1、3.13.1半导体的基本知识半导体的基本知识3.23.2PNPN结的形成及特性结的形成及特性 3.33.3二极管二极管 3.53.5特殊二极管特殊二极管 3.43.4二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法3.1.13.1.1半导体材料半导体材料半导体的特点：半导体的特点：根据物体导电能力根据物体导电能力(电阻率电阻率)的不同，划分为导的不同，划分为导体、绝缘体和半导体。体、绝缘体和半导体。半导体的电阻率为半导体的电阻率为1010-3-310109 9 cmcm。常用材料的常用材料的半导体有半导体有硅硅SiSi和和锗锗GeGe以及以及砷化镓砷化镓GaAsGaAs等。等。导电能力
2、不同于导体、绝缘体导电能力不同于导体、绝缘体3.1 3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识返回返回导电能力在外界光和热的刺激时发生很大变化导电能力在外界光和热的刺激时发生很大变化光敏元件、热敏元件光敏元件、热敏元件掺进微量杂质，导电性能显著增加掺进微量杂质，导电性能显著增加各类半导体各类半导体 3.1.23.1.2半导体的共价键结构半导体的共价键结构+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键共价键3.1.3 3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体本征半导体完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全
3、纯净的、结构完整的半导体晶体。载流子载流子可以自由移动的带电粒子可以自由移动的带电粒子 返回 +4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4电子空穴对电子空穴对 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，这个空位为一个空位，这个空位为空穴空穴。自由电子自由电子 因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为称为电子空穴对电子空穴对。本征激发或热激发动画1-1空穴空穴动画1-2返回所以晶体中的载流子有两种：所以晶体中的载流子有两种：自由电子、空穴自由电子、空穴空穴空穴n ni i=
4、P Pi i，返回返回 复合复合自由电子可以与空穴复合形成新的填充的共价自由电子可以与空穴复合形成新的填充的共价键键 温度一定时，载流子的复合率等于产生率温度一定时，载流子的复合率等于产生率动态平衡动态平衡3.1.4 3.1.4 杂质半导体杂质半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+41.N1.N型半导体型半导体（电子型半导体电子型半导体）在本征半导体中掺入五价的元素在本征半导体中掺入五价的元素(磷、砷、锑磷、砷、锑 )失去电子成为失去电子成为稳定的正离子稳定的正离子+5+5易成为自由电子易成为自由电子在本征半导体中掺入某些微量元素作
5、为杂质，可使半导体的在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体杂质半导体。返回返回1.1.空穴空穴数数=本征激发的空穴数本征激发的空穴数2.2.所掺杂质称为施主杂质（或所掺杂质称为施主杂质（或N N型杂质、施主型杂质、施主原子原子)3.3.自由电子浓度（自由电子浓度（n n）=本征激发的自由电子浓本征激发的自由电子浓度（度（p)+p)+施主杂质自由电子浓度（施主杂质自由电子浓度（N ND D）4.4.自由电子为多数载流子（多子
6、）；空穴为少自由电子为多数载流子（多子）；空穴为少数载流子数载流子(少子）少子）5.5.在无外电场时，呈电中性在无外电场时，呈电中性N N型半导体的特点型半导体的特点+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+32.P2.P型半导体型半导体（空穴型半导体）（空穴型半导体）在本征半导体中掺入三价的元素（硼）在本征半导体中掺入三价的元素（硼）得到电子成为不能得到电子成为不能移动的负离子移动的负离子返回硅或锗原子的共价键缺硅或锗原子的共价键缺少一个电子形成了空穴少一个电子形成了空穴1.1.电子数电子数=本征激发电子数；本征激发电子数；2.2.所掺杂质称为受主杂质（或所掺杂质称为受主杂质（或P
