半导体二极管及其基本电路-3
第02章 半导体二极管及基本电路
一、N 型半导体：
N型
电子为多数载流子
+4 +4 +4
空穴为少数载流子
+4 +5 +4 自由电子
磷原子 施主原子
载流子数 电子数
N型杂质半导体的特点：
1、与本征激发不同，施主原子在提供多余电子的同时 并不产生空穴，而成为正离子被束缚在晶格结构 中，不能自由移动，不起导电作用。
2、在室温下，多余电子全部被激发为自由电子，故N
特性 符号及等效模型：
iD
uD
S
S
正向偏置时： 管压降为0，电阻也为0。 反向偏置时： 电流为0，电阻为∞。
正偏导通，uD = 0； 反偏截止， iD = 0 R =
二、二极管的恒压降模型
iD U (BR) URM O IF uD
iD UD(on) uD
uD = UD(on)
0.7 V (Si) 0.2 V (Ge)
iD 急剧上升
死区 电压
UD(on) = (0.6 0.8) V 硅管 0.7 V (0.1 0.3) V 锗管 0.2 V iD = IS < 0.1 A(硅) 几十 A (锗) 反向电流急剧增大 (反向击穿)
U(BR) U 0 U < U(BR)
反向击穿类型： 电击穿 — PN 结未损坏，断电即恢复。 热击穿 — PN 结烧毁。 反向击穿原因： 齐纳击穿： 反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (Zener) (击穿电压 < 6 V) 反向电场使电子加速，动能增大，撞击 雪崩击穿： 使自由电子数突增。 (击穿电压 > 6 V)
t
例: ui = 2 sin t (V)，分析二极管的限幅作用。 1、 0.7 V < ui < 0.7 V
二极管基本电路与分析方法
二极管基本电路与分析方法二极管是一种最简单的半导体器件，具有只能单向导电的特点。
在电子电路中，二极管通常用于整流、限流、调制和混频等功能。
本文将介绍二极管的基本电路和分析方法。
一、二极管基本电路1.正向偏置电路正向偏置电路是将二极管的P端连接到正电压，N端连接到负电压的电路。
这种电路可以使二极管处于导通状态，实现电流流动。
2.逆向偏置电路逆向偏置电路是将二极管的P端连接到负电压，N端连接到正电压的电路。
这种电路可以使二极管处于截止状态，即不导电。
二、二极管分析方法1.静态分析静态分析是指在稳态条件下分析二极管的工作状态。
在正向偏置电路中，如果二极管被接入电路且正向电压大于二极管的正向压降时，二极管处于导通状态；反之，二极管处于截止状态。
在逆向偏置电路中，无论接入电路与否，二极管都处于截止状态。
2.动态分析动态分析是指在变化条件下分析二极管的工作状态。
例如，当正向电压瞬时增加时，二极管可能处于导通状态。
此时，需要考虑二极管的导通压降和电流变化情况。
三、常见二极管电路1.整流电路整流电路是将交流信号转换为直流信号的电路。
常见的整流电路有半波整流电路和全波整流电路。
半波整流电路只利用了交流信号的一半，而全波整流电路则利用了交流信号的全部。
整流电路中的二极管起到了只允许电流在一个方向上流动的作用。
2.限流电路限流电路是通过限制电流的大小来保护其他元件不受损坏的电路。
常见的限流电路有稳压二极管电路和过载保护电路。
稳压二极管电路利用二极管的电流-电压特性，使得二极管具有稳定的电流输出能力；过载保护电路则通过限制电流大小来保护负载电路。
3.调制电路调制电路是将低频信息信号调制到高频载波信号上的电路。
常见的调制电路有调幅电路和调频电路。
在调制电路中，二极管起到了快速改变电流或电压的作用，实现信号的调制效果。
4.混频电路混频电路是将两个不同频率的信号进行混合，得到新的频率信号的电路。
在混频电路中，二极管可以起到信号选择和调谐的作用，实现频率混合。
北京交通大学模拟电子技术习题及解答第二章 半导体二极管及其基本电路
第二章半导体二极管及其基本电路2-1．填空（1）N型半导体是在本征半导体中掺入；P型半导体是在本征半导体中掺入。
（2）当温度升高时，二极管的反向饱和电流会。
（3）PN结的结电容包括和。
（4）晶体管的三个工作区分别是、和。
在放大电路中，晶体管通常工作在区。
（5）结型场效应管工作在恒流区时，其栅-源间所加电压应该。
（正偏、反偏）答案：（1）五价元素；三价元素；（2）增大；（3）势垒电容和扩散电容；（4）放大区、截止区和饱和区；放大区；（5）反偏。
2-2．判断下列说法正确与否。
（1）本征半导体温度升高后，两种载流子浓度仍然相等。
（）（2）P型半导体带正电，N型半导体带负电。
（）（3）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证R GS大的特点。
（）（4）只要在稳压管两端加反向电压就能起稳压作用。
（）（5）晶体管工作在饱和状态时发射极没有电流流过。
