模擬電子技術(shù) 第3章

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1、主 要 內(nèi) 容半 導(dǎo) 體 的 基 本 知 識(shí)PN結(jié) 的 形 成半 導(dǎo) 體 二 極 管 及 其 性 質(zhì) 與 參 數(shù)特 殊 二 極 管 半導(dǎo)體材料及特性半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用雜質(zhì)半導(dǎo)體 3.1 半 導(dǎo) 體 的 基 本 知 識(shí) 半 導(dǎo) 體 是 一 種 導(dǎo) 電 特 性 位 于 導(dǎo) 體 和 絕 緣 體 之 間 的物 質(zhì) ,典 型 的 半 導(dǎo) 體 有 硅 Si和 鍺 Ge以 及 砷 化 鎵 GaAs等 。摻 雜 性 ： 二 極 管 、 三 極 管 、 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 等熱 敏 性 ： 熱 敏 電 阻光 敏 性 ： 光 敏 電 阻 ， 光 敏 二 極 管 、 光 敏 三 極 管 等

2、。 +4 +4+4+4晶 體 結(jié) 構(gòu)原 子 結(jié) 構(gòu)1. 本 征 半 導(dǎo) 體 的 共 價(jià) 鍵 結(jié) 構(gòu) （ 硅 與 鍺 ）純 凈 的 半 導(dǎo) 體 晶 體 ，如 ： 硅 與 鍺共 價(jià) 鍵 共 價(jià) 鍵 中的 兩 個(gè) 電子 稱(chēng) 為 束縛 電 子外 層 軌 道電 子 ， 稱(chēng)為 價(jià) 電 子共 價(jià) 鍵 形 成 后 ， 每 個(gè) 原 子 的 最 外 層 電 子 是 八 個(gè) ， 構(gòu) 成 穩(wěn)定 結(jié) 構(gòu) 。 并 且 ， 使 原 子 規(guī) 則 排 列 ， 形 成 晶 體 。 2. 本 征 激 發(fā) 在 T = 0 K（ 絕 對(duì) 零 度 ） 和 無(wú) 外 界 激 發(fā) ， 本 征 半 導(dǎo) 體沒(méi) 有 自 由 運(yùn) 動(dòng) 的 帶 電 粒

3、子 載 流 子 ， 因 而 不 能 導(dǎo)電 ； +4 +4+4 +4A、 T = 0 K （ 絕 對(duì) 零度 ） 和 無(wú) 外 界 激 發(fā) 時(shí) 自 由 電 子空 穴 束 縛 電 子+4 +4+4 +4本 征 激 發(fā)溫 度 升高 由 于 溫 度 上 升 ， 電 子 獲 得 能 量 后 ， 少 數(shù) 共 價(jià) 鍵 中的 束 縛 電 子 掙 脫 束 縛 成 為 自 由 電 子 ， 留 下 空 穴 ，稱(chēng) 為 本 征 激 發(fā) ， 又 稱(chēng) 為 熱 激 發(fā) 。B、 溫 度 上 升 時(shí) 半 導(dǎo) 體 中 的 兩 種 載 流 子 ：+4 +4+4 +4 不 受 束 縛 的 電子 ， 稱(chēng) 為 自 由電 子共 價(jià) 鍵 的 空位

4、 ， 稱(chēng) 為 空穴 擺 脫 束 縛束 縛 電 子 半 導(dǎo) 體 中 的 兩 種 載 流 子 ：由 于 自 由 電 子 與 空 穴 的 有 序 移 動(dòng) 將 產(chǎn) 生 電 流 ， 因 而稱(chēng) 自 由 電 子 與 空 穴 為 半 導(dǎo) 體 中 的 兩 種 載 流 子 ； 電 子 載 流 子 是 帶 負(fù) 電 的 粒 子 ； 空 穴 是 電 子 離 開(kāi)后 產(chǎn) 生 的 共 價(jià) 鍵 空 位 ， 因 而 帶 正 電 ；本 征 半 導(dǎo) 體 中 ， 自 由 電 子 和 空 穴 成 對(duì) 出 現(xiàn) ， 數(shù)目 相 等 。載 流 子 濃 度 決 定 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 性 能 ， 濃 度 越 高 ，導(dǎo) 電 性 能 越 好 。

5、溫 度 越 高 ， 載 流 子 數(shù) 量 增 加 ， 導(dǎo) 電 能 力 越 強(qiáng) ， 因而 具 有 熱 敏 性 。本 征 半 導(dǎo) 體 受 熱 激 發(fā) 只 產(chǎn) 生 少 量 電 子 空 穴 對(duì) ， 載流 子 濃 度 很 低 ， 外 加 電 場(chǎng) 作 用 ， 電 流 極 其 微 弱 ；本 征 激 發(fā) 的 特 點(diǎn) 結(jié) 論 本 征 半 導(dǎo) 體 外 層 電 子 構(gòu) 成 穩(wěn) 定 的 共 價(jià) 鍵 結(jié)構(gòu) ， 使 原 子 規(guī) 則 排 列 ， 形 成 晶 體 。 在 本 征 激 發(fā) 下 ， 能 產(chǎn) 生 少 量 的 載 流 子 ， 具有 微 弱 的 導(dǎo) 電 作 用 。 其 導(dǎo) 電 性 能 具 有 熱 敏 性 ， 溫 度 越

