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1、第第1 1章半导体基础及二极管电路章半导体基础及二极管电路现在学习的是第1页，共51页内容提要内容提要内内内内容容容容提提提提要要要要半导体材料的基本物理特性及半导体材料的基本物理特性及PNPN结结原理原理半导体二极管的结构及工作特性半导体二极管的结构及工作特性几种特殊二极管几种特殊二极管二极管基本应用电路及其分析方法二极管基本应用电路及其分析方法现在学习的是第2页，共51页物质的分类物质的分类导体导体(电阻率小于电阻率小于 )绝缘体绝缘体(电阻率大于电阻率大于 )半导体（电阻率介于两者之间）半导体（电阻率介于两者之间）典型的半导体：如典型的半导体：如硅硅SiSi和和锗锗GeGe以及以及砷化镓
2、砷化镓GaAsGaAs等等按照导电按照导电能力的差能力的差别，可以别，可以将物质分将物质分为：为：第第第第一一一一节节节节：半半半半导导导导体体体体的的的的基基基基本本本本特特特特性性性性半导体的独特性质：电阻率可因某些外界半导体的独特性质：电阻率可因某些外界因素的改变而明显变化因素的改变而明显变化掺杂特性掺杂特性热敏特性热敏特性光敏特性光敏特性注意：决定物质导注意：决定物质导电性能的因素？电性能的因素？现在学习的是第3页，共51页本征半导体中的共价键结构本征半导体中的共价键结构(一一)价电子价电子SiSi硅原子硅原子GeGe锗原子锗原子+4价电子价电子惯性核惯性核第第第第一一一一节节节节：半
3、半半半导导导导体体体体的的的的基基基基本本本本特特特特性性性性完全纯净、结构完整的半导体晶体，被称完全纯净、结构完整的半导体晶体，被称为为本征半导体本征半导体现在学习的是第4页，共51页本征半导体中的共价键结构本征半导体中的共价键结构(二二)在硅和锗晶体中，每个在硅和锗晶体中，每个原子与其相邻的原子之原子与其相邻的原子之间形成间形成共价键共价键，共用，共用一对价电子：一对价电子：+4+4+4+4+4+4+4+4晶体中的共价键结构晶体中的共价键结构价电子价电子共价键共价键惯性核惯性核第第第第一一一一节节节节：半半半半导导导导体体体体的的的的基基基基本本本本特特特特性性性性晶格的含义：晶格的含义：
4、现在学习的是第5页，共51页本征激发及空穴的移动本征激发及空穴的移动+4+4+4+4+4+4+4+4当温度很低，没有激发时，当温度很低，没有激发时，半导体不能导电半导体不能导电当温度逐渐升高或有足够光当温度逐渐升高或有足够光照时，将有少数价电子获得照时，将有少数价电子获得足够能量，可以克服共价键足够能量，可以克服共价键的束缚而成为的束缚而成为自由电子自由电子，使，使得本征半导体具有了微弱得本征半导体具有了微弱的导电能力的导电能力产生自由电子后，在原有的产生自由电子后，在原有的共价键中形成共价键中形成空穴空穴+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴带正电带正电带负电带负电可以依靠
5、相邻共价键中的可以依靠相邻共价键中的价电子依次填充空穴来实价电子依次填充空穴来实现空穴的移动现空穴的移动第第第第一一一一节节节节：半半半半导导导导体体体体的的的的基基基基本本本本特特特特性性性性现在学习的是第6页，共51页载流子的含义载流子的含义自由电子与空穴均可视为自由电子与空穴均可视为载载流子流子，但所携带，但所携带电荷的极性电荷的极性不同不同在在本征半导体本征半导体中，自由电中，自由电子与空穴总是子与空穴总是成对出现成对出现，成为电子成为电子-空穴对空穴对,从而从而两两种载流子的浓度相等种载流子的浓度相等+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴载流子：载运电流的粒子载流子
6、：载运电流的粒子电子浓度：电子浓度：空穴浓度：空穴浓度：电子与空穴的复合及动态电子与空穴的复合及动态平衡平衡第第第第一一一一节节节节：半半半半导导导导体体体体的的的的基基基基本本本本特特特特性性性性现在学习的是第7页，共51页本征半导体中载流子浓度的影响因素本征半导体中载流子浓度的影响因素半导体材半导体材料料本身的性本身的性质质随着随着温度温度的升高基本的升高基本上按照指数上按照指数规律增加规律增加第第第第一一一一节节节节：半半半半导导导导体体体体的的的的基基基基本本本本特特特特性性性性现在学习的是第8页，共51页杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某种特定的杂质（在本征半导体中掺入某种特定
