模拟电子技术基础～章课件

电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室谢志远 主编黄怡然 主讲模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 基基 础础 电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室目前最基本的电子器件主要有三大类目前最基本的电子器件主要有三大类:电子管也称为真空管(Vacuum tube),它是在一个抽成真空的玻璃泡中封有一些电极而制成的。图1是各种真空管的照片，真空管是第一代电子器件。Special for you电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室 半导体器件是二十世纪五十年代发展起来的，特别是1948年晶体管（“Transistor”is short for“Transfer Resistor”）的发明，对电子技术的发展起到了决定性的作用。图2和图3是各种半导体二极管和三极管的照片。图图图图2 2 各种半导体二极管的照片各种半导体二极管的照片各种半导体二极管的照片各种半导体二极管的照片 图图图图3 3 各种半导体三极管的照片各种半导体三极管的照片各种半导体三极管的照片各种半导体三极管的照片Special for you电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室 随后在半导体器件的基础上发展起来的集成电路，使电子技术进入了一个新的里程碑。集成电路的不断发展，从小规模集成电路到中规模、大规模集成电路，以及发展到超大规模集成电路。可以把过去一台仪器所包括的电子电路集成到一块芯片之中。图4是各种集成电路的照片。图图图图4 4 各种集成电路的照片各种集成电路的照片各种集成电路的照片各种集成电路的照片Special for you电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室Applications Mobile Internet Network ServicesHomei.LINKMemory Stick这是一个和电子有关的科技时代，每天都有很多激动人心的故事在上演！很多公司在倒闭，也有很多新产品在诞生！在这个纷繁喧嚣的社会里，你不是别人，你是你自己！电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室第第1章章 绪绪 论论课程目的 掌握电子技术领域中的基本理论、基本电路、基本分析方法和基本实验技能；具有能够继续深入学习和接收电子技术新发展的能力，为下一步的学习以及今后从事的专业工作打下必要的基础。下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室ututututut接收回路接收回路变频电路变频电路中频放大中频放大检波检波低放低放功放功放电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室下一页下一页返回返回上一页上一页1.1.1 1.1.1 信号：信号：信息的载体信息的载体微音器输出的某一段信号的波形微音器输出的某一段信号的波形 1.1 信号及分类信号及分类 播音员播音时，微音器（话筒）将声转换为电信号（如图），然后经过电子系统中的放大、滤波等电路，去驱动扬声器，从而复制播音员的声音，听众收听。电信号都是时间的函数，称为模拟信号.第第1章章 绪绪 论论电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室1.1.2 1.1.2 模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号模拟信号：在时间和数模拟信号：在时间和数值上均具有连续性。值上均具有连续性。数字信号：指在时间上数字信号：指在时间上和幅值上均离散的信号。和幅值上均离散的信号。模拟信号波形模拟信号波形数字信号波形数字信号波形下一页下一页返回返回上一页上一页第第1章章 绪绪 论论电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室1.2.1 1.2.1 模拟电路模拟电路 1.2模拟电路与数字电路模拟电路与数字电路处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。常见的模拟电路包括：常见的模拟电路包括：放大电路放大电路 、滤波电路、运算电路、信号变换电路、信、滤波电路、运算电路、信号变换电路、信号发生电路、直流电源电路等。号发生电路、直流电源电路等。1.2.2 1.2.2 数字电路数字电路处理数字信号的电子电路称为模拟电路。处理数字信号的电子电路称为模拟电路。常见的数字电路包括：常见的数字电路包括：门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器、可编程逻辑器件、模数与数模转换电路等。可编程逻辑器件、模数与数模转换电路等。第第1章章 绪绪 论论下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室1.3.11.3.1课程的特点课程的特点一、工程性一、工程性 1.3 如何学习模拟电子技术基础如何学习模拟电子技术基础二、实践性二、实践性1.3.21.3.2如何学好该课程如何学好该课程一、一、重点掌握重点掌握“基本概念、基本电路和基本分析基本概念、基本电路和基本分析方法方法”。