课程概述电子线路,指包含电子器件，并能对电信号实现某种处理的功能电路。
电路组成,电子器件 + 外围电路电子器件,二极管、场效应管、集成电路。
外围电路,直流电源、电阻、电容、电流源电路等。
第 1 章 晶体二极管
1.0 概 述
1.1 半导体物理基础知识
1.2 PN 结
1.3 晶体二极管电路分析方法
1.4 晶体二极管的应用概 述晶体二极管结构及电路符号：
PN 结正偏 (P 接 +,N 接 -),D 导通。
P N正极 负极晶体二极管的主要特性,单方向导电特性
PN 结反偏 (N 接 +,P 接 -),D 截止。
即主要用途,用于整流、开关、检波电路中。
第 1 章 晶体二极管
1.1 半导体物理基础知识半导体,导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。
硅 (Si)、锗 (Ge)原子结构及简化模型：
+14 2 8 4 +32 2 8 418 +4
价电子惯性核第 1 章 晶体二极管硅和锗的单晶称为 本征半导体 。它们是制造半导体器件的基本材料。
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
硅和锗共价键结构示意图：
共价键
1.1.1 本征半导体第 1 章 晶体二极管
本征激发
当 T 升高或光线照射时 产生 自由电子空穴对。
共价键具有很强的结合力。 当 T = 0 K(无外界影 响 )
时，共价键中无自由移动的电子。
这种现象称注意,空穴的出现是半导体区别于导体的重要特征。
本征激发 。
第 1 章 晶体二极管当原子中的价电子激发为自由电子时,原子中留下空位,同时原子因失去价电子而带正电 。
当邻近原子中的价电子不断填补这些空位时形成一种运动，该运动可等效地看作是 空穴的运动 。
注意,空穴运动方向与价电子填补方向相反。
自由电子 — 带负电半导体中有两种导电的载流子
空穴的运动空 穴 — 带正电第 1 章 晶体二极管温度一定时：
激发与复合在某一热平衡值上达到 动态平衡。
热平衡载流子浓度热平衡载流子浓度：
本征半导体中本征激发 ——产生 自由电子空穴对。
电子和空穴相遇释放能量 ——复合。
i2
3
i
2
0
e pATn kT
gE
T 导电能力ni或光照 热敏特性光敏特性第 1 章 晶体二极管
N 型半导体：
1.1.2 杂质半导体
+4
+4
+5
+4
+4
简化模型：
N 型半导体多子 ——自由电子少子 ——空穴自由电子本征半导体中掺入少量 五价 元素构成。
第 1 章 晶体二极管
P 型半导体
+4
+4
+3
+4
+4
简化模型：
P 型半导体 少子 ——自由电子多子 ——空穴空 穴本征半导体中掺入少量 三价 元素构成。
第 1 章 晶体二极管
杂质半导体中载流浓度计算
N 型半导体
2in0n0 npn? (质量作用定理 )
dn0dn0 NpNn
(电中性方程 )
P 型半导体 2ip0p0 nnp?
ap0ap0 NnNp
杂质半导体呈电中性少子浓度取决于温度。
多子浓度取决于掺杂浓度。
第 1 章 晶体二极管
1.1.3 两种导电机理 ——漂移和扩散
漂移与漂移电流载流子在电场作用下的运动称 漂移运动,所形成的电流称 漂移电流。
漂移电流密度 EqpJ ppt
EpqJ nnt )(
总漂移电流密度,)(
nPntptt npEqJJJ
迁移率第 1 章 晶体二极管
半导体的电导率电压,V = E l
电流,I = S Jt
+ -V
长度 l截面积 S
电场 E
I
电阻：
S
l
SJ
El
I
VR
t
电导率,)(1
np
t
npqE
J
第 1 章 晶体二极管载流子在浓度差作用下的运动称 扩散运动,所形成的电流称 扩散电流 。
扩散电流密度：
x
xpqDJ
d
)(d
ppd
x
xnDqJ
d
)(d)(
nnd
扩散与扩散电流
N 型 硅光照
n(x)
p(x)
载流子浓度
x
n0
p0
第 1 章 晶体二极管
1.2 PN 结利用掺杂工艺,把 P 型半导体和 N 型半导体在原子级上紧密结合,P区与 N 区的交界面就形成了 PN 结 。
掺杂
N 型P 型
PN 结第 1 章 晶体二极管
1.2.1 动态平衡下的 PN 结阻止多子扩散出现内建电场开始因浓度差 产生空间电荷区引起多子扩散利于少子漂移最终达动态平衡注意,PN 结处于动态平衡时，扩散电流与漂移电流相抵消，通过 PN 结的电流为零。
PN 结形成的物理过程第 1 章 晶体二极管
内建电位差：
2
i
da
TB ln n
NNVV?