7、的杂质（掺掺杂杂），成为杂质半导体后，可以使其导），成为杂质半导体后，可以使其导电性能发生电性能发生质的变化质的变化根据所掺元素的不同，又可将掺杂后根据所掺元素的不同，又可将掺杂后的半导体分为的半导体分为N N型型半导体（掺入半导体（掺入5 5价元素）价元素）和和P P型型半导体（掺入半导体（掺入3 3价元素）价元素）增加载流子的数量增加载流子的数量提高导电率提高导电率注意：掺杂时保证不破坏原有的晶格结注意：掺杂时保证不破坏原有的晶格结构构第第第第一一一一节节节节：半半半半导导导导体体体体的的的的基基基基本本本本特特特特性性性性现在学习的是第9页，共51页N N型半导体及其性质型半导体及其性质
8、+4+4+5+5+4+4+4+4自由电子自由电子施主杂质施主杂质对于对于N N型半导体来型半导体来说，其中的电子说，其中的电子浓度大大高于空浓度大大高于空穴的浓度，又被穴的浓度，又被称为称为电子型半导电子型半导体体。其中的。其中的5 5价杂价杂质被称为质被称为施主杂施主杂质质N N型半导体中型半导体中:电子为多数载流子（电子为多数载流子（多子多子），主要由杂质），主要由杂质原子提供原子提供空穴为少数载流子（空穴为少数载流子（少子少子），主要由热激），主要由热激发产生发产生+N型半导体表型半导体表示示不能导电不能导电第第第第一一一一节节节节：半半半半导导导导体体体体的的的的基基基基本本本本特特特
9、特性性性性现在学习的是第10页，共51页P P型半导体及其性质型半导体及其性质+4+4+3+3+4+4+4+4空位空位受主杂质受主杂质对于对于P P型半导体来型半导体来说，其中的空穴浓说，其中的空穴浓度大大高于电子的度大大高于电子的浓度，又被称为浓度，又被称为空空穴型半导体穴型半导体。其中。其中的的3 3价杂质被称为价杂质被称为受主杂质受主杂质P P型半导体中型半导体中:空穴为多数载流子空穴为多数载流子电子为少数载流子电子为少数载流子多子多子少子少子N N型半导体型半导体电子电子空穴空穴P P型半导体型半导体空穴空穴电子电子P型半导体表示型半导体表示不能导电不能导电第第第第一一一一节节节节：半
10、半半半导导导导体体体体的的的的基基基基本本本本特特特特性性性性现在学习的是第11页，共51页杂质半导体的性质杂质半导体的性质在杂质半导体中：在杂质半导体中：+-N N型半导体的型半导体的简化表示法简化表示法P P型半导体的型半导体的简化表示法简化表示法多子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度多子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度少子的浓度主要取决于温度少子的浓度主要取决于温度半导体杂质半导体杂质的补偿原理的补偿原理存在着自由电子、空穴和杂质离子三种带存在着自由电子、空穴和杂质离子三种带电粒子电粒子第第第第一一一一节节节节：半半半半导导导导体体体体的的的的基基基基本本本本特特特特性性性性现在学习的是第12
11、页，共51页载流子在半导体中的运动载流子在半导体中的运动第第第第一一一一节节节节：半半半半导导导导体体体体中中中中的的的的载载载载流流流流子子子子及及及及其其其其运运运运动动动动当无外加电场作用时，半导体中的载流当无外加电场作用时，半导体中的载流子做不规则热运动，对外不呈现电特性子做不规则热运动，对外不呈现电特性在外加或内建电场作用下，载流子将有在外加或内建电场作用下，载流子将有定向的定向的“漂移运动漂移运动”并产生并产生漂移电流漂移电流当载流子浓度分布不均匀时，将从高浓当载流子浓度分布不均匀时，将从高浓度区域向低浓度区域做定向运动，即度区域向低浓度区域做定向运动，即“扩散运动扩散运动”，同时
12、产生，同时产生扩散电流扩散电流半导体中的电流为漂移电流与扩散电半导体中的电流为漂移电流与扩散电流之和流之和现在学习的是第13页，共51页PNPN结的形成结的形成第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性在一块半导体单晶的一边掺入施在一块半导体单晶的一边掺入施主杂质，制成主杂质，制成N N型型半导体；在另半导体；在另一边掺入受主杂质，制成一边掺入受主杂质，制成P P型型半半导体。在两种杂质半导体的导体。在两种杂质半导体的交交界面界面处即形成了处即形成了PNPN结结当当P P区和区和N N区连接在一起构
