第3讲-常用半导体器件(二极管、第二周)分解课件.ppt

1、3.1 3.1 二极管二极管11个个PNPN结（结（4 4学时）学时）3.3 3.3 场效应管场效应管3.2 3.2 三极管三极管22个个PNPN结结3.43.4各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较第第3 3讲讲 常用半导体器件常用半导体器件3.1 3.1 二极管二极管 一、一、二极管的结构二极管的结构 二、二极管的二极管的V-IV-I特性特性 三、二极管的主要参数二极管的主要参数 四、二极管基本电路及分析方法二极管基本电路及分析方法 五、特殊二极管特殊二极管一、一、二极管的结构二极管的结构 二极管按结构分：二极管按结构分：1.1.点接触型点接触型2.2.面接触型面接触型在在PNP

2、N结上加上引线和封装，就成为一个二极管。结上加上引线和封装，就成为一个二极管。(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，适用于高频电容小，适用于高频和数字电路。和数字电路。150MHz150MHz反向电压、电流反向电压、电流大时容易坏，只能流大时容易坏，只能流小电流。小电流。16mA16mA（a）面接触型）面接触型(2)(2)面接触型二极管面接触型二极管(b)(b)面接触型面接触型PNPN结面积大，结结面积大，结电容大，工作频率低，电容大，工作频率低，适用于整流电路。适用于整流电路。3kHz

3、3kHz可承受较大的反可承受较大的反向电压、电流。向电压、电流。400mA400mA(3)(3)平面型二极管平面型二极管通过扩散工艺形成通过扩散工艺形成PNPN结面积可大可小结面积可大可小（b）集成电路中的平面型）集成电路中的平面型 （c）代表符号）代表符号 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1 1、单向导电特性、单向导电特性二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。开启电压开启电压 反向饱和电流反向饱和电流 击穿电压击穿电压正向特性为正向特性为指数曲线指数曲

4、线反向特性为横轴的平行线反向特性为横轴的平行线 二、二极管的二极管的V-IV-I特性特性（伏安特性伏安特性）2 2、V-IV-I特性受温度影响特性受温度影响T（）在电流不变情况下管压降在电流不变情况下管压降u 反向饱和电流反向饱和电流IS，U(BR)T（）正向特性左移正向特性左移，反向特性下移，反向特性下移增大增大1倍倍/101.1.最大整流电流最大整流电流I IF F 是一个平均电流，通常是一个平均电流，通常是正弦波半波的平均值是正弦波半波的平均值2.2.反向击穿电压反向击穿电压V VBRBR3.3.反向电流反向电流I IR R描述二极管单向导电性强弱的描述二极管单向导电性强弱的参数，小功率

5、管小，大功率管大；参数，小功率管小，大功率管大；4.4.正向压降正向压降V Vthth 或或 开启电压开启电压 或或 门坎电压门坎电压模型分析时常用到模型分析时常用到5.5.极间电容极间电容C Cd d（C CB B、C CD D）对工作频率有较大对工作频率有较大影响影响end 三、二极管的主要参数二极管的主要参数1 1）图解法）图解法 四、二极管二极管分析方法分析方法及基本电路及基本电路例例3.4.1 电路如图所示，已知电路如图所示，已知二极管的二极管的V-I特性曲线、电源特性曲线、电源VDD和电阻和电阻R，求二极管两端电，求二极管两端电压压vD和流过二极管的电流和流过二极管的电流iD。图解

6、法图解法 和和 等效模型法等效模型法解：由电路的解：由电路的KVLKVL方程，方程，可得可得 RViDDDDv DDDD11VRRi v即即 斜率为斜率为-1/R的直线，的直线，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图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V V-I I 特特性曲线。性曲线。2 2）等效模型法（二极管）等效模型法（二极管V V-I I 特性的建模）特性的建模）将指数模型将指数模型 分段线性化，得到二极分段线性化，得到二极管特性的等效模型。管特性的等效模型。)1e

7、(DSD TVIiv（3 3）折线模型）折线模型（1 1）理想模型）理想模型（2 2）恒压降模型）恒压降模型NoImage（1 1）理想模型）理想模型等价于一个开关等价于一个开关 （a a）V V-I I特性特性 （b b）代表符号）代表符号 （c c）正向偏置时的电路模型）正向偏置时的电路模型 （d d）反向偏置时的电路模型）反向偏置时的电路模型（3 3）折线模型）折线模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型（2 2）恒压降模型）恒压降模型等效于一个电池等效于一个电池（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 NoImage（a）简单二极管电路）简单二极管电路 （b）习惯画法）

8、习惯画法 V 0D VmA 1/DDD RVI理想模型理想模型 当当VDD=10V 时，时，NoImage例例1 1：设简单硅二极管基本电路如：设简单硅二极管基本电路如图（图（a a）所示，图（）所示，图（b b）是它的习）是它的习惯画法。对于惯画法。对于VDD=10V和和VDD=1V 时，分别采用理想模型、恒压降时，分别采用理想模型、恒压降模型、折线模型计算电路的模型、折线模型计算电路的ID 和和VD。R=10k NoImagemA 93.0/)(DDDD RVVI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）NoImage折线模型折线模型V 5.0th V（硅二极管典