室温时 锗管 VB? 0.2 ~ 0.3 V
硅管 VB? 0.5 ~ 0.7 V
阻挡层宽度,21
da
da
B0 )
2(
NN
NNV
ql
注意,掺杂浓度 (Na,Nd)越大,内建电位差 VB越大,阻挡层宽度 l0 越小 。
第 1 章 晶体二极管
1.2.2 PN 结的伏安特性
PN 结 ——单向导电特性
P+ N
内建电场 E
l0
+ -
V
PN 结 正偏阻挡层变薄内建电场减弱多子扩散 >> 少子漂移多子扩散形成 较大 的正向电流 I PN 结导通
I
电压 V? 电流 I
第 1 章 晶体二极管
PN 结 ——单向导电特性
P+ N
内建 电场 E
l0
- +
V
PN 结 反偏阻挡层变宽内建电场增强少子漂移 >>多子扩散少子漂移形成 微小 的反向电流 IR PN 结截止
IR
IR 与 V 近似无关。
温度 T? 电流 IR
结论,PN 结具有单方向导电特性。
第 1 章 晶体二极管
PN 结 ——伏安特性方程式
PN 结正、反向特性，可用理想的指数函数来描述：
)1e( TS V
V
II
q
kTV?
T
热电压? 26 mV(室温 )其中：
IS 为反向饱和电流,其值与外加电压近似无关,但受温度影响很大 。
正偏时,Te
S
V
V
II?
反偏时：
SII
第 1 章 晶体二极管
PN 结 ——伏安特性曲线
ID
VV
D(on)-IS
SiGe
VD(on) = 0.7 V
IS = (10-9 ~ 10-16) A硅 PN 结
VD(on)= 0.25 V
锗 PN 结 I
S = (10-6 ~ 10-8) A
V > VD(on)时 随着 V? 正向 R很小I PN 结导通；
V < VD(on)时 IR 很小 (IRIS) 反向 R 很大 PN 结截止。
温度每升高 10℃,IS 约增加一倍。
温度每升高 1℃,VD(on) 约减小 2.5 mV。
第 1 章 晶体二极管
O
1.2.3 PN 结的击穿特性
|V反 |? = V(BR)时，
IR 急剧，
PN 结反向击穿。
雪崩击穿齐纳击穿
PN 结掺杂浓度较低 (l0较宽 )
发生条件 外加反向电压较大 (> 6 V)
形成原因,碰撞电离。
V(BR)
ID
V
形成原因,场致激发。
发生条件 PN 结掺杂浓度较高 (l0较窄 )外加反向电压较小 (< 6 V)
第 1 章 晶体二极管
O
因为 T载流子运动的平均自由路程V(BR)?。
击穿电压的温度特性
雪崩击穿电压具有正温度系数。
齐纳击穿电压具有负温度系数。
因为 T价电子获得的能量V(BR)?。
稳压二极管
利用 PN 结的反向击穿特性，
可 制成稳压二极管。
要求,IZmin< IZ < IZmax
第 1 章 晶体二极管
VZ
ID
V
IZmin
IZmax
+
-
VZ
O
1.2.4 PN 结的电容特性势垒区内空间电荷量随外加电压变化产生的电容效应。
势垒电容 CT
nV
V
V
C
V
Q
C
)1(
)0(
d
d
B
T
T
扩散电容 CD
阻挡层外 (P 区和 N 区 )贮存的非平衡电荷量,随外加电压变化产生的电容效应 。
CT(0)
CT
VO
)( SDD IIkC xn
少子浓度
xO?xp
P+ N
第 1 章 晶体二极管
PN 结电容
PN 结反偏时,CT >> CD,则 Cj? CT
PN 结总电容,Cj = CT + CD
PN 结正偏时,CD >> CT,则 Cj ≈ CD
故,PN 结正偏时，以 CD 为主。
故,PN 结 反偏时，以 CT 为主。
通常,CD?几十 pF ~ 几千 pF。
通常,CT? 几 pF ~ 几十 pF。
第 1 章 晶体二极管
1.3 晶体二极管电路分析方法晶体二极管的内部结构就是一个 PN 结 。 就其伏安特性而言,它有不同的表示方法,或者表示为不同形式的模型：
便于计算机辅助分析的 数学模型