二、灵活运用电路理论的基本定理二、灵活运用电路理论的基本定理、定律。、定律。三、学会用全面、辩证的观点分析三、学会用全面、辩证的观点分析模拟电子电路。模拟电子电路。五、至少学会一种电子电路仿真与设计软件五、至少学会一种电子电路仿真与设计软件。四、勤于实践并善于实践四、勤于实践并善于实践。第第1章章 绪绪 论论下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室 学习方法以听课为线索建立工程的概念，能够合理近似特别注意电路原理在电子电路分析中的应用考试方法及要求平时成绩（30）笔试闭卷（70）。会看：定性分析 会算：定量计算会选：电路形式、器件、参数 会调：测试方法、仪器选用下一页下一页返回返回上一页上一页第第1章章 绪绪 论论电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室第第2章章 半导体二极管及其基本应用电路半导体二极管及其基本应用电路2.1 半导体的基础知识半导体的基础知识 2.2 PN结的结的形成及其单向导电性形成及其单向导电性2.3 半导体二极管半导体二极管2.4 稳压稳压二极管二极管2.5 其他类型的二极管其他类型的二极管下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室2.1 2.1 半导体的基础知识半导体的基础知识2.1.1 半导体材料及其导电特性半导体材料及其导电特性1 1 从导电性能上看，通常可将物质分为从导电性能上看，通常可将物质分为3 3类：类：2 2 半导体的导电能力受外界影响形成各种应用：半导体的导电能力受外界影响形成各种应用：热敏电阻（温度影响）热敏电阻（温度影响）光敏电阻（光影响）光敏电阻（光影响）二极管、三极管（杂质影响）二极管、三极管（杂质影响）下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室3 3 根据半导体中是否掺入杂质元素可分为根据半导体中是否掺入杂质元素可分为杂质半导体本征半导体N型半导体P型半导体2.1.2 本征半导体本征半导体1 1 概念概念：完全纯净的，具有晶体结完全纯净的，具有晶体结构的半导体称为本征半导体构的半导体称为本征半导体.（用的最多的是锗和硅）2 2 原子结构图原子结构图SiGe S i(14)和和G e(32)的最外层轨道上都有的最外层轨道上都有4个电子，由于外层电子受原子核的束个电子，由于外层电子受原子核的束缚力最弱，称为缚力最弱，称为价电子价电子。价电子价电子惯性核惯性核下一页下一页返回返回上一页上一页2.1 2.1 半导体的基础知识半导体的基础知识电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室3 3 晶体结构（共价键结构）晶体结构（共价键结构）共价键共价键 每相邻两个原子都每相邻两个原子都共用一对价电子。形共用一对价电子。形成成共价键共价键结构。结构。下一页下一页返回返回上一页上一页晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构绝对温度（绝对温度（-273）T=0K时时 共价键结构非常稳定，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，共价键结构非常稳定，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，这时半导体不能导电，相当于绝缘体。这时半导体不能导电，相当于绝缘体。44 4 42.1 2.1 半导体的基础知识半导体的基础知识电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室 44444 4 本征激发本征激发当温度升高当温度升高T0K或受到光的照射时或受到光的照射时 束缚电子能量增高，便有一些价电子束缚电子能量增高，便有一些价电子可以挣脱原子核的束缚，成为可以挣脱原子核的束缚，成为自由电子自由电子。自由电子产生的同时，在其原来的共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，称为价键中就出现了一个空位，称为空穴空穴。自由电子空穴这一现象称为这一现象称为本征激发，本征激发，也称也称热激发热激发与本征激发相反的现象与本征激发相反的现象复合复合 在一定温度下，本征激发和复合同时进行，在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。自由电子数=空穴数注意：注意：由于自由电子和空穴总是成对出现，整个半导体对外仍处于中性。由于自由电子和空穴总是成对出现，整个半导体对外仍处于中性。温度越高，载流子数目越多，导电性能越好。所以温度越高，载流子数目越多，导电性能越好。所以温度对半导体器件温度对半导体器件性能影响很大。性能影响很大。下一页下一页返回返回上一页上一页2.1 2.1 半导体的基础知识半导体的基础知识电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室5 5 导电过程导电过程在外电场的作用下半导体是靠在外电场的作用下半导体是靠自由电子自由电子和和空穴空穴的移动来导电的。的移动来导电的。