1、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1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识导体导体(Conductor)半导体半导体(Semiconductor)绝缘体绝缘体(Insulator)物质物质半导体的特性：半导体的特性：1导电能力介于导体和绝缘体之间；导电能力介于导体和绝缘体之间；2导电能力随温度、光照或掺入某些杂质而导电能力随温度、光照或掺入某些杂质而发生显著变化。发生显著变化。本征半导体本征半导体杂质半导体杂质半导体+14284+3228 18 4硅原子（硅原子（Silicon）锗原子（锗原子（Germanium）图图1 硅和锗原子结构图硅和锗原子结构图硅（硅（Si）、锗
2、（）、锗（Ge）和砷化镓（）和砷化镓（GaAs）-本征半导体本征半导体（纯净纯净的的单晶单晶半导体半导体）1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识+4+4+4+4共共 价价 键键价价 电电 子子图图1-2 单晶硅和锗共价键结构示意图单晶硅和锗共价键结构示意图-本征半导体本征半导体1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识-本征半导体本征半导体1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识半导体导电的原因：半导体导电的原因：半导体中存在半导体中存在2种载流子种载流子(Carrier)，即即自由电子自由电子(Free Electron)和空穴和空穴(Hole)。受外界能量激发（热、电、光），价
3、电子获得一定的额外能受外界能量激发（热、电、光），价电子获得一定的额外能量，部分价电子能够冲破共价键的束缚量，部分价电子能够冲破共价键的束缚,形成自由电子和空形成自由电子和空穴对穴对 本征激发本征激发。复合：复合：由于正负电荷相吸引，自由电子会填入空穴成为价电由于正负电荷相吸引，自由电子会填入空穴成为价电子，同时释放出相应的能量，从而消失一对电子、空穴，这子，同时释放出相应的能量，从而消失一对电子、空穴，这一过程称为复合，与本征激发是相反的过程。一过程称为复合，与本征激发是相反的过程。本征载流子浓度：本征载流子浓度：载流子浓度：载流子浓度：载流子浓度越大，复合的机会就越载流子浓度越大，复合的机
4、会就越多。在一定温度下，当没有其它能量存在时，电多。在一定温度下，当没有其它能量存在时，电子、空穴对的产生与复合最终达到一种热平衡状子、空穴对的产生与复合最终达到一种热平衡状态，使本征半导体中载流子的浓度一定。态，使本征半导体中载流子的浓度一定。-本征半导体本征半导体1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识0/23/20GEkTiinpATe式中：式中：ni、pi 分别表示电子和空穴的浓度（分别表示电子和空穴的浓度（-3）；）；T为热力学温度（为热力学温度（K）；）；EG0为为T=0K（-273oC）时的禁带宽度（硅为）时的禁带宽度（硅为1.21eV，锗为，锗为0.78eV）；）；k为玻尔
5、兹曼常数（为玻尔兹曼常数（8.6310-6V/K）；）；A0为与半导体材料有关的常数（硅为为与半导体材料有关的常数（硅为3.871016-3 ，锗为锗为1.761016-3 ）。）。23K23K本征载流子浓度：本征载流子浓度：-本征半导体本征半导体1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识说明说明 随着随着T的增加，载流子浓度按指数规律增加的增加，载流子浓度按指数规律增加对对温度非常敏感。温度非常敏感。在在T=300K的室温下，的室温下，本征硅（锗）的载流子浓度本征硅（锗）的载流子浓度=1.431010-3（2.381013-3），），本征硅（锗）的原子密度本征硅（锗）的原子密度=51022
6、-3 （4.41022-3）。）。相比之下，室温下只有极少数原子的价电子相比之下，室温下只有极少数原子的价电子(三三万亿分之一万亿分之一)受激发产生电子、空穴对。受激发产生电子、空穴对。结论结论：本征半导体的导电能力是很弱的；本征半导体的导电能力是很弱的；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，所以其导电性能对温度的变化很敏感。所以其导电性能对温度的变化很敏感。-本征半导体本征半导体1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识 在本征半导体中掺入微量的元素（称为杂质），在本征半导体中掺入微量的元素（称为杂质），会使其导电性能发生显著变化会使其导电
