模电第二章半导体二极管优秀课件
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第2章演示PPT课件
.
2
第2章 半导体二极管及其应用电路
2.1.2 二极管的伏安特性
－ U (BR) C
－ 3 0 IR C′
iV / m A
锗
B′ 15
B
10
5 O A′
0 .2 －5
A 0 .4 0 .6 0 .8
硅
uV / V
D
D′
( A )
.
3
第2章 半导体二极管及其应用电路
1.正向特性 二极管并不是只要处于正偏时它就导通。只有当正向电
V1
＋
＋
C RL uO
V2
－
(a)
uO
充电
a
放电 充电 放电
b
0
V1、V3 导通
四个V 均截止
V2 V4
导通
四个V 均截止
V1 V3
导通tBiblioteka (b).15
第2章 半导体二极管及其应用电路
（1）加入滤波电容后，输出电压的直流成份提高了，脉动成份降低了。
即滤波电容不仅是输出电压增大，而且使其变得平化。
.
5
第2章 半导体二极管及其应用电路
2.1.3 二极管的主要参数
1．最大整流电流IF
是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。使用时 正向平均电流不能超过此值，否则会烧坏二极管。
2．最大反向工作电压URM 最大反向工作电压URM 是指二极管正常工作时，所承受的最高
反向电压（峰值）。通常手册上给出的最高反向工作电压是击穿电 压的一半左右。
.
4
第2章 半导体二极管及其应用电路
3.反向击穿特性 二极管反向电压加到一定数值时，反向电流急剧增大
，这种现象称为反向击穿，此时对应的电压称为反向击穿 电压，用UBR表示，即CD(C′D′)段。
《模拟电子技术》课件第2章半导体二极管及其基本电路
成为本自由征电半子导（体带负电）， 同时的共价导键电中机留理下一个空
位，称为空穴（带正电）。
+4
+4
+4
+4 空穴
&;4
4
自由电子
空穴：共价键中的空位。
空穴的移动：相邻共价
+4
键中的价电子依次充填
空穴来实现。 +4
电子空穴对：由热激发
而产生的自由电子和空
+4
穴对。
§1.1 半导体的基本知识
P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的 半导体。【Positive】
1. P型半导体
三、杂质半导体
掺入三价元素（如硼）
Si
Si
BS–i
Si
空穴
掺杂后空穴数 目大量增加，空穴导电 成为这种半导体的主要 导电方式，称为空穴半 导体或 P型半导体。
接受一个 电子变为 负离子
硼原子
空穴：多子（多数载流子）
26
三、二极管的主要参数： (1) 最大整流电流IF
§3.3 二极管
二极二管极长管期反连向续电工流作急时， 允许剧通增过加二时极对管应的的最反大 整流向电电流压的值平称均为值反。向
击穿电压VBR。
(2) 反向击穿电压VBR和最大反向工为作安全电计压，V在R实M际工作
(3) 反向电流IR (4) 极间电容Cj
当vI = 6 sinωt (V)时，分别对于理想模型和恒压降模型绘出相应
的输出电压vO的波形。
R
+a.理想模型 D
当AVI=0V时 +
D截止
当VI=4V时
D导通
当VI=6V时
D导通
vI
VREF
位，称为空穴（带正电）。
+4
+4
+4
+4 空穴
&;4
4
自由电子
空穴：共价键中的空位。
空穴的移动：相邻共价
+4
键中的价电子依次充填
空穴来实现。 +4
电子空穴对：由热激发
而产生的自由电子和空
+4
穴对。
§1.1 半导体的基本知识
P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的 半导体。【Positive】
1. P型半导体
三、杂质半导体
掺入三价元素（如硼）
Si
Si
BS–i
Si
空穴
掺杂后空穴数 目大量增加，空穴导电 成为这种半导体的主要 导电方式，称为空穴半 导体或 P型半导体。
接受一个 电子变为 负离子
硼原子
空穴：多子（多数载流子）
26
三、二极管的主要参数： (1) 最大整流电流IF
§3.3 二极管
二极二管极长管期反连向续电工流作急时， 允许剧通增过加二时极对管应的的最反大 整流向电电流压的值平称均为值反。向
击穿电压VBR。
(2) 反向击穿电压VBR和最大反向工为作安全电计压，V在R实M际工作
(3) 反向电流IR (4) 极间电容Cj
当vI = 6 sinωt (V)时，分别对于理想模型和恒压降模型绘出相应
的输出电压vO的波形。
R
+a.理想模型 D
当AVI=0V时 +
D截止