（1）自由电子定向移动形成电流）自由电子定向移动形成电流（2）空穴定向移动形成电流）空穴定向移动形成电流E+_电子流空穴流自由电子自由电子载流子：带单位负电载流子：带单位负电空穴空穴载流子载流子 ：带单位正电：带单位正电下一页下一页返回返回上一页上一页2.1 2.1 半导体的基础知识半导体的基础知识电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室2.1.3 杂质半导体杂质半导体 本征半导体中载流子的数量很少，导电能力很低，如果在其中掺入微量杂质，其导电能力将大大增强。根据掺入杂质种类的不同，可以分为两大类：N型半导体型半导体P型半导体型半导体下一页下一页返回返回上一页上一页2.1 2.1 半导体的基础知识半导体的基础知识电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室1 N1 N型半导体型半导体(电子型电子型)在本征半导体中掺入五价杂质元素（如磷），在本征半导体中掺入五价杂质元素（如磷），形成形成 N型半导体。型半导体。因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子形成共价键，而多余的一个价电四个半导体原子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。N N型半导体因为型半导体因为自由电子自由电子数目的大量增数目的大量增加而提高导电性能加而提高导电性能N型半导体中型半导体中自由电子：多数载流子（自由电子：多数载流子（多子多子）空穴空穴 ：少数载流子（：少数载流子（少子少子）载流子载流子下一页下一页返回返回上一页上一页44445多余多余电子电子磷原子磷原子2.1 2.1 半导体的基础知识半导体的基础知识电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室2 P2 P型半导体型半导体(空穴型空穴型)在本征半导体中掺入三价杂质元素（如在本征半导体中掺入三价杂质元素（如硼），形成硼），形成 P型半导体。型半导体。硼有硼有3个价电子，故在形成的共价键结个价电子，故在形成的共价键结构时，因少一个电子而产生一个空穴。构时，因少一个电子而产生一个空穴。P P型半导体型半导体 以以空穴空穴导电作为主要导导电作为主要导电方式，又称电方式，又称空穴空穴型半导体。型半导体。P型半导体中型半导体中自由电子：少数载流子（自由电子：少数载流子（少子少子）空穴空穴 ：多数载流子（：多数载流子（多子多子）载流子载流子注意：注意：无论无论P型、型、N型半导体，整个晶体仍然是不带电的型半导体，整个晶体仍然是不带电的下一页下一页返回返回上一页上一页 444 43硼原子硼原子空穴空穴2.1 2.1 半导体的基础知识半导体的基础知识电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室N型半导体型半导体P型半导体型半导体+杂质半导体的示意图杂质半导体的示意图多子多子电子电子少子少子空穴空穴多子多子空穴空穴少子少子电子电子少子浓度少子浓度与温度有关，与掺杂无关与温度有关，与掺杂无关多子浓度多子浓度与温度无关，与掺杂有关与温度无关，与掺杂有关在半导体中掺杂是提高半导体导电能力的最有效方法在半导体中掺杂是提高半导体导电能力的最有效方法2.1 2.1 半导体的基础知识半导体的基础知识电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室NP+-2.2 PN2.2 PN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性2.2.1 PN结的形成结的形成 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成分别形成P型半导型半导体体和和N型半导体型半导体。P型半导体和型半导体和N型半导体的交界面形成一个特殊的型半导体的交界面形成一个特殊的薄层，薄层，称为称为PN结。结。NP+-PN结是晶体二极管及其它半导体的基本结构，结是晶体二极管及其它半导体的基本结构，在集成电路中极其重要。在集成电路中极其重要。PN结结下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室 1 PN1 PN结形成的物理过程结形成的物理过程交界面两侧载流子存在浓度差交界面两侧载流子存在浓度差空穴和电子在交界面产生复合空穴和电子在交界面产生复合多子浓度骤然下降多子浓度骤然下降不移动带电离子形成空间电荷区不移动带电离子形成空间电荷区耗尽层、耗尽层、PN结结多子的扩散运动多子的扩散运动N区的电子（区的电子（多子）向多子）向P区区扩散扩散P区的区的空穴（空穴（多子）多子）N区区PN结内：N区失去电子区失去电子显显正正电性电性P区得到电子区得到电子显显负负电性电性在空间电荷区内形成了在空间电荷区内形成了N区区 P区的电场，区的电场，称为称为内电场内电场下一页下一页返回返回上一页上一页空间电荷区（PN结）结）PN内电场耗尽层V0电电位位V电电子势子势能能-qV02.2 PN2.2 PN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室2 PN2 PN结内存在两种载流子的运动结内存在两种载流子的运动空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场促进少子漂移运动促进少子漂移运动阻止多子扩散运动阻止多子扩散运动形成形成PN结宽度相对稳定结宽度相对稳定少子的漂移运动：少子的漂移运动：N区的空穴区的空穴 P区区P区的区的电子电子 N区区空间电荷区变窄空间电荷区变窄空间电荷区加宽空间电荷区加宽多子的扩散运动：多子的扩散运动：N区的电子区的电子 P区区P区的区的空穴空穴 N区区扩散和漂移达扩散和漂移达到动态平衡到动态平衡PNPN结的形成过程动画演示结的形成过程动画演示下一页下一页返回返回上一页上一页NP+-E多子的扩散运动浓度差少子的漂移运动 内电场越强，内电场越强，内电场越强，内电场越强，漂移运动越强，漂移运动越强，漂移运动越强，漂移运动越强，而漂移使空间电而漂移使空间电而漂移使空间电而漂移使空间电荷区变薄。