加正向电压结加正向电压二、二、P结加反向电压结加反向电压三、三、PN结电流方程结电流方程1.2.3 PN结的击穿特性结的击穿特性一、齐纳击穿一、齐纳击穿二、雪崩击穿二、雪崩击穿本讲稿第五页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术61.2.4 PN结的电容特性结的电容特性一、一、势垒电容势垒电容二、扩散电容二、扩散电容本讲稿第六页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术71.3.2 二极管的主要参数二极管的主要参数一、直流电阻一、直流电阻 1.3 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路1.3.1 二极管特性曲线二极管特性曲线二二、交流电阻、交流电阻三、
4、最大整流电流三、最大整流电流 I F四四、最大反向工作电压最大反向工作电压 URM五五、反向电流反向电流六六、最高工作频率最高工作频率 f M本讲稿第七页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术81.3.4 二极管基本应用电路二极管基本应用电路一、二极管整流电路一、二极管整流电路二、二极管限幅电路二、二极管限幅电路1.3.3 半导体二极管模型半导体二极管模型一、理想模型一、理想模型一、理想模型一、理想模型 二、恒压降模型二、恒压降模型二、恒压降模型二、恒压降模型 三、折线模型三、折线模型三、折线模型三、折线模型 四、小信号模型四、小信号模型 本讲稿第八页，共九十二页22 九月 2022模拟
5、电子技术91.4 特殊二极管特殊二极管一、稳压二极管的特性一、稳压二极管的特性二、稳压二极管的主要参数二、稳压二极管的主要参数三、稳压二极管稳压电路三、稳压二极管稳压电路1.4.1 稳压二极管稳压二极管作业作业本讲稿第九页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术10一、模拟电子技术是什么？一、模拟电子技术是什么？1.模拟电子电路课程是一门研究模拟电子技术的基模拟电子电路课程是一门研究模拟电子技术的基 本规律，并注重实践应用的一门学科基础课。本规律，并注重实践应用的一门学科基础课。2.内容涉及两本教材（资料）内容内容涉及两本教材（资料）内容:主教材、补充教材。主教材、补充教材。本讲稿第十页，
6、共九十二页22 九月 2022模拟电子技术11二、课程地位（为什么学？）二、课程地位（为什么学？）1.是重要的是重要的学科基础课学科基础课（1）通识基础课）通识基础课：体现学历教育和大学基础的课。：体现学历教育和大学基础的课。课时多，教学内容基本稳定。课时多，教学内容基本稳定。（2）学科基础课）学科基础课：是学科方向的必修课，课时较：是学科方向的必修课，课时较 多；承前启后；内容相对稳定。多；承前启后；内容相对稳定。（4）专业课）专业课：是专业应用性质的必修课和选修课。：是专业应用性质的必修课和选修课。分模块，分模块，课时少，内容变化快。课时少，内容变化快。（3）专业基础课）专业基础课：是专业
7、方向的必修课，课时较：是专业方向的必修课，课时较 多；承前启后；内容相对稳定，但有发展。多；承前启后；内容相对稳定，但有发展。本讲稿第十一页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术123.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4.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5.是很多重点大学的考研课程是很多重点大学的考研课程2.是电气信息类、电子信息科学类专业的主干课程是电气信息类、电子信息科学类专业的主干课程(1)当前社会对于硬件工程师（特别是具有设计开发当前社会对于硬件工程师（特别是具有设计开发 能力的工程师）需求量很大。能力的工程师）需求量很大。(2)培
8、养硬件工程师比较困难。培养硬件工程师比较困难。(3)学好并掌握硬件本领将使你基础实，起点高，发学好并掌握硬件本领将使你基础实，起点高，发 展大，受益无穷！展大，受益无穷！本讲稿第十二页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术131.模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号模拟信号：幅值连续、时间连续模拟信号：幅值连续、时间连续 数字信号：幅值离散、时间离散（通常变化时刻数字信号：幅值离散、时间离散（通常变化时刻之间的间隔是均匀的）之间的间隔是均匀的）00110001010101三、课程教学内容三、课程教学内容语言信号波形语言信号波形DtOutOt1t2t3本讲稿第十三页，共九十二页22 九月
