2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 1
模拟电子技术南京邮电大学光电工程学院主讲,杨 恒 新
yanghx@njupt.edu.cn
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 2
一、模拟电子技术是什么？
二、课程地位（为什么学？）
三、课程教学内容四、课程安排与任务五、如何学习六、何谓学好？
七、课程成绩评定方法八、答疑时间、地点绪论
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 3
第一章 晶体二极管及其基本电路
1-1 半导体物理基础知识
１ -１ -０ 概述一、导体、绝缘体、半导体二、制造半导体器件的材料
１ -１ -１ 本征半导体一,半导体中的载流子二、本征载流子浓度
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 4
1-1-2 杂质半导体一,N型半导体（ Negative type）
二,P型半导体（ Positive type）
三、杂质半导体的载流子浓度
1-1-3 半导体中的电流一、漂移电流二、扩散电流
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 5
1-2 PN结
1-2-1 ＰＮ结的形成
1-2-2 ＰＮ结的单向导电特性一,PＮ结加正向电压二,PＮ结加反向电压三,PN结电流方程
1-2-3 PN结的击穿特性一、雪崩击穿二、齐纳击穿
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 6
1-2-4 PN结的电容特性一,势垒电容二、扩散电容
1-2-5 PN结的温度特性一,伏安特性曲线的特点二,温度升高到一定程度时,PN 结不存在
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 7
一、正向特性 二、反向特性
1-3-2 二极管的主要参数一、直流电阻
1-3 晶体二极管及其基本电路
1-3-1 二极管特性曲线二,交流电阻三、最大整流电流 I F
四,最大反向工作电压 URM
五,反向电流 Ｉ Ｒ
六,最高工作频率 f M
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 8
1-3-4 二极管基本应用电路一、二极管整流电路 二、二极管限幅电路
1-3-3 晶体二极管模型一、二极管的大信号等效电路
1-3-5 稳压二极管及稳压电路一、稳压二极管的特性二、稳压二极管的主要参数三、稳压二极管稳压电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 9
一,模拟电子技术是什么？
模拟电子电路课程是一门研究模拟电子技术的基本规律，并注重实践应用的一门学科基础课。内容涉及三本教材（资料）内容,主教材、补充教材、数字电路与系统设计。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 10
二、课程地位（为什么学？）
1.是重要的 学科（专业）基础课
（ 1）通识基础课,体现学历教育和大学基础的通识必修课。课时多，教学内容基本稳定。
（ 2）学科基础课,是学科和专业方向的学科必修课，
课时较多；承前启后；内容相对稳定，但有发展。
（ 3）专业课,是专业应用性质，是专业方向必修课和选修课。分模块,课时少，内容变化快。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 11
3.是强调硬件应用能力的工程类课程
4.是工程师训练的基本入门课程
5.是很多重点大学的考研课程
2.是电气信息类、电子信息科学类专业的主干课程
(1)当前社会对于硬件工程师（特别是具有设计开发能力的工程师）需求量很大。
(2)培养硬件工程师比较困难。
(3)学好并掌握硬件本领将使你基础实，起点高，发展大，受益无穷！
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 12
1.模拟信号与数字信号
模拟信号：幅值连续、时间连续
数字信号：幅值离散、时间连续（通常变化时刻之间的间隔是均匀的）
0 0 1 1 0 0
0 1 0 1 0 1 0
1
三、课程教学内容语言信号波形
D
t
O
u t
O
t1 t2 t3
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 13
2.电子电路的概念、分类及发展
概念：
对弱电类信号进行 产生,处理 （如串 —并变换、
变频、取反、放大等）,存储,传输,由各种元件互相连接而组成的物理实体。
分类：数字电路、模拟电路线性电路（处理小信号）、非线性电路（处理大信号）
模拟电路根据有源器件模型分为低频电路（处理低频信号）、高频电路（处理高频信号）
模拟电路根据信号频率分为
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 14
发展：
电子管时代,1906年诞生电子三极管，之后出现了无线电通信；
晶体管时代,1947年诞生晶体三极管；
集成电路时代,1958年出现集成电路，进入微电子时期；
※ 0.35μm 0.25μm 0.18μm 0.13μm
LSI和 VLSI时代 ※,
(Pentium 4 670 3.80GHz)90nm
(Core 2 Duo )65nm
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 15
3.课程内容第一章 晶体二极管及其基本电路第二章 双极型晶体管及其放大 电路第三章 场效应管及其基本电路第五章 频率响应 第六章 反馈第四章 集成运算放大器电路第七章 模拟集成电路系统 第九章 功率电路及系统第十章 正弦波振荡电路 第十一章 调制与解调第 3章 集成逻辑门电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 16
4.教材
[1] 孙肖子 等编,模拟电子技术基础，西安：西安电子科技大学出版社,2003
[2] 电子电路教研室,模拟电子电路 B补充讲义 (修订版 ),南京邮电大学校内印刷,2006
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 17
5.参考书
[1] 康华光,电子技术基础（模拟部分） (第五版 ),北京：高等教育出版社,2006
[2] 华成英 童诗白,模拟电子技术基础（第四版）,北京：高等教育出版社,2006
[3] 谢嘉奎,电子线路（线性部分） (第四版）,北京：
高等教育出版社,1999（ 2004年印刷）
[4] 谢嘉奎,电子线路（非线性部分） (第四版）,北京
：高等教育出版社,1999（ 2004年印刷）
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 18
四、课程安排与任务
2.掌握常用半导体器件和典型模拟集成电路的特性与参数；
3.系统地掌握电子线路的 基本概念,组成,基本原理,性能特点和掌握 各类放大器、频率响应、反馈、振荡器、调制解调电路 的 基本分析方法 和工程估算方法；
1.一学期课（ 64学时,4学分），实验课另有安排，
单独设课。
4.掌握典型 TTL,CMOS门电路的工作原理和主要外部电气特性 ；