（）（6）在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。
（）（7）PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。
（）（8）若耗尽型N沟道MOS场效应管的U GS大于零，则其输入电阻会明显减小。
（）答案：（1）对；温度升高后，载流子浓度会增加，但是对于本征半导体来讲，电子和空穴的数量始终是相等的。
（2）错；对于P型半导体或N型半导体在没有形成PN结时，处于电中性的状态。
（3）对；结型场效应管在栅源之间没有绝缘层，所以外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证R GS大的特点。
（4）错；稳压管要进入稳压工作状态两端加反向电压必须达到稳压值。
（5）错；晶体管工作在饱和状态和放大状态时发射极有电流流过，只有在截止状态时没有电流流过。
（6）对；N型半导体中掺入足够量的三价元素，不但可复合原先掺入的五价元素，而且可使空穴成为多数载流子，从而形成P型半导体。
（7）对；PN结在无光照、无外加电压时，处于动态平衡状态，扩散电流和漂移电流相等。
二极管原理及其基本电路
二极管原理及其基本电路二极管是一种最简单的半导体器件，它具有非常重要的功能和应用。
本文将介绍二极管的原理以及其基本电路。
一、二极管的原理二极管是由一种带有p型半导体和n型半导体的材料组成的。
在p-n 结的区域内，因为半导体的材料特性，会形成一个电势垒。
当外加电压的极性与电势垒形成的方向相反时，电势垒将变得更大，称为反向偏置；当外加电压的极性与电势垒形成的方向一致时，电势垒将变得更小，称为正向偏置。
在二极管的工作中，主要有以下几个重要的特性。
1.正向电压特性：当二极管处于正向偏置状态时，在两端加上正向电压时，电势垒逐渐缩小，直到消失。
在这个过程中，二极管的导电性变得很好。
正向电压越大，二极管导通越好。
2.反向电压特性：当二极管处于反向偏置状态时，在两端加上反向电压时，电势垒逐渐增加。
当反向电压超过反向击穿电压时，二极管就会发生击穿，电流急剧增大，此时二极管就会损坏。
3.导通和截止特性：当二极管处于正向偏置状态时，正向电压不超过一定限制时，二极管会导通。
当正向电压超过这个限制时，二极管截止，不导通。
而当二极管处于反向偏置状态时，无论外加电压的大小，其表现都是开路状态，不导通。
二、二极管的基本电路二极管广泛地应用于各种电路中，下面介绍几个常见的二极管基本电路。
1.正向电压特性测试电路：这是一个测试二极管正向电压特性的电路。
它由一个电压源、一个限流电阻和一个二极管组成。
通过改变电压源的电压，可以测量二极管在不同电压下的电流。
当电压逐渐增加时，电流也逐渐增加，直到达到二极管的最大电流。
2.整流电路：整流电路主要用于将交流电转换为直流电。
它由一个二极管和负载组成。
当二极管处于正向偏置状态时，它允许正向电流通过，从而将正半周期的交流信号变为直流信号。
而当二极管处于反向偏置状态时，它阻止反向电流通过。
3.限流电路：限流电路主要用于限制电流的大小。
它由一个电压源、一个电阻和一个二极管组成。
二极管起到了稳压和限流的作用。
二极管及其基本电路
6
杂质半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质，就会使半导体的导 电性能发生显著的改变。 因掺入杂质的性质不同，杂质半导体可分为空穴(P) 型半导体和电子(N)型半导体两大类。
7
P型半导体
在硅或锗的晶体内渗入少量三价元素杂质，如硼(或 铟)等，因硼原子只有三个价电子，它与周围硅原于 组成共价键时，缺少一个电子，在晶体中便产生一个 空位。 当相邻共价键上的电子受到热振动或在其他激发获得 能量时，有可能填补这个空位，使硼原子成为不能移 动的负离子；而原来硅原子的共价键，则因缺少一个 电子，形成了空穴。 因为硼原子在硅晶体中能接受电子，故称硼为受主杂 质或P型杂质，受主杂质除硼外, 尚有铟和铝。加入砷 化镓的受主原子包括元素周期表中的II族元素(作为镓 原子的受主)或IV族元素(作为砷原子的受主)。
12
PN结的形成
P型半导体和N型半导体结合后，在它们的交界处就 出现了电子和空穴的浓度差别，N型区内电子多而空 穴少，P型区内则相反，空穴多而电子少。 电子和空穴都要从浓度高的地方向着浓度低的地方扩 散。电子要从N型区向P型区扩散，空穴要从P型区向 N型区扩散。 电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使P区和 N区中原来保持的电中性被破坏了。
N型半导体的共价键结构