7、性能发生显著变化杂质半导体杂质半导体。根据掺入杂质的不同，杂质半导体可分为根据掺入杂质的不同，杂质半导体可分为 N型半导体型半导体和和P型半导体型半导体。1-1-2 1-1-2 杂质半导体杂质半导体（掺杂半导体掺杂半导体 Impurity Semiconductor）1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识在杂质半导体中：在杂质半导体中：浓度占优势的载流子称为：多数载流子，简称多浓度占优势的载流子称为：多数载流子，简称多子；反之称为少数载流子，简称少子。子；反之称为少数载流子，简称少子。杂质半导体的载流子浓度：杂质半导体的载流子浓度：多子的浓度多子的浓度在杂质半导体中，杂质原子所提供的多子
8、数在杂质半导体中，杂质原子所提供的多子数远大于远大于本征激发的载流子数。因此，多子的浓度主要由掺本征激发的载流子数。因此，多子的浓度主要由掺杂浓度决定。杂浓度决定。少子的浓度少子的浓度少子主要由本征激发产生，因掺杂不同，会随少子主要由本征激发产生，因掺杂不同，会随多子浓度的变化而变化。多子浓度的变化而变化。1-1-2 1-1-2 杂质半导体杂质半导体1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识结论结论：在热平衡下，多子浓度值与少子浓度值的乘：在热平衡下，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积恒等于本征载流子浓度值ni的平方。的平方。例如对例如对N型半导体，多子型半导体，多子nn与
9、少子与少子pn有：有：222nniiinnDnpnnnpnN 杂质半导体的载流子浓度：杂质半导体的载流子浓度：1-1-2 1-1-2 杂质半导体杂质半导体1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识结论结论：在热平衡下，多子浓度值与少子浓度值的乘：在热平衡下，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积恒等于本征载流子浓度值ni的平方。的平方。杂质半导体的载流子浓度：杂质半导体的载流子浓度：1-1-2 1-1-2 杂质半导体杂质半导体1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识对对P型半导体，多子型半导体，多子pp与少子与少子np有：有：222ppiiippApnnnnnpN 小结小结
10、1.本征半导体通过掺杂，可以大大改变半导本征半导体通过掺杂，可以大大改变半导体内载流子的浓度，并使一种载流子多，体内载流子的浓度，并使一种载流子多，另一种载流子少。另一种载流子少。2.多子浓度主要取决于杂质的含量，它与温多子浓度主要取决于杂质的含量，它与温度几乎无关；少子的浓度则主要与本征激度几乎无关；少子的浓度则主要与本征激发有关，因而它的浓度与温度有十分密切发有关，因而它的浓度与温度有十分密切的关系。的关系。1-1-3 半导体中的电流半导体中的电流在导体中，载流子只有一种：自由电子。在导体中，载流子只有一种：自由电子。一种类型的电流：在电场作用下，产生定向的漂一种类型的电流：在电场作用下，
11、产生定向的漂移运动形成移运动形成漂移电流漂移电流。在半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。在半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。电场作用下的电场作用下的漂移电流漂移电流两种类型的电流两种类型的电流 浓度差导致的浓度差导致的扩散电流扩散电流1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识IpIn漂移电流漂移电流pnIII总电流：总电流：1、定义：、定义：在电场作用下，半导体中的载流子作在电场作用下，半导体中的载流子作定向飘移运动而形成的电流。定向飘移运动而形成的电流。载流子浓度载流子浓度外加电场强外加电场强度度迁移速度迁移速度1-1-3 半导体中的电流半导体中的电流1-1 半导体物理基础知识半导体
12、物理基础知识在半导体工作中，扩散运动是比漂移运动更为重要在半导体工作中，扩散运动是比漂移运动更为重要的导电机理。金属导体是不具有这种电流的，正是的导电机理。金属导体是不具有这种电流的，正是由于扩散电流特性，才能够将它做成电子器件。由于扩散电流特性，才能够将它做成电子器件。平衡载流子浓度平衡载流子浓度：一般的本征半导体在温度不一般的本征半导体在温度不变、无光照或其他激发下，载流子浓度分布均变、无光照或其他激发下，载流子浓度分布均匀。匀。非平衡载流子浓度非平衡载流子浓度：若一端注入载流子或用光若一端注入载流子或用光线照射该端。则该端的载流子浓度增加。线照射该端。则该端的载流子浓度增加。扩散电流扩散
13、电流1-1-3 半导体中的电流半导体中的电流1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识x0 x0n(0)n(x)p(x)n0图图16半导体中载流子的浓度分布半导体中载流子的浓度分布 扩散电流扩散电流大小大小主要取主要取决于该处载流子浓度差（即决于该处载流子浓度差（即浓度梯度）。浓度梯度）。浓度差越大，扩散电浓度差越大，扩散电流越大，而与该处的流越大，而与该处的浓度浓度值无关值无关。1-2 PN结结PN结是半导体器件的核心结是半导体器件的核心PN本征硅的一边做成本征硅的一边做成P型半导体，一边做成型半导体，一边做成N型半导体。交界处形成一个很薄的特殊物型半导体。交界处形成一个很薄的特殊物理层理