9、2022模拟电子技术142.电子电路的概念、分类及发展电子电路的概念、分类及发展概念：概念：对弱电类信号进行对弱电类信号进行产生产生、处理处理（如串（如串并变换、变频、并变换、变频、取反、放大等）、取反、放大等）、存储存储、传输传输，由各种元件互相连接，由各种元件互相连接而组成的物理实体。而组成的物理实体。分类：数字电路、模拟电路分类：数字电路、模拟电路线性电路（处理小信号）、非线性电路（处理大信号）线性电路（处理小信号）、非线性电路（处理大信号）模拟电路根据有源器件模型分为模拟电路根据有源器件模型分为低频电路（处理低频信号）、高频电路（处理高频信号）低频电路（处理低频信号）、高频电路（处理高
10、频信号）模拟电路根据信号频率分为模拟电路根据信号频率分为本讲稿第十四页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术153.模拟电路与数字电路的关系模拟电路与数字电路的关系 数字电路在信号的传输，存储，处理过程中占有优势。但任何数字电路在信号的传输，存储，处理过程中占有优势。但任何大型的电路系统都是模数混合系统，模拟电路是不可缺少的，在小大型的电路系统都是模数混合系统，模拟电路是不可缺少的，在小信号的放大，模信号的放大，模/数和数数和数/模信号的转换以及提供电压源等方面起模信号的转换以及提供电压源等方面起到重大的作用。一般在一个电路系统的两头是模拟电路部分，而到重大的作用。一般在一个电路系统的两
11、头是模拟电路部分，而在中间部分是数字电路部分。在中间部分是数字电路部分。（1）输入部分是模拟部分，实现检测和放大微弱的信号；）输入部分是模拟部分，实现检测和放大微弱的信号；（2）中间部分是数字部分，实现对信号的加工处理；）中间部分是数字部分，实现对信号的加工处理；（3）输出部分是模拟部分，实现对输出信号进行功率驱动）输出部分是模拟部分，实现对输出信号进行功率驱动 放大，放大，进行信号发射或控制外部器件。进行信号发射或控制外部器件。本讲稿第十五页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术16模拟电路应用实例：模拟电路应用实例：无线通信机由发射机，接收机和基带信号处理部分组成。无线通信机由发射机
12、，接收机和基带信号处理部分组成。发射机射频部分的任务是完成基带信号对载波的调制，将其变为通带信号并搬移到发射机射频部分的任务是完成基带信号对载波的调制，将其变为通带信号并搬移到所需的频段上，且有足够的功率发射，其结构框图如下图所示：所需的频段上，且有足够的功率发射，其结构框图如下图所示：图图 无线射频无线射频发射机发射机结构框图结构框图 由计算机或终端产生的数字信号，频谱都是从零开始的，这种未经调制的信号所占用的由计算机或终端产生的数字信号，频谱都是从零开始的，这种未经调制的信号所占用的频率范围叫基本频带（这个频带从直流起可高到数百千赫，甚至若干兆赫），简称基带频率范围叫基本频带（这个频带从直
13、流起可高到数百千赫，甚至若干兆赫），简称基带（base band）。这种数字信号就称基带信号。）。这种数字信号就称基带信号。本讲稿第十六页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术17接收机的射频与发射机相反，它要从众多的电波中选出有用信号，并经过高频放大，混接收机的射频与发射机相反，它要从众多的电波中选出有用信号，并经过高频放大，混频，中频放大后由解调器解调，将频带信号变为基带信号。频，中频放大后由解调器解调，将频带信号变为基带信号。图图 无线射频接收机结构框图无线射频接收机结构框图 在远程通信中，是不能直接传输原始的电脉冲信号的（也就是基带信号了）在远程通信中，是不能直接传输原始的电脉冲
14、信号的（也就是基带信号了）。因此就需要利用频带传输，就是用基带脉冲对载波波形的某些参量进行。因此就需要利用频带传输，就是用基带脉冲对载波波形的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化，这就是调制。经过调制的信号称为已控制，使这些参量随基带脉冲变化，这就是调制。经过调制的信号称为已调信号，即带通信号调信号，即带通信号,其频域表达以载波频率为中心其频域表达以载波频率为中心,覆盖一个窄的带宽。覆盖一个窄的带宽。本讲稿第十七页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术18学习难度大，涉及的知识面广，素有学习难度大，涉及的知识面广，素有“魔鬼电路魔鬼电路”，“模糊电路模糊电路”之称。之称。应注重动手