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 19
五、如何学习
1.―爱好”和“志向”很重要！“兴趣是最好的老师”。2.入门时可能会遇到一些困难。注意不断改进、
总结和调整、提高。
基本器件关 ----- 电路构成工程近似关 ----- 分析方法实验动手关 ----- 实践应用
EDA应用关 ----- 设计能力
3.学习方法“过四关”
4.分立为基础，集成是重点，分立为集成服务
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 20
掌握电子技术的硬件理论（学好）和应用实践能力
（用好）
六、何谓学好？
1.考试（笔试），闭卷；
2.平时 10％，期中 20％，期末 70％
七、课程成绩评定方法八、答疑时间、地点
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 21
第一章 晶体二极管及其基本电路
（ 1）了解本征半导体、杂质半导体和 PN结的形成及其特性。
（ 2）掌握晶体二极管的特性和主要参数。
（ 3）掌握普通二极管、稳压二极管构成的基本电路的组成、工作原理及分析方法。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 22
1-1 半导体物理基础知识
１ -１ -０ 概述一、导体、绝缘体、半导体
1.导体 (Conductor),σ>104s·cm-1
2.绝缘体 (Insulator),σ<10-10s·cm-1
3.半导体 (Semiconductor),σ在 10-9～ 103s·cm-1间注,σ为电导率如铝、金、钨、铜等金属，镍铬等合金。
如二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等。
如 硅,锗,砷化镓、磷化铟、碳化镓等。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 23
二、制造半导体器件的材料
+14 2 8 4
硅原子（ Silicon）
锗原子（ Germanium）
图 1 硅和锗原子结构图半导体器件是 导体,半导体 和 绝缘体 的有机组合体。
+4
图 1-1 硅和锗原子结构简化模型惯性核 (Inert Ionic Core)
价电子 (Valence Electron)
半导体 是构成当代微电子的基础材料。
+32 2 18 48
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 24
一,半导体中的载流子
１ -１ -１ 本征半导体 (Intrinsic Semiconductor)
纯净的半导体，称为本征半导体。
在 绝对零度 (-273℃ )和 没有外界影响 时，所有价电子都被束缚在共价键内，晶体中没有自由电子，所以半导体不能导电。晶体中无载流子。
载流子 (Carrier)：获得运动能量的带电粒子。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 25
二、本征载流子浓度
kTE
ii GTApn
2/2/3
0 0e
ni,pi分别表示自由电子 (Free Electron)和空穴
(Hole)的浓度 (cm–3 )；
A0为常数,Si(Ge):3.87(1.76)× 1016cm-3·K -3/2；
EG0为 T=0K时的禁带宽度,Si(Ge):1.21(0.78)eV；
k为波尔兹曼常数 (8.63× 10-6V/K)；
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 26
本征载流子浓度随温度升高近似按指数规律增大，所以 半导体的导电性能对温度非常敏感 。
TE
ii GTpn
k2/2/3
0 0eA
室温下，本征半导体的导电能力很弱。
如：硅（ Si) 原子密度为 -322 cm105?
-310 cm1043.1 ii pn载流子密度为本征载流子浓度讨论
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 27
1-1-2 杂质半导体 (Impurity Semiconductor )
一,N型半导体（ Negative type）
在本征硅（或锗）中，掺入少量的五价元素
（磷、砷等），就得到 N型半导体。 室温时，
几乎全部杂质原子都能提供一个自由电子。
多子 (Majority)（多数载流子）,自由电子；
少子 (Minority)（少数载流子）,空穴；
多子浓度 nn≈Nd（施主杂质浓度）
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 28
二,P型半导体（ Positive type）
在本征硅（或锗）中，掺入少量的三价元素
（硼、铝等），就得到 P型半导体。 室温时，
几乎全部杂质原子都能提供一个空穴。
多子 （多数载流子）,空穴；
少子 （少数载流子）,自由电子；
多子浓度 pp≈Na（受主杂质浓度）
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 29
三、杂质半导体的载流子浓度在热平衡下，两者之间有如下关系,多子浓度值与少子浓度值的乘积恒等于本征载流子浓度值 ni的平方。
对 N型半导体
d
2
i
n
2
i
n
2
inn
N
n
n
n
p
npn
对 P型半导体
a
2
i
p
2
i
p
2
ipp
N
n
p
n
n
nnp
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 30
1-1-3 半导体中的电流
1,在电场作用下，半导体中的载流子作定向飘移运动而形成的电流。
pn III nI
电子电流 空穴电流
pI
一、漂移电流 (Drift Current)
① 载流子浓度
2,漂移电流大小取决于
② 外加电场强度 ③ 迁移速度
I
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 31
二、扩散电流 (Diffusion Current)
扩散电流大小主要取决于该处载流子浓度差（即浓度梯度）。浓度差越大，扩散电流越大，而与该处的浓度值无关。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 32
1-2 PN结
1-2-1 ＰＮ结的形成
平衡时，多子扩散与少子漂移达到 平衡,即扩散过去多少多子，就有多少少子漂移过来。
开始 扩散运动 占优势；
内电场形成，阻止 多子 扩散，但引起 少子 漂移 ；
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 33
1-2-2 ＰＮ结的单向导电特性一,PＮ结加正向电压
外加电场，多子被强行推向耗尽区，中和部分正、负离子使耗尽区变窄，内电场削弱。
由于内电场减弱，有利于多子的扩散，多子源源不断扩散到对方，形成扩散电流，通过回路形成正向电流．
由于 UB较小，因此只需较小的外加电压 U，
就能产生很大的正向电流
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 34
外加电场强行将多子推离耗尽区，使耗尽区变宽，内电场增强。
内电场增强，多子扩散很难进行，而有利于少子的漂移。
越过界面的少子通过回路形成反向 (漂移 )电流，
反向电流很小。