6、高 ， 載 流子 的 濃 度 越 高 ， 導(dǎo) 電 能 力 越 強(qiáng) 。 半 導(dǎo) 體 具 有 摻 雜 性 ， 若 在 本 征 半 導(dǎo) 體 中 摻 入微 量 雜 質(zhì) ， 則 導(dǎo) 電 性 能 大 為 改 觀 ， 摻 入 百 萬(wàn) 分 之 一的 雜 質(zhì) ， 載 流 子 濃 度 增 加 1百 萬(wàn) 倍 。 N型 半 導(dǎo) 體 摻 入 五 價(jià) 雜 質(zhì) 元 素 （ 如 磷 ）的 半 導(dǎo) 體 。 P型 半 導(dǎo) 體 摻 入 三 價(jià) 雜 質(zhì) 元 素 （ 如 硼 ） 的半 導(dǎo) 體 。 1. N型 半 導(dǎo) 體 形 成本 征 摻 雜 ： 本 征 半 導(dǎo) 體 得 到 大 量 自 由 電 子（ 無(wú) 空 穴 ）磷 (5價(jià) )本 征

7、激 發(fā) ： 得 到 少 量 電 子 空 穴 對(duì) 特 點(diǎn)a. 自 由 電 子 為 多 數(shù) 載 流 子 （ 多 子 ） 空 穴 為 少 數(shù) 載 流 子 （ 少 子 ） ；b. 磷 原 子 被 稱(chēng) 為 施 主 雜 質(zhì) ， 本 身 因失 去 電 子 而 成 為 正 離 子 。 N型 半 導(dǎo) 體 可 簡(jiǎn) 化 成 +圖 2 3 2. P型 半 導(dǎo) 體 形 成本 征 摻 雜 ： 本 征 半 導(dǎo) 體 得 到 大 量 空 穴（ 無(wú) 自 由 電 子 ）硼 (3價(jià) )本 征 激 發(fā) ： 得 到 少 量 電 子 空 穴 對(duì) 特 點(diǎn)a. 空 穴 為 多 數(shù) 載 流 子 （ 多 子 ） 自 由 電 子 為 少 數(shù) 載 流

8、 子 （ 少 子 ） ；b. 硼 原 子 被 稱(chēng) 為 受 主 雜 質(zhì) ， 本 身 因獲 得 電 子 而 成 為 負(fù) 離 子 。 P型 半 導(dǎo) 體 可 簡(jiǎn) 化 成 圖 2 5 結(jié) 論通 過(guò) 在 半 導(dǎo) 體 材 料 中 加 入 雜 質(zhì) ， 可 以 改 變 半 導(dǎo) 體的 載 流 子 濃 度 ， 從 而 改 變 其 導(dǎo) 電 特 性 。加 入 5價(jià) 元 素 的 雜 質(zhì) ， 得 到 N型 半 導(dǎo) 體 ， 電 子 為 多數(shù) 載 流 子 。加 入 3價(jià) 元 素 的 雜 質(zhì) ， 得 到 P型 半 導(dǎo) 體 ， 空 穴 為 多數(shù) 載 流 子 。 3.2 PN結(jié) 的 形 成用 化 學(xué) 方 法 把 N型 半 導(dǎo) 體 和

9、 P型 半 導(dǎo) 體 結(jié) 合 在 一 起 。 P型 + + + + + + +N型多 子 的 擴(kuò) 散 運(yùn) 動(dòng)由 于 濃 度 差 異 引起 的 載 流 子 運(yùn) 動(dòng) ，稱(chēng) 之 為 擴(kuò) 散 當(dāng) 擴(kuò) 散 和 漂 移 達(dá) 到 動(dòng) 態(tài) 平 衡 ， 即 形 成 穩(wěn) 定 的 PN結(jié) 。 多 子 的 擴(kuò) 散 ， 使 得 結(jié) 合 區(qū) 產(chǎn) 生 內(nèi) 電 場(chǎng)內(nèi) 電 場(chǎng) 作 用 一 方 面 將 阻 礙 多 子 的 擴(kuò) 散 ， 同 時(shí) 也 引 起 少數(shù) 載 流 子 產(chǎn) 生 漂 移 ； + + + + + + + +P型 區(qū) N型 區(qū)空 間電 荷 區(qū)內(nèi) 電 場(chǎng) V0 多 子 擴(kuò) 散少 子 漂 移 由 于 電 場(chǎng) 的 作 用 ，