13、成区连接在一起构成PNPN结结时，半导体的现实作用才真正时，半导体的现实作用才真正发挥出来发挥出来现在学习的是第14页，共51页+-PNPN结的内电场与两种运动结的内电场与两种运动阻挡层阻挡层(势垒势垒层层)：阻挡多：阻挡多子的扩散运动，子的扩散运动，但引起少子的但引起少子的漂移运动漂移运动空间电荷区空间电荷区内建电场内建电场扩散扩散+-漂移漂移耗尽层耗尽层阻挡层阻挡层高阻区高阻区第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性现在学习的是第15页，共51页PNPN结中两种运动的动态平衡结中两种运动的动态
14、平衡(一一)空间电荷区空间电荷区内建电场内建电场扩散扩散漂移漂移耗尽层耗尽层阻挡层阻挡层多子的扩散运动形多子的扩散运动形成扩散电流，并增成扩散电流，并增加空间电荷区的宽加空间电荷区的宽度度少子的漂移运动形少子的漂移运动形成漂移电流，并减成漂移电流，并减小空间电荷区的宽小空间电荷区的宽度度当两种运动到达当两种运动到达平平衡时衡时，空间电荷区，空间电荷区的的宽度宽度也达到也达到稳稳定定+-第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性现在学习的是第16页，共51页PNPN结中两种运动的动态平衡结中两种运动的
15、动态平衡(二二)空间电荷区空间电荷区内建电场内建电场扩散扩散漂移漂移耗尽层耗尽层阻挡层阻挡层动态平衡时交界面动态平衡时交界面两侧的空间电荷量、两侧的空间电荷量、空间电荷区宽度、空间电荷区宽度、内建电场等参量均内建电场等参量均为常数，且与半导为常数，且与半导体材料、掺杂浓度、体材料、掺杂浓度、温度有关温度有关耗尽层为高阻区，耗尽层为高阻区，空间电荷区以外的空间电荷区以外的区域为低阻区区域为低阻区+-第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性现在学习的是第17页，共51页总结：总结：PNPN结形成的过程
16、结形成的过程空间电荷区空间电荷区内建电场内建电场扩散扩散漂移漂移耗尽层耗尽层阻挡层阻挡层浓度差浓度差+-多子的扩散运动多子的扩散运动形成空间电荷区形成空间电荷区形成内电场形成内电场促使少子漂移，促使少子漂移，阻止多子扩散阻止多子扩散多子的多子的扩散扩散和少和少子的子的漂移漂移达到达到动动态平衡态平衡第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性现在学习的是第18页，共51页PNPN结的接触电位差与势垒宽度结的接触电位差与势垒宽度+-接触电位差接触电位差：阻挡：阻挡多子的扩散运动，多子的扩散运动，又称为又
17、称为“电位势垒电位势垒”或或“势垒势垒”空间电荷区空间电荷区内建电场内建电场势垒区的宽度主势垒区的宽度主要是分布在掺杂要是分布在掺杂浓度低的一侧浓度低的一侧第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性现在学习的是第19页，共51页PNPN结外加正向偏置电压时的特性结外加正向偏置电压时的特性(一一)P PN N+-内电场内电场P P区接电源正极，区接电源正极，N N区接电源负极时，为正向接区接电源负极时，为正向接法（正偏）法（正偏）外电场外电场势垒区的电势垒区的电位差减小位差减小阻挡层内的阻挡层内的合成
18、电场减小合成电场减小空间电荷总空间电荷总量减小量减小空间电荷区空间电荷区变窄变窄第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性现在学习的是第20页，共51页PNPN结外加正向偏置电压时的特性结外加正向偏置电压时的特性(二二)P PN N+-内电场内电场外电场外电场扩散电流加大扩散电流加大漂移电流基漂移电流基本不变本不变正向电流的正向电流的方向为由方向为由P P区至区至N N区，且随外加区，且随外加正向电压增加正向电压增加而增加而增加第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管
19、管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性？注意：注意：PNPN结上的电压与外加正向电压和结上的电压与外加正向电压和中性区电压之间的关系中性区电压之间的关系现在学习的是第21页，共51页PN结外加反向偏置电压时的特性P PN N+-内电场内电场P P区接电源负极，区接电源负极，N N区接电源正极时，为反向区接电源正极时，为反向接法（反偏）接法（反偏）外电场外电场势垒区的势垒区的电位差增加电位差增加阻挡层内阻挡层内的合成电场的合成电场增加增加空间电荷空间电荷总量增加总量增加空间电空间电荷区变厚荷区变厚第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管