在掺入杂质后，载流子的数目都有相当程度的增加。 若每个受主杂质都能产生一个空穴，或者每个施主杂 质都能产生一个自由电子，则尽管杂质含量很微，但 它们对半导体的导电能力却有很大的影响。
chap3半导体二极管及其基本电路
硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子 （价电子）。它们分别与周围的四个原子的价电子形 成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并 为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。
(c)
(a) 硅晶体的空间排列 (b) 共价键结构平面示意
硅图原子空间排列及共价键结构平面示意图
杂质 因而也称为受主杂质（接受电子）。P型半导体 的结构如图所示。
P型半导体的结构示意图
*3.1.5半导体的载流子运动和温度特性
载流子的运动
扩散运动：由于载流子浓度的差异，而形成浓 度高的区域向浓度低的区域扩散，产生扩散运 动。
漂移运动：两种载流子（电子和空穴）在电场 的作用下产生的运动。其运动产生的电流方向 一致。
4.96×1022/cm3
以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。
3.2 PN结
PN结的形成 PN结的单向导电性 PN结的击穿特性
3.2.2 PN结的形成
在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成 N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导 体的结合面上形成如下物理过程:
N型半导体结构示意图
3.1.4 杂质半导体
N型半导体
多数载流子：自由电子（它主要由杂质原子提供） 少数载流子：空穴（ 本征激发形成） 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离
子，因此五价杂质原子也称为施主杂质（提供多余电 子）。N型半导体的结构示意图如图所示：
3.1.4 杂质半导体
因浓度差→多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷 区→空间电荷区形成内电场→
内电场促使少子漂移, 内电场阻止多子扩散
3.2.2 PN结的形成
chap2 半导体二极管及其基本电路
2.3 半导体二极管
2.3.1 半导体二极管的结构类型 2.3.2 半导体二极管的伏安特性曲线 2.3.3 半导体二极管的参数
2.3 半导体二极管
2.3.1 半导体二极管的结构类型
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二 极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大 PN结面积小，结电容小 类。它们的结构示意图如图所示。 (1) 点接触型二极管— 用于检波和变频等高频电路。
2.2 PN结
PN结加正向电压时的导电情况
外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内 电场方向相反，削弱了内电场。于是,内电场对多子扩散 运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移 电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。
PN结加正偏
2.2 PN结
PN结加反向电压时的导电情况
2.1.3 本征半导体及其导电性
电子空穴对 当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自 由电子。当温度升高或受到光的照射时，价 电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核 的束缚，而参与导电，成为自由电子。（这 一现象称为本征激发） 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，原子的电中性被破坏， 呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相 等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。
P型半导体的结构示意图
2.1.4 杂质半导体
P型半导体
多数载流子：空穴（掺杂形成）
少数载流子：自由电子（ 本征激发形成） 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价 杂质 因而也称为受主杂质（接受电子）。P型半导体 的结构如图所示。