适于任一工作状态的 通用曲线模型直流简化电路模型交流小信号电路模型?电路分析时采用的第 1 章 晶体二极管
1.3.1 晶体二极管的模型
数学模型 ——伏安特性方程式
)1e( TS V
V
II理想模型：
修正模型：
)1e( T
S
S
nV
IrV
II
其中,n —非理想化因子
I 正常时,n? 1
I 过小或过大时,n? 2
rS — 体电阻 + 引线接触电阻 + 引线电阻注意,考虑到阻挡层内产生的自由电子空穴对及表面漏电流的影响，实际 IS理想 IS。
第 1 章 晶体二极管
曲线模型 —伏安特性曲线
V(BR)
I /mA
V/VV
D(on)?IS
当 V > VD(on) 时 二极管 导通当 V < VD(on) 时 二极管 截止当反向电压 V? V (BR) 时 二极管 击穿晶体二极管的伏安特性曲线，通常由实测得到。
第 1 章 晶体二极管
简化电路模型折线等效,在主要利用二极管单向导电性的电路中，
实际二极管的伏安特性。
I
VV
D(on)
)1a rcta n(
DR
I
VO
a
b
I
VV
D(on)
a
b VD(on)
RD
D
+
-
理想状态,与外电路相比,VD(on)和 RD 均可忽略时，
二极管的伏安特性和电路符号。
开关状态,与外电路相比,RD 可忽略时的伏安特性。
简化电路模型,折线等效时，二极管的简化电路模型。
第 1 章 晶体二极管
小信号电路模型 rs
rj Cj
I
V
Q )1arctan(
jr
rs,PN结串联电阻,数值很小 。
rj：为二极管增量结电阻。
T
S
j
)]1e([1 T
V
I
I
VV
I
r
Q
VV
V
V
Q
Q
( 室温) )(26Tj
QQ II
Vr
Cj,PN结结电容,由 CD 和 CT 两部分构成 。
注意,高频电路中，需考虑 Cj 影响。因高频工作时，
Cj 容抗很小,PN 结单向导电性会因 Cj 的交流旁路作用而变差。
第 1 章 晶体二极管
图解法分析二极管电路主要采用：图解法,简化分析法,
小信号等效电路法 。 (重点掌握简化分析法 )
写出管外电路直流负载线方程 。
1.3.2 晶体二极管电路分析方法利用二极管曲线模型和管外电路所确定的负载线,
通过作图的方法进行求解 。
要求,已知二极管伏安特性曲线和外围电路元件值。
分析步骤：
作直流负载线。
分析直流工作点。
优点,直观。既可分析直流，也可分析交流。
第 1 章 晶体二极管例 1 已知电路参数和二极管伏安特性曲线,试求电路的静态工作点电压和电流 。
I
V
Q+
-
R
VDD D
I +
-
V
由图可写出直流负载线方程,V = VDD? IR
在直流负载线上任取两点：
解：
VDD
VDD/R
连接两点，画出直流负载线。
VQ
IQ
令 I = 0，得 V = VDD； 令 V = 0，得 I = VDD / R；
所得交点 (VQ,IQ)，即为 Q 点。
第 1 章 晶体二极管
简化分析法即将电路中二极管用简化电路模型代替,利用所得到的简化电路进行分析,求解 。
将截止的二极管开路，导通的二极管用直流简化电路模型替代，然后分析求解。
(1)估算法
判断二极管是导通还是截止？
假设电路中二极管全部开路，分析其两端的电位。
理想二极管：若 V > 0，则管子导通；反之截止。
实际二极管：若 V > VD(on)，管子导通；反之截止。
当电路中存在多个二极管时，正偏电压最大的管子优先导通。其余管子需重新分析其工作状态。
第 1 章 晶体二极管例 2 设二极管是理想的，求 VAO 值。
图 (a)，假设 D 开路，则 D 两端电压：
VD = V1 – V2 = ( – 6 – 12)V = – 18 V < 0 V，
解：
故 D 截止 。
VAO = 12 V。
+
-
D
V2V1
+
-
A
O
VAO+-
12 V-6 V
3 k?