20、管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性反向电流又被称为反向饱和电流，且对温度变反向电流又被称为反向饱和电流，且对温度变化非常敏感化非常敏感现在学习的是第22页，共51页PNPN结的单向导电性结的单向导电性PNPN结加正向电压时，呈现低的正向电阻，结加正向电压时，呈现低的正向电阻，具有较大的正向电流，且正向电流随正具有较大的正向电流，且正向电流随正向电压的大小急剧改变向电压的大小急剧改变PNPN结加反向电压时，呈现高的反向电结加反向电压时，呈现高的反向电阻，具有很小的反向电流，且反向电流阻，具有很小的反向电流，且反向电流基本不随反向电压的大小变化基本不随反向电压的大小
21、变化由此可以得出结论，由此可以得出结论，PNPN结具有结具有单向导单向导电性电性：第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性即可以认为二极管正向导通，反向截即可以认为二极管正向导通，反向截止止现在学习的是第23页，共51页二极管的结构与类型二极管的结构与类型第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性二极管的电路符号：二极管的电路符号：现在学习的是第24页，共51页：温度电压当量。：温度电压当量。当在室温条
22、件下当在室温条件下T=300KT=300K时，约为时，约为26mV26mV：外接电压：外接电压：反向饱和电流：反向饱和电流第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性二极管的电流方程二极管的电流方程若为正偏且若为正偏且 ，则有，则有若为反偏且若为反偏且 ，则有，则有应了解二极管理想特性与实际特性之应了解二极管理想特性与实际特性之间的区别间的区别理想特性理想特性实际特性实际特性现在学习的是第25页，共51页二极管的伏安特性二极管的伏安特性第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极
23、管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性正向工作正向工作区：区：阈值电压阈值电压 的含义的含义反向工作反向工作区区反向击穿反向击穿区区反向击穿电反向击穿电压压现在学习的是第26页，共51页二极管的反向击穿特性二极管的反向击穿特性：反向：反向击穿电击穿电压压击穿击穿 电击穿电击穿热击穿热击穿电击穿电击穿 齐纳击穿齐纳击穿雪崩击穿雪崩击穿齐纳击穿：掺杂高，击齐纳击穿：掺杂高，击穿电压小于穿电压小于6V6V雪崩击穿：掺杂低，击雪崩击穿：掺杂低，击穿电压大于穿电压大于6V6V(可逆可逆)热击穿：热击穿：反向高压反向高压反向大电流反向大电流结温升高结温升高载流子增多载流子
24、增多反向电流增大反向电流增大功耗增大功耗增大。(不可逆不可逆)第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性现在学习的是第27页，共51页二极管的温度特性二极管的温度特性温度升高时，反向电流增温度升高时，反向电流增大大工程上可近似认为温度工程上可近似认为温度每增加每增加1010摄氏度，摄氏度，约约增大一倍增大一倍温度升高时，正向伏安温度升高时，正向伏安特性左移特性左移工程上可近似认为电流工程上可近似认为电流保持不变时，温度每增保持不变时，温度每增加加1 1摄氏度，二极管压摄氏度，二极管压降约减小降约减小
25、第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性现在学习的是第28页，共51页PNPN结电容结电容-产生原因产生原因产生原因：产生原因：PNPN结两端电压发生变化时，空间电结两端电压发生变化时，空间电荷区内的电荷量将随之变化荷区内的电荷量将随之变化PNPN结正偏时，由于载流子的扩散，结正偏时，由于载流子的扩散，会在中性区内形成非平衡载流子的存会在中性区内形成非平衡载流子的存储，且存储电荷量与外加正偏电压的储，且存储电荷量与外加正偏电压的大小有关大小有关这些积累的电荷随着外加电压的变这些积累的电荷随着外加电
26、压的变化而变化，即表现为二极管的电容化而变化，即表现为二极管的电容效应（即效应（即等效等效）第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性现在学习的是第29页，共51页PNPN结电容结电容-势垒电容势垒电容势垒电容势垒电容描述的是势垒区内的空间电描述的是势垒区内的空间电荷随荷随PNPN结外加电压变化而产生的电容结外加电压变化而产生的电容效应，用效应，用 表示表示势垒电容是势垒电容是非线性电容非线性电容，将随着外加电压，将随着外加电压的变化而改变的变化而改变可以据此制成专用的变容二极管。变容二可以据此制成