外加电压增大时，反向电流基本不增加。
二,PＮ结加反向电压
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 35
因此,PN结具有单向导电特性。
综上所述,PN结加正向电压时，电流很大并随外加电压有明显变化（ 正向导通）,而加反向电压时，电流很小，且不随外加电压变化（ 反向截止） 。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 36
三,PN结电流方程
)1( / TUus eIi
图 1-11 PN结的伏安特性当 T=300K (室温 )时,UT=26mV。
i
u0
T
T
-U(BR)
IS为反向饱和电流。
UT = K T/q,温度电压当量
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 37
当 u 比 UT大几倍时
,/ TUuss eIi 即呈现指数变化。
当 u<0 时,且 |u|比 UT大几倍时
ss Ii
)1( / TUus eIi
时，当 mVu 1 0 0? 1554/ ee TUu
PN结电流方程讨论
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 38
1-2-3 PN结的击穿特性当反向电压超过 U( BR ) 后,|u| 稍有增加时，反向电流急剧增大，这种现象称为 PN结反向击穿
(Breakdown)。 i
u0
-U(BR)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 39
轻掺杂?耗尽区较宽?少子动能增大?碰撞中性原子?产生电子、空穴对?连锁反应?产生大量电子、空穴对?反向电流剧增。
一、雪崩击穿 (Avalanche Multiplication)
P N耗尽 区
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
外电场
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 40
重掺杂?耗尽区很窄?强电场?将中性原子的价电子直接拉出共价键?产生大量电子、空穴对?
反向电流增大,
二、齐纳击穿 (Zener Breakdown)
P N耗尽 区
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
外电场
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 41
一般来说，对 硅材料 的 PN结,UBR>7V时为雪崩击穿 ； UBR <5V时为齐纳击穿 ； UBR介于 5~7V
时，两种击穿都有。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 42
1-2-4 PN结的电容特性
PN 结的耗尽区与平板电容器相似，外加电压变化，耗尽区的宽度变化，则耗尽区中的正负离子数目变化，即存储的电荷量变化。
多子扩散?在对方区形成非平衡少子的浓度分布曲线?偏置电压变化?分布曲线变化?非平衡少子变化?电荷变化。
一,势垒电容 (Barrier Capacitance)
二、扩散电容 (Diffusion Capacitance)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 43
Cj= CT + CD
结 论
Cj ≈ CD,其值通常为 几十至几百 pF；
Cj ≈ CT,其值通常为 几至几十 pF。
因为 CT和 CD并不大，所以在高频工作时，才考虑它们的影响。
正偏时以 CD为主，
反偏时以 CT为主，
（如,变容二极管 ）
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 44
1-2-5 PN结的温度特性一、温度升高，伏安特性曲线正向特性向左移，反向特性向下移。
1.保持正向电流不变时，温度每升高 1℃,结电压减小约 2~2.5mV,即
Δu/ΔT≈-(2~2.5)mV/℃
2.温度每升高 10℃,反向饱和电流 IS增大一倍。
10/)(
12 122
TT
SS II
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 45
二,温度升高到一定程度,PN 结不存在。
对硅材料约为 (150~200)℃ ；对锗材料约为
(75~100)℃ 。
由本征激发产生的少子浓度有可能超过掺杂浓度，使得杂质半导体变得与 本征半导体一样。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 46
1-3 晶体二极管及其基本电路
PN结加上电极引线和管壳就形成晶体二极管。
图 1-13 晶体二极管结构示意图及电路符号
P区 N区正极 负极
（ a） 结构示意图 （ b） 电路符号
P N
正极 负极
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 47
1-3-1 二极管特性曲线二极管特性曲线与 PN结基本相同，略有差异。
图 1-14 硅 二极管伏安特性曲线
i /mA
u/V
(?A)
0
10
20
30
-5
-10
-0.5
0.5
特性曲线是描述器件性能的图形表示。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 48
一、正向特性硅,UD(on) = 0.5～ 0.6V；
1.导通电压或死区电压
2,曲线分段：
锗,UD(on) = 0.1～ 0.2V。
3,小功率二极管正常工作的电流范围内，管压降变化比较小。
指数段（小电流时）、直线段（大电流时）。
一般硅,0.6~0.8V，锗,0.2~0.3V。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 49
二、反向特性
2.小功率二极管的反向电流很小。
一般硅管 <0.1?A，锗管 <几十微安 。
1.反向电压加大时，反向电流也略有增大。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 50
1-3-2 二极管的主要参数一、直流电阻（ 静态电阻 ）
图 1-15 二极管电阻的几何意义
ID
UD
Q1
RD=UD / ID
RD 的几何意义：
i
u0
Q2
(a)直流电阻 RD
Q点到原点直线斜率的倒数。
RD不是恒定的，正向的 RD随工作电流增大而减小，反向的
RD随反向电压的增大而增大。
参数是描述器件性能的技术指标。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 51
1.正向电阻：几百欧姆； 反向电阻：几百千欧姆；
2.Q点（ quiescent）（直流工作点、静态工作点）
不同，测出的电阻也不同；
如：用万用表欧姆档的不同档位（ × 10,× 100、
× 1K等）测得的阻值是不同的。
结 论因此,PN结具有单向导电特性。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 52
二,交流电阻（ 动态电阻 ）
二极管在其工作状态 (I DQ,UDQ)下的电压微变量与电流微变量之比。
rD的几何意义为 Q(IDQ,UDQ)点处切线斜率的倒数。
DQDQDQDQ UIUI
D I
U
di
dur
,,?