14、层 PN结结+PN（a）空穴和电子的扩散空穴和电子的扩散图图1-7 PN结的形成结的形成1-2-1 结的形成结的形成1-2 PN结结PN空间电荷区空间电荷区内电场内电场UB（b）平衡时的平衡时的PN结结图图1-7 PN结的形成结的形成+1-2-1 结的形成结的形成1-2 PN结结*平衡时，多子扩散与少子漂移达到平衡，即扩平衡时，多子扩散与少子漂移达到平衡，即扩散过去多少多子，就有多少少子漂移过来散过去多少多子，就有多少少子漂移过来*开始扩散运动占优势开始扩散运动占优势*内电场形成，阻止内电场形成，阻止多子多子扩散，但促进扩散，但促进少子少子漂移漂移*达到平衡的过程：扩散运动达到平衡的过程：扩散
15、运动 空间电荷区空间电荷区 内电场内电场 多子扩散多子扩散、少子漂移、少子漂移 最终达最终达到动态平衡到动态平衡1-2-1 结的形成结的形成1-2 PN结结说明：说明：*空间电荷区（耗尽区、阻挡区、势垒区）空间电荷区（耗尽区、阻挡区、势垒区）1-2-1 结的形成结的形成1-2 PN结结说明：说明：NP耗尽区(a)PN耗尽区(b)图图18 不对称不对称PN结结 PN耗尽耗尽区区内电场内电场UB-U图图1-9 正向偏置的正向偏置的PN结结+-ERU+1-2-2 结的单向导电特性结的单向导电特性1-2 PN结结说明：说明：由于耗尽层相对由于耗尽层相对P区和区和N区为高阻区，所以外区为高阻区，所以外加
16、电压绝大部分都降在耗尽区加电压绝大部分都降在耗尽区 由于内电场减弱，有利于多子的扩散，多子由于内电场减弱，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，通过源源不断扩散到对方，形成扩散电流，通过回路形成正向电流回路形成正向电流 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，就能产生很大的正向电流就能产生很大的正向电流1-2-2 结的单向导电特性结的单向导电特性1-2 PN结结图图1-10 反向偏置的反向偏置的PN结结ERPN耗尽耗尽区区内电场内电场UB+U-+U+1-2-2 结的单向导电特性结的单向导电特性1-2 PN结结 外加电场强行将多子推离耗尽区，使耗
17、尽区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。变宽，内电场增强。内电场增强，多子扩散很难进行，而有利于内电场增强，多子扩散很难进行，而有利于少子的漂移。少子的漂移。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，电流，反向电流很小。反向电流很小。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。说明：说明：1-2-2 结的单向导电特性结的单向导电特性1-2 PN结结因此，因此，PN结结具有具有单向导电单向导电特性。特性。综上所述，综上所述，PN结加正向电压时，电流很大结加正向电压时，电流很大并随外加电压有明显变化，而加反向电压时
18、，并随外加电压有明显变化，而加反向电压时，电流很小，且不随外加电压变化。电流很小，且不随外加电压变化。1-2-2 结的单向导电特性结的单向导电特性1-2 PN结结说明：说明：PN结电流方程结电流方程)1(/TUuseIi图图1-11 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。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，iu01-2-2 结的单向导电特性结的单向导电特性1-2 PN结结PN结电流方程结电流方程)1(/TUuseIi图图1-11 PN结的伏安特性结的伏安特性iu0TT1-2-2 结的单向导电特性结的单向导电特
19、性1-2 PN结结工程上定义了一个工程上定义了一个导通电压导通电压UD(on)。硅管：硅管：UD(on)=0.7V。锗。锗管：管：UD(on)=0.3V因此，伏安特性曲线的正向区因此，伏安特性曲线的正向区域分成趋势明显不同的两段。域分成趋势明显不同的两段。当反向电压超过一定值后，当反向电压超过一定值后，|u|稍有增加时，反向电流急稍有增加时，反向电流急剧增大，这种现象称为剧增大，这种现象称为PN结反向击穿，该击穿电压阈结反向击穿，该击穿电压阈值用值用U(BR)表示表示。PN结的伏安特性结的伏安特性iu0-U(BR)因此，伏安特性曲线的反因此，伏安特性曲线的反向区域也分成趋势明显不向区域也分成趋