27、专用的变容二极管。变容二极管皆应用在反向偏置状态极管皆应用在反向偏置状态反偏时空荷区扩大，等效平板电容的距离反偏时空荷区扩大，等效平板电容的距离增加；正偏时空荷区变小，等效平板电容增加；正偏时空荷区变小，等效平板电容的距离减小的距离减小第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性现在学习的是第30页，共51页PNPN结电容结电容-扩散电容扩散电容扩散电容也是扩散电容也是非线性电容非线性电容，将随着外加，将随着外加电压的变化而改变电压的变化而改变当当PNPN结正向偏置时，载流子穿过势垒结正向偏置时，载流
28、子穿过势垒区向两侧扩散，在势垒区两侧的中性区向两侧扩散，在势垒区两侧的中性区将产生由非平衡载流子造成的电荷区将产生由非平衡载流子造成的电荷积累。在电压变化时，积累的电荷发积累。在电压变化时，积累的电荷发生变化，该效应即为生变化，该效应即为扩散电容扩散电容效应，效应，用用 表示表示第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性现在学习的是第31页，共51页PNPN结电容结电容-总结总结势垒电容与扩散电容为势垒电容与扩散电容为并联并联，PNPN结电容为结电容为两者之和：两者之和：正向偏置时正向偏置时PNPN
29、结电容以扩散电容为主，结电容以扩散电容为主，反向偏置时以势垒电容为主反向偏置时以势垒电容为主PNPN结的电容效应将结的电容效应将影响影响晶体管的响应速晶体管的响应速度和高频特性度和高频特性第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性现在学习的是第32页，共51页二极管的主要参数二极管的主要参数最大整流电流最大整流电流最高反向工作电压最高反向工作电压二极管长期连续工作时，允许通过二极二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值管的最大整流电流的平均值二极管工作时允许外加的最大反向电压二极管
30、工作时允许外加的最大反向电压第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性反向电流反向电流二极管未击穿时的反向电流二极管未击穿时的反向电流最高工作频率最高工作频率二极管的上限工作频率二极管的上限工作频率使用二极管参数时的注意事项：温度的使用二极管参数时的注意事项：温度的影响、参数的分散性影响、参数的分散性现在学习的是第33页，共51页特殊二极管：稳压二极管特殊二极管：稳压二极管第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特
31、特性性性性正常情况下，正常情况下，工作于反向击工作于反向击穿区。反向电穿区。反向电流在很大范围流在很大范围内变化时，端内变化时，端电压变化很小，电压变化很小，从而具有稳压从而具有稳压作用作用反向击穿电压反向击穿电压最小允最小允许电流许电流最大允最大允许电流许电流动态电动态电阻：阻：稳压管在使用时应串接限稳压管在使用时应串接限流电阻以保证反向电流值流电阻以保证反向电流值在合适范围内在合适范围内现在学习的是第34页，共51页特殊二极管：其它类型特殊二极管：其它类型第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性
32、性变容二极管：在高变容二极管：在高频电路中应用较多频电路中应用较多肖特基二极管：内部为肖特基二极管：内部为金属半导体结，也具有金属半导体结，也具有单向导电性单向导电性工作速度快工作速度快正向导通电压较低，正向导通电压较低，反向击穿电压较低反向击穿电压较低体电阻较小体电阻较小现在学习的是第35页，共51页光电子器件光电子器件(一一)第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性原理：半导体材料的光电转换性质原理：半导体材料的光电转换性质发光二极管：发光二极管：将电能转换为将电能转换为光能的器件光能的器件光