荷区变薄。荷区变薄。荷区变薄。扩散的结果扩散的结果使空间电荷区使空间电荷区变宽。变宽。2.2 PN2.2 PN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室RVNP+-ViD+_2.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 1 PN1 PN结加正向电压（正偏）：结加正向电压（正偏）：P区接正电源，区接正电源，N区接负区接负 外电场与内电场方向相外电场与内电场方向相反反外电场外电场削弱削弱内电场内电场耗尽层变耗尽层变窄窄破坏破坏PN结动态平衡结动态平衡扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动多子扩散多子扩散形成形成较大的较大的正向电流正向电流PNPN结呈现结呈现低阻导通低阻导通状态状态下一页下一页返回返回上一页上一页2.2 PN2.2 PN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室NP+-RVViRNP+-+_ 2 PN2 PN结加反向电压（反偏）结加反向电压（反偏）：P区接负电源，区接负电源，N区接正区接正 外电场与内电场方向相外电场与内电场方向相同同外电场外电场加强加强内电场内电场耗尽层变耗尽层变宽宽破坏破坏PN结动态平衡结动态平衡漂移运动漂移运动扩散运动扩散运动少子漂移形成少子漂移形成极小的极小的电流电流PNPN结呈现结呈现高阻截止高阻截止状态状态下一页下一页返回返回上一页上一页2.2 PN2.2 PN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，现低电阻，PN结导通；结导通；PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，现高电阻，PN结截止。结截止。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。单向导电性动画演示单向导电性动画演示下一页下一页返回返回上一页上一页2.2 PN2.2 PN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室下一页下一页返回返回上一页上一页2.2.3 PN结的伏安特性结的伏安特性PNPN结的结的伏安特性伏安特性是指在是指在PNPN结两端结两端外加电压时，通过外加电压时，通过PNPN结的电流大小与结的电流大小与外加电压之间关系的特性。外加电压之间关系的特性。0uDiD反向击穿（反向击穿（雪崩击穿雪崩击穿和和齐纳击穿齐纳击穿）正偏正偏反偏反偏反向饱和电流反向饱和电流IS反向击穿电压反向击穿电压UBRIR（少子漂移）（少子漂移）IF（多子扩散）（多子扩散）电击穿电击穿热击穿热击穿雪崩击穿雪崩击穿齐纳击穿齐纳击穿反反向向击击穿穿PNPN结结的伏安特性曲线可用下式表示的伏安特性曲线可用下式表示:其中其中I IS S 反向饱和电流反向饱和电流U UT T 温度的电压当量温度的电压当量且在常温下（且在常温下（T T=300K=300K）2.2 PN2.2 PN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室下一页下一页返回返回上一页上一页2.2.4 PN结的电容效应结的电容效应1 1 势垒电容势垒电容C Cb b当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应地随之改变。当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应地随之改变。势垒区的变化，意味着势垒区的变化，意味着PN结中存储的电荷量要随之变化，就像电结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。此时容充放电一样。此时PN结呈现出的电容效应称为结呈现出的电容效应称为势垒电容。势垒电容。2.2 PN2.2 PN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室下一页下一页返回返回上一页上一页2 2 扩散电容扩散电容C Cd d当外加正向电压不同时，当外加正向电压不同时，PNPN结两侧堆积的少子结两侧堆积的少子(称非平称非平衡少数载流子衡少数载流子)的数量及浓度的数量及浓度梯度也不同，这也相当电容的梯度也不同，这也相当电容的充放电过程，充放电过程，称为称为扩散电容。扩散电容。电容效应在电容效应在高频交流信号高频交流信号作用下才会明显表现出来！作用下才会明显表现出来！