(a)
+
-
-
+
D1
D2
V2V1
+
-
A
O
VAO
3 k?
6 V 9 V
(b)
图 (b)，假设 D1,D2 开路，则 D 两端电压：
VD1=V2 – 0 = 9 V > 0 V,VD2 = V2 – (–V1) = 15 V > 0 V。
由于 VD2 > VD1,则 D2 优先导通 。
此时 VD1 = –6 V < 0 V,故 D1 截止 。 VAO = –V1 = –6 V 。
第 1 章 晶体二极管
(2)画输出信号波形方法根据输入信号大小? 判断二极管的导通与截止
找出 vo 与 vi 关系? 画输出信号波形。
例 3 设二极管是理想的,vi= 6sin?t (V)，试画 vo波形。
解,v
i > 2 V 时,D 导通,则 vO = vi
vi? 2 V 时,D 截止,则 vO = 2 V
由此可画出 vO 的波形 。
+
-
D
V
+
-
+
- 2 V
100? R
vovi t
6
2O
Vi/V
Vo/V
tO2
6
第 1 章 晶体二极管
小信号分析法即将电路中的二极管用小信号电路模型代替,利用得到的小信号等效电路分析电压或电流的变化量 。
分析步骤：
将直流电源短路，画交流通路。
用小信号电路模型代替二极管，得小信号等效电路。
利用小信号等效电路分析电压与电流的变化量。
第 1 章 晶体二极管
1.4 晶体二极管的应用电源设备组成框图：
电 源变压器整流电路滤波电路稳压电路vi vo
t
vi
t
v1
t
v2
t
v3
t
vo
第 1 章 晶体二极管
整流电路
1.4.1 整流与稳压电路
D
+
-
+
-
R vOvi
当 vi > 0 V 时,D 导通,则 vO = vi
当 vi? 0 V 时,D 截止,则 vO = 0 V
由此,利用二极管的单向导电性,实现了 半波整流 。
若输入信号为正弦波：
平均值：
imO
1 VV
VO
tO
vi
tO
vO
第 1 章 晶体二极管
Vim
Vim
稳压电路某原因 VO IZ I?
限流电阻 R,保证稳压管工作在 IZmin ~ IZmax 之间稳压原理：
VO VR?