P型半导体的结构示意图
*2.1.5半导体的载流子运动和温度特性
第01章 半导体二极管及基本电路
38
分析：
• 1）正向特性：
• OA段：当 UF ＜ UT （死区电压）时外电场不 足
以克服结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故 正向电流 IF 很小(I F ≈0)， D处于截止状态。
• 硅(Si)：U T ≈0.5V; 锗(Ge): U T ≈0.1V。 • AB段：当 U F ＞U T后， Ed↓↓→扩散运动↑ ↑ → I
N 型半导体示意图
第一章 半导体二极管及基本电路/1.1 半导体的基础知识/杂质半导体
26
硅
2. P 型半导体
晶
体
掺
硼
出
现
硼原子的结构
空 穴
• 自由电子数 ＜＜ 空穴数
少数载流子 多数载流子
• 以空穴导电作为主要导电方式的半导体，称为空
穴半导体或 P型半导体 (P —type semiconductor ) 。
4）PN结的电容效应
•加在PN结上的电压的变化可影响空间电荷区电荷的
变化，说明PN结具电容效应。PN结的结电容的数 值一般很小，故只有在工作频率很高的情况下才考 虑PN结的结电容作用。
第一章 半导体二极管及基本电路/1.1 半导体的基础知识/P N 结
Байду номын сангаас
35
1.2 半导体二极管
一. 点接触式和面接触式二极管的结构
1、理想二极管模型 2、理想+串联恒压降模型 3理想+串联+折线模型
30
1. PN结的形成 扩散运动
随Ed
漂移运动
达到动态平衡
形成稳定的PN 结
Ed 不变化
注意：
1）空间电荷区的正负离子虽带电，但它们不能移 动，不参与导电。因区域内的载流子极少，所 以空间电荷区的电阻率很高。
6电第03章二极管及其基本电路(康华光) (2)共49页文档
－ －－ － － － + + + + + +
I
外电场
R
内电场
E
当内外电场相互抵消时,PN相当于短接:正向电流I≈E/（R1-11）
2、PN 结反向偏置(加反向电压) ——P区加负、N 区加正电压。
PN结变厚
内电场被加强，扩散受抑 制。漂移加强，形成较小
－ － － － － － + + + 的现+反高向电+ 漂阻+移，电PN流结≈0截。止呈。
极管反向击穿电压VBR的一半或三分之二。二极管击穿 后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。
3. 反向峰值电流IRM 指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电
流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响， 温度越高IRM越大。硅管的反向电流较小( nA级)，锗管 的反向电流较大(A级)，为硅管的几十到几百倍。
（1-14）
其中iD、
vD
的关系为：
iD
vD
IS(e VT
1)
vD ——PN结两端的电压降 iD——流过PN结的电流 IS ——为反向饱和电流
VT =kT/q ——称为温度的电压当量
其中k为玻耳兹曼常数：1.38×10－23 J/K q 为电子电荷量1.6×10－9 C T 为热力学温度,单位为K 对于常温(相当T=300 K)时：则有VT=0.026V
二极管相同。
IZmax
稳压管反向击穿时,
只要IZ＜IZmax
,
就不会永久击穿。 （1-41）
3、实际稳压管工作原理
I
(1)当稳压管正向偏置时
E
E ＜ 0.5V时：
I ＝0，处在死区。稳压管尚未导通。
电子技术基础(模拟部分)第五版_第3章_康华光
(a)符号
(b) 伏安特性
稳压原理
R
+
IR
IO
IZ
+
VI
DZ
VO
RL
-
-
RL↓→IO↑→IR↑→↓VO=VI-VR VO↑←IR↓←IZ↓
稳压管的应用
①、稳压管外接正向电压时,导通。 ②、稳压管外接反向电压，且该电压
的幅值小于VBR时，截止。 ③、稳压管外接反向电压，且该电压
于空穴数，因此，N型半导
体又称为电子半导体。
3、多子和少子
数目较多的载流子叫多数载流子，简 称多子。同样，数目较少的载流子叫少数 载流子，简称少子。
在P型半导体中，空穴是多子，而自 由电子是少子。
在N型半导体中，自由电子是多子， 而空穴是少子。
第二节、PN结的形成及特性 一、PN结的形成 二、PN结的特性 三、PN结的伏安特性及表达式
本征激发时，自由电子和空穴总是成对产生， 称为电子空穴对。因此本征激发又叫做电子空穴 对的产生。
3、载流子 能够自由运动的带电粒子。
只有两种载流子：自由电子和空穴。 自由电子带负电 空穴带正电
4、本征浓度
自由电子和空穴相遇时，成对消失的现象称为 载流子的复合。