20、势明显不同的两段。同的两段。注意！注意！击穿损坏击穿损坏PN结电流方程结电流方程1-2-2 结的单向导电特性结的单向导电特性1-2 PN结结击穿击穿种类种类掺杂掺杂情况情况耗尽层耗尽层宽度宽度击穿机理击穿机理雪崩雪崩击穿击穿轻掺杂轻掺杂宽宽因为耗尽层宽，使加速的少子因为耗尽层宽，使加速的少子撞击耗尽区的中性原子，产生撞击耗尽区的中性原子，产生电子、空穴对，反复作用使载电子、空穴对，反复作用使载流子数目迅速增加流子数目迅速增加齐纳齐纳击穿击穿重掺杂重掺杂窄窄较窄的耗尽区有很强的电场，较窄的耗尽区有很强的电场，强电场使耗尽区的价电子被直强电场使耗尽区的价电子被直接拉出共价键，产生电子、空接拉出共价
21、键，产生电子、空穴对。穴对。1-2-3 PN结的击穿特性结的击穿特性有两种击穿机理有两种击穿机理:雪崩击穿雪崩击穿和和齐纳击穿齐纳击穿。1-2 PN结结1-2-4 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化，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。子数目变化，即存储的电荷量变化。一、一、势垒电容势垒电容CTPN空间电荷区空间电荷区+1-2 PN结结N区耗尽区P 区x0 x0Lnnp0Qnnp(0)np图图112 P区少子浓度分布曲线区少子浓度分布曲线 多子扩
22、散多子扩散在对方区形成非平在对方区形成非平衡少子的浓度分布衡少子的浓度分布曲线曲线若偏置电压变化若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变化电荷变化二、扩散电容二、扩散电容CD1-2-4 PN结的电容特性结的电容特性1-2 PN结结结电容结电容Cj=CT+CD结论结论:因为因为CT和和CD并不大，所以在高频工作时，才考并不大，所以在高频工作时，才考虑它们的影响。虑它们的影响。正偏时以正偏时以CD为主，为主，Cj CD，其值通常，其值通常为几十至几百为几十至几百pF；反偏时以反偏时以CT为主，为主，Cj CT,其值通常其值通常为几至几十为几至几十pF。（如：。（如：
23、变容二极管变容二极管）1-2-4 PN结的电容特性结的电容特性1-2 PN结结1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路PN结加上电极引线和管壳就形成晶体二极管。结加上电极引线和管壳就形成晶体二极管。图图1-13 晶体二极管结构示意图及电路符号晶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正极正极负极负极半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管1-3-1 二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线二极管特性曲二极管特性曲线与线与PN结基本结基本相同，略有差相同，略有差异。异。图图1-14 二极管伏安特性曲线二
24、极管伏安特性曲线 i/mAu/V(A)0102030-5-10-0.50.5硅硅 二二 极极 管管1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路1-3-1 二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线 i/mAu/V(A)0102030-5-10-0.50.51-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路一、正向特性一、正向特性硅硅:UD(on)=0.50.6V；1.导通电压或死区电压导通电压或死区电压锗锗:UD(on)=0.10.2V。2.曲线分段：曲线分段：指数段（小电流时）、指数段（小电流时）、直线段（大电流时）。直线段（大电流时）。1-3-1 二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特
25、性曲线 i/mAu/V(A)0102030-5-10-0.50.51-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路一、正向特性一、正向特性1.导通电压导通电压2.曲线分段曲线分段3.小功率二极管正常工作小功率二极管正常工作的电流范围内，管压降变的电流范围内，管压降变化比较小。化比较小。硅：硅：0.60.8V，锗：锗：0.10.3V。1-3-1 二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线 i/mAu/V(A)0102030-5-10-0.50.51-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路一、反向特性一、反向特性2.小功率二极管的反向电小功率二极管的反向电流很小。流很小。一般硅管一般硅
