第3讲 常用半导体器件(二极管、第二周)分解

恒压降模型
（3）开关电路 电路如图所示，利用理想模型求 解：当 v11和v12为0V或5V时，不 同组合情况下的输出电压vo
v11 v12
v11
0V 0V 5V 5V
v12
0V 5V 0V 5V
D1
导通 导通 截止 截止
D2
导通 截止 导通 截止
vo
0V 0V 0V 5V
五、特殊二极管
பைடு நூலகம்
齐纳二极管(稳压二极管) 变容二极管
2）等效模型法（二极管V-I 特性的建模） 将指数模型 iD IS (evD VT 1) 分段线性化，得到二极
管特性的等效模型。
（1）理想模型
（2）恒压降模型
（3）折线模型
（1）理想模型——等价于一个开关
（a）V-I特性
（b）代表符号
（c）正向偏置时的电路模型
（d）反向偏置时的电路模型
（2）恒压降模型——等效于一个电池
1）图解法 例3.4.1 电路如图所示，已知 二极管的V-I特性曲线、电源 VDD和电阻R，求二极管两端电 压vD和流过二极管的电流iD 。
和
等效模型法
解：由电路的KVL方程， 可得 VDD v D iD R 1 1 即 iD vD VDD R R 斜率为-1/R的直线，负载线 Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点 图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V -I 特 性曲线。
1 1 iD vD (VDD vs ) R R
过Q点的切线可以等 效成一个微变电阻
vD 即 rd iD
根据
iD IS (evD /VT 1)
I S vD /VT e VT iD VT
（a）V-I特性
（b）电路模型
得Q点处的微变电导
diD gd dvD
Q
Q
二极管按结构分：
1. 2. 点接触型 面接触型
(1) 点接触型二极管
PN结面积小，结 电容小，适用于高频 和数字电路。150MHz
二极管的结构示意图
(a)点接触型
反向电压、电流 大时容易坏，只能流 小电流。16mA
(2) 面接触型二极管
PN结面积大，结 电容大，工作频率低， 适用于整流电路。3kHz
理想模型
（a）简单二极管电路 （b）习惯画法
VD 0 V
I D VDD / R 1 mA
恒压模型
VD 0.7 V （硅二极管典型值） I D (VDD VD ) / R 0.93 mA
折线模型
Vth 0.5 V（硅二极管典型值）
设 rD 0.2 k
ID VDD Vth 0.931 mA R rD
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
1、齐纳二极管 (稳压二极管)
利用二极管反向击穿特性实现稳压。 电流变化，电压不变。 稳压二极管稳压时工作在反向电击穿 状态。
（1）稳定特性分析 稳定电压VZ 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。 动态电阻rZ rZ =VZ /IZ
Q
ID VT
则
1 VT rd gd I D
常温下（T=300K） 特别注意：
rd
VT 26(mV ) I D I D (mA )
小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点Q有关。 该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且vD>>VT 。
例2：图示电路中，VDD = 5V，R = 5k，恒压降模型的 VD=0.7V，vs = 0.1sinwt V。（1）求输出电压vO的交流量和总 量；（2）绘出vO的波形。
end
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。
四、 二极管分析方法及基本电路
（1）整流电路
理想模型
（a）电路图
（b）vs和vo的波形
（2）限幅电路 理想模型 电路如图，R = 1kΩ，VREF = 3V，二极管为硅二极管。分 别用理想模型和恒压降模型求解，当vI = 6sinwt V时，绘出相 应的输出电压vO的波形。
VD Vth I D rD 0.69 V
电源电压>>管压降
恒压模型较理想；
电源电压较低时，
折线模型较理想；
前3种是静态模型，根据实际问题选取合适的等效电 路。
（4）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 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。
第3讲 常用半导体器件
3.1 二极管——1个PN结（4学时） 3.2 三极管——2个PN结 3.3 场效应管
3.4各种放大器件电路性能比较
3.1 二极管
一、 二极管的结构
二、 二极管的V-I特性 三、 二极管的主要参数 四、 二极管基本电路及分析方法 五、 特殊二极管
一、 二极管的结构
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。
（3）折线模型
（a）V-I特性 （b）电路模型
（a）V-I特性 （b）电路模型
例1：设简单硅二极管基本电路如 图（ a ）所示，图（ b ）是它的习 惯画法。对于 VDD=10V 和 VDD=1V 时，分别采用理想模型、恒压降 模型、折线模型计算电路的ID 和 VD。 R=10k 当VDD=10V 时，
是正弦波半波的平均值
2. 反向击穿电压VBR 3. 反向电流IR——描述二极管单向导电性强弱的 参数，小功率管小，大功率管大； 4. 正向压降Vth 或 开启电压 或 门坎电压
——模型分析时常用到
5. 极间电容Cd（CB、 CD ）——对工作频率有较大 影响
end
四、 二极管分析方法及基本电路
图解法
(b)面接触型
可承受较大的反 向电压、电流。400mA
（a）面接触型
(3) 平面型二极管
PN结面积可大可小
通过扩散工艺形成
（b）集成电路中的平面型 （c）代表符号
二、 二极管的V-I特性（伏安特性）
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。 1、单向导电特性
① 开启电压 ② 反向饱和电流 ③ 击穿电压
正向特性为 指数曲线
硅二极管2CP10的V-I 特性 锗二极管2AP15的V-I 特性
反向特性为横轴的平行线
2、V-I特性受温度影响
T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓ 增大1倍/10℃ T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移
三、 二极管的主要参数
1. 最大整流电流IF ——是一个平均电流，通常