10、而 引 起 的 載 流 子運(yùn) 動(dòng) ， 稱(chēng) 之 為 漂移 N型 半 導(dǎo) 體 和 P型 半 導(dǎo) 體 結(jié) 合 因 濃 度 差 空 間 電 荷 區(qū) 形 成 內(nèi) 電 場(chǎng) 內(nèi) 電 場(chǎng) 促 使 少 子 漂 移 內(nèi) 電 場(chǎng) 阻 止 多 子 擴(kuò) 散 最 后 ,多 子 的 擴(kuò) 散 和 少 子 的 漂 移 達(dá) 到 動(dòng) 態(tài) 平 衡 。多 子 的 擴(kuò) 散 運(yùn) 動(dòng) 由 雜 質(zhì) 離 子 形 成 空 間 電 荷 區(qū) PN結(jié) 形 成 過(guò) 程 把 PN結(jié) 封 殼 ， 引 線 即 成 二 極 管 。其 符 號(hào) 和 PN結(jié) 相 同 。陽(yáng) 極 陰 極 一、二極管的結(jié)構(gòu) 在 PN結(jié) 上 加 上 引 線 和 封 裝 ， 就 成 為 一 個(gè)

11、 二 極管 。 二 極 管 按 結(jié) 構(gòu) 分 有 點(diǎn) 接 觸 型 、 面 接 觸 型 兩 大類(lèi) 。(1) 點(diǎn) 接 觸 型 二 極 管 (a)點(diǎn) 接 觸 型 二 極 管 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 接 觸 面 積 小 ，因 而 結(jié) 間 電 容 小 ，用 于 檢 波 和 變 頻 等高 頻 電 路 。 缺 點(diǎn) ，不 能 通 過(guò) 大 電 流 （ a） 面 接 觸 型 （ b） 集 成 電 路 中 的 平 面 型 （ c） 代 表 符 號(hào) (2) 面 接 觸 型 二 極 管(b)面 接 觸 型 接 觸 面 積 大 ， 能 通過(guò) 大 電 流 ， 缺 點(diǎn) ：結(jié) 間 電 容 大 1. 正 偏 : P + ， N P

12、N結(jié) 正 向 電 阻 很 小 。 因 此 ， 正 向 電 壓 使 得 擴(kuò) 散變 強(qiáng) ， 并 形 成 擴(kuò) 散 電 流 ，即 正 向 電 流 IF ； VF， IF ； 1 21 2 2 12 1P N VF IF 圖 2 8P區(qū) 空 穴 ， N區(qū) 電 子 得 到 補(bǔ) 充內(nèi) 電 場(chǎng) 變 小 擴(kuò) 散 變 強(qiáng)向 空 間 電 荷 區(qū) 持 續(xù) 擴(kuò) 散PN結(jié) 變 窄 2. 反 偏 P ， N + PN結(jié) 變 寬 （ 由 11到 22） PN結(jié) 反 向 電 阻 很 大 。 內(nèi) 電 場(chǎng) 變 大 （ 由 V0變 到 V0 + VF ） 形 成 漂 移 電 流 即 反 向 （ 飽 和 ） 電 流 IS ；利 于 漂

13、 移 ，抑 制 擴(kuò) 散2 12 1 121 2P N V R IF 圖 1 9 IR(或 IS ) 在 一 定 的 溫 度 條 件 下 ， 由本 征 激 發(fā) 決 定 的 少 子 濃 度 是 一定 的 ， 故 少 子 形 成 的 漂 移 電 流是 恒 定 的 ， 基 本 上 與 所 加 反 向電 壓 的 大 小 無(wú) 關(guān) ， 這 個(gè) 電 流 也稱(chēng) 為 反 向 飽 和 電 流 。 結(jié)論： 由 于 在 正 向 電 壓 作 用 下 ， 參 與 導(dǎo) 電 的 主 體 為 多 子的 擴(kuò) 散 ， 因 而 ， 正 向 電 流 大 ， 正 向 電 阻 小 。 由 于 在 反 向 電 壓 作 用 下 ， 參 與 導(dǎo)

14、電 的 主 體 為 少 子的 漂 移 ， 因 而 ， 反 向 電 流 小 ， 反 向 電 阻 大 。二 極 管 (PN結(jié) )正 向 電 阻 小 ， 反 向 電 阻 大 ， 這 就 是它 的 單 向 導(dǎo) 電 性 。 死 區(qū) 電 壓 ： 硅 0.5V 鍺 0.1VO V(V)IS IFI(mA)+ I V 正 向 死 區(qū)導(dǎo) 通 區(qū)反 向 截止 區(qū)反 向 擊穿 區(qū)反 響 飽 和 電 流 正 向 導(dǎo) 通 區(qū) sSF T IeIII VV IS ： 反 向 飽 和 電 流 ， 受 溫 度 影 響VT ： 溫 度 的 電 壓 當(dāng) 量 T =300K時(shí) ， VT =26mV由 于 在 導(dǎo) 通 區(qū) V VT，

15、 因 而 TS VVeII I 和 V成 指 數(shù) 關(guān) 系 反 向 截 止 區(qū)I = IS 擴(kuò) 散 電 流漂 移 電 流 O V(V)IS IFI(mA)反 向 擊穿 區(qū)二 極 管 （ PN結(jié) ） 的 反 向 擊 穿 A、 雪 崩 擊 穿在 反 向 電 壓 作 用 增 加 到 一 定 值 時(shí) ， 強(qiáng) 電 場(chǎng) 大 大 增 加 了自 由 電 子 與 空 穴 的 數(shù) 量 ， 通 過(guò) 碰 撞 產(chǎn) 生 更 多 自 由 電 子與 空 穴 對(duì) ， 引 起 反 向 電 流 急 劇 增 加 稱(chēng) 為 雪 崩 擊 穿 。強(qiáng) 電 場(chǎng) 載 流 子 破 壞 共 價(jià) 鍵 載 流 子 碰 撞 ID 在 雜 質(zhì) 濃 度 較 高