VO = VZ输出电压：
D
+
-
+
-
R
RL
IL
VI VO
IZI
第 1 章 晶体二极管
1.4.2 限幅电路 (或削波电路 )
V2 < vi < V1 时,D1,D2截止,vo= vi
tO
vi
tO
vo
Vi? V1 时,D1导通,D2截止,vo = V1
ViV2时,D2导通,D1截止,vo = V2
由此,电路实现双向限幅功能 。
vovi +
-
D1 +
-
+
-
R
D2
V1?V2+
-
其中,V1为上 限幅电平,?V2为下 限幅电平 。
V1
V2
V2
V1
第 1 章 晶体二极管
电路组成,电子器件 + 外围电路电子器件,二极管、场效应管、集成电路。
外围电路,直流电源、电阻、电容、电流源电路等。
第 1 章 晶体二极管
1.0 概 述
1.1 半导体物理基础知识
1.2 PN 结
1.3 晶体二极管电路分析方法
1.4 晶体二极管的应用概 述晶体二极管结构及电路符号：
PN 结正偏 (P 接 +,N 接 -),D 导通。
P N正极 负极晶体二极管的主要特性,单方向导电特性
PN 结反偏 (N 接 +,P 接 -),D 截止。
即主要用途,用于整流、开关、检波电路中。
第 1 章 晶体二极管
1.1 半导体物理基础知识半导体,导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。
硅 (Si)、锗 (Ge)原子结构及简化模型：
+14 2 8 4 +32 2 8 418 +4
价电子惯性核第 1 章 晶体二极管硅和锗的单晶称为 本征半导体 。它们是制造半导体器件的基本材料。
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
硅和锗共价键结构示意图：
共价键
1.1.1 本征半导体第 1 章 晶体二极管
本征激发
当 T 升高或光线照射时 产生 自由电子空穴对。
共价键具有很强的结合力。 当 T = 0 K(无外界影 响 )
时，共价键中无自由移动的电子。
这种现象称注意,空穴的出现是半导体区别于导体的重要特征。
本征激发 。
第 1 章 晶体二极管当原子中的价电子激发为自由电子时,原子中留下空位,同时原子因失去价电子而带正电 。
当邻近原子中的价电子不断填补这些空位时形成一种运动，该运动可等效地看作是 空穴的运动 。
注意,空穴运动方向与价电子填补方向相反。
自由电子 — 带负电半导体中有两种导电的载流子
空穴的运动空 穴 — 带正电第 1 章 晶体二极管温度一定时：
激发与复合在某一热平衡值上达到 动态平衡。
热平衡载流子浓度热平衡载流子浓度：
本征半导体中本征激发 ——产生 自由电子空穴对。
电子和空穴相遇释放能量 ——复合。
i2
3
i
2
0
e pATn kT
gE
T 导电能力ni或光照 热敏特性光敏特性第 1 章 晶体二极管
N 型半导体：
1.1.2 杂质半导体
+4
+4
+5
+4
+4
简化模型：
N 型半导体多子 ——自由电子少子 ——空穴自由电子本征半导体中掺入少量 五价 元素构成。
第 1 章 晶体二极管
P 型半导体
+4
+4
+3
+4
+4
简化模型：
P 型半导体 少子 ——自由电子多子 ——空穴空 穴本征半导体中掺入少量 三价 元素构成。
第 1 章 晶体二极管
杂质半导体中载流浓度计算
N 型半导体
2in0n0 npn? (质量作用定理 )
dn0dn0 NpNn
(电中性方程 )
P 型半导体 2ip0p0 nnp?
ap0ap0 NnNp
杂质半导体呈电中性少子浓度取决于温度。
多子浓度取决于掺杂浓度。
第 1 章 晶体二极管
1.1.3 两种导电机理 ——漂移和扩散
漂移与漂移电流载流子在电场作用下的运动称 漂移运动,所形成的电流称 漂移电流。
漂移电流密度 EqpJ ppt
EpqJ nnt )(
总漂移电流密度,)(
nPntptt npEqJJJ
迁移率第 1 章 晶体二极管
半导体的电导率电压,V = E l
电流,I = S Jt
+ -V
长度 l截面积 S
电场 E
I
电阻：
S
l
SJ
El
I
VR
t
电导率,)(1
np
t
npqE
J
第 1 章 晶体二极管载流子在浓度差作用下的运动称 扩散运动,所形成的电流称 扩散电流 。
扩散电流密度：
x
xpqDJ
d
)(d
ppd
x
xnDqJ
d
)(d)(
nnd
扩散与扩散电流
N 型 硅光照
n(x)
p(x)
载流子浓度
x
n0
p0
第 1 章 晶体二极管
1.2 PN 结利用掺杂工艺,把 P 型半导体和 N 型半导体在原子级上紧密结合,P区与 N 区的交界面就形成了 PN 结 。
掺杂
N 型P 型
PN 结第 1 章 晶体二极管
1.2.1 动态平衡下的 PN 结阻止多子扩散出现内建电场开始因浓度差 产生空间电荷区引起多子扩散利于少子漂移最终达动态平衡注意,PN 结处于动态平衡时，扩散电流与漂移电流相抵消，通过 PN 结的电流为零。
PN 结形成的物理过程第 1 章 晶体二极管
内建电位差：
2
i
da
TB ln n
NNVV?