15、能力的培养。本门课目的是培养硬件工程师，应注重动手能力的培养。本门课目的是培养硬件工程师，是一门经验性很强的学科。是一门经验性很强的学科。应掌握近似计算的方法。本门课是一门应掌握近似计算的方法。本门课是一门“工程应用性工程应用性”课程，需要进行有关性能参数的理论计算，近似计算课程，需要进行有关性能参数的理论计算，近似计算是模拟电子电路的灵魂，不会近似计算将寸步难行。是模拟电子电路的灵魂，不会近似计算将寸步难行。4.模拟电子技术的特点模拟电子技术的特点本讲稿第十八页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术195.课程内容课程内容第第1章章 半导体二极管及其应用半导体二极管及其应用第第2章章
16、双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路第第3章章 场效应晶体管及其放大电路场效应晶体管及其放大电路第第5章章 集成运算放大电路集成运算放大电路第第6章章 反馈反馈第第4章章 放大器的频率响应和噪声放大器的频率响应和噪声第第7章章 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用第第8章章 功率放大电路功率放大电路第第1010章章 正弦波振荡电路正弦波振荡电路第第1111章章 调制与解调调制与解调本讲稿第十九页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术206.教材教材1 黄丽亚黄丽亚 等编著等编著.模拟电子技术基础，北京：机械工模拟电子技术基础，北京：机械工业出版社，业出版社，20092 电
17、子电路教研室电子电路教研室.模拟电子电路模拟电子电路B补充讲义补充讲义(修订版修订版)，南京邮电大学校内印刷南京邮电大学校内印刷,2006本讲稿第二十页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术217.参考书参考书1 康华光康华光.电子技术基础（模拟部分）电子技术基础（模拟部分）(第五版第五版).北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社,20062 华成英华成英 童诗白童诗白.模拟电子技术基础（第四版）模拟电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社,20063 谢嘉奎谢嘉奎.电子线路（线性部分）电子线路（线性部分）(第四版）第四版）.北京：高等教育出版社北京：高等教育出
18、版社,1999（2004年印刷）年印刷）4 谢嘉奎谢嘉奎.电子线路（非线性部分）电子线路（非线性部分）(第四版）第四版）.北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社,1999（2004年印刷）年印刷）本讲稿第二十一页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术22四、课程安排与任务四、课程安排与任务2.掌握常用半导体器件和典型模拟集成电路的特掌握常用半导体器件和典型模拟集成电路的特 性与参数；性与参数；3.系统地掌握电子线路的系统地掌握电子线路的基本概念基本概念、组成、组成、基本原基本原 理理、性能特点和掌握、性能特点和掌握各类放大器、频率响应、各类放大器、频率响应、反馈、振荡器、调制解调电路反
19、馈、振荡器、调制解调电路的的基本分析方法基本分析方法 和工程估算方法和工程估算方法.1.一学期课（一学期课（64学时、学时、4学分），实验课另有安排，学分），实验课另有安排，单独设课。单独设课。本讲稿第二十二页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术23五、如何学习五、如何学习1.“爱好爱好”和和“志向志向”很重要！很重要！“兴趣是最好的老师兴趣是最好的老师”。2.入门时可能会遇到一些困难。注意不断改进、总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。结和调整、提高。基本器件关基本器件关-电路构成电路构成工程近似关工程近似关-分析方法分析方法实验动手关实验动手关-实践应用实践应
20、用 EDA应用关应用关-设计能力设计能力3.学习方法学习方法“过四关过四关”4.分立为基础，集成是重点，分立为集成服务分立为基础，集成是重点，分立为集成服务本讲稿第二十三页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术241.掌握电子技术的硬件理论（学好）掌握电子技术的硬件理论（学好）;六、何谓学好？六、何谓学好？七、课程成绩评定方法七、课程成绩评定方法八、答疑时间、地点八、答疑时间、地点2.掌握电子技术的应用实践能力（用好）掌握电子技术的应用实践能力（用好）;本讲稿第二十四页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术25第一章第一章 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路（1）了解本征