7、P型杂质、型杂质、受主原子）；受主原子）；3.3.总空穴浓度（总空穴浓度（p)=p)=本征激发的空穴浓度本征激发的空穴浓度（n)+n)+受主杂质的浓度（受主杂质的浓度（N NA A）；）；4.4.空穴为多数载流子（多子），空穴为多数载流子（多子），电子为电子为少数载流子少数载流子(少子）；少子）；5.5.在无外电场时，呈电中性在无外电场时，呈电中性P P型半导体的特点型半导体的特点注意：注意：在本征半导体中掺入杂质（例如在本征半导体中掺入杂质（例如N N型杂质），型杂质），可提高多子（电子）的浓度，也使电子与空穴的复可提高多子（电子）的浓度，也使电子与空穴的复合几率增加，这样少子（空穴）的浓度
8、会降低。合几率增加，这样少子（空穴）的浓度会降低。一定温度下，掺杂前后的电子空穴浓度的乘积为常数，一定温度下，掺杂前后的电子空穴浓度的乘积为常数，即即iinppn 因为因为iinp 所以所以22iipnpn例：纯净硅，室温下，例：纯净硅，室温下，n ni i=P Pi i=10=101010/cm/cm3 3数量级数量级硅晶体中硅原子数为硅晶体中硅原子数为10102222/cm/cm3 3数量级数量级掺入百万分之一（掺入百万分之一（1010-6-6）的杂质，即杂质浓度为：）的杂质，即杂质浓度为：1010222210106 610101616/cm/cm3 3若每个杂质给出一个载流子，则掺杂后的
9、载流子浓若每个杂质给出一个载流子，则掺杂后的载流子浓度为：度为：10101616101010 10 10101616/cm/cm3 3数量级数量级比掺杂前增加比掺杂前增加10106 6倍，即一百万倍！倍，即一百万倍！掺入微量杂质，导电能力将很大提高掺入微量杂质，导电能力将很大提高PNPN结的形成及特性结的形成及特性3.2 3.2 PNPN结的形成及特性结的形成及特性3.2.1 3.2.1 载流子的漂移与扩散载流子的漂移与扩散3.2.2 PN3.2.2 PN结的形成结的形成3.2.3 3.2.3 PNPN结的单向导电性结的单向导电性3.2.4 PN3.2.4 PN结的反向击穿结的反向击穿3.2.
10、5 PN3.2.5 PN结的电容效应结的电容效应返回返回3.2.1 3.2.1 载流子的漂移与扩散载流子的漂移与扩散在一块本征半导体两侧在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质通过扩散不同的杂质,分分别形成别形成N N型半导体和型半导体和P P型型半导体。半导体。+五价的元素五价的元素+三价的元素三价的元素产生多余电子产生多余电子产生多余空穴产生多余空穴返回返回动画1-3返回 3.2.2 3.2.2 PNPN结的形成结的形成 因浓度差因浓度差 空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子
11、的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。多子的扩散运动多子的扩散运动 由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 PNPN结中的两种运动结中的两种运动返回漂移运动：由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动：由电场作用引起的载流子的运动称为漂漂移运动移运动。扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为为扩散运动扩散运动。返回PNPN结的几种叫法结的几种叫法：留下的是不能运动的离留下的是不能运动的离子子空间电荷区空间电荷区。多子都扩散到对方被复合掉多子都扩散到对方被复合掉了了耗尽层耗尽层。形成的内电场阻止扩散运形成的内电场阻止扩散运动动阻挡层
12、阻挡层。形成的内电场具有电位梯度，称接触电位差（很形成的内电场具有电位梯度，称接触电位差（很小）小）势垒区势垒区。3.2.3 PN3.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性 1.PN1.PN结加正向电压结加正向电压正偏置正偏置动画动画返回返回动画1-4返回形成形成正向正向电流电流多子向多子向PNPN结移动结移动空间电荷变窄空间电荷变窄内电场减弱内电场减弱扩散运动大扩散运动大于漂移运动于漂移运动PNPN结结在在外加正向电压时的情况外加正向电压时的情况外加电场与内电场方向相反，外加电场与内电场方向相反，削减内电场的作用削减内电场的作用外加电压变化一点，势外加电压变化一点，势垒（电流）变化很多垒（