)(
)(26
mAI
mV
I
U
DQDQ
T
i
u0
Q?i
u
(b)交流电阻 rD
图 1-15 二极管电阻的几何意义
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 53
更确切地讲：二极管交流电阻 rD= rj + rs
)(
)(26
mAI
mV
I
Ur
DQDQ
T
j
------ PN结电阻
rs ------ 体电阻 +引线接触电阻
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 54
例,已知 V为 Si二极管，流过 V的直流电流
ID=10mA，交流电压?U=10mV，求流过 V的交流电流?I=?
10V
V R
0.93KΩ
U
ID
解：二极管交流电阻为
6.2
)(10
)(26
mA
mV
I
U
r
DQ
T
D
mA
mV
rR
U
I
D
2
101.1
)(9306.2
)(10
所以交流电流为
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 55
三、最大整流电流 I F
四,最大反向工作电压 URM
五,反向电流 Ｉ Ｒ
允许通过的最大正向平均电流。
通常取 U( ＢＲ ) 的一半，超过 Ｕ ( ＢＲ） 容易发生反向击穿。
未击穿时的反向电流。 Ｉ Ｒ 越小，单向导电性能越好 。
六,最高工作频率 f M
※ 需要指出，手册中给出的一般为典型值，需要时应通过实际测量得到准确值。
工作频率超过 f M时，二极管的单向导电性能变坏。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 56
1-3-3 晶体二极管模型由于二极管的非线性特性，当电路加入二极管时，便成为 非线性电路 。实际应用时可根据二极管的应用条件作合理 近似,得到相应的等效电路，化为 线性电路 。
一,二极管的大信号等效电路对电子线路进行定量分析时,电路中的实际器件必须用相应的电路模型来等效表示，这称为：
,建模,。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 57
图 1-16 二极管特性的折线近似及电路模型硅管,UD(on)＝ 0.7V 锗管,UD(on)＝ 0.2V
A1
B
UD(on)
C
i
u
0
（ a)折线近似特性
U<UD(on) U?UD(on)
1 2
（ b)近似 电路模型
UD(on)
rD(on)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 58
图 1-16 二极管特性的折线近似及电路模型
i
A′
uB
UD(on)
C
0
（ a)折线近似特性
U<UD(on) U?UD(on)
1 2
UD(on)
（ c)简化 电路模型
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 59
图 1-16 二极管特性的折线近似及电路模型
i
A2
uB0C
0
（ a)折线近似特性 （ d)理想 电路模型
U<0 U?0
1 2
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 60
在大信号应用中如何选择二极管的大信号等效模型？
以上三种电路模型 (近似、简化、理想 )均为二极管近似模型 (线形化 )。对不同电路模型可在不同需求时采用。
思考题：
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 61
一、二极管整流电路图 1-17 二极管半波整流电路及波形
t
ui
0
uo
t0
(b)输入、输出波形关系
1-3-4 二极管基本应用电路
V
RLui uo
(a)电路
i
A2
u
B0C
0
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 62
二、二极管限幅电路图 1-20 二极管上限幅电路及波形
t
ui/V
0
(b) 输入、输出波形关系
t0
uo/V
2.7
-5
-5
5
(a)电路
E2V
V
R
ui uo
u i ≥ E+UD(ON) V 导通，否则截止。
i
u
UD(on)0
2.7
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 63
1,稳压二极管的正向特性、反向特性与普通二极管基本相同，区别仅在于反向击穿时，特性曲线更加陡峭 。
2,稳压管在反向击穿后,能通过调节自身电流，
实现稳定电压的功能。
电压几乎不变，为 -UZ。即当一、稳压二极管的特性
1-3-5 稳压二极管及稳压电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 64
二、稳压二极管的主要参数
1,稳定电压 UZ
2,额定功耗 PZ
击穿后流过管子的电流为规定值时，管子两端的电压值。
由管子温升所限定的参数，使用时不允许超过此值。
3,稳定电流 IZ
4,动态电阻 rZ
5,温度系数 α
在击穿状态下，两端电压变化量与其电流变化量的比值。
表示单位温度变化引起稳压值的相对变化量。
一般为几欧姆到几十欧姆（越小越好）。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 65
例１ 上图为稳压二极管稳压电路，即当 Ui和 RL 变化时，输出 UO保持不变。试问：该稳压电路要能够稳定工作，对限流电阻 R有何要求。
图 1-22 稳压 二极管稳压电路
R
ILIZ
VZ RLUi Uo
三、稳压 二极管稳压电路 当 R
L不变时：
Ui ↑ IR ↑
IR IZ ↑↑ IL ≈C
当 Ui不变时：
RL ↑ IR ↓
IZ ↑↑ IL ↓↓
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 66
解：当 Ui,RL变化时，Ｄ z中电流 IZ 应满足图 1-22 稳压 二极管稳压电路
R
ILIZ
VZ RLUi Uo
何时 IZ 最小？何时 IZ 最大？
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 67
即
1,当 Ui=Uimin,RL=RLmin时,IZ 最小，此时应有
R
ILIZ
VZ RLUi Uo
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 68
2,当 Ui=Umax,RL=RLmax时,IZ最大，此时应有即
R
ILIZ
VZ RLUi Uo
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 69
Rmin < R < Rmax
因此，可得限流电阻的取值范围是：
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 70
小 结