当VI=4V时
D导通
当VI=6V时
D导通
vI
VREF
第二章 半导体二极管及其应用电路 《模拟电子技术基础》课件
基本处于截止状态，这种情况就 称为PN结反向阻断。
PN结的上述“正向导通，反 响阻断”作用，说明PN结具有单 向导电性。
2020/7/4
11
2.1.4 PN结的反向击穿
PN结处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结 的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这 种现象称为PN结反向击穿。
2. P型半导体
在四价晶体中掺入微量的三价元素，这种杂质半导体中， 空穴浓度远大于自由电子浓度，空穴为多子，自由电子为少子。 这种半导体的导电主要依靠空穴，称其为P型半导体（P-type semiconductor）或空穴型半导体。
2020/7/4
7
需要指出的是：
不论是N型还是P型半导体，整个晶体仍然呈中性。
2020/7/4
图2-3
6
2.1.2 杂质半导体
1. N型半导体
在四价元素晶体中掺入微量的五价元素，这种掺杂所产生的 自由电子浓度远大于本征激发所产生的电子—空穴对的浓度。电 子为多子，空穴为少子。这种半导体的导电主要依靠电子，称其 为N型半导体（N-type semiconductor）或电子型半导体。
2020/7/4
12
2.2 半导体二极管
2.2.1 二极管的结构与类型
将ＰＮ结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极 管。按结构分，二极管有点接触型和面接触型、平面型等 。
1. 点接触型二极管
特点是ＰＮ结面积小，不能通过较大电流，但高频性能好。
2. 面接触型二极管
结面积较大，故可允许通过较大电流，但其工作频率低。
4. 温度对特性的影响
图2-10
2020/7/4
由于半导体的导电性能与 温度有关，所以二极管的特性 对温度很敏感，温度升高时二 极管正向特性曲线向左移动， 反向特性曲线向下移动，如图 2-10所示。
PN结的上述“正向导通，反 响阻断”作用，说明PN结具有单 向导电性。
2020/7/4
11
2.1.4 PN结的反向击穿
PN结处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结 的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这 种现象称为PN结反向击穿。
2. P型半导体
在四价晶体中掺入微量的三价元素，这种杂质半导体中， 空穴浓度远大于自由电子浓度，空穴为多子，自由电子为少子。 这种半导体的导电主要依靠空穴，称其为P型半导体（P-type semiconductor）或空穴型半导体。
2020/7/4
7
需要指出的是：
不论是N型还是P型半导体，整个晶体仍然呈中性。
2020/7/4
图2-3
6
2.1.2 杂质半导体
1. N型半导体
在四价元素晶体中掺入微量的五价元素，这种掺杂所产生的 自由电子浓度远大于本征激发所产生的电子—空穴对的浓度。电 子为多子，空穴为少子。这种半导体的导电主要依靠电子，称其 为N型半导体（N-type semiconductor）或电子型半导体。
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2.2 半导体二极管
2.2.1 二极管的结构与类型
将ＰＮ结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极 管。按结构分，二极管有点接触型和面接触型、平面型等 。
1. 点接触型二极管
特点是ＰＮ结面积小，不能通过较大电流，但高频性能好。
2. 面接触型二极管
结面积较大，故可允许通过较大电流，但其工作频率低。
4. 温度对特性的影响
图2-10
2020/7/4
由于半导体的导电性能与 温度有关，所以二极管的特性 对温度很敏感，温度升高时二 极管正向特性曲线向左移动， 反向特性曲线向下移动，如图 2-10所示。
模拟电子技术基础 第2章半导体二极管及其基本电路 PPT课件
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rd
3.4 二极管基本电路
• 限幅电路
– 下图所示电路是一种简单的双向限幅电路，R 为限流电阻。
图3.3.9 限幅电路 电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