33、敏光敏(电电)二极二极管：将光能转管：将光能转换为电能的器换为电能的器件件光电耦合器：可实现信号的光传输光电耦合器：可实现信号的光传输也可在两者之间使用光纤连接也可在两者之间使用光纤连接现在学习的是第36页，共51页光电子器件光电子器件(二二)第第第第二二二二节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及特特特特性性性性激光二极管：效率高，产生的是准直激光二极管：效率高，产生的是准直单色光束单色光束现在学习的是第37页，共51页二极管的等效电阻：静态电阻二极管的等效电阻：静态电阻第第第第三三三三节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二
34、二极极极极管管管管电电电电路路路路由二极管、线性元件和独立电源构成的由二极管、线性元件和独立电源构成的电路称为二极管电路，属于电路称为二极管电路，属于非线性电路非线性电路当电路中只有直流电源当电路中只有直流电源、没有信号源时，二极、没有信号源时，二极管对外呈现的直流电阻管对外呈现的直流电阻称为称为静态静态电阻电阻当管子的工作电流和电当管子的工作电流和电压都确定后就在特性曲压都确定后就在特性曲线上确定了静态线上确定了静态(直流直流)工作点工作点Q Q现在学习的是第38页，共51页二极管的等效电阻：动态电阻二极管的等效电阻：动态电阻第第第第三三三三节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极
35、管管管管电电电电路路路路动态电阻：微变电阻动态电阻：微变电阻或交流电阻。表示或交流电阻。表示小小信号信号工作情况下，工作情况下，交交流流电流与电流与交流交流电压的电压的变化关系变化关系温度的电温度的电压当量压当量工作点电工作点电流流现在学习的是第39页，共51页模型的基本概念模型的基本概念能够近似表征器件特性的图表、曲线、能够近似表征器件特性的图表、曲线、函数表达式，或者由基本电路元件构函数表达式，或者由基本电路元件构成的电路都可以称为器件的模型成的电路都可以称为器件的模型第第第第三三三三节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管电电电电路路路路用数学表达式来表征器件特性的模型
36、称用数学表达式来表征器件特性的模型称为为数学模型数学模型；用基本电路元件（如电；用基本电路元件（如电阻、电容、电感）以及独立电源和受阻、电容、电感）以及独立电源和受控源构成的模型，称为器件的控源构成的模型，称为器件的网络模网络模型型器件模型的精度越高，模型的结构越复器件模型的精度越高，模型的结构越复杂，要求的模型参数也越多，分析电路杂，要求的模型参数也越多，分析电路时计算量就越大时计算量就越大 现在学习的是第40页，共51页二极管的模型二极管的模型第第第第三三三三节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管电电电电路路路路数学模型数学模型理想化模型理想化模型恒压降模型恒压降模型分
37、段线性模型分段线性模型交流小信号模型交流小信号模型现在学习的是第41页，共51页采用模型法分析二极管应用电路采用模型法分析二极管应用电路第第第第三三三三节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管电电电电路路路路根据电路的具体情况根据电路的具体情况选选择合适的二极管择合适的二极管模模型型，从而把非线性电路转化为，从而把非线性电路转化为线性线性电路并采电路并采用线性电路的分析方法进行分析计算用线性电路的分析方法进行分析计算对于直流电路和大信号工作电路，通常对于直流电路和大信号工作电路，通常采用理想模型或者恒压降模型进行分析采用理想模型或者恒压降模型进行分析对于既有直流电源又有小信号
38、源的电路，一对于既有直流电源又有小信号源的电路，一般首先利用恒压降模型进行静态分析，估算电般首先利用恒压降模型进行静态分析，估算电路的路的Q Q点；然后根据点；然后根据Q Q点计算出交流电阻；再点计算出交流电阻；再用小信号模型法进行动态分析，求出小信号用小信号模型法进行动态分析，求出小信号作用下的交流电压、电流；最后，将交流量作用下的交流电压、电流；最后，将交流量与静态值相叠加，得到完整的结果。与静态值相叠加，得到完整的结果。现在学习的是第42页，共51页二极管模拟电路：整流电路二极管模拟电路：整流电路(一一)第第第第三三三三节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管电电电电路