电子空穴对的产生和复合总是不停地进行着， 最终处于一种平衡，使半导体中载流子的浓度一 定。一定温度下，单位体积内（1cm3）的载流子 个数称为本征浓度。
正偏时，二极管两端短路 反偏时，二极管开路 2、恒压模型 正偏时,二极管从阳极到阴极
VD=VON(导通电压) 反偏时，二极管开路
➢ 图解分析法
1. 理想模型
2. 恒压降模型
第五节、特殊二极管
二极管及其基本电路
杂质半导体
杂质半导体：为了提高半导体的导电能力，人为掺入某
些微量的有用元素作为杂质，称为杂质半导体。在提炼单 晶的过程中一起完成。掺杂是为了显著改变半导体中的自 由电子浓度或空穴浓度，以明显提高半导体的导电性能。
所以，AO的电压值为-6V。
开关电路
1.在开关电路中，利用二极管的单向导电性以接通或 断开电路。
2.在分析这种电路时，即判断电路中二极管处于导 通状态还是截止状态，应掌握一条基本原则：
可以先将二极管断开，确定零电位点，然后观察（或 经过计算）阳、阴两极间是正向电压还是反向电压， 若是前者则二极管导通，否则二极管截止。
三价元素掺杂——P 型半导体 五价元素掺杂——N 型半导体
本节中的有关概念
• 半导体材料－本征半导体结构－半导体掺杂 • 半导体的导电机制－自由电子、空穴 • 掺杂半导体－N型半导体、P型半导体 • 多数载流子（多子）、少数载流子（少子）
小结
• P型半导体中含有受主杂质，在室温下，受主 杂质电离为带正电的空穴和带负电的受主离子。
v
击穿
iIS(eV T1) (常温 V T下 2m 6 V电) 压
温度的 电压当量
材料 硅Si 锗Ge
开启电压 0.5V 0.1V
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 开启 和电流 电压
反向饱和电流 1µA以下 几十µA
3.3.3 二极管的主要参数
• 最大整流电流（平均值）IF：是指管子长期运行时允许通过
3.2.3 PN结的单向导电性
• 外加电压才显示出来 • 外加正向电压： P 区接电源正极，或使 P 区的
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第3章半导体二极管及其基本应用电路判断下列说法是否正确，用“√”和“”表示判断结果填入空内1. 半导体中的空穴是带正电的离子。
（）2. 温度升高后，本征半导体内自由电子和空穴数目都增多，且增量相等。
（）3. 因为P型半导体的多子是空穴，所以它带正电。
（）4. 在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。
（）填空1. 半导体是导电能力介于_______和_______之间的物质。
2．利用半导体的_______特性，制成杂质半导体；利用半导体的_______特性,制成光敏电阻，利用半导体的_______特性,制成热敏电阻。
3．PN结加正向电压时_______，加反向电压时_______，这种特性称为PN结的_______ 特性。
4. 二极管最主要的特性是，使用时应考虑的两个主要参数是和和。
;5. 稳压管工作在伏安特性的________区，在该区内的反向电流有较大变化，但它两端的电压 _ ______。
6. 当温度升高时，二极管的正向特性曲线将 ________，反向特性曲线将_______。
选择填空1. 在本征半导体中加入元素可形成N型半导体，加入元素可形成P型半导体。
A. 五价B. 四价C. 三价2. N型半导体中多数载流子是；P型半导体中多数载流子是。
A．自由电子 B．空穴3. N型半导体；P型半导体。
A．带正电 B．带负电 C．呈电中性4. 在掺杂半导体中，多子的浓度主要取决于，而少子的浓度则受的影响很大。
A．温度 B．掺杂浓度 C．掺杂工艺 D．晶体缺陷5. PN结中扩散电流方向是；漂移电流方向是。
A．从P区到N区 B．从N区到P区6. 当PN结未加外部电压时，扩散电流飘移电流。
A．大于 B．小于 C．等于7. 当PN结外加正向电压时，扩散电流漂移电流，耗尽层；当PN结外加反向电压时，扩散电流漂移电流，耗尽层。
A．大于 B．小于 C．等于D．变宽 E．变窄 F．不变8 二极管的正向电阻，反向电阻。
半导体二极管及其应用电路
具有开关特性可以用于控制 电路的开关状态
具有整流特性可以用于将交 流电转换为直流电
半导体二极管的结构
半导体材料：硅、锗等 结构类型：PN结、PIN结等 工作原理：利用半导体材料的单向导电性 应用领域：电子、通信、电力等
半导体二极管的特性
单向导电性：二极管只允许电流在一个方向通过
汽车安全系统：用于安全气 囊、防抱死系统（BS）、 电子稳定程序（ESP）等
汽车辅助驾驶系统：用于自 适应巡航控制（CC）、车道 保持辅助系统（LKS）等
电动汽车充电系统：用于电 动汽车的充电控制和保护