2,PN 结是现代半导体器件的基础。它具有单向导电性、
击穿特性和电容特性。
1,N型半导体中，电子是多子，空穴是少子； P型半导体中，空穴是多子，电子是少子；多子浓度由掺杂浓度决定，
少子浓度很小且随温度的变化而变化。
3,半导体二极管由一个 PN结构成，大信号应用时表现为开关特性。
4.利用 PN 结的击穿特性可制作稳压二极管。用稳压二极管构成稳压电路时，首先应保证 稳压管反向击穿,另外必须串接限流电阻。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 71
作 业
1-1
1-5（设 V为理想二极管）
1-6（设 UD1(on)= UD2(on)=0.7V ）
1-10
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 72
+4
+4+4
+4
价电子图 1-2 单晶硅和锗共价键结构示意图共价键
(Covalent Bond)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 73
+4
+4+4
+4
束 缚 电 子图 1-3 本征激发产生电子和空穴自由电子
（带正电）
电子载流子
（带负电）
空穴空穴载流子本征激发复 合空穴在晶格中的移动,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 74
图 1-4 N型半导体原子结构示意图
+4
+5+4
+4
键外电子束缚电子施主原子
(Doner atom)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 75
图 1-5 P型半导体原子结构示意图受主原子
(Acceptor atom)
空位
+4
+3+4
+4
束缚电子
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 76
x0
x0
n ( 0 )
n ( x )[ p ( x )]
n
0
图 1―6 半导体中载流子的浓度分布
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 77
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
P N
（ a） 空穴和电子的扩散图 1-7 PN结的形成
PN结的形成过程,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 78
P N
内电场
（ b） 平衡时的 PN结图 1-7 PN结的形成
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
PN结又称空间电荷区、耗尽区、阻挡区、势垒区内建电位差 UB
对 Ge材料 UB= 0.2～ 0.3V；
对 Si材料 UB= 0.6～ 0.8V；
（几个到几十个?m)
2
i
da
B ln n
NNUU
T?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 79
P N耗尽 区内电场
UB -U
图 1-9 正向偏置的 PN结
+ -
E R
U
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
外电场扩散运动＞漂移运动
PN结加正向电压时的导电情况,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 80
图 1-10 反向偏置的 PN结
E R
P N耗尽 区内电场
UB +U
- +U
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
外电场扩散运动＜漂移运动
PN结加反向电压时的导电情况,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 81
N
区耗尽区
P 区
x
0
x0
L
n
n
p0
②
①
Δ Q
n
n
p
( 0 )
n
p
图 1―12 P 区少子浓度分布曲线
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 82
图 1-21 稳压 二极管及其特性曲线
(a) 电路符号
i/mA
u/V
IZmax
0-UZ
IZmin
(b) 伏安特性曲线
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 83
总评成绩计算方法
1.平时 0.1，期中 0.2，期末 0.7；
2.期中没考，按旷考处理（期中成绩按 0
分处理，平时 0.1，期末 0.7） ；
3.缓考：平时 0.1，期末 0.9 ；
4.作业最多只能延迟一次课，最后补交只能计一次。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 84
分立元件图片双极型晶体三极管
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 85
分立元件图片双极型晶体三极管发光二极管检波二极管电阻
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 86
分立元件图片印刷电路板
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 87
分立元件图片电解电容瓷片电容稳压二极管电阻
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 88
1.电子器件 Electronic device
有源器件：三极管 ( Transistor)、集成电路（ IC）等
无源器件：电阻（ R）、电容（ C）、电感（ L）等外特性（管子参数、特性曲线），近似模型。
2.电子电路（线路） Electronic circuit
电路结构、电路原理、近似分析。
3.电子系统 Electronic system
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 89
电子系统举例
计算机网络系统
电子测量系统
自动控制系统
广播电视系统
卫星导航系统
移动通信系统等
一般要求：规模比较大； 功能比较完整
要有控制部分
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 90
模拟电路 = 有源器件 +无源器件例 1：如 Au=180.425可近似为 Au=180。
例 2：工程实践中的,理想电压源,
当 R2=10Ω,U2=5V;
当 R2=100Ω,U2=9.1V;
当 R2=500Ω,U2=9.8V,
R1=10Ω R
210V
E
电源结论,当 R2>> R1时（ 10倍以上），电源可看作,理想电压源,。
误差,%28.9/2.0?