室温时 锗管 VB? 0.2 ~ 0.3 V
硅管 VB? 0.5 ~ 0.7 V
阻挡层宽度,21
da
da
B0 )
2(
NN
NNV
ql
注意,掺杂浓度 (Na,Nd)越大,内建电位差 VB越大,阻挡层宽度 l0 越小 。
第 1 章 晶体二极管
1.2.2 PN 结的伏安特性
PN 结 ——单向导电特性
P+ N
内建电场 E
l0
+ -
V
PN 结 正偏阻挡层变薄内建电场减弱多子扩散 >> 少子漂移多子扩散形成 较大 的正向电流 I PN 结导通
I
电压 V? 电流 I
第 1 章 晶体二极管
PN 结 ——单向导电特性
P+ N
内建 电场 E
l0
- +
V
PN 结 反偏阻挡层变宽内建电场增强少子漂移 >>多子扩散少子漂移形成 微小 的反向电流 IR PN 结截止
IR
IR 与 V 近似无关。
温度 T? 电流 IR
结论,PN 结具有单方向导电特性。
第 1 章 晶体二极管
PN 结 ——伏安特性方程式
PN 结正、反向特性，可用理想的指数函数来描述：
)1e( TS V
V
II
q
kTV?
T
热电压? 26 mV(室温 )其中：
IS 为反向饱和电流,其值与外加电压近似无关,但受温度影响很大 。
正偏时,Te
S
V
V
II?
反偏时：
SII
第 1 章 晶体二极管
PN 结 ——伏安特性曲线
ID
VV
D(on)-IS
SiGe
VD(on) = 0.7 V
IS = (10-9 ~ 10-16) A硅 PN 结
VD(on)= 0.25 V
锗 PN 结 I
S = (10-6 ~ 10-8) A
V > VD(on)时 随着 V? 正向 R很小I PN 结导通；
V < VD(on)时 IR 很小 (IRIS) 反向 R 很大 PN 结截止。
温度每升高 10℃,IS 约增加一倍。
温度每升高 1℃,VD(on) 约减小 2.5 mV。
第 1 章 晶体二极管
O
1.2.3 PN 结的击穿特性
|V反 |? = V(BR)时，
IR 急剧，
PN 结反向击穿。
雪崩击穿齐纳击穿
PN 结掺杂浓度较低 (l0较宽 )
发生条件 外加反向电压较大 (> 6 V)
形成原因,碰撞电离。
V(BR)
ID
V
形成原因,场致激发。
发生条件 PN 结掺杂浓度较高 (l0较窄 )外加反向电压较小 (< 6 V)
第 1 章 晶体二极管
O
因为 T载流子运动的平均自由路程V(BR)?。
击穿电压的温度特性
雪崩击穿电压具有正温度系数。
齐纳击穿电压具有负温度系数。
因为 T价电子获得的能量V(BR)?。
稳压二极管
利用 PN 结的反向击穿特性，
可 制成稳压二极管。
要求,IZmin< IZ < IZmax
第 1 章 晶体二极管
VZ
ID
V
IZmin
IZmax
+
-
VZ
O
1.2.4 PN 结的电容特性势垒区内空间电荷量随外加电压变化产生的电容效应。
势垒电容 CT
nV
V
V
C
V
Q
C
)1(
)0(
d
d
B
T
T
扩散电容 CD
阻挡层外 (P 区和 N 区 )贮存的非平衡电荷量,随外加电压变化产生的电容效应 。
CT(0)
CT
VO
)( SDD IIkC xn
少子浓度
xO?xp
P+ N
第 1 章 晶体二极管
PN 结电容
PN 结反偏时,CT >> CD,则 Cj? CT
PN 结总电容,Cj = CT + CD
PN 结正偏时,CD >> CT,则 Cj ≈ CD
故,PN 结正偏时，以 CD 为主。
故,PN 结 反偏时，以 CT 为主。
通常,CD?几十 pF ~ 几千 pF。
通常,CT? 几 pF ~ 几十 pF。
第 1 章 晶体二极管
1.3 晶体二极管电路分析方法晶体二极管的内部结构就是一个 PN 结 。 就其伏安特性而言,它有不同的表示方法,或者表示为不同形式的模型：
便于计算机辅助分析的 数学模型