26、管0.1 A，锗管，锗管几十微安。几十微安。1.反向电压加大时，反向反向电压加大时，反向电流也略有增大。电流也略有增大。1-3-2 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 图图1-15 二极管电阻的几何意义二极管电阻的几何意义IDUDQ1RD=UD/IDRD 的的几何意义几何意义：iu0Q2(a)直流电阻直流电阻RDQ点到原点直线斜率的倒数。点到原点直线斜率的倒数。RD不是恒定的，不是恒定的，正向的正向的RD随工随工作电流增大而减小，作电流增大而减小，反向的反向的RD随反向电压的增大而增大。随反向电压的增大而增大。1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路1.正向电
27、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（quiescent）点（直流工作点、静态工作点）点（直流工作点、静态工作点）不同，测出的电阻也不同；不同，测出的电阻也不同；结结 论论 因此，二极管具有单向导电特性。因此，二极管具有单向导电特性。二二、交流电阻、交流电阻二极管在工作状态二极管在工作状态(I DQ,UDQ)下的电压微变量与电流微变量之比。下的电压微变量与电流微变量之比。,DQDQDQDQDIUIUduUdiIr iu0Q i u(b)交流电阻交流电阻rDrD 的的几何意义几何意义:Q(IDQ,UDQ)点处切线斜率的倒数。点处切线斜率的倒数。1-
28、3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路1-3-2 二极管的主要参数二极管的主要参数2 6()()TD QD QUm VIIm A /11Tu USQTQdiI eduU /(1)(1)Tu Uqu kTSSiIeIe QDdidur 与与IDQ成反比，并与温度有关。成反比，并与温度有关。二二、交流电阻、交流电阻1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路1-3-2 二极管的主要参数二极管的主要参数例：例：已知已知V为为Si二极管，流过二极管，流过V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V的交流的交流电流电流 I=?10VVR0.9
29、3K UID解：交流电阻解：交流电阻2 6()1 0()2.6TDD QUm VrIm A 21 0()2.69 3 0()1.11 0DUIRrm Vm A 交流电流为：交流电流为：三、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)容易发生反容易发生反向击穿。向击穿。未击穿时的反向电流。未击穿时的反向电流。IR越小，单向导电性越小，单向导电性能越好能越好1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路1-3-2 二极管的
30、主要参数二极管的主要参数六六最高工作频率最高工作频率 f M 需要指出，手册中给出的一般为典型值，需需要指出，手册中给出的一般为典型值，需要时应通过实际测量得到准确值。要时应通过实际测量得到准确值。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时，二极管的单向导电性能变坏。变坏。1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路1-3-2 二极管的主要参数二极管的主要参数1-3-3 晶体二极管模型晶体二极管模型由于二极管的非线性特性，当电路加入二极由于二极管的非线性特性，当电路加入二极管时，便成为非线性电路。实际应用时可根据二管时，便成为非线性电路。实际应用时可根据二极管的应用条件
31、作合理近似，得到相应的等效电极管的应用条件作合理近似，得到相应的等效电路，化为线性电路。路，化为线性电路。非线性非线性近似近似线性线性1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路iA2uB0C0理想理想模模型型U0U 0121-3-3 晶体二极管模型晶体二极管模型1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路iAuBUD(on)C0UUD(on)U UD(on)12UD(on)恒压降恒压降模模型型1-3-3 晶体二极管模型晶体二极管模型1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路iA1uBUD(on)C0UUD(on)U UD(on)12UD(on)rD(on)折线折线模
32、模型型1-3-3 晶体二极管模型晶体二极管模型1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路一、二极管一、二极管整流整流电路电路图图1-17 1-17 二极管半波整流电路及波形二极管半波整流电路及波形tui uot00(b)(b)输入、输出波形关输入、输出波形关系系1-3-4 二极管基本应用电路二极管基本应用电路VRLuiuo(a)a)电路电路1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路二、二极管二、二极管限幅限幅电路电路图图1-20 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、输出波形关输入、输出波形关系系t0 uo/V2.7-5-55(a)a)