06
半导体二极管的发展趋 势和挑战
发展趋势
技术进步：半导 体二极管性能不 断提高功耗降低 可靠性增强
通信领域
半导体二极管在通 信领域的应用广泛 如手机、电脑、路 由器等设备中都有 使用。
半导体二极管在通 信领域中主要起到 信号放大、调制解 调、滤波等作用。
半导体二极管在通 信领域中的主要应 用包括：射频电路、 功率放大器、调制 解调器等。
半导体二极管在通 信领域中的发展趋 势是朝着更高频率、 更大功率、更小体 积的方向发展。
反向击穿：当二极管两端电压大于击穿电压时二极管被击穿电流急剧增大
温度影响：温度升高二极管正向导通电压降低反向截止电压升高反向击穿 电压降低
半导体二极管的温度特性
温度对半导体二极管特性的影响 温度对半导体二极管导通电压的影响 温度对半导体二极管反向漏电流的影响 温度对半导体二极管开关速度的影响
04
限幅电路的组成： 二极管、电阻、电 容等
限幅电路的工作原 理：利用二极管的 单向导电性将信号 限制在一定范围内
限幅电路的应用： 音频放大器、电源 保护电路、信号处 理电路等
chapter3二极管2
ui 18V 8V
t
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3. 限幅电路 它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部 分，常用来对各种信号进行处理。 例：R=1kΩ，VREF=3V。 （1）vi=0V、4V、6V时相 应的输出电压vo；
（2）vi=6sinωt V时，绘出 相应的输出电压vo的波形。
解：由于输入电压不高，选用折线模型来分析电路，其等效电 路如下图，其中Vth=0.5V，rD=200Ω。
rD 0 .7 V 0 .5 V 1 mA 200
+
vD Vth
折线模型
-
rD
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4. 小信号模型
vs
0
R VDD + vS
-
当Vs=0时，电路中只有直流 分量，二极管两端电压和流 过二极管的电流就是图中的 Q点的值。电路处于直流工 作状态，也称静态，Q点也 称为静态工作点。
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例： 已知： u i 18 sin t V 二极管是理想的，试画出 uo 波形。 解：把二极管断开，则
R + ui D 8V + uo
–
–
参考点
二极管阳极电位为ui，阴极电位为 8 V ui > 8V，二极管导通 uo = 8V ui < 8V，二极管截止 uo = ui
恒压降模型
+
0 . 931 mA
vD Vth rD
折线模型
V D V th I D r D 0 . 69 V
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同理：（2）V=1V a. 理想模型
VD 0 V
ID I V R 0 . 1 mA
电子学基础知识
电子学基础知识一．半导体二极管及其基本电路基本要求•正确理解：PN结的形成及单向导电性•熟练掌握：普通二极管、稳压二极管的外特性及主要参数•能够查阅电子器件相关手册难点重点1．ＰＮ结的形成（1）当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。
但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。
Ｐ区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，Ｎ区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。
这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷，它们集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的ＰＮ结。
图（1）浓度差使载流子发生扩散运动（2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为耗尽层。
（3）Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。
图（2）内电场形成（4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是内电场将阻碍多子的扩散，二是P区和N区的少子一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方，使空间电荷区变窄。