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rd
3.4 二极管基本电路
• 限幅电路 – 设二极管为恒压降模型。 点击观看Pspice仿真
当输入信号vi小于二极管
的导通电压（0.7v）时，
二极管截止，vo ≈ vi ； 当 vi值超过0.7v后，二
极管导通。二极管导通后， 其伏安特性类似于恒压特
性，所以其两端电压vo被
限制在±0.7v附近。该电 路常作为限幅保护电路。
图3.3.9 限幅电路（b）
电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
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rd
3.4 二极管基本电路
• 常用的双色发光二极管有2EF系列和TB系列，常用的三色 发光二极管有2EF302、2EF312、2EF322等型号。
电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
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发光二极管
• 普通发光二极管的检测 • 用万用表检测。利用具有×10kΩ挡的指针式万用表可以大致判断发光
二极管的好坏。正常时，二极管正向电阻阻值为几十至200kΩ,反向电 阻的值为∝。如果正向电阻值为0或为∞，反向电阻值很小或为0，则 易损坏。种检测方法，不能实地看到发光管的发光情况，因为×10kΩ 挡不能向LED提供较大正向电流。
•
— 1. 最大整流电流IF•IF是指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。其值与
PN结面积以及外部散热条件有关。在规定的散热条件下，二极管正向平
均电流若超过此值，则将因结温升高而烧坏。
•
模电课件第二章二极管
多子浓度——与温度无关
注： 对于杂质半导体，多子的浓度愈高，少子的浓度就越低。
可以认为，多子的浓度约等于所掺杂质原子的浓度，因而它受 温度的影响很小；而少子是本征半导体激发形成的，所以尽管 其浓度很低，却对温度非常敏感，这将影响半导体器件的性能。
2.2 PN结的形成及特性 一、PN结的形成 ( P.32—33)
10 10
3、折线模型
考虑到正向特性的斜率 ，即考虑二极管导通后的等效电阻 rD ：如图，
当vD = Vth时，iD = 0；而当vD = 0.7V时，iD约为1mA。
个特电性二阻 为极：rD串管联正，向电偏阻置上时的，电其压管为压：降IVD×D不rD是，恒rD定=的（，0.7可—视0.为5）它/1由m门A 坎≈20电0Ω压。V其th和V—一
2)T增加 至T=300K时,有少量的电子空穴 对(空位).
3.两种载流子(仅两种)
1)电子:共价键中的价电子挣脱原子核的束缚成为自由电子,T增 加,自由电子增加.
2)空穴:价电子成为自由电子后,共价键中就留下一个空位,称空穴. 因为原子中性破坏,显示出 a).带正电
b).可以“移动”:(空穴移动并非本身移动,而是对于电子补充而相对 移动)既有空穴的原子吸引相邻原子中的价电子补充这个空穴,于是出 现另一个空穴.再由相邻价电子补充,继续下去,好象空穴在运动.)电子 与空穴运动方向相反,空穴运相当于正电荷运动.
P
N
符号:
分类: 按材料可分为硅二极管(3CP系列)和锗二极管(2AP系列) 按结构工艺分为点接触型、面接触型 和平面型三种。
(1) 点接触型二极管
PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。
正 极引 线
金 属触 丝
注： 对于杂质半导体，多子的浓度愈高，少子的浓度就越低。
可以认为，多子的浓度约等于所掺杂质原子的浓度，因而它受 温度的影响很小；而少子是本征半导体激发形成的，所以尽管 其浓度很低，却对温度非常敏感，这将影响半导体器件的性能。
2.2 PN结的形成及特性 一、PN结的形成 ( P.32—33)
10 10
3、折线模型
考虑到正向特性的斜率 ，即考虑二极管导通后的等效电阻 rD ：如图，
当vD = Vth时，iD = 0；而当vD = 0.7V时，iD约为1mA。
个特电性二阻 为极：rD串管联正，向电偏阻置上时的，电其压管为压：降IVD×D不rD是，恒rD定=的（，0.7可—视0.为5）它/1由m门A 坎≈20电0Ω压。V其th和V—一
2)T增加 至T=300K时,有少量的电子空穴 对(空位).
3.两种载流子(仅两种)
1)电子:共价键中的价电子挣脱原子核的束缚成为自由电子,T增 加,自由电子增加.