21、半导体、杂质半导体和）了解本征半导体、杂质半导体和PN结的形成结的形成及其特性。及其特性。（2）掌握晶体二极管的特性和主要参数。）掌握晶体二极管的特性和主要参数。（3）掌握普通二极管、稳压二极管构成的基本电）掌握普通二极管、稳压二极管构成的基本电路的组成、工作原理及分析方法。路的组成、工作原理及分析方法。本讲稿第二十五页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术261.1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识1.1.0 概述概述一、导体、绝缘体、半导体一、导体、绝缘体、半导体1.导体导体(Conductor)：104scm-12.绝缘体绝缘体(Insulator)：10-10scm-13.半
22、导体半导体(Semiconductor)：在在10-9103scm-1间间注注：为电导率为电导率如铝、金、钨、铜等金属，镍铬等合金。如铝、金、钨、铜等金属，镍铬等合金。如二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等。如二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等。如如硅硅、锗锗、砷化镓、磷化铟、碳化镓等。、砷化镓、磷化铟、碳化镓等。本讲稿第二十六页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术27二、制造半导体器件的材料二、制造半导体器件的材料+1428 4 硅原子（硅原子（Silicon）锗原子（锗原子（Germanium）图图1.1.1 硅和锗原子结构图和简化模型硅和锗原子结构图和简化模型半导体器件是半导体器件是导体导体、
23、半导体半导体和和绝缘体绝缘体的有机组合体。的有机组合体。+4惯性核惯性核(Inert Ionic Core)价电子价电子(Valence Electron)半导体半导体是构成当代微电子的基础材料。是构成当代微电子的基础材料。+32 218 48本讲稿第二十七页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术28 一一、半导体中的载流子、半导体中的载流子1.1.1 本征半导体本征半导体(Intrinsic Semiconductor)纯净的半导体，称为本征半导体。纯净的半导体，称为本征半导体。在在绝对零度绝对零度(-273)和和没有外界影响没有外界影响时，所有价电时，所有价电子都被束缚在共价键内，晶
24、体中没有自由电子，子都被束缚在共价键内，晶体中没有自由电子，所以半导体不能导电。晶体中无载流子。所以半导体不能导电。晶体中无载流子。载流子载流子(Carrier)：获得运动能量的带电粒子。：获得运动能量的带电粒子。本讲稿第二十八页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术29二、本征载流子浓度二、本征载流子浓度 ni,pi分别表示自由电子分别表示自由电子(Free Electron)和空穴和空穴(Hole)的浓度的浓度(cm3)；A0为常数，为常数，Si(Ge):3.87(1.76)1016cm-3K-3/2；EG0为为T=0K时的禁带宽度，时的禁带宽度，Si(Ge):1.21(0.78)e
25、V；k为波尔兹曼常数为波尔兹曼常数(8.6310-6V/K)；本讲稿第二十九页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术30本征载流子浓度随温度升高近似按指数规律增大，本征载流子浓度随温度升高近似按指数规律增大，所以所以半导体的导电性能对温度非常敏感半导体的导电性能对温度非常敏感。室温下，本征半导体的导电能力很弱。室温下，本征半导体的导电能力很弱。室温下室温下：硅（：硅（Si)原子密度为原子密度为载流子密度为载流子密度为本征载流子浓度讨论本征载流子浓度讨论本讲稿第三十页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术311.1.2 杂质半导体杂质半导体(Impurity Semiconducto
26、r)一、一、N型半导体（型半导体（Negative type）在本征硅（或锗）中，掺入少量的五价元素（磷、在本征硅（或锗）中，掺入少量的五价元素（磷、砷等），就得到砷等），就得到N型半导体。型半导体。室温时，几乎全部杂室温时，几乎全部杂质原子都能提供一个自由电子。质原子都能提供一个自由电子。多子多子(Majority)（多数载流子）：（多数载流子）：自由电子；自由电子；少子少子(Minority)（少数载流子）：（少数载流子）：空穴；空穴；多子浓度多子浓度 nnNd（施主杂质浓度）（施主杂质浓度）本讲稿第三十一页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术32二、二、P型半导体（型半导体（Po