13、电流）变化很多 低电阻特性低电阻特性 大的正向扩散电流大的正向扩散电流PNPN结正偏时的势垒情况结正偏时的势垒情况2.PN2.PN结加反向电压结加反向电压反偏置反偏置动画1-5返回形成形成反向反向电流电流多子背离多子背离PNPN结移动结移动空间电荷区变宽空间电荷区变宽,内电场增强内电场增强漂移运动大漂移运动大于扩散运动于扩散运动PNPN结的外加反向电压时的情况结的外加反向电压时的情况外加电场与内电场方向一致，外加电场与内电场方向一致，增强内电场的作用增强内电场的作用 高电阻高电阻 很小的反向漂移电流很小的反向漂移电流 在一定的温度条件下，在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓由本征激发决定
14、的少子浓度是一定的，故少子形成度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大本上与所加反向电压的大小无关，小无关，这个电流也称为这个电流也称为反向饱和电流反向饱和电流。PNPN结反偏时的势垒情况结反偏时的势垒情况 PNPN结加正向电压时，呈现低电阻，具有结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；较大的正向扩散电流；PNPN结加反向电压时，呈现高电阻，具有结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：由此可以得出结论：PNPN结具有单向导电结具有单向导电性。性。3.PNPN结伏安特性的表达式结伏安特性
15、的表达式 PNPN结结V V-I I 特性表达式特性表达式i iD DPNPN结电流结电流)1e(/SDDTnVIivI IS S 反向饱和电流反向饱和电流V VT T 温度的电压当量温度的电压当量在常温下（在常温下（T T=300K=300K）V026.0 qkTVTmV 26 n n 发射系数，与发射系数，与PNPN结尺寸、材料等有关，结尺寸、材料等有关，1 12 2，一般取，一般取1 1v vD DPNPN结外加电压结外加电压当二极管的当二极管的PNPN结两端加反向电压时，结两端加反向电压时，V VD D为负值，为负值，V VD D 比比 V VT T大几倍，大几倍，。SDVnVIieT
16、D,0/返回返回)1e(/SDDTnVIiv当二极管的当二极管的PNPN结两端加正向电压时，结两端加正向电压时，V VD D为正值，为正值，V VD D 比比V VT T大几倍，大几倍，i iD D与与V VD D成指成指数关系。数关系。,1/TDVVeTnVIi/SDDev3.2.4 PN3.2.4 PN结的反向击穿结的反向击穿当外加的反向电压大于一当外加的反向电压大于一定的数值（定的数值（V VBRBR：击穿电压）：击穿电压）时，反向电流急剧增加时，反向电流急剧增加 ，称为击穿。称为击穿。雪崩击穿：雪崩击穿：雪崩击穿和齐纳击穿雪崩击穿和齐纳击穿形成形成电子空穴对（碰撞电离）电子空穴对（碰撞
17、电离）通过通过PNPN结的少子获得能量大结的少子获得能量大与晶体中原子碰撞使共价键的束缚与晶体中原子碰撞使共价键的束缚电荷挣脱共价键电荷挣脱共价键PNPN结反向高场强结反向高场强载流子倍增效应载流子倍增效应齐纳击穿：齐纳击穿：形成形成电子空穴对电子空穴对直接将直接将PNPN结中的束缚电荷从共价键中拉出来结中的束缚电荷从共价键中拉出来PNPN结电场很大结电场很大很大反向电流很大反向电流齐纳击穿需要很高的场强：齐纳击穿需要很高的场强：2 210105 5 V/cmV/cm只有杂质浓度高，只有杂质浓度高，PNPN结窄时才能达到此结窄时才能达到此条件条件齐纳二极管（稳压管）齐纳二极管（稳压管）电击穿电
18、击穿:当反向电流与电压的乘积不超过当反向电流与电压的乘积不超过PNPN结容许的耗结容许的耗散功率时散功率时,称为电击穿，是可逆的。即反压降低时称为电击穿，是可逆的。即反压降低时,管子可恢复原来的状态。管子可恢复原来的状态。热击穿热击穿:若反向电流与电压的乘积超出若反向电流与电压的乘积超出PNPN结的耗散结的耗散功率功率,则管子会因为过热而烧毁则管子会因为过热而烧毁,形成热击穿形成热击穿不可逆。不可逆。热击穿和电击穿热击穿和电击穿 雪崩击穿、齐纳击穿雪崩击穿、齐纳击穿可逆可逆电容：可存储、释放电荷（电场能量）的电器元件电容：可存储、释放电荷（电场能量）的电器元件介质介质金属板金属板 PNPN结具