39、路路路利用电子器件的单向导电性将交流电变利用电子器件的单向导电性将交流电变为直流电的过程称为为直流电的过程称为整流整流最简单的最简单的半波半波整流电路及其工作波形整流电路及其工作波形可用滤波可用滤波器滤除输器滤除输出电压的出电压的交流成分，交流成分，获得直流获得直流电压电压现在学习的是第43页，共51页二极管模拟电路：整流电路二极管模拟电路：整流电路(二二)第第第第三三三三节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管电电电电路路路路全波全波整流电路及其工作波形整流电路及其工作波形现在学习的是第44页，共51页二极管模拟电路：限幅电路二极管模拟电路：限幅电路(一一)第第第第三三三三
40、节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管电电电电路路路路按照规定的范围，将输入信号波形的一按照规定的范围，将输入信号波形的一部分传送到输出端、而将其余部分消去部分传送到输出端、而将其余部分消去的过程称为限幅的过程称为限幅 一般利用器件的开关特性实现限幅一般利用器件的开关特性实现限幅限幅器应能够鉴别信号的幅度，其传输限幅器应能够鉴别信号的幅度，其传输特性必须具有线性区和限幅区特性必须具有线性区和限幅区：下门限：下门限：上门限：上门限具有上、下门限的限幅电路称为双向限幅电路，具有上、下门限的限幅电路称为双向限幅电路，仅有一个门限的称为单向限幅电路。其中，仅仅有一个门限的称为单向限
41、幅电路。其中，仅有上门限的称为上限幅电路，仅有下门限的称有上门限的称为上限幅电路，仅有下门限的称为下限幅电路为下限幅电路现在学习的是第45页，共51页二极管模拟电路：限幅电路二极管模拟电路：限幅电路(二二)第第第第三三三三节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管电电电电路路路路 ，二极管，二极管导通，导通，二极管，二极管截止，截止，以上两图为上限以上两图为上限幅电路幅电路若改变二极管极若改变二极管极性则可得下限幅性则可得下限幅电路电路现在学习的是第46页，共51页二极管模拟电路：限幅电路二极管模拟电路：限幅电路(三三)第第第第三三三三节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二
42、极极极极管管管管电电电电路路路路双向限幅电路双向限幅电路现在学习的是第47页，共51页二极管模拟电路：稳压电路二极管模拟电路：稳压电路第第第第三三三三节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管电电电电路路路路R R为限流电阻，其阻值的为限流电阻，其阻值的选择应使稳压二极管工作选择应使稳压二极管工作在稳压区在稳压区 这种电路稳压工作的原这种电路稳压工作的原因在于当稳定电流因在于当稳定电流 有有较大幅度的变化较大幅度的变化 时，时，稳定电压的变化稳定电压的变化 却很却很小小 故当故当 或或 变化时，电变化时，电路能自动地调整路能自动地调整 的大的大小，以改变小，以改变 上的压降上的
43、压降，达到维持输出电压，达到维持输出电压 基本恒定的目的基本恒定的目的 稳压过程简述稳压过程简述现在学习的是第48页，共51页二极管模拟电路：钳位电路二极管模拟电路：钳位电路第第第第三三三三节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管电电电电路路路路将周期信号波形的某一部分固定在一将周期信号波形的某一部分固定在一个选定的电位上，而信号其余部分波个选定的电位上，而信号其余部分波形形状保持不变。即使整个信号电压形形状保持不变。即使整个信号电压直流平移，平移程度取决于电路直流平移，平移程度取决于电路主要原理：二极管主要原理：二极管导通与截止时的电导通与截止时的电阻不同，从而电路阻不同，
44、从而电路的充放电时间常数的充放电时间常数不同，即不同，即“快充慢快充慢放放”当输入当输入为方波为方波呢？呢？现在学习的是第49页，共51页二极管开关电路二极管开关电路(一一)第第第第三三三三节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管电电电电路路路路二极管与门二极管与门当输入电压中只要有当输入电压中只要有一个为低电平，则输一个为低电平，则输出为低电平；只有当出为低电平；只有当所有输入电压均为高所有输入电压均为高电平时，输出才为高电平时，输出才为高电平电平 现在学习的是第50页，共51页二极管开关电路二极管开关电路(二二)第第第第三三三三节节节节：半半半半导导导导体体体体二二二二极极极极管管管管电电电电路路路路二极管或门二极管或门当输入电压中只要有当输入电压中只要有一个为高电平，则输一个为高电平，则输出为高电平；只有当出为高电平；只有当所有输入电压均为低所有输入电压均为低电平时，输出才为低电平时，输出才为低电平电平 现在学习的是第51页，共51页