（5）因此，扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散；而漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。
当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即ＰＮ结处于动态平衡。
2．ＰＮ结的单向导电性（1）外加正向电压（正偏）在外电场作用下，多子将向ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。
结果，Ｐ区的多子空穴将源源不断的流向Ｎ区，而Ｎ区的多子自由电子亦不断流向Ｐ区，这两股载流子的流动就形成了ＰＮ结的正向电流。
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特性
iD uD
符号及 等效模型
S
S
正偏导通， uD = 0；
反偏截止 iD = 0 UBR =
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2 ）二极管的恒压源模型
iD/mA
+ Uon
0
Uon uD/V
uD = UD(on)
0.7 V (Si) 0.3V (Ge)
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3）二极管的折线模型
iD/mA
ΔU
rD
=
ΔU ΔI
ΔI
+ Uon rD
0 Uon
uD/V
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4） 二极管的交流小信号模型
iD/mA ΔiD IDQ
Q点处的切线
+ ΔuD
ΔiD rd
0
uD/V
ΔuD
UDQ
1 iD diD I SeuD UT I DQ
rd uD Q duD Q
UT Q U T
C
R 500Ω
ui
VD
uo
2V
图1-19（a）
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1.3 半导体二极管的应用
二极管在电路中有着广泛的应用，利用它的单向 导电性，可组成整流、限幅、检波电路，还可做 元件保护以及在数字电路中作为开关元件等。
1.3.1 二极管在限幅电路中的应用
限幅电路分为串联限幅电路、并联限幅电路、 和双向限幅电路三种 。
当VDD=10V时
采用理想二极管模型分析
UO=VDD =10V IO=UO/R=10V/2k=5mA
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【例 1- 2】电路如图1-19（ a） 所示。R 500， 设二极管为硅管， 工作于常温下。 电容阻抗 Z 0， 输入信号ui 10sin(ωt)mV, 试计算流过二极管上的工作点电流和 交流分量。
rd
UT I DQ
图解法
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【例1-1】 电路如图1-15所示，VD为硅二极管，R=2k，
求出VDD=2V和VDD=10V时IO和UO的值。
解: 当VDD=2V时
采用恒压源模型进行分析
IO VD
+
VDD
R
UO
UO=VDD﹣Uon=2V﹣0.7V=1.3V
IO=UO/R=1.3V/2k=0.65mA
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1.2.4 二极管的主要参数
iD IF
U (BR) URM O
Байду номын сангаас
uD
1. IF — 最大整流电流(最大正向平均电流) 2. URM — 最高反向工作电压，为 U(BR) / 2 3. IR — 反向电流(越小单向导电性越好)
4. fM — 最高工作频率(超过时单向导电性变差)
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影响工作频率的原因 — PN 结的电容效应
结论： 1. 低频时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。
高频时，因容抗增大，使结电容分流，导致单向 导电性变差。 2. 结面积小时结电容小，工作频率高。
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1.2.5 半导体二极管型号及选择
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
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