2.1 二极管的开关特性
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图2‘ 本征半导体内部结构图
N型半导体
电子技术基础之数字电路
++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++
图3 N型半导体电结构示意图 在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数 载流子。同时还存在大量不能自由移动的正离子。
P型半导体
电子技术基础之数字电路
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Fra Baidu bibliotek
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图4 P型半导体电结构示意图
在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流 子。同时还存在大量不能自由移动的负离子。
PN结的形成
扩散尚未进行时（图5）
P
N
-------+ + + + + + +
------------- + + + + + + +
-------+ + + + + + + -------------+ + + + + + +
已形成的PN结（图6）
电子技术基础之数字电路
-------+ + + + + + +
-------
P
------- + + + + + + +
N
-------+ + + + + + +
-------
-------+ + + + + + +
电子技术基础之数字电路
2.1.2 二极管的开关特性
1. 静态特性及开关等效电路
正向导通时，UD(ON)≈0.7（硅） 、 0.3V（锗）
RD≈几Ω ～几十Ω 相当于开关闭合
二极管的伏安特性曲线
电子技术基础之数字电路
开启电压
二极管的伏安特性曲线
理想化 伏安特 性曲线
二极管的开关等效电路 (a) 导通时 (b) 截止时
RL
–VR
i
–
IF
O
–IR
ts称为存储时间 tt称为渡越时间 tre=ts+tt称为反向恢复时间
t1
t
tS tt
t
0.1IR
二极管的实际开关特性
电子技术基础之数字电路
加正向电压时的电荷存储效应（图9）
P
N
E
I F VF
RL
当外加正向电压时，PN结很窄，且在N区具有空穴的浓 度梯度，在P区具有自由电子的浓度梯度，正向电流越 大，浓度梯度也越大。即在P区和N区中有大量的载流 子存储。
电子技术基础之数字电路
加反向电压时的反向恢复时间（图10）
P
N
E VD
VR I R RL
反向恢复时间由存储时间和渡越时间组成，存储时间 对应于存储电荷消散的时间，渡越时间对应于阻挡层 变宽的时间。
2.1.1半导体二极管的工作原理
电子技术基础之数字电路
半导体二极管（Diode）结构示意图（图1）
正极
PN
负极 正极
D
负极
引线 外壳
PN结
（a）内部结构示意图
引线
（b）电路符号
图1-0-1 晶体二极管内部结构示意图及相应的电路符号
电子技术基础之数字电路
图2 本征半导体内部结构图
电子技术基础之数字电路
反向截止时 反向饱和电流极小 反向电阻很大（约几百kΩ） 相当于开关断开
电子技术基础之数字电路
二极管的伏安特性曲线
二极管的开关特性
vi
VF
D
O
+ vi
+ VD –
RL
–VR i
–
IF
O
–IR
电子技术基础之数字电路
t1
t
t
二极管的理想开关特性
电子技术基础之数字电路
vi
VF
D
O
+ vi
+ VD –
第2章 逻辑门电路
2.1 二极管的开关特性 2.2 三极管的开关特性 2.3 基本逻辑门电路 2.4 TTL逻辑门电路 2.6 CMOS逻辑门电路
电子技术基础之数字电路
电子技术基础之数字电路
2.1 二极管及其开关特性
2.1.1 二极管的工作原理 2.1.2 二极管的开关特性
要求：理解二极管的基本工作原理和主要开关参数
内电场E i
外加电压的正极接P区，负极接N区，此时阻挡层变窄，正 向电流较大。管子处于导通状态。
给二极管加反向电压（图8）
电子技术基础之数字电路
P
N
-------+ + + + + + +
-------------+ + + + + + +
-------+ + + + + + + -------------+ + + + + + +
内电场E i
外加电压的正极接N区，负极接P区，此时阻挡层变宽，反向电流极小。 管子处于截止状态。
电子技术基础之数字电路
二极管加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，
呈现低电阻。
D
+ vi
+ VD –
RL
–
加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻。
D
+ +–
vi
RL
–
这就是二极管（PN结）的单向导电性。也就是二极 管的开关特性。
内电场E
PN结又叫做耗尽区（Depletion Region）、阻挡层、势垒区（Barrir Region）.