极间电容（结电容）极间电容（结电容）CdCjCbCd2.2 PN2.2 PN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管将将PN结上加入相应的电极引线和管壳，就成为二极管结上加入相应的电极引线和管壳，就成为二极管2.3.1 二极管的基本结构二极管的基本结构点接触型二极管PN结面积小，结面积小，结电容小，用于结电容小，用于检波和变频等高检波和变频等高频电路。频电路。1 1 常见的三种基本结构常见的三种基本结构下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室 面接触型二极管PN结面积大，结面积大，用于工频大电流用于工频大电流整流电路。整流电路。下一页下一页返回返回上一页上一页2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室 硅平面型二极管用于集成电路制造工用于集成电路制造工艺中。艺中。PN 结面积可结面积可大可小，用于高频整大可小，用于高频整流和开关电路中。流和开关电路中。下一页下一页返回返回上一页上一页2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室2 2 二极管的表示符号：二极管的表示符号：PN曾用符号：3 3 二极管常见外形图二极管常见外形图下一页下一页返回返回上一页上一页D阳极阴极2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室硅管硅管硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管锗管锗管0 0.1V.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降 外加电压大于死区电外加电压大于死区电外加电压大于死区电外加电压大于死区电压二极管才能导通。压二极管才能导通。压二极管才能导通。压二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压二外加电压大于反向击穿电压二外加电压大于反向击穿电压二外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。极管被击穿，失去单向导电性。极管被击穿，失去单向导电性。极管被击穿，失去单向导电性。正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性特点：非线性特点：非线性特点：非线性特点：非线性VI死区电压死区电压死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流反向电流反向电流在一定电压在一定电压在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持范围内保持范围内保持常数常数常数常数IsIsIsIs。硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.2.20.3V0.3V2.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性伏安特性：描绘二极管两端电流与端电压之间的关系或曲线。伏安特性：描绘二极管两端电流与端电压之间的关系或曲线。下一页下一页返回返回上一页上一页锗锗2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室说明：说明：1.二极管与二极管与PN结伏安特性的区别结伏安特性的区别二者均具有单向导电性，但由于二极管存在半导体体电阻和引线二者均具有单向导电性，但由于二极管存在半导体体电阻和引线电阻，正向偏置在电流相同的情况下，二极管端电压大于电阻，正向偏置在电流相同的情况下，二极管端电压大于PNPN结的端电结的端电压，或者说在相同正向偏置下，二极管电流小于压，或者说在相同正向偏置下，二极管电流小于PNPN结电流；另外，二结电流；另外，二极管表面存在漏电流，其反相电流增大。极管表面存在漏电流，其反相电流增大。2.2.温度对二极管伏安特性的影响温度对二极管伏安特性的影响二极管的特性对温度很敏感，二极管的特性对温度很敏感，环境温度升高时，二极管正向特性环境温度升高时，二极管正向特性曲线左移，反向特性曲线下移。曲线左移，反向特性曲线下移。下一页下一页返回返回上一页上一页2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室2.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数1 1 最大整流电流最大整流电流IF二极管允许通过的最大正向平均电流。二极管允许通过的最大正向平均电流。2 2 最大反向工作电压最大反向工作电压URM二极管安全工作时所能承受的最大反向电压二极管安全工作时所能承受的最大反向电压，为反向击穿电压，为反向击穿电压 U U(BR)(BR)的的1/21/2。3 3 反向电流反向电流IR (越小单向导电性越好越小单向导电性越好)下一页下一页返回返回上一页上一页二极管未击穿时的反向电流。二极管未击穿时的反向电流。4 4 最高工作频率最高工作频率fM二极管工作的上限频率二极管工作的上限频率。2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室下一页下一页返回返回上一页上一页 2.3.4 二极管的等效电路二极管的等效电路1 1 理想模型理想模型 将指数模型将指数模型 分段线性化，得到二极管特性的等效模型。