27、sitive type）在本征硅（或锗）中，掺入少量的三价元素（硼、在本征硅（或锗）中，掺入少量的三价元素（硼、铝等），就得到铝等），就得到P型半导体。型半导体。室温时，几乎全部室温时，几乎全部杂质原子都能提供一个空穴。杂质原子都能提供一个空穴。多子多子（多数载流子）：（多数载流子）：空穴；空穴；少子少子（少数载流子）：（少数载流子）：自由电子；自由电子；多子浓度多子浓度 ppNa（受主杂质浓度）（受主杂质浓度）本讲稿第三十二页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术33 三、杂质半导体的载流子浓度三、杂质半导体的载流子浓度在热平衡下，两者之间有如下关系：在热平衡下，两者之间有如下关系：多
28、子浓度值与少多子浓度值与少子浓度值的乘积恒等于本征载流子浓度值子浓度值的乘积恒等于本征载流子浓度值ni的平方。的平方。对对N型半导体型半导体对对P型半导体型半导体本讲稿第三十三页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术34杂质半导杂质半导 体类型体类型多子多子少子少子多子多子浓度浓度少子少子浓度浓度载流子浓度载流子浓度与温度关系与温度关系 N型型半导体半导体 P型型半导体半导体杂质半导体载流子小结杂质半导体载流子小结自由自由电子电子空穴空穴空穴空穴自由自由电子电子nnNdppNa温度变化对温度变化对多子多子浓度影响浓度影响很小很小；对；对少子少子浓度影响浓度影响很很大大 。本讲稿第三十四页
29、，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术351.2 PN结结1.2.1 结的形成结的形成平衡时，多子扩散与少子漂移达到平衡时，多子扩散与少子漂移达到平衡平衡，即扩散，即扩散过去多少多子，就有多少少子漂移过来。过去多少多子，就有多少少子漂移过来。开始开始扩散运动扩散运动占优势；占优势；内电场形成，阻止内电场形成，阻止多子多子扩散，但引起扩散，但引起少子少子漂移漂移；本讲稿第三十五页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术361.2.2 结的单向导电特性结的单向导电特性一、一、P结加正向电压结加正向电压外加电场，多子被强行推向耗尽区，中和部分正、外加电场，多子被强行推向耗尽区，中和部分正、
30、负离子使耗尽区变窄，内电场削弱。负离子使耗尽区变窄，内电场削弱。由于内电场减弱，有利于多子的扩散，多子源由于内电场减弱，有利于多子的扩散，多子源源不断扩散到对方，形成扩散电流，通过回路源不断扩散到对方，形成扩散电流，通过回路形成正向电流形成正向电流由于由于UB较小，因此只需较小的外加电压较小，因此只需较小的外加电压U，就能，就能产生很大的正向电流产生很大的正向电流本讲稿第三十六页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术37外加电场强行将多子推离耗尽区，使耗尽区变宽，内外加电场强行将多子推离耗尽区，使耗尽区变宽，内电场增强。电场增强。内电场增强，多子扩散很难进行，而有利于少子的内电场增强，多
31、子扩散很难进行，而有利于少子的漂移。漂移。越过界面的少子通过回路形成反向越过界面的少子通过回路形成反向(漂移漂移)电流，反向电流，反向电流很小。电流很小。外加电压增大时，反向电流基本不增加。外加电压增大时，反向电流基本不增加。二、二、P结加反向电压结加反向电压本讲稿第三十七页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术38这种现象称之为这种现象称之为PN结的单向导电特性。结的单向导电特性。综上所述，综上所述，PN结加正向电压时，电流很大并结加正向电压时，电流很大并随外加电压有明显变化（正向导通），而加反向电随外加电压有明显变化（正向导通），而加反向电压时，电流很小，且不随外加电压变化（反向截止
32、）。压时，电流很小，且不随外加电压变化（反向截止）。本讲稿第三十八页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术39三、三、PN结电流方程结电流方程图图1.2.5 PN结的伏安特性结的伏安特性当当T=300K(室温室温)时时,UT=26mV。iu0-U(BR)IS为反向饱和电流。为反向饱和电流。UT=K T/q,温度电压当量温度电压当量本讲稿第三十九页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术40 当当u 比比UT大几倍时大几倍时即呈现指数变化。即呈现指数变化。当当u7V时为雪崩击时为雪崩击穿穿；UBR 5V时为齐纳击穿时为齐纳击穿；UBR介于介于57V时，两时，两种击穿都有。种击穿都有。本