2)空穴:价电子成为自由电子后,共价键中就留下一个空位,称空穴. 因为原子中性破坏,显示出 a).带正电
b).可以“移动”:(空穴移动并非本身移动,而是对于电子补充而相对 移动)既有空穴的原子吸引相邻原子中的价电子补充这个空穴,于是出 现另一个空穴.再由相邻价电子补充,继续下去,好象空穴在运动.)电子 与空穴运动方向相反,空穴运相当于正电荷运动.
P
N
符号:
分类: 按材料可分为硅二极管(3CP系列)和锗二极管(2AP系列) 按结构工艺分为点接触型、面接触型 和平面型三种。
(1) 点接触型二极管
PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。
正 极引 线
金 属触 丝
《模拟电子技术基础》第2章 半导体二极管及其基本应用电路
稳压管的最大工作电流 IZmax = PZmax/UZ。稳压二极管2CW52的 PZmax=0.25W。 (4) 动态电阻rZ
稳压管工作在稳压区时，稳压管两端电压的变化量与其电流
变化量之比，即rZ =UZ /IZ。 rZ 越小，稳压管的稳压性能越好。一般rZ 从几欧至几十欧。
稳压二极管2CW52的rZ <70Ω。
6
正向
4
3
+
uD _
-50 UBR 反向
Si
2
1
-25 O
2
0.4 Uth 0.8
-10
死区
Ge -20
iD /
uD/ V
(b)特性曲线 图2.4.3 二极管的伏安特性曲线
uD
伏安特性方程： iD IS(eUT 1)
UT
kT q
2.3 半导体二极管
2.3.2 二极管的伏安特性 1. 正向特性
I / mA Ge Si R
+4
+4
+4
共价键
价电子
+4
+4
+4
+4
+4
+4
图2.2.2 四价元素的共价键结构
2.1.1 本征半导体
当温度0K时，半导体中无自由电子；当温度大于0K或受到 光照时，有些价电子挣脱共价键的束缚，成为自由电子。这种现 象称为本征激发（也称为热激发）。本征激发产生电子-空穴对。
自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，称为 复合。在一定温度下，本征激发和复合达到动态平衡。
导体。
+4
+4
+4
自由电子
+4
稳压管工作在稳压区时，稳压管两端电压的变化量与其电流
变化量之比，即rZ =UZ /IZ。 rZ 越小，稳压管的稳压性能越好。一般rZ 从几欧至几十欧。
稳压二极管2CW52的rZ <70Ω。
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正向
4
3
+
uD _
-50 UBR 反向
Si
2
1
-25 O
2
0.4 Uth 0.8
-10
死区
Ge -20
iD /
uD/ V
(b)特性曲线 图2.4.3 二极管的伏安特性曲线
uD
伏安特性方程： iD IS(eUT 1)
UT
kT q
2.3 半导体二极管
2.3.2 二极管的伏安特性 1. 正向特性
I / mA Ge Si R
+4
+4
+4
共价键
价电子
+4
+4
+4
+4
+4
+4
图2.2.2 四价元素的共价键结构
2.1.1 本征半导体
当温度0K时，半导体中无自由电子；当温度大于0K或受到 光照时，有些价电子挣脱共价键的束缚，成为自由电子。这种现 象称为本征激发（也称为热激发）。本征激发产生电子-空穴对。
自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，称为 复合。在一定温度下，本征激发和复合达到动态平衡。
导体。
+4
+4
+4
自由电子
+4
模电课件第二章二极管及其放大电路
模电课件第二章二极管及 其放大电路
CATALOGUE
目 录
• 二极管的基本知识 • 二极管电路分析 • 二极管放大电路 • 二极管电路的调试与故障排除 • 二极管的发展趋势与展望
01
CATALOGUE
二极管的基本知识
二极管的种类
硅二极管
硅二极管是最常用的二 极管类型，具有较低的 导通电压和较高的稳定
应用场景
共基放大电路在高频信号处理、振 荡器等领域应用较广。
04
CATALOGUE
二极管电路的调试与故障排除
调试方法
静态工作点的调试
通过调节偏置电阻，观察二极管的工作状态 ，确保其处于合适的静态工作点。
反馈电路的调试
检查反馈电路的元件参数，调整反馈电阻和 电容，使电路达到最佳的放大效果。
输入和输出信号的调整
正向偏置和反向偏置
当二极管的正极电压高于负极电压时 ，称为正向偏置；当二极管的负极电 压高于正极电压时，称为反向偏置。
二极管的应用
01
02
03
04
整流电路
利用二极管的单向导通性实现 交流电的整流，将交流电转换
为直流电通断控制。
稳压电路
利用齐纳二极管的反向击穿特 性实现电路的稳压。
信号放大
利用二极管的非线性特性实现 信号的放大和失真效果。
02
CATALOGUE
二极管电路分析
整流电路
整流电路
利用二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电的电路 。
单相半波整流电路
只利用半个周期的交流电进行整流，输出电压平均值为输 入电压的一半。
单相全波整流电路
利用两个二极管交替导通和截止，将交流电转换为直流电 ，输出电压平均值为输入电压的0.9倍。
CATALOGUE
目 录
• 二极管的基本知识 • 二极管电路分析 • 二极管放大电路 • 二极管电路的调试与故障排除 • 二极管的发展趋势与展望
01
CATALOGUE
二极管的基本知识
二极管的种类
硅二极管
硅二极管是最常用的二 极管类型，具有较低的 导通电压和较高的稳定
应用场景
共基放大电路在高频信号处理、振 荡器等领域应用较广。
04
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二极管电路的调试与故障排除
调试方法
静态工作点的调试
通过调节偏置电阻，观察二极管的工作状态 ，确保其处于合适的静态工作点。