分段线性化，得到二极管特性的等效模型。适用于电源电压远大于二极管的管压降时适用于电源电压远大于二极管的管压降时 （a a）V V-I I特性特性（b b）代表符号代表符号（c c）正向偏置时的正向偏置时的 电路模型电路模型（d d）反向偏置时的反向偏置时的 电路模型电路模型2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室下一页下一页返回返回上一页上一页2 2 恒压降模型恒压降模型（a a）V-IV-I特性特性 （b b）电路模型电路模型 3 3 折线模型折线模型（a a）V-IV-I特性特性 （b b）电路模型电路模型 说明：理想模型说明：理想模型误差最大；分段误差最大；分段线性模型误差最线性模型误差最小；一般情况下小；一般情况下多采用恒压降模多采用恒压降模型。型。2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室下一页下一页返回返回上一页上一页4 4 小信号模型小信号模型us=0 时时,Q点称为静态工作点点称为静态工作点，反映直流时的工作状态。，反映直流时的工作状态。us=Umsin t 时（时（UmUT。2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室 根据二极管的小信号模型画出电路的交流通路，并根据二极管的小信号模型画出电路的交流通路，并求出电阻求出电阻R R两端的电压和电流的表达式。两端的电压和电流的表达式。电路的交流通路路的交流通路下一页下一页返回返回上一页上一页2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室下一页下一页返回返回上一页上一页1 1 二极管整流电路二极管整流电路2.3.5 二极管基本应用电路及分析方法二极管基本应用电路及分析方法（a）半波整流电路）半波整流电路 （b）输入、输出输入、输出波形波形2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室下一页下一页返回返回上一页上一页2 2 限幅电路限幅电路u ui i 8V 8V，二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路 u uo o=8V=8V u ui i 8V 8V，二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路 u uo o=u ui i已知：已知：已知：已知：二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 u uo o 波波波波形。形。形。形。8V8Vu ui i18V18V参考点参考点参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 V8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i+2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室下一页下一页返回返回上一页上一页例：电路如图所示，求例：电路如图所示，求AO的电压值的电压值解：解：先断开先断开D，以，以O为基准电位，为基准电位，即即O点为点为0V。则接则接D阳极的电位为阳极的电位为-6V，接阴接阴极的电位为极的电位为-12V。阳极电位高于阴极电位，阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。接入时正向导通。导通后，导通后，D的压降等于零，即的压降等于零，即A点的电位就是点的电位就是D阳极的电位。阳极的电位。所以，所以，AO的电压值为的电压值为-6V。2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室3 3 二极管开关电路二极管开关电路【例例2.4】二极管开关电路如图所示，采用二极管理想模型，当二极管开关电路如图所示，采用二极管理想模型，当UA 和和 UB分别分别为为0V或或3V时，求解时，求解 UA 和和UB不同组合时，输出电压不同组合时，输出电压 的值。的值。UAUB二极管工作状态UOD1D20V0V0V0V导通通导通通0V0V0V0V3V3V导通通截止截止0V0V3V3V0V0V截止截止导通通0V0V3V3V3V3V导通通导通通3V3V“与逻辑与逻辑”下一页下一页返回返回上一页上一页2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室4 4 小信号工作情况分析小信号工作情况分析图示电路中，图示电路中，VDD=5V，R=5k，恒压降模型的恒压降模型的VD=0.7V，vs=0.1sinw wt 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。直流通路、交流通路、静态、动态等直流通路、交流通路、静态、动态等概念，在放大电路的分析中非常重要。概念，在放大电路的分析中非常重要。微变电阻微变电阻：静态工作点：静态工作点：Vo的直流分量：的直流分量：VoVDDVD4.3VVo的交流分量：的交流分量：2.3 2.3 半导体二极管半导体二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室2.4 2.4 稳压二极管稳压二极管2.4.1 稳压二极管的伏安特性稳压二极管的伏安特性稳压二极管是工作在反向击穿区的一种特殊二极管。