16、的 PN結(jié) 空 間 電 荷 區(qū) 中 存 在 一 個(gè) 強(qiáng) 電 場(chǎng) ，當(dāng) 存 在 較 大 的 反 向 電 壓 時(shí) ， 內(nèi) 電 場(chǎng) 疊 加 外 電 場(chǎng) ， 強(qiáng) 大的 電 場(chǎng) 時(shí) 的 共 價(jià) 鍵 結(jié) 構(gòu) 大 量 被 破 壞 ， 從 而 產(chǎn) 生 大 量 自由 電 子 與 空 穴 對(duì) ， 形 成 較 大 的 反 向 電 流 稱(chēng) 為 齊 納擊 穿 。B、 齊 納 擊 穿強(qiáng) 電 場(chǎng) 載 流 子 破 壞 共 價(jià) 鍵 載 流 子 碰 撞 I D 高 濃 度 雜 質(zhì) 強(qiáng) 內(nèi) 電 場(chǎng) 反 向 電 壓 B、 電 擊 穿 與 熱 擊 穿當(dāng) PN結(jié) 的 熱 功 率 小 于 PN結(jié) 容 許 的 耗 散 功 率 時(shí) ， 即 ：

17、 反 向 電 壓 反 向 電 流 PN結(jié) 允 許 的 耗 散 功 率 不 會(huì) 引 起 PN結(jié) 的 溫 度 急 劇 升 高 ， 這 時(shí) 的 擊 穿 是 可 逆的 稱(chēng) 為 電 擊 穿 ， 反 之 稱(chēng) 為 熱 擊 穿 。 利 用 電 擊 穿 可 以 設(shè) 計(jì) 穩(wěn) 壓 管 ， 而 在 設(shè) 計(jì) 中 必 須 避 免熱 擊 穿 1. 最 大 整 流 電 流 IF：管 子 長(zhǎng) 期 運(yùn) 行 時(shí) ， 允 許 通 過(guò) 的 最 大 正 向平 均 電 流 ；2. 反 向 擊 穿 電 壓 VBR與 最 大 反 相 工 作 電 壓 ：VBR管 子 反 向 擊 穿 時(shí) 的 電 壓 值一 般 手 冊(cè) 上 給 出 的 最 高 反

18、向 工 作 電 壓 約 為擊 穿 電 壓 的 一 半 。耗 散 功 率DVFI O V(V)IS IFI(mA)反 向 擊穿 區(qū)VBR 3.反 向 飽 和 電 流 IS管 子 未 擊 穿 時(shí) 的 反 向 電 流 ， 隨 溫 度 變 化 而 變 化 ，硅 管 比 鍺 管 反 相 電 流 更 小O V(V)I S IFI(mA)反 向 擊穿 區(qū) 截 止 區(qū) 4.極 間 電 容 : 與 結(jié) 電 阻 處 于 并 聯(lián) 狀 態(tài) ， 高 頻 工 作 時(shí) 影 響 較 大包 括 ： 勢(shì) 壘 電 容 CB與 擴(kuò) 散 電 容 CD二 極 管 正 向 工 作 時(shí) 主 要 取 決 于 擴(kuò) 散 電 容 C D：二 極 管

19、 反 向 工 作 時(shí) 主 要 取 決 于 勢(shì) 壘 電 容 CB：CDCBP N 8.最 高 工 作 頻 率 等7.反 相 恢 復(fù) 時(shí) 間5.耗 散 功 率 Pr6.正 相 壓 降 VF通 過(guò) 外 加 散 熱 ， 可 提 高 耗 散 功 率硅 ： 0.7V， 鍺 ： 0.20.3V 例 、 設(shè) 整 流 電 路 的 電 路 如 圖 所 示 ， 從 表 中 選 擇 合 適 的 二極 管 ， 其 中 ， )(sin(40 Vtvi 元件 VF(V) Pr(W) VBR(V)1D 0.7 0.6 802D 0.3 0.3 603D 0.3 0.1 80vi vo+- - )(40 VVR FD VP 4

20、.0)(4.0100/40 AI F 1、 將 二 極 管 當(dāng) 作 負(fù) 載 ， 由 電 路 求 出 二 極 管 的 負(fù) 載 方 程 ； )( DD vfi v DOiD2 在 二 極 管 的 伏 安 特 性 上 作 負(fù)載 曲 線 ； Q3、 負(fù) 載 線 與 伏 安 特 性 交 點(diǎn) Q，為 二 極 管 工 作 點(diǎn) ,對(duì) 應(yīng) 的 電 流 與電 壓 為 二 極 管 工 作 電 流 與 電 壓 VD ID + - VDvDOiD ID 1V 0.5V 1mA 0.5mA 例 、 二 極 管 特 性 曲 線 與 應(yīng) 用 電 路 如 圖 所 示 ， 求 二 極 管 vD與 iD Q V D ID解 ： 由