33、讲稿第四十五页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术461.2.4 PN结的电容特性结的电容特性PN 结的耗尽区与平板电容器相似，外加电压变化，结的耗尽区与平板电容器相似，外加电压变化，耗尽区的宽度变化，则耗尽区中的正负离子数目耗尽区的宽度变化，则耗尽区中的正负离子数目变化，即存储的电荷量变化。变化，即存储的电荷量变化。多子扩散多子扩散在对方区形成非平衡少子的浓度分布曲线在对方区形成非平衡少子的浓度分布曲线偏置电压变化偏置电压变化分布曲线变化分布曲线变化非平衡少子变化非平衡少子变化电荷电荷变化。变化。一、一、势垒电容势垒电容(Barrier Capacitance)二、扩散电容二、扩散电
34、容(Diffusion Capacitance)本讲稿第四十六页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术47Cj=CT+CD结结 论论Cj CD，其值通常为，其值通常为几十至几百几十至几百pF；Cj CT,其值通常为其值通常为几至几十几至几十pF。因为因为CT和和CD并不大，所以在高频工作时，才考虑并不大，所以在高频工作时，才考虑它们的影响。它们的影响。正偏时以正偏时以CD为主，为主，反偏时以反偏时以CT为主，为主，（如：（如：变容二极管变容二极管）本讲稿第四十七页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术481.3 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路PN结加上电极引线和管
35、壳就形成结加上电极引线和管壳就形成半导体二极管半导体二极管。图图1.3.1 半导体二极管结构示意图及电路符号半导体二极管结构示意图及电路符号 P区区N区区正极正极负极负极（a）结构示意图）结构示意图（b）电路符号）电路符号PN正极正极负极负极本讲稿第四十八页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术491.3.1 二极管特性曲线二极管特性曲线二极管特性曲线与二极管特性曲线与PN结基本相同，略有差异。结基本相同，略有差异。图图1.3.2 硅硅二极管伏安特性曲线二极管伏安特性曲线 i/mAu/V(A)0102030-5-10-0.50.5特性曲线是描述器件性能的图形表示。特性曲线是描述器件性能的
36、图形表示。硅硅:UD(on)=0.50.6V；UD(on)锗锗:UD(on)=0.10.2V。指数段指数段直线段直线段小功率管正常工作电压小功率管正常工作电压硅：硅：0.60.8V，锗：锗：0.20.3V。锗管：锗管：小于几十微安。小于几十微安。硅管：硅管：小于小于0.1 A，本讲稿第四十九页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术501.3.2 二极管的主要参数二极管的主要参数一、直流电阻（一、直流电阻（静态电阻静态电阻）图图1.3.3 二极管电阻的几何意义二极管电阻的几何意义IDUDQ1RD=UD/IDRD 的几何意义：的几何意义：iu0Q2(a)直流电阻直流电阻RDQ点到原点直线斜率
37、的倒数。点到原点直线斜率的倒数。规规 律律RD不是恒定的，正向的不是恒定的，正向的RD随工作随工作电流增大而减小，反向的电流增大而减小，反向的RD随反随反向电压的增大而增大。向电压的增大而增大。参数是描述器件性能的技术指标。参数是描述器件性能的技术指标。本讲稿第五十页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术511.正向电阻：几百欧姆；正向电阻：几百欧姆；反向电阻：几百千欧姆；反向电阻：几百千欧姆；2.Q点（点（quiescent）（直流工作点、静态工作点）不同，）（直流工作点、静态工作点）不同，测出的电阻也不同；测出的电阻也不同；如：用万用表欧姆档的不同档位（如：用万用表欧姆档的不同档位（
38、10、100、1K等）测得的阻值是不同的。等）测得的阻值是不同的。结结 论论 因此，因此，PN结具有单向导电特性。结具有单向导电特性。本讲稿第五十一页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术52二二、交流电阻（、交流电阻（动态电阻动态电阻）二极管在其工作状态二极管在其工作状态(I DQ,UDQ)下的电压微变量与下的电压微变量与电流微变量之比。电流微变量之比。rD的几何意义为的几何意义为Q(IDQ,UDQ)点处点处切线斜率的倒数。切线斜率的倒数。iu0Q i u(b)交流电阻交流电阻rD图图1.3.3 二极管电阻的几何意义二极管电阻的几何意义本讲稿第五十二页，共九十二页22 九月 2022模