19、有电容效应，耗尽层电导率低，相当于介质；结具有电容效应，耗尽层电导率低，相当于介质；P P、N N型型区相对来说电导率较高，相当于金属板区相对来说电导率较高，相当于金属板3.2.5 PN3.2.5 PN结的电容效应结的电容效应1.1.扩散电容扩散电容C CD D扩散电容是由多子扩散后，扩散电容是由多子扩散后，在在PNPN结的另一侧面积累而形结的另一侧面积累而形成的。成的。当外加正向电压不同当外加正向电压不同时，时，PNPN结两侧堆积的多子的结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这就浓度梯度分布也不同，这就相当电容充放电过程。相当电容充放电过程。2 2 势垒电容势垒电容C CB B势垒电容是由空
20、间电荷势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。区的离子薄层形成的。当外加电压使当外加电压使PNPN结上压结上压降发生变化时，离子薄降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之层的厚度也相应地随之改变，这相当改变，这相当PNPN结中存结中存储的电荷量也随之变化，储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。犹如电容的充放电。考虑考虑PNPN结的电容效应后，高频或开关状态时，结的电容效应后，高频或开关状态时，等效为：等效为：BDdCCC3.3 二极管二极管 3.3.1 二极管的结构二极管的结构 3.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 3.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数3.3.1 二极管的结构
21、二极管的结构 在在PNPN结上加上引线和封装，就成为一个二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有管。二极管按结构分有点接触型、面接触型点接触型、面接触型两大两大类。类。(1)(1)点接触型二极管点接触型二极管(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图 PNPN结面积小，结结面积小，结电容小，用于检波和电容小，用于检波和变频等高频电路。变频等高频电路。（a）面接触型）面接触型 （b）集成电路中的平面型）集成电路中的平面型(2)(2)面接触型二极管面接触型二极管 PNPN结面积大，用于结面积大，用于低频、大电流整流电路。低频、大电流整流电路。无论是点接触型
22、、面接触型二极管，电路符号皆为：无论是点接触型、面接触型二极管，电路符号皆为：半导体二极管实物半导体二极管实物 3.3.2 二极管的二极管的V-I 特性特性二极管的二极管的V-I 特性曲线可用下式表示特性曲线可用下式表示)1e(/SDD TVIiv锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V V-I I 特性特性硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V V-I I 特性特性硅硅管的管的V Vthth=0.5V=0.5V左右左右锗锗管的管的V Vthth=0.1V=0.1V左右左右 当当0 0V VV Vthth时，时，正向电流为零，正向电流为零，V Vthth称称死区电压或开启电压。死区电压或
23、开启电压。1.1.正向特性正向特性-分为两段：分为两段：当当V V V Vthth时，时，开始出现正向电流，开始出现正向电流，并按指数规律增长。并按指数规律增长。返回返回SiSi管与管与GeGe管管V-IV-I特性的差异特性的差异硅硅管正向导通压降约为管正向导通压降约为0.7V0.7V锗锗管正向导通压降约为管正向导通压降约为0.20.2V V反向区也分两个区域：反向区也分两个区域：当当V VBRBRV V0 0时，反向电流很小，时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称变化，此时的反向电流也称反反向饱和电流向饱和电流I IS S 。2.2.反
24、向特性反向特性返回返回反向饱和电流：反向饱和电流：硅管为纳安（硅管为纳安（10109 9）级）级锗管为微安（锗管为微安（10106 6）级）级 管子反向击穿时的电压值。管子反向击穿时的电压值。管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流(1)(1)最大整流电流最大整流电流I IF F(2)(2)反向击穿电压反向击穿电压V VBRBR(3)(3)反向电流反向电流I IR R二极管未击穿时的反向电流。二极管未击穿时的反向电流。I IR R越小，管子的单向导电性越好。越小，管子的单向导电性越好。3.3.3 二极管的主要参二极管的主要参数数 由于由于PNPN结的