反馈电路的调试
检查反馈电路的元件参数，调整反馈电阻和 电容，使电路达到最佳的放大效果。
输入和输出信号的调整
正向偏置和反向偏置
当二极管的正极电压高于负极电压时 ，称为正向偏置；当二极管的负极电 压高于正极电压时，称为反向偏置。
二极管的应用
01
02
03
04
整流电路
利用二极管的单向导通性实现 交流电的整流，将交流电转换
为直流电通断控制。
稳压电路
利用齐纳二极管的反向击穿特 性实现电路的稳压。
信号放大
利用二极管的非线性特性实现 信号的放大和失真效果。
02
CATALOGUE
二极管电路分析
整流电路
整流电路
利用二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电的电路 。
单相半波整流电路
只利用半个周期的交流电进行整流，输出电压平均值为输 入电压的一半。
单相全波整流电路
利用两个二极管交替导通和截止，将交流电转换为直流电 ，输出电压平均值为输入电压的0.9倍。
模电02二极管及其基本电路PPT课件
使其正向电流为0.5mA，应加多大的电压？设n=1。 解： 由题意可知IS = 1nA， n=1。将参数代入PN结的
V- I 特性表达式
得到：
第15页/共17页
二、 PN结的单向导电性
3.2 PN结
4. PN结的电容效应
• 扩散电容CD（正偏） • 势垒电容CB （反偏）
第16页/共17页
感谢您的观看！
形成内电场ε0 (N →P)
促使少子漂移阻止多子扩散
扩散
=
漂移(动态平衡)
稳定的空间电荷区称为PN结
第10页/共17页
3.2 PN结
二、 PN结的单向导电性
1.PN结加正向电压(正偏)
EF
ε0
内电场:ε0 →ε0-EF
多子扩散 >> 少子漂移
扩散电流 >> 漂移电流
IF
外电路：流入P区的ຫໍສະໝຸດ 流IF二、杂质半导体硼（3价）
本征半导体（4价） 磷（5价）
P型(空穴)半导体
N型(电子)半导体
正离子 负离子 空穴 自由电子
多子：空穴 少子：自由电子 多子：自由电子 少子：空穴
均匀分布负离子
均匀分布正离子
第7页/共17页
3.1 半导体
复习
二、杂质半导体
硼（3价）
本征半导体（4价） 磷（5价）
P型(空穴)半导体
3.1 半导体
一、本征半导体
定义：化学成分纯净、物理结构完整（单晶体形态）。
1. 原子结构：以Si,Ge为例
Si
G
e
4价元素，4个价电子。
第3页/共17页
一、本征半导体
2.共价键
3.1 半导体
共价键结构平面示意图
V- I 特性表达式
得到：
第15页/共17页
二、 PN结的单向导电性
3.2 PN结
4. PN结的电容效应
• 扩散电容CD（正偏） • 势垒电容CB （反偏）
第16页/共17页
感谢您的观看！
形成内电场ε0 (N →P)
促使少子漂移阻止多子扩散
扩散
=
漂移(动态平衡)
稳定的空间电荷区称为PN结
第10页/共17页
3.2 PN结
二、 PN结的单向导电性
1.PN结加正向电压(正偏)
EF
ε0
内电场:ε0 →ε0-EF
多子扩散 >> 少子漂移
扩散电流 >> 漂移电流
IF
外电路：流入P区的ຫໍສະໝຸດ 流IF二、杂质半导体硼（3价）
本征半导体（4价） 磷（5价）
P型(空穴)半导体
N型(电子)半导体
正离子 负离子 空穴 自由电子
多子：空穴 少子：自由电子 多子：自由电子 少子：空穴
均匀分布负离子
均匀分布正离子
第7页/共17页
3.1 半导体
复习
二、杂质半导体
硼（3价）
本征半导体（4价） 磷（5价）
P型(空穴)半导体
3.1 半导体
一、本征半导体
定义：化学成分纯净、物理结构完整（单晶体形态）。
1. 原子结构：以Si,Ge为例
Si
G
e
4价元素，4个价电子。
第3页/共17页
一、本征半导体
2.共价键
3.1 半导体
共价键结构平面示意图
模电课件第二章二极管及其放大电路共32页
15.11.2019
限幅电路
例4 一限幅电路如图所示，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： （1）求解vI=0V、4V、6V时相应的输出电压vO之值； （2）绘出当vI=6sinωt（V）相应的输出电压波形
15.11.2019
开关电路
例5 二极管电路如图所示，利用二极管理想模型求解:当 vI1和vI2为0V或5V 时，求vI1和vI2的值不同组合情 况下，输出电压vo的值。
VCC
开关电路习惯画法
开关电路理想模型
15.11.2019
低电压稳压电路
例6 低电压稳压电路如图所示，利用二极管的正向压降特性， 合理选取电路参数，对于硅二极管可以获得输出电压vO（=VD） 近似等于0.7V，若采用几只二极管串联，则可获得1V以上的 输出电压。
15.11.2019
小信号工作情况分析
15.11.2019
整流电路
例2 二极管基本电路如图所示，已知vs为正弦波。试利用二 极管理想模型，定性地绘出vo的波形。
半波整流电路
15.11.2019
静态工作情况分析
例3 设简单硅二极管基本电路及习惯画法如图所示，R=10kΩ。 对于下列两种情况，求电路的ID和VD的值：
（1）VDD=10V； （2） VDD=1V
15.11.2019
conduction band (mobile) electrons ：束缚电子 donor and acceptor impurities：杂质半导体 peak inverse voltage：峰值反向电压 avalanche diode：雪崩二极管 zener diode：齐纳二极管 Light-emitting diode：发光二极管 Photodiode：光电二极管 Silicon controlled rectifier：可控硅 Tunnel diode：隧道二极管 Schottky diode：肖特基二极管 Varicap diode：变容二极管 Radio demodulation：解调、检波 Power conversion：能量变换 Over-voltage protection：过压保护 Logic gates：逻辑门 Ionising radiation detectors： Current steering：