给二极管加正向电压（图7） P
电子技术基础之数字电路
N
-------+ +++++ +
-------------++++++ +
------ -+ + + + + + + -------------+ + + + + + +
N型半导体
电子技术基础之数字电路
++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++
图3 N型半导体电结构示意图 在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数 载流子。同时还存在大量不能自由移动的正离子。
P型半导体
电子技术基础之数字电路
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图4 P型半导体电结构示意图
在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流 子。同时还存在大量不能自由移动的负离子。
PN结的形成
扩散尚未进行时（图5）
P
N
-------+ + + + + + +
------------- + + + + + + +
-------+ + + + + + + -------------+ + + + + + +
已形成的PN结（图6）
电子技术基础之数字电路
-------+ + + + + + +
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P
------- + + + + + + +
N
-------+ + + + + + +
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电子技术基础之数字电路
2.1.2 二极管的开关特性
1. 静态特性及开关等效电路
正向导通时，UD(ON)≈0.7（硅） 、 0.3V（锗）
RD≈几Ω ～几十Ω 相当于开关闭合
二极管的伏安特性曲线
电子技术基础之数字电路
开启电压
二极管的伏安特性曲线
理想化 伏安特 性曲线
二极管的开关等效电路 (a) 导通时 (b) 截止时
RL
–VR
i
–
IF
O
–IR
ts称为存储时间 tt称为渡越时间 tre=ts+tt称为反向恢复时间
t1
t
tS tt
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0.1IR
二极管的实际开关特性
电子技术基础之数字电路
加正向电压时的电荷存储效应（图9）
P
N
E
I F VF
RL
当外加正向电压时，PN结很窄，且在N区具有空穴的浓 度梯度，在P区具有自由电子的浓度梯度，正向电流越 大，浓度梯度也越大。即在P区和N区中有大量的载流 子存储。
电子技术基础之数字电路
加反向电压时的反向恢复时间（图10）
P
N
E VD
VR I R RL
反向恢复时间由存储时间和渡越时间组成，存储时间 对应于存储电荷消散的时间，渡越时间对应于阻挡层 变宽的时间。
2.1.1半导体二极管的工作原理
电子技术基础之数字电路
半导体二极管（Diode）结构示意图（图1）
正极
PN
负极 正极
D
负极
引线 外壳
PN结
（a）内部结构示意图
引线
（b）电路符号
图1-0-1 晶体二极管内部结构示意图及相应的电路符号
电子技术基础之数字电路
图2 本征半导体内部结构图
电子技术基础之数字电路
反向截止时 反向饱和电流极小 反向电阻很大（约几百kΩ） 相当于开关断开
电子技术基础之数字电路
二极管的伏安特性曲线
二极管的开关特性
vi
VF
D
O
+ vi
+ VD –
RL
–VR i
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IF
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电子技术基础之数字电路
t1
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二极管的理想开关特性
电子技术基础之数字电路
vi
VF
D
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+ vi
+ VD –
第2章 逻辑门电路
2.1 二极管的开关特性 2.2 三极管的开关特性 2.3 基本逻辑门电路 2.4 TTL逻辑门电路 2.6 CMOS逻辑门电路
电子技术基础之数字电路
电子技术基础之数字电路
2.1 二极管及其开关特性
2.1.1 二极管的工作原理 2.1.2 二极管的开关特性
要求：理解二极管的基本工作原理和主要开关参数
内电场E i
外加电压的正极接P区，负极接N区，此时阻挡层变窄，正 向电流较大。管子处于导通状态。
给二极管加反向电压（图8）
电子技术基础之数字电路
P
N
-------+ + + + + + +
-------------+ + + + + + +
-------+ + + + + + + -------------+ + + + + + +
内电场E i
外加电压的正极接N区，负极接P区，此时阻挡层变宽，反向电流极小。 管子处于截止状态。
电子技术基础之数字电路
二极管加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，
呈现低电阻。
D
+ vi
+ VD –
RL
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加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻。
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这就是二极管（PN结）的单向导电性。也就是二极 管的开关特性。
内电场E
PN结又叫做耗尽区（Depletion Region）、阻挡层、势垒区（Barrir Region）.
给二极管加正向电压（图7） P
电子技术基础之数字电路
N
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