25、电容效应，当二极管外加电压极结的电容效应，当二极管外加电压极性变化时，特别是由正偏变为反偏时，其状态性变化时，特别是由正偏变为反偏时，其状态由正偏变为反偏，但翻转瞬间会有很大反向电由正偏变为反偏，但翻转瞬间会有很大反向电流，需要恢复时间，才能达到反向截止状态。流，需要恢复时间，才能达到反向截止状态。(5)(5)反向恢复时间反向恢复时间T TRRRR 二极管的参数是正确使用二极管的依据，二极管的参数是正确使用二极管的依据，工程使用中，应特别注意最大整流电流和反向工程使用中，应特别注意最大整流电流和反向击穿电压这两个参数。击穿电压这两个参数。3.4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其
26、分析方法 3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法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二极管电路的简化模型分析方法3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法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解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V V-I I 特性曲线。特性曲线。例例3.4.1 电路如图所示，已知二极管的电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电
27、源特性曲线、电源VDD和电阻和电阻R，求二极管两端电压求二极管两端电压vD和流过二极管的电流和流过二极管的电流iD。解：由电路的解：由电路的KVLKVL方程，可得方程，可得 RViDDDDv DDDD11VRRi v即即 是一条斜率为是一条斜率为-1/R的直线，称为的直线，称为负载线负载线 Q的坐标值（的坐标值（VD，ID）即为所求。即为所求。Q点称为电路的点称为电路的工作点工作点也可联解方程组：也可联解方程组：DDDD11VRRi v)1e(/SDD TVIiv复杂！复杂！3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V V-I I 特性的建模特性的
28、建模（1 1）理想模型）理想模型 正偏时：管压降为正偏时：管压降为0 0，电阻也为电阻也为0 0。反偏时：电流为反偏时：电流为0 0，电阻为电阻为。又称开关模型又称开关模型 （2 2）恒压降模型（）恒压降模型（i iD D1mA1mA时时）0.7V 0.7V 硅管硅管0.2V 0.2V 锗管锗管正偏时：正偏时：Dv反偏时反偏时:0Di放大电路多用此模型放大电路多用此模型（3 3）折线模型）折线模型20015.07.0mAVViVVrDthDDVVth5.0（硅二极管）（硅二极管）折线段：折线段：DDthDriVvDi2005.0正偏时：正偏时：反偏时反偏时:0DimAID1VVD7.0tg例例
29、1 1 二极管加正向电压二极管加正向电压V 0D VmA 1/DDD RVI1.1.理想模型理想模型R R=10k=10k V VDDDD=10V=10V，mA 93.0/)(DDDD RVVI2.2.恒压模型恒压模型V 7.0D V（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）3.3.折线模型折线模型V 5.0th V（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）mA 931.0DthDDD rRVVI k 2.0DrV 69.0DDthD rIVV二极管正偏置，形成直流电流二极管正偏置，形成直流电流静态静态，（，（V VD D，I ID D）为）为静态工作点静态工作点Q Q（与例（与例3.4.13.4.1比较
30、）比较）（4 4）小信号模型）小信号模型此电路可以看成静态（直流通路）动态（交流通路）：此电路可以看成静态（直流通路）动态（交流通路）：vs=Vmsin t 时（时（VmVT。例：图示电路中，例：图示电路中，VDD=10V，R=10k，恒压降模型的恒压降模型的VD=0.7V，vs=0.1sin t V。（。（1）求输出电压求输出电压vO的交流量和总量；（的交流量和总量；（2）绘出）绘出vO的波形。的波形。此电路可以看成静态（直流通路）动态（交流通路）：此电路可以看成静态（直流通路）动态（交流通路）：)(sin0997.0VtvrRRvsdo动态：动态：2893.026mAmVrd静态：静态：m