限幅电路
例4 一限幅电路如图所示，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： （1）求解vI=0V、4V、6V时相应的输出电压vO之值； （2）绘出当vI=6sinωt（V）相应的输出电压波形
15.11.2019
开关电路
例5 二极管电路如图所示，利用二极管理想模型求解:当 vI1和vI2为0V或5V 时，求vI1和vI2的值不同组合情 况下，输出电压vo的值。
VCC
开关电路习惯画法
开关电路理想模型
15.11.2019
低电压稳压电路
例6 低电压稳压电路如图所示，利用二极管的正向压降特性， 合理选取电路参数，对于硅二极管可以获得输出电压vO（=VD） 近似等于0.7V，若采用几只二极管串联，则可获得1V以上的 输出电压。
15.11.2019
小信号工作情况分析
15.11.2019
整流电路
例2 二极管基本电路如图所示，已知vs为正弦波。试利用二 极管理想模型，定性地绘出vo的波形。
半波整流电路
15.11.2019
静态工作情况分析
例3 设简单硅二极管基本电路及习惯画法如图所示，R=10kΩ。 对于下列两种情况，求电路的ID和VD的值：
（1）VDD=10V； （2） VDD=1V
15.11.2019
conduction band (mobile) electrons ：束缚电子 donor and acceptor impurities：杂质半导体 peak inverse voltage：峰值反向电压 avalanche diode：雪崩二极管 zener diode：齐纳二极管 Light-emitting diode：发光二极管 Photodiode：光电二极管 Silicon controlled rectifier：可控硅 Tunnel diode：隧道二极管 Schottky diode：肖特基二极管 Varicap diode：变容二极管 Radio demodulation：解调、检波 Power conversion：能量变换 Over-voltage protection：过压保护 Logic gates：逻辑门 Ionising radiation detectors： Current steering：
模电第二章半导体二极管
3
2.1.2 本征半导体
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和 锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
Ge
Si
4
通过一定的工艺过程，可以将半导体 制成晶体。
完全纯净的、结构完整的半导体晶体， 称为本征半导体。
在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成 晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心， 而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子 与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价 电子。
这样所产生的电容就是扩散电容CD。
43
CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而 反向偏置时，载流子很少，扩散电容可忽略。
PN结高频小信号时的等效电路： rd
势垒电容和扩散电 容的综合效应
44
2.4.1 二极管V- I 特性的建模
1. 理想模型
2. 恒压降模型
3. 折线模型
45
2.4.1 二极管V- I 特性的建模
以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是 主要利用它的单向导电性包括整流、限幅、保护等。
40
（4）微变电阻 rD
iD
ID
Q
iD
vD
rD是二极管特性曲线工 作点Q附近电压的变化
与电流的变化之比：
VD
vD 显然，rD是对Q附近的
微小变化量的电阻。
41
（5）二极管的极间电容
二极管的两极之间有电容，此电容由两 部分组成：势垒电容CB和扩散电容CD。
思都是： P区加正、N区加负电压。
PN结加上反向电压、反向偏置的意 思都是： P区加负、N区加正电压。
27
PN结正向偏置
空间电荷区变薄
P
－+
N
+
－+
2.1.2 本征半导体
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和 锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
Ge
Si
4
通过一定的工艺过程，可以将半导体 制成晶体。
完全纯净的、结构完整的半导体晶体， 称为本征半导体。
在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成 晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心， 而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子 与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价 电子。
这样所产生的电容就是扩散电容CD。
43
CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而 反向偏置时，载流子很少，扩散电容可忽略。
PN结高频小信号时的等效电路： rd
势垒电容和扩散电 容的综合效应
44
2.4.1 二极管V- I 特性的建模
1. 理想模型