误差,%101.9/9.0?
误差,%1 0 05/5?
R210VE 理想电源
模拟电子技术南京邮电大学光电工程学院主讲,杨 恒 新
yanghx@njupt.edu.cn
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 2
一、模拟电子技术是什么？
二、课程地位（为什么学？）
三、课程教学内容四、课程安排与任务五、如何学习六、何谓学好？
七、课程成绩评定方法八、答疑时间、地点绪论
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 3
第一章 晶体二极管及其基本电路
1-1 半导体物理基础知识
１ -１ -０ 概述一、导体、绝缘体、半导体二、制造半导体器件的材料
１ -１ -１ 本征半导体一,半导体中的载流子二、本征载流子浓度
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 4
1-1-2 杂质半导体一,N型半导体（ Negative type）
二,P型半导体（ Positive type）
三、杂质半导体的载流子浓度
1-1-3 半导体中的电流一、漂移电流二、扩散电流
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 5
1-2 PN结
1-2-1 ＰＮ结的形成
1-2-2 ＰＮ结的单向导电特性一,PＮ结加正向电压二,PＮ结加反向电压三,PN结电流方程
1-2-3 PN结的击穿特性一、雪崩击穿二、齐纳击穿
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 6
1-2-4 PN结的电容特性一,势垒电容二、扩散电容
1-2-5 PN结的温度特性一,伏安特性曲线的特点二,温度升高到一定程度时,PN 结不存在
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 7
一、正向特性 二、反向特性
1-3-2 二极管的主要参数一、直流电阻
1-3 晶体二极管及其基本电路
1-3-1 二极管特性曲线二,交流电阻三、最大整流电流 I F
四,最大反向工作电压 URM
五,反向电流 Ｉ Ｒ
六,最高工作频率 f M
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 8
1-3-4 二极管基本应用电路一、二极管整流电路 二、二极管限幅电路
1-3-3 晶体二极管模型一、二极管的大信号等效电路
1-3-5 稳压二极管及稳压电路一、稳压二极管的特性二、稳压二极管的主要参数三、稳压二极管稳压电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 9
一,模拟电子技术是什么？
模拟电子电路课程是一门研究模拟电子技术的基本规律，并注重实践应用的一门学科基础课。内容涉及三本教材（资料）内容,主教材、补充教材、数字电路与系统设计。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 10
二、课程地位（为什么学？）
1.是重要的 学科（专业）基础课
（ 1）通识基础课,体现学历教育和大学基础的通识必修课。课时多，教学内容基本稳定。
（ 2）学科基础课,是学科和专业方向的学科必修课，
课时较多；承前启后；内容相对稳定，但有发展。
（ 3）专业课,是专业应用性质，是专业方向必修课和选修课。分模块,课时少，内容变化快。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 11
3.是强调硬件应用能力的工程类课程
4.是工程师训练的基本入门课程
5.是很多重点大学的考研课程
2.是电气信息类、电子信息科学类专业的主干课程
(1)当前社会对于硬件工程师（特别是具有设计开发能力的工程师）需求量很大。
(2)培养硬件工程师比较困难。
(3)学好并掌握硬件本领将使你基础实，起点高，发展大，受益无穷！
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 12
1.模拟信号与数字信号
模拟信号：幅值连续、时间连续
数字信号：幅值离散、时间连续（通常变化时刻之间的间隔是均匀的）
0 0 1 1 0 0
0 1 0 1 0 1 0
1
三、课程教学内容语言信号波形
D
t
O
u t
O
t1 t2 t3
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 13
2.电子电路的概念、分类及发展
概念：
对弱电类信号进行 产生,处理 （如串 —并变换、
变频、取反、放大等）,存储,传输,由各种元件互相连接而组成的物理实体。
分类：数字电路、模拟电路线性电路（处理小信号）、非线性电路（处理大信号）
模拟电路根据有源器件模型分为低频电路（处理低频信号）、高频电路（处理高频信号）
模拟电路根据信号频率分为
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 14
发展：
电子管时代,1906年诞生电子三极管，之后出现了无线电通信；
晶体管时代,1947年诞生晶体三极管；
集成电路时代,1958年出现集成电路，进入微电子时期；
※ 0.35μm 0.25μm 0.18μm 0.13μm
LSI和 VLSI时代 ※,
(Pentium 4 670 3.80GHz)90nm
(Core 2 Duo )65nm
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 15