适于任一工作状态的 通用曲线模型直流简化电路模型交流小信号电路模型?电路分析时采用的第 1 章 晶体二极管
1.3.1 晶体二极管的模型
数学模型 ——伏安特性方程式
)1e( TS V
V
II理想模型：
修正模型：
)1e( T
S
S
nV
IrV
II
其中,n —非理想化因子
I 正常时,n? 1
I 过小或过大时,n? 2
rS — 体电阻 + 引线接触电阻 + 引线电阻注意,考虑到阻挡层内产生的自由电子空穴对及表面漏电流的影响，实际 IS理想 IS。
第 1 章 晶体二极管
曲线模型 —伏安特性曲线
V(BR)
I /mA
V/VV
D(on)?IS
当 V > VD(on) 时 二极管 导通当 V < VD(on) 时 二极管 截止当反向电压 V? V (BR) 时 二极管 击穿晶体二极管的伏安特性曲线，通常由实测得到。
第 1 章 晶体二极管
简化电路模型折线等效,在主要利用二极管单向导电性的电路中，
实际二极管的伏安特性。
I
VV
D(on)
)1a rcta n(
DR
I
VO
a
b
I
VV
D(on)
a
b VD(on)
RD
D
+
-
理想状态,与外电路相比,VD(on)和 RD 均可忽略时，
二极管的伏安特性和电路符号。
开关状态,与外电路相比,RD 可忽略时的伏安特性。
简化电路模型,折线等效时，二极管的简化电路模型。
第 1 章 晶体二极管
小信号电路模型 rs
rj Cj
I
V
Q )1arctan(
jr
rs,PN结串联电阻,数值很小 。
rj：为二极管增量结电阻。
T
S
j
)]1e([1 T
V
I
I
VV
I
r
Q
VV
V
V
Q
Q
( 室温) )(26Tj
QQ II
Vr
Cj,PN结结电容,由 CD 和 CT 两部分构成 。
注意,高频电路中，需考虑 Cj 影响。因高频工作时，
Cj 容抗很小,PN 结单向导电性会因 Cj 的交流旁路作用而变差。
第 1 章 晶体二极管
图解法分析二极管电路主要采用：图解法,简化分析法,
小信号等效电路法 。 (重点掌握简化分析法 )
写出管外电路直流负载线方程 。
1.3.2 晶体二极管电路分析方法利用二极管曲线模型和管外电路所确定的负载线,
通过作图的方法进行求解 。
要求,已知二极管伏安特性曲线和外围电路元件值。
分析步骤：
作直流负载线。
分析直流工作点。
优点,直观。既可分析直流，也可分析交流。
第 1 章 晶体二极管例 1 已知电路参数和二极管伏安特性曲线,试求电路的静态工作点电压和电流 。
I
V
Q+
-
R
VDD D
I +
-
V
由图可写出直流负载线方程,V = VDD? IR
在直流负载线上任取两点：
解：
VDD
VDD/R
连接两点，画出直流负载线。
VQ
IQ
令 I = 0，得 V = VDD； 令 V = 0，得 I = VDD / R；
所得交点 (VQ,IQ)，即为 Q 点。
第 1 章 晶体二极管
简化分析法即将电路中二极管用简化电路模型代替,利用所得到的简化电路进行分析,求解 。
将截止的二极管开路，导通的二极管用直流简化电路模型替代，然后分析求解。
(1)估算法
判断二极管是导通还是截止？
假设电路中二极管全部开路，分析其两端的电位。
理想二极管：若 V > 0，则管子导通；反之截止。
实际二极管：若 V > VD(on)，管子导通；反之截止。
当电路中存在多个二极管时，正偏电压最大的管子优先导通。其余管子需重新分析其工作状态。
第 1 章 晶体二极管例 2 设二极管是理想的，求 VAO 值。
图 (a)，假设 D 开路，则 D 两端电压：
VD = V1 – V2 = ( – 6 – 12)V = – 18 V < 0 V，
解：
故 D 截止 。
VAO = 12 V。
+
-
D
V2V1
+
-
A
O
VAO+-
12 V-6 V
3 k?
