北京航空航天大学电子电路i-第一章 zq

IZVIm aR xVZILm inIZmax
R VImaxVZ RLmaIxZma x VZ
RLmax
② 在VImin和Ilmax时，IZ应不低于最小允许电流Izmin：
IZ 202 0/3V /3I1 m in RVZILm a北xI京Z航m 空航in天大学R 202教研R室LV mIim IniZnm V inZVZ
1. PN结的形成：
① 扩散-（ P型区到N型区的过渡带，浓度差） ② 复合（空间电荷区） ③ 内建电场（接触电位差） ④ 漂移-（内建电场作用） ⑤ 动态平衡（扩散-漂移）
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内电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使空 间电荷区变薄。
P型半导体区
④漂移运动 N型半导体区
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直流等效结果 二极管的I D交流 小1m信A号模型
交流等效结果
id
Vm sin wt R rd
得到总瞬时电流
iD
ID
id
ID
Vm sin wt R rd
采用恒压1降mI模DA型1：mVAVD m902s6.i6nVwt
rd
(ddD vD i)Q 1
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突变结CT与反偏电压的关系式：
CT
CT (0) (1 v D ) n
Vφ
(n=0.5)
式中：CT(0) 表示vD=0时 的势垒电容。
Vφ 表示接触电位差
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北京航空航天大学202教研室8 Nhomakorabea1.2.4.2 扩散电容CD
PN结正偏时，载流子在扩散过程中存在电荷积累， 正偏电压大，积累电荷多，反之积累电荷少，这种电容 效应称为扩散电容。
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令输入电压降到下限时，
i
流过稳压管的电流为Izmin 。
ui
i2 IzminVRZL 10mA
iL
R
DZ
iZ RL
uo
0.8uii2RV Z1R 0 10—— 方程 2
联立方程1、2，可解得：
ui1.7 8V 5 , R0.5k
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VT ID
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vb
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③内建电场E
－－－－ － － + + + + + + －－－－ － － + + + + + + ⑤所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个 区之间没有－电荷－运－动，－空间－电－荷区的+厚度+ 固+定不+变+。 + －－－－ － － + + + + + +
②空间电荷区，
也称耗尽层。
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rd
(ddD vD i)Q 1
VT ID
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叠加 原理
VD=V-IDR
结论： 问题1.：先求直iD？后直流分交量 ！iD先ID 静i后d 动交！流分量
2. 非线性器件线性化！等效模型
直流电路
交流电路
二极管恒 压降模型
直流等效电路
交流等效电路
二极管交流 等效模型
RLmin
2
稳压二极管
-
+
动态电阻：
r UZ
Z
I Z
rz越小，稳压 性能越好。
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曲线越陡， 电压越稳定。
UZ
稳压 误差
IZ UZ
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I
U IZmin IZmax
3
齐纳击穿与雪崩击穿：
齐纳击穿：掺杂浓度很高（例如ND=NA=1018/cm3）的PN结 很薄，例如宽度只有0.04μm，只要对PN结加上 不大的反向电压，就可以产生很强的电场，例如 反压4V，场强可达106V/cm。强电场可直接破坏 共价键，产生自由电子和空穴，反向电流剧增。 齐纳击穿电压较低。
i
iL
稳压管的技术参数:
Vz 10V,Izmax20mA, ui
Izmin5mA
R
DZ
iZRL uo
负载电阻： RL 2k 要求：当输入电压由正常值发生20%
波动时，负载电压基本不变。
求：电阻R和输入电压 ui 的正常值。
解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为Izmax 。
i1 IzmaxVRZL 25mA 1.2uii1RV Z2R 5 10—— 方程 1
TT0
IS(T)IS(T0)210
不论是硅管还是锗管，反向电流大约随温度每变化10℃ 而变化一倍。锗管的IS（T0）要比硅管大3～6个数量级
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1.2.6 二极管的主要常数
1. 最大整流电流 IF 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。
2. 反向击穿电压VBR 二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二 极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给 出的最高反向工作电压VR一般是VBR的一半。
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随堂小测试（5min）
1. PN结的形成？（画示意图） 2. 二极管的正向伏安特性V-I，图？表达式？ 3. 二极管的交流小信号模型（微变等效电
路）？
写在纸片上，课间由学委收集交上。 写上学号。
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3. 反向电流 IR 指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流值。稍大于 反向饱和电流 IS 。
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4. 最高工作频率fM
由PN结电容决定的参数，二极管的工作频率高到一定 的程度，CJ对PN结起的旁路作用不容忽略，工作频率 超过fM，二极管的单向导电性能变坏。
雪崩击穿：掺杂浓度较低的PN结较厚，在较大的反向电压时 形成漂移电流的少子在耗尽区内获得更大的加速， 动能越来越大，足以撞击出耗尽区内原子的共价键 电子，产生自由电子和空穴，新生电子又撞击出其 他自由电子，反向电流剧增。 雪崩击穿电压较高（>6V)。
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埋层齐纳击穿稳压管： 齐纳管被掩埋在顶层硅晶体下面，噪声很小，温度稳定性很高
二极管的应用举例1：二极管半波整流
ui
t
ui
RL
uo uo
t
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二极管的应用举例2：
ui
uR
ui
R
uR RL
uo
uo
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t t
t
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• 课堂例题 例题
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稳压二极管的应用举例：
扩散的结果是使空 ①扩散运动 间电荷区逐渐加宽
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2. 二极管的正向伏安特性V-I？图？表达式？
iD Is(expVvD T 1)
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3. 二极管的交流小信号模型（微变等效电路）？
采用恒压降模型：VD 0.6V ID 1mA
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1.2.4 PN结的结电容特性与变容二极管
PN结电容CJ包括势垒电容CT和扩散电容CD 即：CJ=CT＋CD
1.2.4.1 势垒电容CT 反偏电压变化引起耗尽区厚度变化，从而引起
PN结中的电荷量变化，这种电容效应称为势垒电容。
dQ ΔQ CT dvD ΔvD
式中：CT 表示势垒电容数值； Q 表示PN结的电荷量； vD 表示二极管的偏置电压
CD
VT
(ID
IS)
式中：τ表示非 平衡载流子的平 均寿命。
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1.2.5 PN结的温度特性
1. PN结正向电压的温度系数 αvD
保持二极管正向电流不变，温度变化1℃所引起的vD 变化
αvD≈-(1.9～2.5)mV/℃
2. PN结的反向饱和电流随温度按指数规律变化
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稳压二极管的参数:
（1）稳定电压 VZ
（2）电压温度系数 U（%/℃）
稳压值受温度变化影响的的系数。
（3）动态电阻
r VZ
Z
I Z
（4）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。
（5）最大允许功耗 PZMVZIZmax
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rd
势垒电容和扩散电容的 综合效应
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实际二极管的照片1：
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实际二极管的照片2：
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实际二极管的照片3：
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1.2.3 PN结的反向击穿特性与高稳定性埋层齐纳稳压管
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Izmin为稳压管DZ的 最小允许电流，Izmax为 最大允许电流， 输入电压vI在VImin～ VImax变化时，要使DZ正 常工作，则限流 电阻R必须满足下列关系：
① 在VImax和Ilmin时，IZ应不超过最大允许电流Izmax：