3.课程内容第一章 晶体二极管及其基本电路第二章 双极型晶体管及其放大 电路第三章 场效应管及其基本电路第五章 频率响应 第六章 反馈第四章 集成运算放大器电路第七章 模拟集成电路系统 第九章 功率电路及系统第十章 正弦波振荡电路 第十一章 调制与解调第 3章 集成逻辑门电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 16
4.教材
[1] 孙肖子 等编,模拟电子技术基础，西安：西安电子科技大学出版社,2003
[2] 电子电路教研室,模拟电子电路 B补充讲义 (修订版 ),南京邮电大学校内印刷,2006
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 17
5.参考书
[1] 康华光,电子技术基础（模拟部分） (第五版 ),北京：高等教育出版社,2006
[2] 华成英 童诗白,模拟电子技术基础（第四版）,北京：高等教育出版社,2006
[3] 谢嘉奎,电子线路（线性部分） (第四版）,北京：
高等教育出版社,1999（ 2004年印刷）
[4] 谢嘉奎,电子线路（非线性部分） (第四版）,北京
：高等教育出版社,1999（ 2004年印刷）
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 18
四、课程安排与任务
2.掌握常用半导体器件和典型模拟集成电路的特性与参数；
3.系统地掌握电子线路的 基本概念,组成,基本原理,性能特点和掌握 各类放大器、频率响应、反馈、振荡器、调制解调电路 的 基本分析方法 和工程估算方法；
1.一学期课（ 64学时,4学分），实验课另有安排，
单独设课。
4.掌握典型 TTL,CMOS门电路的工作原理和主要外部电气特性 ；
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 19
五、如何学习
1.―爱好”和“志向”很重要！“兴趣是最好的老师”。2.入门时可能会遇到一些困难。注意不断改进、
总结和调整、提高。
基本器件关 ----- 电路构成工程近似关 ----- 分析方法实验动手关 ----- 实践应用
EDA应用关 ----- 设计能力
3.学习方法“过四关”
4.分立为基础，集成是重点，分立为集成服务
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 20
掌握电子技术的硬件理论（学好）和应用实践能力
（用好）
六、何谓学好？
1.考试（笔试），闭卷；
2.平时 10％，期中 20％，期末 70％
七、课程成绩评定方法八、答疑时间、地点
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 21
第一章 晶体二极管及其基本电路
（ 1）了解本征半导体、杂质半导体和 PN结的形成及其特性。
（ 2）掌握晶体二极管的特性和主要参数。
（ 3）掌握普通二极管、稳压二极管构成的基本电路的组成、工作原理及分析方法。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 22
1-1 半导体物理基础知识
１ -１ -０ 概述一、导体、绝缘体、半导体
1.导体 (Conductor),σ>104s·cm-1
2.绝缘体 (Insulator),σ<10-10s·cm-1
3.半导体 (Semiconductor),σ在 10-9～ 103s·cm-1间注,σ为电导率如铝、金、钨、铜等金属，镍铬等合金。
如二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等。
如 硅,锗,砷化镓、磷化铟、碳化镓等。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 23
二、制造半导体器件的材料
+14 2 8 4
硅原子（ Silicon）
锗原子（ Germanium）
图 1 硅和锗原子结构图半导体器件是 导体,半导体 和 绝缘体 的有机组合体。
+4
图 1-1 硅和锗原子结构简化模型惯性核 (Inert Ionic Core)
价电子 (Valence Electron)
半导体 是构成当代微电子的基础材料。
+32 2 18 48
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 24
一,半导体中的载流子
１ -１ -１ 本征半导体 (Intrinsic Semiconductor)
纯净的半导体，称为本征半导体。
在 绝对零度 (-273℃ )和 没有外界影响 时，所有价电子都被束缚在共价键内，晶体中没有自由电子，所以半导体不能导电。晶体中无载流子。
载流子 (Carrier)：获得运动能量的带电粒子。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 25
二、本征载流子浓度
kTE
ii GTApn
2/2/3
0 0e
ni,pi分别表示自由电子 (Free Electron)和空穴
(Hole)的浓度 (cm–3 )；
A0为常数,Si(Ge):3.87(1.76)× 1016cm-3·K -3/2；
EG0为 T=0K时的禁带宽度,Si(Ge):1.21(0.78)eV；
k为波尔兹曼常数 (8.63× 10-6V/K)；
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 26
本征载流子浓度随温度升高近似按指数规律增大，所以 半导体的导电性能对温度非常敏感 。
TE
ii GTpn
k2/2/3
0 0eA
室温下，本征半导体的导电能力很弱。
如：硅（ Si) 原子密度为 -322 cm105?