21、 KVL方 程 ， 得 ： 010001V DD vi因 而 ， (mA)-1(A)10001 DDD vvi 因 而 ， 7(V)0D .v 3(mA)0D .i 1. 理 想 模 型4. 小 信 號(hào) 模 型3. 折 線 模 型2. 恒 壓 降 模 型 vDOiDiD+ vD正 偏 時(shí) ， 管 子 導(dǎo) 通 正 向 壓 降 為 0；反 偏 時(shí) ， 管 子 截 止 ， 電 流 為 0；1. 理 想 模 型 伏 安 特 性 。 2. 恒 壓 降 模 型 v DOiD (a) iD(b)+ vD 正 偏 時(shí) ， 正 向 壓 降 為 0.7V(硅 ) ， (鍺 約 為 0.2V)稱(chēng) 為 導(dǎo)通 電 壓

22、， 一 般 在 電 流 大 于 等 于 1mA時(shí) 比 較 正 確 ；反 偏 時(shí) ， 電 流 為 0。 3. 折 線 模 型 vDOiD (a)其 中 ， Vth為 門(mén) 坎 電 壓 ， 硅 約0.5V， 鍺 約 0.1V rD的 確 定 。當(dāng) iD =1mA， 管 壓 降 為 0.7V。 i D(b)+ vDVth rD0.7 = Vth +1rD= 0.5 + rDrD = 0.2K 將 V-I特 性 用 折 線 來(lái) 近 似 ， 導(dǎo) 通 時(shí) ， 有 ：thDDD vriv 4. 小 信 號(hào) 模 型當(dāng) 二 極 管 在 特 性 曲 線 某 點(diǎn) Q附 近 工 作 時(shí) ， 這 時(shí) 可用 Q點(diǎn) 的 切

23、線 來(lái) 近 似 V-I特 性 ， 切 線 的 斜 率 的 倒 數(shù) 為小 信 號(hào) 的 微 變 電 阻 ，即 DDd ivr 圖 2 14 vDO QVD vDiDID iD 稱(chēng) 為 靜 態(tài) 工 作 點(diǎn) 幾 個(gè) 概 念 ：直 流 通 路 ；交 流 通 路 ；靜 態(tài) 與 動(dòng) 態(tài) 。 求 rd： )1( TS VveII TTSd Tdd1 VIeVIvIr Vv )K300T( I )mV(26 Td 當(dāng)IVr如 I = 2mA時(shí) ， rd = 13vDO QVD vDiDID iD 工 作 在 線 性 區(qū) ， 信 號(hào) 為 微 變 量 ， 且 為 低 頻 信 號(hào) 。 若 二 極 管二 極 管 可 用

24、 微 變 電 阻 rd代 替 。+_ iDvD rd圖 2 14(b) 模 型 分 析 法 可 分 析 二 極 管 電 路 的 靜 態(tài) 工 作 情況 ， 限 幅 電 路 、 開(kāi) 關(guān) 電 路 ， 低 電 壓 穩(wěn) 壓 等 等 。例 2 1 設(shè) 電 路 如 圖 ， R=10K。 VDD =10V， 求 電 路的 ID和 VD的 值 。(每 種 情 況 都 用 理 想 模 型 、 恒壓 降 模 型 、 折 線 模 型 求 解 ) VDD vDR +_ VDD vDiDR解 ： 1、 理 想 模 型 ： D加 正 偏 ，導(dǎo) 通 時(shí) 正 向 壓 降 為 0。mA1DDD RVI 0D V2、 恒 壓 降

25、模 型 ： 導(dǎo) 通 時(shí) 正 向 壓 降 為 0.7V。(鍺 約 為 0.2V) mA93.010 7.010DDDD R VVI V7.0D V +_ 3、 折 線 模 型 V 5.0th V （ 硅 ） mA 931.0 DthDDD rR VVI k 2.0Dr在 二 極 管 電 流 1mA附 近 ， 取 ：V 69.0DDthD rIVV VDD vDR +_ 例 2 2 用 恒 壓 降 模 型 計(jì) 算 下 圖 中 流 過(guò) 二 極 管中 的 電 流 ID。 5V3K3K A IDB10V 解 ： 把 二 極 管 以 外 的 部 分 用 一 個(gè) 電 壓 源 和 一 個(gè)電 阻 串 聯(lián) 等 效

26、 （ 運(yùn) 用 戴 維 南 定 理 ）2.5V A I DB1.5K 二 極 管 正 向 導(dǎo) 通其 正 向 壓 降 為 0.7V。 mA2.15.1 7.05.2 D I若 用 折 線 模 型 mA18.12.05.1 5.05.2D I5V3K3K A IDB10V 例 2 3 一 限 幅 電 路 如 下 圖 ， R=1K， VREF= 3V. 設(shè) vi = 6sintV。 試 繪 出 相 應(yīng) 的 輸 出 電 壓vo的 波 形 。 (用 折 線 模 型 分 析 )vi voVREF +_+_ R D 當(dāng) vi的 幅 值 大 于 VREF + Vth = 3.5V時(shí) ， 管 子 導(dǎo) 通 。vo