39、拟电子技术53rD=rj+rs-PN结电阻结电阻 rs-体电阻体电阻+引线接触电阻引线接触电阻更确切地讲，二极管交流电阻更确切地讲，二极管交流电阻本讲稿第五十三页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术54例例1.3.1 已知已知D为为Si二极管，流过二极管，流过D的直流电流的直流电流ID=10mA，交流电压，交流电压 U=10mV，求流过，求流过D的交流电流的交流电流 I=?10VDR0.93K UID解：二极管交流电阻为解：二极管交流电阻为所以交流电流为所以交流电流为本讲稿第五十四页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术55三、最大整流电流三、最大整流电流 IF四四、最大反向工作
40、电压最大反向工作电压 URM五五、反向电流反向电流IR允许通过的最大正向平均电流。允许通过的最大正向平均电流。通常取通常取U(BR)的一半，超过的一半，超过U(BR)容易发生反向击穿。容易发生反向击穿。未击穿时的反向电流。未击穿时的反向电流。IR越小，单向导电性能越好越小，单向导电性能越好。六六、最高工作频率最高工作频率 f M工作频率超过工作频率超过f M时，二极管的单向导电性能变坏。时，二极管的单向导电性能变坏。本讲稿第五十五页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术561.3.3 半导体二极管模型半导体二极管模型由于二极管的非线性特性，当电路加入二极管时，由于二极管的非线性特性，当电
41、路加入二极管时，便成为便成为非线性电路非线性电路。实际应用时可根据二极管的应用。实际应用时可根据二极管的应用条件作合理条件作合理近似近似，得到相应的等效电路，化为，得到相应的等效电路，化为线性电线性电路路。对电子线路进行定量分析时对电子线路进行定量分析时,电路中的实际器件必电路中的实际器件必须用相应的电路模型来等效表示，这称为须用相应的电路模型来等效表示，这称为“建模建模”。本讲稿第五十六页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术57iu0一、理想模型一、理想模型 图图1.3.5 1.3.5 理想二极管模型理想二极管模型（a)a)伏安特性伏安特性（b)b)电路模型电路模型U01（c)c)符
42、号符号U 02本讲稿第五十七页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术58iu0图图1.3.6 1.3.6 恒压降模型恒压降模型 UD(on)（a)a)伏安特性伏安特性U UD(on)（b)b)电路模型电路模型2UD(on)二、恒压降模型二、恒压降模型 UUD(on)1UD(on)（c)c)符号符号UD(on)硅硅:UD(on)=0.7V锗锗:UD(on)=0.3V本讲稿第五十八页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术59图图1.3.7 1.3.7 折线模型折线模型UD(on)iu0（a)a)伏安特性伏安特性UUD(on)（b)b)电路模型电路模型1UD(on)rD(on)三、折线模
43、型三、折线模型 U UD(on)（c)c)符号符号2UD(on)rD(on)UD(on)rD(on)本讲稿第五十九页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术60四、小信号模型四、小信号模型 图图 1.3.8 二极管的交流小信号等效模型二极管的交流小信号等效模型 rD+-UIIDUDQiu0UI（a）伏安曲线）伏安曲线（b）电路模型）电路模型本讲稿第六十页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术611.在大信号应用中如何选择二极管的等效模型？在大信号应用中如何选择二极管的等效模型？以上四种等效电路模型以上四种等效电路模型(理想模型理想模型理想模型理想模型、恒压降模型恒压降模型、折线模折线
44、模折线模折线模型型型型、小信号模型小信号模型小信号模型小信号模型)均为二极管近似模型均为二极管近似模型(线性化模型线性化模型)。对不同。对不同电路模型可在不同需求时采用。电路模型可在不同需求时采用。思考题：思考题：2.在小信号应用中如何选择二极管的等效模型？在小信号应用中如何选择二极管的等效模型？本讲稿第六十一页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术62一、二极管整流电路一、二极管整流电路图图1.3.9 1.3.9 二极管半波整流电路及波形二极管半波整流电路及波形tui0 uot0(b)(b)输入、输出波形关系输入、输出波形关系1.3.4 二极管基本应用电路二极管基本应用电路VRLuiu