2. 恒压降模型
3. 折线模型
45
2.4.1 二极管V- I 特性的建模
以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是 主要利用它的单向导电性包括整流、限幅、保护等。
40
（4）微变电阻 rD
iD
ID
Q
iD
vD
rD是二极管特性曲线工 作点Q附近电压的变化
与电流的变化之比：
VD
vD 显然，rD是对Q附近的
微小变化量的电阻。
41
（5）二极管的极间电容
二极管的两极之间有电容，此电容由两 部分组成：势垒电容CB和扩散电容CD。
思都是： P区加正、N区加负电压。
PN结加上反向电压、反向偏置的意 思都是： P区加负、N区加正电压。
27
PN结正向偏置
空间电荷区变薄
P
－+
N
+
－+
模电课件2半导体二极管
3.开关电路
利用二极管的 单向导电性可 作为电子开关
例3：求vI1和vI2
不同值组合时
解：
的v0值（二极管 为理想模型）。
vI1 vI2
二极管工作状态
D1
D2
v0
0V 0V 导通 导通
0V
0V 5V 导通 截止
0V
5V 0V 截止 导通
0V
5V 5V 截止 截止
5V
例4：判别二极管是导通还是截止。
+ vi(t)
－
C
R 1K E 1.5V
解： +
I DQ
1.5 VD 1K
0.9mA
VD
－
R直
0.6 0.9
0.67(k)
r交
VT IQ
26 0.9
28.89()
例11：二极管限幅电路:已知电路的输入波形为 v i ,二
极管的VD 为0.6伏，试画出其输出波形。
解： Vi> 3.6V时，二极管导通，vo=3.6V。 Vi< 3.6V时，二极管截止， vo=Vi。
例6：求(1).vI=0V,vI=4V, vI=6V 时，输出v0的值。
(2). Vi=6sinωt V 时，
输出v0的波形。
解：(1) . vI=0V时，D截止。v0 = vI
实际模型
vo
vI=4V时，D导通。
VREF Vth (vI VREF
vI=6V时，D导通。
Vth )
rD (rD
PN结的单向导电性
(1) PN结加正向电压
外加的正向电压，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。P区的 电位高于N区的电位，称 为加正向电压，简称正偏。
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P型半导体
硅或锗 +少量硼 P型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如 硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被 杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与 相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空 穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得 硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼 原子接受电子，所以称为受主原子。
在常温下，由于热激发，使一些价电子 获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成 为自由电子，同时共价键上留下一个空位， 称为空穴。
本征半导体的导电机理
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子 束缚电子
本征半导体的导电机理
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴吸引临近的电子 来填补，这样的结果 相当于空穴的迁移， 而空穴的迁移相当于 正电荷的移动，因此 可以认为空穴是载流 子。
模电第二章半导体二极管
§2.1 半导体的基本知识
2.1.1 导体、半导体和绝缘体
自然界中很容易导电的物质称为导体，金 属一般都是导体。
有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体 之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些 硫化物、氧化物等。
半导体的导电机理不同于其它物质，所 以它具有不同于其它物质的特点。比如：
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P型区
空间电 N型区 荷区
请注意
1、空间电荷区中没有载流子。
2、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、 N中的电子（都是多子）向对方运动 （扩散运动）。
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
－－－－ － －
N型半导 内电场E 体 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩散运动
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
P型半导体
空穴 硼原子
+4
+4
+3
+4
总结
1、N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提 供的电子，本征半导体中受激产生的电子只占少 数。 N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能 形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要
是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。