33、电电路路E2VVRuiuo1-3-4 二极管基本应用电路二极管基本应用电路1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路判别原则：判别原则：ui-E UD(ON)时时,V 导通，否则截止。导通，否则截止。u i 2.7V,V导通导通uo=E+0.7=2.7 V 当当u i 2.7V时时,V截止，即开路，截止，即开路，uo=u i。如何构成下限幅电路？如何构成下限幅电路？三、二极管开关电路三、二极管开关电路V1u1uo(a)V2ERu2ttt(b)uo/V03.7u1/V30u2/V300.7V1u1uo(a)V2ERu2ttt(b)uo/V03.7u1/V30u2/V300.7u1、u2
34、 E(5V)3.70.7t01-3-4 二极管基本应用电路二极管基本应用电路1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路1.稳压二极管的正向特性、反向特性与普通二极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，管基本相同，区别仅在于反向击穿时，特性曲线特性曲线更加陡峭更加陡峭2.稳压管在反向击穿后，能通过调节自身电流，稳压管在反向击穿后，能通过调节自身电流，实现稳定电压的功能。实现稳定电压的功能。电压几乎不变，为电压几乎不变，为-UZ。maxminZZZIII即当即当一、稳压二极管的特性一、稳压二极管的特性1-3-5 稳压二极管及稳压电路稳压二极管及稳压电路
35、1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路二、稳压二极管的主要参数二、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指击穿后流过稳压二极管的电流为规定值时，指击穿后流过稳压二极管的电流为规定值时，管子两端的电压值。管子两端的电压值。它是由管子温升所限定的参数，使用时不允它是由管子温升所限定的参数，使用时不允许超过此值。许超过此值。3.稳定电流稳定电流IZmax/ZZZIPU 1-3-5 稳压二极管及稳压电路稳压二极管及稳压电路1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路4.动态电阻动态电阻rZrZ是稳压二极管在击穿状态下，两端电压变化是稳压二极管在击穿状
36、态下，两端电压变化量与其电流变化量的比值。量与其电流变化量的比值。二、稳压二极管的主要参数二、稳压二极管的主要参数1-3-5 稳压二极管及稳压电路稳压二极管及稳压电路1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路所谓稳压指当所谓稳压指当Ui、RL变化时，变化时，UO保持恒定。保持恒定。三、稳压三、稳压二极管稳压电路二极管稳压电路RLIzILUO基本不变基本不变UiIzIL稳定稳定UO基本不变基本不变R IL RLUiUoIZVZ稳压原理稳压原理：若若Ui不变不变:若若RL不变不变:1-3-5 稳压二极管及稳压电路稳压二极管及稳压电路1-3 晶体二极管及其基本电路晶体二极管及其基本电路限流
37、电阻限流电阻R的选择：的选择：选择选择R的限制条件：当的限制条件：当Ui、RL变化时，变化时，Iz应满应满足足IzminIzIzmax 设外界条件为设外界条件为:UiminUiUimax；RLminRLRLmax 图图1-22 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路R ILIZVZ RLUiUo图图1-22 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路R ILIZVZ RLUiUo分析过程：分析过程：根据电路：根据电路：izzzLUVVIRRIz何时取最大值？何时取最大值？Ui=Uimax，RL=RLmaxmaxmaxmaxiZZZLUVVIRR图图1-22 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路R IL
38、IZVZ RLUiUomaxmaxminmaxmaxiZLLZZUVRRRRIVIz何时取最小值？何时取最小值？Ui=Uimin，RL=RLminminminminminminmaxminminiZZZLiZLLZZUVVIRRUVRRRRIV 图图1-22 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路R ILIZVZ RLUiUoRmin R Rmax因此，可得限流电阻的取值范围是：因此，可得限流电阻的取值范围是：图图1-22 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路R ILIZVZ RLUiUo作作 业业1.3、1.4、1.7、1.9、1.10+4+4+4+4自自 由由 电电 子子空空 穴穴束束 缚缚