31、A 93.0/)(DDDD RVVIV 7.0D VVRIVDo3.9所以：所以：)(sin0997.03.9VtvVvoOO注意注意1：二极管电路的求解实际上使用了叠加定理：二极管电路的求解实际上使用了叠加定理)(sin0997.03.9VtvVvoOO实际上二极管电路是非线性电路，叠加定理是不成立的实际上二极管电路是非线性电路，叠加定理是不成立的微变范微变范围，折线代替了曲线围，折线代替了曲线工程近似。工程近似。注意注意2：电量的大小写有严格含义：电量的大小写有严格含义大写表示直流量，小写表示大写表示直流量，小写表示交流量，电量大写、下标小写表示混合量。交流量，电量大写、下标小写表示混合量
32、。Multisim 仿真 li1如果此电路中交流信号源作为直流电源的扰动，关心的是二极管的压降：如果此电路中交流信号源作为直流电源的扰动，关心的是二极管的压降：IdddVrRrv动态：动态：2893.026mAmVrd静态：静态：mA 93.0/)(DDDD RVVIV 7.0D V即：二极管电压变化为即：二极管电压变化为 2.27mV，很小，几乎稳压在，很小，几乎稳压在0.7V左右左右稳压稳压若若VI变化变化 1V，即峰峰值，即峰峰值2V的任意波形交流信号，则：的任意波形交流信号，则：mVrRrvddd58.52峰峰3 4V以下，可用多只二极管串联以下，可用多只二极管串联低压稳压电路低压稳压
33、电路Multisim 仿真 li22 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例1)1)整流电路整流电路3)3)限幅电路限幅电路 电路如图，电路如图，R=1k，VREF=3V，二极管为二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当当vI=6sin t V时，绘出相应的输出电压时，绘出相应的输出电压vO的波的波形。形。解：解：（1 1）理想模型）理想模型（2 2）恒压降模型）恒压降模型例：已知电路的输入波形为例：已知电路的输入波形为 v i,v i,二极管的二极管的V VD D 为为0.60.6伏，试伏，试画出其输出波形。画出其输出波形。解：解：V V
34、i i 3.6V 3.6V时，二极管导通，时，二极管导通，v vo o=3.6V3.6V。V Vi i 3.6VVV1 1时，时，D D1 1导通、导通、D D2 2截止，截止，V Vo o=V=V1 1。V Vi iVV2 2时，时，D D2 2导通、导通、D D1 1截止，截止，V Vo o=V=V2 2。V V2 2 V Vi iVV1 1时，时，D D1 1、D D2 2均均截止，截止，V Vo o=V=Vi i。例：理想二极管电路中例：理想二极管电路中 v vi i=V V m sint Vm sint V，求输出波形求输出波形v v0 0。解：解：V VI I25V25V25V ，
35、D1D1导通，导通，D2D2截止。截止。32532IOVVV VI I137.5V137.5V，D1D1、D2D2均导通。均导通。V VO O=25V=25V25300200)25(IOVVV VO O=100V=100VV VI I25V25V75V75V100V100V25V25V 50V50V100V100V 125V125VV VO O50V50V75V75V150V150V0 0137.5137.5例：画出理想二极管电路的传输特性（例：画出理想二极管电路的传输特性（V Vo oV VI I）。）。当当V VI I000时时D D1 1截止截止D D2 2导通导通IOVV210 0V
36、VI IV VO O-5V-5V+5V+5V+5V+5V-5V-5V+2.5V+2.5V-2.5V-2.5V例：画出理想二极管电路的传输特性例：画出理想二极管电路的传输特性（V Vo oV VI I）。）。正半周：正半周：D1D1、D3 D3 导通导通D2D2、D4 D4 截止截止负半周负半周D2D2、D4D4导通导通D1D1、D3D3截止截止例：求整流电路的输出波形。例：求整流电路的输出波形。解：解：3.5 特殊二极管特殊二极管 3.5.1 齐纳二极管齐纳二极管(稳压二极管稳压二极管)3.5.2 变容二极管变容二极管 3.5.3 肖特基二极管肖特基二极管 3.5.4 光电子器件光电子器件3.