2、P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
P型半导体
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N型半导体
§2.2 PN结的形成及特性
2.2.1 PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P型 半导体和N型半导体，经过载流子的扩散， 在它们的交界面处就形成了PN结。
－－－－ － －
－－－－ － －
N型半导 内电场E 体 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++
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。
扩散运动
电位V
V0
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
N型半导体
磷原子
+4
+4
多余电子
+5
+4
N型半导体
N型半导体中的载流子是什么？
1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。
2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。 3、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度， 所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电 子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载 流子（少子）。
在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成 晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心， 而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子 与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价 电子。
硅和锗的晶体结构
硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
+4
+4
共价键共 用电子对
形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流 子，即自由电子和空穴。
本征半导体的导电能力取决于载流子的 浓度。
温度越高，载流子的浓度越高。因此本 征半导体的导电能力越强，温度是影响半导 体性能的一个重要的外部因素，这是半导体 的一大特点。
2.1.3 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质， 就会使半导体的导电性能发生显著变化。
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键 中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱 离共价键成为自由电子，因此本征半导体中 的自由电子很少，所以本征半导体的导电能 力很弱。
本征半导体的导电机理
在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时, 价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中 没有可以运动的带电粒子（即载流子），它 的导电能力为0，相当于绝缘体。
当受外界热和光的作用时，它的导 电能力明显变化。
往纯净的半导体中掺入某些杂质， 会使它的导电能力明显改变。
2.1.2 本征半导体
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和 锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
Ge
Si
通过一定的工艺过程，可以将半导体 制成晶体。
完全纯净的、结构完整的半导体晶体， 称为本征半导体。
－－－－ － －
N型半导 内电场E 体
+ +++++ + + 内移+ 电运+场 动越越+ 强强+，，就而使漂漂移 + + 使+ 空+间电+ 荷+区变薄。
+ +++++
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。
扩散运动
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度 大大增加。
使自由电子浓度大大增加的杂质半导体 称为N型半导体（电子半导体），使空穴浓 度大大增加的杂质半导体称为P型半导体 （空穴半导体）。
N型半导体
硅或锗 +少量磷 N型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷 （或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被 杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子， 其中四个与相临的半导体原子形成共价键， 必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚， 很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子 就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原 子给出一个电子，称为施主原子。