(a)
+
-
-
+
D1
D2
V2V1
+
-
A
O
VAO
3 k?
6 V 9 V
(b)
图 (b)，假设 D1,D2 开路，则 D 两端电压：
VD1=V2 – 0 = 9 V > 0 V,VD2 = V2 – (–V1) = 15 V > 0 V。
由于 VD2 > VD1,则 D2 优先导通 。
此时 VD1 = –6 V < 0 V,故 D1 截止 。 VAO = –V1 = –6 V 。
第 1 章 晶体二极管
(2)画输出信号波形方法根据输入信号大小? 判断二极管的导通与截止
找出 vo 与 vi 关系? 画输出信号波形。
例 3 设二极管是理想的,vi= 6sin?t (V)，试画 vo波形。
解,v
i > 2 V 时,D 导通,则 vO = vi
vi? 2 V 时,D 截止,则 vO = 2 V
由此可画出 vO 的波形 。
+
-
D
V
+
-
+
- 2 V
100? R
vovi t
6
2O
Vi/V
Vo/V
tO2
6
第 1 章 晶体二极管
小信号分析法即将电路中的二极管用小信号电路模型代替,利用得到的小信号等效电路分析电压或电流的变化量 。
分析步骤：
将直流电源短路，画交流通路。
用小信号电路模型代替二极管，得小信号等效电路。
利用小信号等效电路分析电压与电流的变化量。
第 1 章 晶体二极管
1.4 晶体二极管的应用电源设备组成框图：
电 源变压器整流电路滤波电路稳压电路vi vo
t
vi
t
v1
t
v2
t
v3
t
vo
第 1 章 晶体二极管
整流电路
1.4.1 整流与稳压电路
D
+
-
+
-
R vOvi
当 vi > 0 V 时,D 导通,则 vO = vi
当 vi? 0 V 时,D 截止,则 vO = 0 V
由此,利用二极管的单向导电性,实现了 半波整流 。
若输入信号为正弦波：
平均值：
imO
1 VV
VO
tO
vi
tO
vO
第 1 章 晶体二极管
Vim
Vim
稳压电路某原因 VO IZ I?
限流电阻 R,保证稳压管工作在 IZmin ~ IZmax 之间稳压原理：
VO VR?
VO = VZ输出电压：
D
+
-
+
-
R
RL
IL
VI VO
IZI
第 1 章 晶体二极管
1.4.2 限幅电路 (或削波电路 )
V2 < vi < V1 时,D1,D2截止,vo= vi
tO
vi
tO
vo
Vi? V1 时,D1导通,D2截止,vo = V1
ViV2时,D2导通,D1截止,vo = V2
由此,电路实现双向限幅功能 。
vovi +
-
D1 +
-
+
-
R
D2
V1?V2+
-
其中,V1为上 限幅电平,?V2为下 限幅电平 。
V1
V2
V2
V1
第 1 章 晶体二极管