27、= VREF + Vth + rD iD = 3.5 + 0.2 iD當(dāng) vi的 幅 值 為 6V時(shí) ， 2.1 5.26 D thREFD rR VVi V92.32.1 5.22.05.3o v 管 子 導(dǎo) 通 時(shí) v o的 波 形 如 藍(lán) 線 所 示 。否 則 ， 管 子 截 止 。 vo= vi。 vo波 形 如 紅 線 所 示vi vo +_+_ DrD 0.2KR iDVREF 0.5V解 ： 折 線 模 型 為 t3.53.92 vo6vi 2 模 型 分 析 法 應(yīng) 用 舉 例（ 6） 小 信 號(hào) 工 作 情 況 分 析圖 示 電 路 中 ， VDD = 5V， R = 5k，

28、 恒 壓 降 模 型 的 VD=0.7V， vs = 0.1sint V。（ 1） 求 輸 出 電 壓 vO的 交 流 量 和 總 量 ； （ 2） 繪 出 vO的 波 形 。 二 極 管 應(yīng) 用 之 一 二 極 管 的 開(kāi) 關(guān) 功 能 ： 將 二 極 管 斷 開(kāi) ， 若 陽(yáng) 、 陰 兩 極 間 所 加 的 電 壓 大 于 二極 管 的 導(dǎo) 通 電 壓 則 閉 合 ， 否 則 關(guān) 斷 。vi1,vi2 取 0或 5V只 有 vi1,vi2 同 時(shí) 取 5V，輸 出 才 為 5V， 否 則 為 0V數(shù) 字 電 路 中 的 與 邏 輯 二 極 管 應(yīng) 用 之 二 低 電 壓 穩(wěn) 壓 功 能 ： 合

29、 理 選 擇 參 數(shù) 可獲 得 低 電 壓 穩(wěn) 壓 功 能 ， 適 用 于 34V以 下 （ 多 只 串 聯(lián) ） ，當(dāng) 需 穩(wěn) 壓 的 數(shù) 值 較 大 時(shí) 用 穩(wěn) 壓 管 。穩(wěn) 壓 原 理 ： 正 向 導(dǎo) 通 電 阻較 小 ， 與 R分 壓 后 對(duì) 電 壓的 波 動(dòng) 不 敏 感 。=0.7VSi二 極 管 （ a） 電 路 圖 （ b） vs和 vO的 波 形二 極 管 應(yīng) 用 之 三 整 流 電 路半 波 整 流 電 路 全 波 整 流 電 路 vivovi vo+-+- 不 考 慮 電 容 時(shí) 的 輸 出v o 加 入 電 容 時(shí) 的 輸 出 2.5 特 殊 二 極 管1. 特 點(diǎn) ： 利

30、 用 齊 納 擊 穿 原 理 ， 摻 入 高 濃 度 雜 質(zhì) （ 形 成 強(qiáng) 內(nèi) 電 場(chǎng) ）反 向 擊 穿 區(qū) 很 陡 ， 主 要 作 穩(wěn) 壓 器 使 用2. 符 號(hào)用 2CW， 2DW命 名 + 3. 伏 安 特 性 曲 線 ：正 向 特 性 和 普 通 二 極 管 同反 向 擊 穿 區(qū) 曲 線 很 陡 ， 即 動(dòng) 態(tài) 電 阻 rZ 很 小 ， 穩(wěn) 壓 性能 越 好 。 ZZZ IVr V(V)I(mA)ZIZV O ZZz0Z IrVV Q因 此 ， 動(dòng) 態(tài) 電 阻 rZ 越 小 ，穩(wěn) 壓 性 能 越 好 。 (1) 穩(wěn) 定 電 壓 VZ(2) 動(dòng) 態(tài) 電 阻 rZ 在 規(guī) 定 的 穩(wěn) 壓

31、 管 反 向 工 作電 流 IZ下 ， 所 對(duì) 應(yīng) 的 反 向 工 作電 壓 。rZ =VZ /IZ(3)最 大 耗 散 功 率 PZM4. 穩(wěn) 壓 二 極 管 主 要 參 數(shù) (5)最 大 穩(wěn) 定 工 作 電 流 IZmax (6)穩(wěn) 定 電 壓 溫 度 系 數(shù) VZ： 溫 度 每 升 高 1度 電 壓 的 變 化 量 。(4)最 小 穩(wěn) 定 工 作 電 流 IZmin 保 證 穩(wěn) 壓 管 齊 拉 擊 穿 的 最 小 電 流 。ZMzzmax PVI 5. 并 聯(lián) 式 穩(wěn) 壓 電 路當(dāng) 負(fù) 載 變 化 時(shí) 自 動(dòng) 調(diào) 節(jié) 輸 出 電 壓 穩(wěn) 定R： 限 流 電 阻R L IOVO VOIZ