9、型值）（硅二极管典型值）mA 931.0DthDDD rRVVI k 2.0Dr设设V 69.0DDthD rIVV前前3 3种是静态模型，根据实际问题选取合适的等效电种是静态模型，根据实际问题选取合适的等效电路。路。电源电压电源电压管压降管压降 恒压模型较理想；恒压模型较理想；电源电压较低时，电源电压较低时，折线模型较理想；折线模型较理想；（4 4）小信号模型（微变等效电路）小信号模型（微变等效电路）当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变

10、等效电路。NoImage)(11sDDDDvv VRRiNoImage 过过Q点的切线点的切线可以等可以等效成一个微变电阻效成一个微变电阻DDdir v即即)1e(/SDD TVIiv根据根据得得Q点处的微变电导点处的微变电导dd1gr NoImageDIVT 常温下（常温下（T T=300K=300K）QigDDdddv QVTTVI/SDev TVID QTViD NoImage（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 特别注意：特别注意：小信号模型中的微变电阻小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点与静态工作点Q有关。有关。该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且该模型用于二极管处于正

11、向偏置条件下，且vDVT。)mA()mV(26DDdIIVrT end例例2：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的交流量和总的交流量和总量；（量；（2）绘出）绘出vO的波形。的波形。NoImageNoImage 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。（1 1）整流电路）整流电路（a）电路图）电路图 （b）vs和和vo的波形的波形NoImage理想模型理想模型 四、二极管分析方法

12、及二极管分析方法及基本电路基本电路（2 2）限幅电路）限幅电路 电路如图，电路如图，R=1k，VREF=3V，二极管为硅二极管。分，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当别用理想模型和恒压降模型求解，当vI=6sinw wt V时，绘出相应时，绘出相应的输出电压的输出电压vO的波形。的波形。NoImageNoImage理想模型理想模型恒压降模型恒压降模型NoImageNoImageNoImage（3 3）开关电路）开关电路电路如图所示，利用理想模型求电路如图所示，利用理想模型求解：当解：当 v11和和v12为为0V或或5V时，不时，不同组合情况下的输出电压同组合情况下的输出电压v

13、oNoImagev11v12v11v12D1D2vo0V0V导通导通0V0V5V导通截止0V5V0V截止导通0V5V5V截止截止5V 五、特殊二极管五、特殊二极管齐纳二极管齐纳二极管(稳压二极管稳压二极管)变容二极管肖特基二极管光电二极管发光二极管激光二极管光电子器件利用二极管利用二极管反向击穿反向击穿特性实现稳压。特性实现稳压。电流变化，电压不变。电流变化，电压不变。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。状态。1 1、齐纳二极管、齐纳二极管 (稳压二极管稳压二极管)NoImageNoImage（1 1）稳定特性分析）稳定特性分析NoImage稳定电压稳定电压V

14、Z动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管在规定的稳压管反向工作电流反向工作电流IZ下，下，所对应的反向工作电所对应的反向工作电压。压。rZ=VZ/IZ进入稳压区的最小电流进入稳压区的最小电流IZmin不至于损坏的最大电流不至于损坏的最大电流IZmax（2 2）等效模型）等效模型NoImagezzozzVVr I（3 3）齐纳二极管应用电路分析）齐纳二极管应用电路分析NoImage若稳压管的电流太若稳压管的电流太小则不稳压，若稳小则不稳压，若稳压管的电流太大则压管的电流太大则会因功耗过大而损会因功耗过大而损坏，因而稳压管电坏，因而稳压管电路中必需有限制稳路中必需有限制稳压管电流的限流电压管电流的限

15、流电阻！阻！例：如图所示例：如图所示NoImage（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）结电容随反向电压的增加而减小，普遍用于高频技术中。结电容随反向电压的增加而减小，普遍用于高频技术中。2 2、变容二极管、变容二极管NoImage（a）符号）符号 （b）正向）正向V-I特性特性1 1、制作原理不同；、制作原理不同；2 2、电容效应非常小；、电容效应非常小；3 3、门坎电压和正向压降很小；、门坎电压和正向压降很小；4 4、反向击穿电压较小；、反向击穿电压较小；3 3、肖特基二极管、肖特基二极管(1)光电二极管光电二极管将光信号转换为电信号将光信号转换为电信号（a）符号）符号 （b）电路模型）电路模型 （c）特性曲线）特性曲线 NoImage4 4、光电子器件、光电子器件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将电信号转换为光信号将电信号转换为光信号 符号符号NoImageNoImage光电传输系统光电传输系统(3)激光二极管激光二极管产生相干的单色光信号产生相干的单色光信号 将电信号转换为光信号将电信号转换为光信号（a）物理结构）物理结构 （b）符号）符号 NoImage