45、o(a)a)电路电路iu0本讲稿第六十二页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术63二、二极管限幅电路二、二极管限幅电路图图1.3.11 1.3.11 二极管上限幅电路及波形二极管上限幅电路及波形t ui/V0(b)(b)输入、输出波形关系输入、输出波形关系t0 uo/V2.7-5-55(a)a)电路电路E2VDRuiuou i E+UD(ON)D 导通，否则截止。导通，否则截止。iuUD(on)02.7本讲稿第六十三页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术64三、二极管开关电路三、二极管开关电路利利用用二二极极管管的的单单向向导导电电性性来来接接通通或或断断开开电电路路，在在数数
46、字字电电路路中中得得到到广广泛泛的的应应用用。在在分分析析这这种种电电路路时时，应应当当掌掌握握一一条条基基本本原原则则，即即判判断断电电路路中中的的二二极极管管处处于于导导通通状状态态还还是是截截止止状状态态，可可以以先先将将二二极极管管断断开开，然然后后观观察察阴阴、阳阳两两极极间间所所加加电电压压是是正正偏偏还还是是反反偏偏，若若正正偏偏则则二二极极管管导导通通，否否则则，二二极极管管截截止止。若若多多个个二二极极管管都都正正偏偏，则则正正偏偏压压降降大大的的二二极极管管先先导导通通，然然后后将将导导通通二二极极管管用用等等效效模模型型代代替替，再再分析其余二极管的导通、截止情况。现举例
47、说明。分析其余二极管的导通、截止情况。现举例说明。本讲稿第六十四页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术65例例 1.3.4 二极管开关电路如图二极管开关电路如图1.3.14所示。当输入电压所示。当输入电压u1和和u2为为0V或或5V时，利用二极管理想模型分析，时，利用二极管理想模型分析，u1和和u2在不同取值组合在不同取值组合情况下，输出电压情况下，输出电压uo的值。的值。图 1.3.14 二极管开关电路表 1.3.1 例1.3.4输入、输出电压关系u1 u2二极管工作状态uoV1V20V 0V0V 5V5V 0V5V 5V导通导通截止截止导通截止导通截止0V0V0V5V本讲稿第六十五
48、页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术661.稳压二极管的正向特性、反向特性与普通二极管稳压二极管的正向特性、反向特性与普通二极管基本相同，区别仅在于反向击穿时，特性曲线更加基本相同，区别仅在于反向击穿时，特性曲线更加陡峭陡峭。2.稳压管在反向击穿后稳压管在反向击穿后，能通过调节自身电流，能通过调节自身电流，实实现稳定电压的功能。现稳定电压的功能。，电压几乎不变，为，电压几乎不变，为-UZ。即当即当一、稳压二极管的特性一、稳压二极管的特性1.4.1 稳压二极管稳压二极管1.4 特殊二极管特殊二极管本讲稿第六十六页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术67二、稳压二极管的主要参数二
49、、稳压二极管的主要参数1.稳定电压稳定电压UZ2.额定功耗额定功耗PZ击穿后流过管子的电流为规定值时，管子两端的电压值。击穿后流过管子的电流为规定值时，管子两端的电压值。由管子温升所限定的参数，使用时不允许超过此值。由管子温升所限定的参数，使用时不允许超过此值。3.稳定电流稳定电流IZ4.动态电阻动态电阻rZ5.温度系数温度系数在击穿状态下，两端电压变化量与其电流变化量的比值。在击穿状态下，两端电压变化量与其电流变化量的比值。表示单位温度变化引起稳压值的相对变化量。表示单位温度变化引起稳压值的相对变化量。一般为几欧姆到几十欧姆（越小越好）。一般为几欧姆到几十欧姆（越小越好）。本讲稿第六十七页，
50、共九十二页22 九月 2022模拟电子技术68例例 上图为稳压二极管稳压电路，即当上图为稳压二极管稳压电路，即当Ui和和RL 变化变化时，输出时，输出UO保持不变。试问：该稳压电路要能够稳定工保持不变。试问：该稳压电路要能够稳定工作，对限流电阻作，对限流电阻R有何要求。有何要求。图图1.4.2 1.4.2 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路R ILIZDZ RLUiUo三、稳压二极管稳压电路三、稳压二极管稳压电路当当RL不变时：不变时：Ui IR IR IZ IL C当当Ui不变时：不变时：RL IR IZ IL 本讲稿第六十八页，共九十二页22 九月 2022模拟电子技术69解：当解：当U