39、 电电 子子过程：价电子变成自由电子过程：价电子变成自由电子共价键腾出一个空位（称为共价键腾出一个空位（称为空穴）空穴）空穴附近有足够能量的价电子可能会移动进入这空穴附近有足够能量的价电子可能会移动进入这个空穴个空穴移动后的电子又会留下空穴移动后的电子又会留下空穴如此往复如此往复图图1-3 本征激发产生电子和空穴本征激发产生电子和空穴注意：注意：1、空穴的运动可以看成一个带正电荷的粒子的运动。、空穴的运动可以看成一个带正电荷的粒子的运动。2、一个空穴的运动实际上是许多价电子（不是自由、一个空穴的运动实际上是许多价电子（不是自由电子）作相反运动的结果。但是一个空穴运动所引电子）作相反运动的结果。
40、但是一个空穴运动所引起的电流的大小只与空穴的多少有关，与多少个价起的电流的大小只与空穴的多少有关，与多少个价电子运动无关。电子运动无关。3、若没有空穴，价电子不会运动，即使互换位置也、若没有空穴，价电子不会运动，即使互换位置也不会带来电荷的迁移。不会带来电荷的迁移。图图1-4 N型半导体型半导体原子结构示意图原子结构示意图+4+5+4+4键外电子键外电子束缚电子束缚电子施主原子施主原子1-1-2 1-1-2 杂质半导体杂质半导体1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识说明说明 在本征硅（锗）中掺入少量的五价元素（如：磷、在本征硅（锗）中掺入少量的五价元素（如：磷、砷、锑等）就得到砷、锑等）
41、就得到N型半导体。型半导体。杂质原子顶替硅原子，多一个电子位于共价键之杂质原子顶替硅原子，多一个电子位于共价键之外，受原子的束缚力很弱，很容易激发成为自由外，受原子的束缚力很弱，很容易激发成为自由电子。电子。几乎一个杂质原子能提供一个自由电子，自由电几乎一个杂质原子能提供一个自由电子，自由电子数大大增加。子数大大增加。施主杂质施主杂质(Donor impurities)。由于自由电子的浓度增加，与空穴（本征激发产由于自由电子的浓度增加，与空穴（本征激发产生的）复合的机会也增加，因此空穴浓度相应减生的）复合的机会也增加，因此空穴浓度相应减少。少。图图1-5 P型半导体型半导体原子结构示意图原子结
42、构示意图受主原子受主原子空空 穴穴 +4+3+4+4束缚电子束缚电子1-1-2 1-1-2 杂质半导体杂质半导体1-1 半导体物理基础知识半导体物理基础知识 在本征硅（或锗）中，掺入少量的三价元在本征硅（或锗）中，掺入少量的三价元素（硼、铝等），就得到素（硼、铝等），就得到P型半导体型半导体。室温时，几乎全部杂质原子都能提供一个空室温时，几乎全部杂质原子都能提供一个空穴穴受主杂质受主杂质(Acceptor impurities)(Acceptor impurities)多子多子（多数载流子）：空穴；（多数载流子）：空穴；少子少子（少数载流子）：自由电子；（少数载流子）：自由电子；P型半导体是型
43、半导体是电中性的。电中性的。说明说明图图1-21 稳压二极管及其特性曲线稳压二极管及其特性曲线(a)a)电路符号电路符号i/mAu/V IZmax0-UZ IZmin(b)(b)伏安特性曲线伏安特性曲线PN空间电荷区空间电荷区+R IL RLUiUoIZVZ图图1-22 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路R ILIZVZ RLUiUo模拟电路模拟电路 数字量数字量：离散性：离散性 模拟量模拟量：连续性，大多数物理量，如温度、：连续性，大多数物理量，如温度、压力、流量、液面压力、流量、液面均为模拟量。均为模拟量。模拟电路模拟电路：对模拟量进行处理的电路，最：对模拟量进行处理的电路，最基本的处理
44、是放大。基本的处理是放大。放大放大：输入为小信号，有源元件（能够控：输入为小信号，有源元件（能够控制能量的元件）控制电源使负载获得大信制能量的元件）控制电源使负载获得大信号，并保持线性关系。号，并保持线性关系。传感器传感器压力压力1压力压力2温度温度1温度温度2.放大放大滤波滤波叠加叠加组合组合数数模模转转换换电电路路模模数数转转换换电电路路计计算算机机数数据据处处理理.驱动驱动电路电路.驱动驱动电路电路驱动驱动电路电路驱动驱动电路电路传感器传感器传感器传感器传感器传感器执行执行机构机构执行执行机构机构执行执行机构机构执行执行机构机构模拟电子技术模拟电子技术数字信数字信号处理号处理模拟电子技术模拟电子技术压力压力1压力压力2温度温度1温度温度2.压力压力1压力压力2温度温度1温度温度2.传感器传感器.传感器传感器传感器传感器传感器传感器.放大放大滤波滤波叠加叠加组合组合数数模模转转换换电电路路模模数数转转换换电电路路计计算算机机数数据据处处理理.驱动驱动电路电路.驱动驱动电路电路驱动驱动电路电路驱动驱动电路电路.执行执行机构机构执行执行机构机构执行执行机构机构执行执行机构机构模拟电子技术模拟电子技术数字信数字信号处理号处理模拟电子技术模拟电子技术