37、5.1 齐纳齐纳二极管二极管1.符号及稳压特性符号及稳压特性 利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。工作在反向电击穿状态。(1)稳定电压稳定电压VZ(2)动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作电流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。下，所对应的反向工作电压。rZ=VZ/IZ2.稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数 r rZ Z愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。工程实际使用中，常常忽略动态电阻工程实际使用中，常常忽略动态电阻r rZ Z 最大稳定工作电流取决于最
38、大耗散功率，即最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即P PZmaxZmax =V VZ ZI IZmaxZmax 。而而I Izminzmin对应对应V VZminZmin。若若I IZ ZI IZminZmin则不能稳压。则不能稳压。(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流和最小稳定工作电流 IZmin(5)稳定电压温度系数稳定电压温度系数 VZ取决于取决于PNPN结的面积和散热等条件。反向工作时结的面积和散热等条件。反向工作时PNPN结结的功率损耗为的功率损耗为 P PZ Z=V VZ ZI IZ Z，由，由 P PZMZ
39、M和和V VZ Z可以决定可以决定I IZMZM IR IZ IoRLIoIRVRIZIRVoVoVZVR)(0RIVVV3.稳压电路稳压电路例例3.5.23.5.2 变容变容二极管二极管（a）符号）符号 （b）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）结电容随反向电压增加而减小结电容随反向电压增加而减小3.5.3 肖特基二极管肖特基二极管金属半导体结二极管（表面势垒二极管）金属半导体结二极管（表面势垒二极管）特点特点1：电容效应小：电容效应小特点特点2：正向门坎电压低：正向门坎电压低3.5.4 光电子器件光电子器件1.光电二极管光电二极管（a）符号）符号 （
40、b）电路模型）电路模型 （c）特性曲线）特性曲线 反向电流与照度成正比反向电流与照度成正比2.发光二极管发光二极管符号符号光电传输系统光电传输系统 正向导通时发光正向导通时发光电信号光信号光缆传输电信号电信号光信号光缆传输电信号3.激光二极管激光二极管（a）物理结构）物理结构 （b）符号）符号 第三章小结第三章小结半导体在本征激发后具有导电性能，载流子浓度半导体在本征激发后具有导电性能，载流子浓度与温度有关；与温度有关；P P型半导体中多子为空穴，少子为电子；型半导体中多子为空穴，少子为电子；N N型半导型半导体中多子为电子，少子为空穴；体中多子为电子，少子为空穴；PNPN结具有单相导电性；结
41、具有单相导电性；正向偏置时：正向偏置时：管压降为管压降为0 0，电阻也为，电阻也为0 0。反向偏置时：反向偏置时：电流为电流为0 0，电阻为，电阻为。当当i iD D11m mA A时，时，v vD D=0.7V=0.7V（硅）硅）v vD D=0.2V=0.2V（锗）锗）（实际模型）（实际模型）20015.07.0mAVViVVrDthDDDDDthDiriVv2005.0)()(26mAImVrDD静态工作点静态工作点Q Q上小信号工作范围时，二极管等效为动态电阻上小信号工作范围时，二极管等效为动态电阻第三章习题常见类型第三章习题常见类型半导体基础知识正确的判断；半导体基础知识正确的判断；
42、电子电路中二极管、稳压管工作状态的判断；电子电路中二极管、稳压管工作状态的判断；已知电子电路的输入电压求输出电压。已知电子电路的输入电压求输出电压。例题例题1 1 判断、填空判断、填空 在在N N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为可将其改型为P P型半导体。（型半导体。（）因为因为N N型半导体的多子是自由电子，所以它带型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。（负电。（）PNPN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（）二极管的电流方程是二极管的电流方程是 。稳压管的稳压区是其工作稳压管的稳压区是其工作在在 。