32、IR 分 壓 IR 限 流 電 阻 選 擇 原 則1、 阻 值 的 選 擇 原 則 ： 保 證 提 供 最 大 負(fù) 載 電 流 的 同 時(shí) ， 保 證 穩(wěn) 壓 管的 電 流 大 于 最 小 穩(wěn) 定 工 作 電 流 ， 即 ：2、 額 定 功 率 的 選 擇 原 則 ： 必 須 保 證 電 阻 最 大 能 耗 值 小 于 額 定 功 率 ，并 考 慮 一 定 的 保 險(xiǎn) 系 數(shù) ， 即 ： 額定功率CP R ZminLmaxminR III R： 限 流 電 阻 穩(wěn) 壓 管 選 擇 原 則 ：1、 依 據(jù) 負(fù) 載 工 作 電 壓 選 擇 穩(wěn) 壓 管 的 穩(wěn) 壓 值 2、 rz越 小 穩(wěn) 定 性

33、能 越 好3、 保 證 穩(wěn) 壓 管 工 作 電 流 始 終 在 最 小 穩(wěn) 定 工 作 電 流 與 最 大 穩(wěn) 定工 作 電 流 之 間 ， 即 ：R： 限 流 電 阻4、 最 大 耗 散 功 率 大 于 穩(wěn) 壓 管 最 大 能 耗 ， 即 ：ZmaxZZmin III ZZM PP 例 設(shè) 計(jì) 一 穩(wěn) 壓 電 路 ， 作 為 汽 車(chē) 用 收 音 機(jī) 的 供 電 電 源 ， 已 知 收 音機(jī) 工 作 電 源 為 9V， 最 大 功 率 0.5W， 汽 車(chē) 電 源 電 壓 范 圍 為1213.6V， 選 擇 合 適 的 穩(wěn) 壓 管 (IZmin、 IZmax、 VZ、 PZM)與 電 阻(阻 值

34、 與 額 定 功 率 )。 收 音 機(jī)解 ： ZminLmaxZIminminR IIR V-VI VVZ 9 56mA950VPI ZmaxmaxL . 取 ： IZmin=5mA 49II V-VR ZminLmax ZImin 45W0R )V-(VP 2ZImaxR . mAR V-VI ZImaxmaxZ 98取 2倍 以 上 的 保 險(xiǎn) 系 數(shù) ， 電 阻 額 定 功 率 取 1W在 負(fù) 載 開(kāi) 路 且 VI最 大 時(shí) ， IZ最 大 ：WIVPP ZmaxZZZM 8820. 例 電 路 如 圖 ， 設(shè) R=180， VI=10 1V,RL=1k,穩(wěn) 壓 管 的Vz=6.8V，

35、IZT =10mA， rz=20， Izmin=5mA,求 V0解 ： VZ=Vz0+rZIZ將 Vz， IzT代 入 可 求 得 Vz0=6.8-20 x0.01=6.6V n1由 KCL， 得 n1節(jié) 點(diǎn) 方 程 oZR III 由 KVL， 得 回 路 方程 又 VZ=Vz0+rZIZ (1)(2)(3) 由 (1)(2)(3)得 ： LoZ ZRI RIV VRIV R)(RLrRR R)(RVRVI ZL LZOLIZ 在 VI=9V與 VI=11V時(shí) 可 求 得 Iz，分 別 為 5.95mA與 15.78mA，因 而 ， Vo= IZrz=0.2V 例 設(shè) 硅 穩(wěn) 壓 管 DZ1

36、、 DZ2的 穩(wěn) 定 電 壓 分 別 為 5V、 10V， 又 已 知DZ1、 DZ2正 向 壓 降 為 0.7V， 求 V0解 ： (a) DZ1、 DZ2工 作 在 反 向 擊 穿 區(qū) V 0 = 5 +10 =15V(b) DZ1、 DZ2工 作 在 正 向 導(dǎo) 通 區(qū) V0 = 0.7 + 0.7 =1.4VDZ1DZ2 +25V 1K V0(a) DZ1DZ2 +25V 1K V0(b) 由 于 穩(wěn) 壓 管 穩(wěn) 壓 值 變 化 較 小 ， 定 性 分 析 時(shí) ， 通常 可 看 為 恒 定 值 。 二、 變?nèi)荻O管 （ a） 符 號(hào) （ b） 結(jié) 電 容 與 電 壓 的 關(guān) 系 （ 縱

37、 坐 標(biāo) 為 對(duì) 數(shù) 刻 度 ） 三、肖特基二極管（ a） 符 號(hào) （ b） 正 向 V-I特 性?xún)?yōu) 點(diǎn) ： 電 容 小 ，響應(yīng)速度快，適合與高頻和開(kāi)關(guān)狀態(tài)；正向?qū)妷狠^低。缺 點(diǎn) ：反向擊穿電壓低，漏電流大。特 點(diǎn) ：陽(yáng)極為金屬材料，陰極為N半導(dǎo)體； 多數(shù)載流子導(dǎo)電器件；耗盡區(qū)集中在N區(qū)，較薄； 四、光電子器件1. 光 電 二 極 管 （ a） 符 號(hào) （ b） 電 路 模 型 （ c） 特 性 曲 線 在 光 照 下 ， 破 壞 共 價(jià) 鍵 ， 載 流 子 增 多 ， 從 而 反 相 電 流 增大 2. 發(fā) 光 二 極 管符 號(hào) 光 電 傳 輸 系 統(tǒng) 用 途 ： 1、 指 示 燈 與