稳压二极管是工作在反向击穿区的一种特殊二极管。1 1 表示符号表示符号2 2 伏安特性伏安特性+VZ_正向同二正向同二极管极管稳定电压稳定电压当稳压二极管工作在反向击穿状态下，当稳压二极管工作在反向击穿状态下，工作电流工作电流IZ在在Izmax和和Izmin之间变化时，其两之间变化时，其两端电压近似为常数。端电压近似为常数。（稳压（稳压）由于稳压二极管工作在反向击穿区，由于稳压二极管工作在反向击穿区，故二极管一般反向接入电路。故二极管一般反向接入电路。注意：反偏电压注意：反偏电压UZ；反向击穿。；反向击穿。下一页下一页返回返回上一页上一页 反向击穿时的模型电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室2.4.2 稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数1 1 稳定电压稳定电压U UZ Z4 4 动态电阻动态电阻r rZ Z 在规定的工作电流在规定的工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。下，所对应的反向工作电压。rZ=UZ/IZ3 3 额定功耗额定功耗 P PZmaxZmax2 2 稳定电流稳定电流 I IZmaxZmax 和和I IZminZmin5 5 温度系数温度系数 2.4 2.4 稳压二极管稳压二极管下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室2.4.3 稳压二极管基本应用电路稳压二极管基本应用电路1.1.稳压原理稳压原理输入电压变化时：输入电压变化时：负载变化时：负载变化时：2.4 2.4 稳压二极管稳压二极管下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室稳压管的技术参数稳压管的技术参数:负载电阻负载电阻RL600，求限流，求限流电阻电阻R取值范围。取值范围。解：由电路可得：解：由电路可得：+UZ-IZDZRILIR+Ui-RL15V2.2.稳压管应用举例稳压管应用举例使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻2.4 2.4 稳压二极管稳压二极管下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室例例2 2：现有两个稳压二极管，稳压值为现有两个稳压二极管，稳压值为3v3v，5V5V，正向导通压降为，正向导通压降为0.7V0.7V。配合适的电源、电阻，可得到几种输出电压。配合适的电源、电阻，可得到几种输出电压。2 双管双管：稳压管反接：稳压管反接：3V 5V稳压管正接：稳压管正接：0.7V解：解：1 单管：单管：两只稳压管串联两只稳压管串联稳压管正接：稳压管正接：0.7+0.7=1.4V稳压管反接：稳压管反接：3+5=8V稳压管一正一反：稳压管一正一反：3+0.7=3.7V 5+0.7=5.7V 两只稳压管并联两只稳压管并联稳压管反接：稳压管反接：5-3=2V稳压管一正一反：稳压管一正一反：3-0.7=2.3V 5-0.7=4.3V 2.4 2.4 稳压二极管稳压二极管下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室2.5.1发光二极管发光二极管符号符号【例例2.7】电路如图所示，已知发光二极管的导通电压电路如图所示，已知发光二极管的导通电压 UD 1.6V，正向电流为正向电流为520mA时才能发光。试问：时才能发光。试问：（1）开关处于何种位置时发光二极管可能发光？）开关处于何种位置时发光二极管可能发光？（2）为使发光二极管有可能发光，电路中）为使发光二极管有可能发光，电路中R的取值范围为多少？的取值范围为多少？解：（解：（1 1）当开关断开时发光二极管有可）当开关断开时发光二极管有可能发光。能发光。因此，因此，R的取值范围为的取值范围为220220880880。2.5 2.5 其他类型的二极管其他类型的二极管下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室2.5.2 光电二极管光电二极管（a）符号符号 （b）电路模型电路模型 （c）特性曲线特性曲线 下一页下一页返回返回上一页上一页特点：反向饱和电流与照度成正比特点：反向饱和电流与照度成正比2.5 2.5 其他类型的二极管其他类型的二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室光电传输系统光电传输系统 下一页下一页返回返回上一页上一页2.5 2.5 其他类型的二极管其他类型的二极管电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室下一页下一页返回返回上一页上一页2.5 2.5 其他类型的二极管其他类型的二极管2.5.3 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）电子与通信工程系电子与通信工程系 电子学教研室电子学教研室2.5.4 肖特基二极管肖特基二极管（a）符号符号 （b）正向）正向 U-I特性特性下一页下一页返回返回上一页上一页2.5 2.5 其他类型的二极管其他类型的二极管