38、顯 示 器 ； 2、 光 傳 輸 系 統(tǒng) ； 3、 紅 外 無(wú) 線 通 訊 3. 激 光 二 極 管（ a） 物 理 結(jié) 構(gòu) （ b） 符 號(hào) 用 途 ： 小 功 率 設(shè) 備 中 ， 如 ： 光 盤(pán) 驅(qū) 動(dòng) ， 激 光 打 印 1、半導(dǎo)體材料及特點(diǎn)，熱敏性、光敏性與摻雜性；2、 2種 載 流 子 ： 自 由 電 子 與 空 穴 的 概 念 ；3、 PN結(jié) 形 成 及 導(dǎo) 電 原 理 ；4、 二 極 管 (PN結(jié) )的 單 相 導(dǎo) 電 性 與 V-I特 性 ；5、 二 極 管 器 件 性 能 指 標(biāo) ；6、 二 極 管 圖 解 分 析 法 ；7、 二 極 管 模 型 分 析 法 ， 靜 態(tài) 分

39、析 ： 理 想 模 型 、 恒 壓 降 模 型 與 折 線 模 型 ； 動(dòng) 態(tài) 分 析 ： 小 信 號(hào) 模 型8、 特 殊 二 極 管 ： 重 點(diǎn) 掌 握 穩(wěn) 壓 二 極 管 3.5.4 并 聯(lián) 式 穩(wěn) 壓 電 路 ， 要 求 輸 出 電 壓 Vo=4V,輸 出 電 流Io=15mA, 輸 入 直 流 電 壓 VI=6V 10%, 試 選 擇 穩(wěn) 壓 管型 號(hào) 和 合 適 的 限 流 電 阻 值 ， 并 驗(yàn) 證 他 們 的 功 率 。選 型 思 路 ： 先 計(jì) 算 確 定 電 阻 值 ， 在 計(jì) 算 確 定 穩(wěn) 壓 管 參數(shù) 參 數(shù) 值 ， 然 后 根 據(jù) 參 數(shù) 值 差 有 關(guān) 資 料 確

40、定 型 號(hào) 。阻 值 的 選 擇 原 則 ： 保 證 提 供 最 大 負(fù) 載 電 流 的 同 時(shí) ， 保 證 穩(wěn) 壓 管 的 電 流 大 于 最 小 穩(wěn) 定 工 作 電 流 ， 即 ： ZminLmaxminR III 考 慮 最 壞 情況 下 的 功 率消 耗 穩(wěn) 壓 管 選 擇 原 則 ：1、 依 據(jù) 負(fù) 載 工 作 電 壓 選 擇 穩(wěn) 壓 管 的 穩(wěn) 壓 值4、 滿(mǎn) 足 以 上 條 件 的 前 提 下 ， rz越 小 穩(wěn) 定 性 能 越 好2、 保 證 穩(wěn) 壓 管 工 作 電 流 始 終 在 最 小 穩(wěn) 定 工 作 電 流 與 最 大 穩(wěn) 定工 作 電 流 之 間 ， 即 ：3、 最 大

41、 耗 散 功 率 大 于 穩(wěn) 壓 管 最 大 能 耗 ， 即 ：ZmaxZZmin III ZZM PP 解 ： ZminoZIminminR IIR V-VI V6.06VZ W331.0516.2I)V-(VP ZmaxZImaxZM mA515146.6R V-VI ZImaxmaxZ 穩(wěn) 壓 管 型 號(hào) 可 選 擇 2CW52在 負(fù) 載 開(kāi) 路 且 VI最 大 時(shí) ， IZ最 大 ：mAo 15I mAmA 15I5 Zmin 一 般 穩(wěn) 壓 管 有 ：取 mA10IZmin 5625 44.5II V-VR Zmino ZImin考 慮 一 定 的 負(fù) 載 冗 余 ， 取 51R(1)求 R(2)求 IZmax與 PZM W227.0)2.36.6(R )V-(VP 22minZImaxRmax R(3)求 PRmax 在 VI最 大 ,而 VZ最 小 時(shí) ， PR最 大取 2倍 余 量 ， 選 擇 額 定 功 率 0.5W， 阻 值 為 51 的 電 阻若 果 使 用 Vz計(jì) 算 ， 在電 路 正 常 狀 態(tài) 下 可 滿(mǎn)足 要 求 ， 沒(méi) 考 慮 到 最壞 情 況 。 若 果 是 先 直 接 根 據(jù) 工 作 電 壓 選定 型 號(hào) 以 后 進(jìn) 行 驗(yàn) 證 ， 求 最 大功 率 計(jì) 算 方 法 一 樣 ， 但 選 錯(cuò) 的概 率 高 ， 經(jīng) 常 要 重 選 ！