-310 cm1043.1 ii pn载流子密度为本征载流子浓度讨论
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 27
1-1-2 杂质半导体 (Impurity Semiconductor )
一,N型半导体（ Negative type）
在本征硅（或锗）中，掺入少量的五价元素
（磷、砷等），就得到 N型半导体。 室温时，
几乎全部杂质原子都能提供一个自由电子。
多子 (Majority)（多数载流子）,自由电子；
少子 (Minority)（少数载流子）,空穴；
多子浓度 nn≈Nd（施主杂质浓度）
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 28
二,P型半导体（ Positive type）
在本征硅（或锗）中，掺入少量的三价元素
（硼、铝等），就得到 P型半导体。 室温时，
几乎全部杂质原子都能提供一个空穴。
多子 （多数载流子）,空穴；
少子 （少数载流子）,自由电子；
多子浓度 pp≈Na（受主杂质浓度）
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 29
三、杂质半导体的载流子浓度在热平衡下，两者之间有如下关系,多子浓度值与少子浓度值的乘积恒等于本征载流子浓度值 ni的平方。
对 N型半导体
d
2
i
n
2
i
n
2
inn
N
n
n
n
p
npn
对 P型半导体
a
2
i
p
2
i
p
2
ipp
N
n
p
n
n
nnp
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 30
1-1-3 半导体中的电流
1,在电场作用下，半导体中的载流子作定向飘移运动而形成的电流。
pn III nI
电子电流 空穴电流
pI
一、漂移电流 (Drift Current)
① 载流子浓度
2,漂移电流大小取决于
② 外加电场强度 ③ 迁移速度
I
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 31
二、扩散电流 (Diffusion Current)
扩散电流大小主要取决于该处载流子浓度差（即浓度梯度）。浓度差越大，扩散电流越大，而与该处的浓度值无关。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 32
1-2 PN结
1-2-1 ＰＮ结的形成
平衡时，多子扩散与少子漂移达到 平衡,即扩散过去多少多子，就有多少少子漂移过来。
开始 扩散运动 占优势；
内电场形成，阻止 多子 扩散，但引起 少子 漂移 ；
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 33
1-2-2 ＰＮ结的单向导电特性一,PＮ结加正向电压
外加电场，多子被强行推向耗尽区，中和部分正、负离子使耗尽区变窄，内电场削弱。
由于内电场减弱，有利于多子的扩散，多子源源不断扩散到对方，形成扩散电流，通过回路形成正向电流．
由于 UB较小，因此只需较小的外加电压 U，
就能产生很大的正向电流
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 34
外加电场强行将多子推离耗尽区，使耗尽区变宽，内电场增强。
内电场增强，多子扩散很难进行，而有利于少子的漂移。
越过界面的少子通过回路形成反向 (漂移 )电流，
反向电流很小。
外加电压增大时，反向电流基本不增加。
二,PＮ结加反向电压
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 35
因此,PN结具有单向导电特性。
综上所述,PN结加正向电压时，电流很大并随外加电压有明显变化（ 正向导通）,而加反向电压时，电流很小，且不随外加电压变化（ 反向截止） 。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 36
三,PN结电流方程
)1( / TUus eIi
图 1-11 PN结的伏安特性当 T=300K (室温 )时,UT=26mV。
i
u0
T
T
-U(BR)
IS为反向饱和电流。
UT = K T/q,温度电压当量
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 37
当 u 比 UT大几倍时
,/ TUuss eIi 即呈现指数变化。
当 u<0 时,且 |u|比 UT大几倍时
ss Ii
)1( / TUus eIi
时，当 mVu 1 0 0? 1554/ ee TUu
PN结电流方程讨论
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 38
1-2-3 PN结的击穿特性当反向电压超过 U( BR ) 后,|u| 稍有增加时，反向电流急剧增大，这种现象称为 PN结反向击穿
(Breakdown)。 i
u0
-U(BR)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 39
轻掺杂?耗尽区较宽?少子动能增大?碰撞中性原子?产生电子、空穴对?连锁反应?产生大量电子、空穴对?反向电流剧增。
一、雪崩击穿 (Avalanche Multiplication)
P N耗尽 区
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
外电场
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 40
重掺杂?耗尽区很窄?强电场?将中性原子的价电子直接拉出共价键?产生大量电子、空穴对?
反向电流增大,
二、齐纳击穿 (Zener Breakdown)
P N耗尽 区
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
外电场
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 41
一般来说，对 硅材料 的 PN结,UBR>7V时为雪崩击穿 ； UBR <5V时为齐纳击穿 ； UBR介于 5~7V
时，两种击穿都有。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 42
1-2-4 PN结的电容特性
PN 结的耗尽区与平板电容器相似，外加电压变化，耗尽区的宽度变化，则耗尽区中的正负离子数目变化，即存储的电荷量变化。
多子扩散?在对方区形成非平衡少子的浓度分布曲线?偏置电压变化?分布曲线变化?非平衡少子变化?电荷变化。
一,势垒电容 (Barrier Capacitance)
二、扩散电容 (Diffusion Capacitance)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 43
Cj= CT + CD
结 论
Cj ≈ CD,其值通常为 几十至几百 pF；
Cj ≈ CT,其值通常为 几至几十 pF。
因为 CT和 CD并不大，所以在高频工作时，才考虑它们的影响。
正偏时以 CD为主，
反偏时以 CT为主，
（如,变容二极管 ）
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 44
1-2-5 PN结的温度特性一、温度升高，伏安特性曲线正向特性向左移，反向特性向下移。
1.保持正向电流不变时，温度每升高 1℃,结电压减小约 2~2.5mV,即
Δu/ΔT≈-(2~2.5)mV/℃
2.温度每升高 10℃,反向饱和电流 IS增大一倍。
10/)(
12 122
TT
SS II
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 45
二,温度升高到一定程度,PN 结不存在。
对硅材料约为 (150~200)℃ ；对锗材料约为
(75~100)℃ 。
由本征激发产生的少子浓度有可能超过掺杂浓度，使得杂质半导体变得与 本征半导体一样。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 46
1-3 晶体二极管及其基本电路
PN结加上电极引线和管壳就形成晶体二极管。
图 1-13 晶体二极管结构示意图及电路符号
P区 N区正极 负极
（ a） 结构示意图 （ b） 电路符号
P N
正极 负极
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 47
1-3-1 二极管特性曲线二极管特性曲线与 PN结基本相同，略有差异。
图 1-14 硅 二极管伏安特性曲线
i /mA
u/V
(?A)
0
10
20
30
-5
-10
-0.5
0.5
特性曲线是描述器件性能的图形表示。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 48
一、正向特性硅,UD(on) = 0.5～ 0.6V；
1.导通电压或死区电压
2,曲线分段：
锗,UD(on) = 0.1～ 0.2V。
3,小功率二极管正常工作的电流范围内，管压降变化比较小。
指数段（小电流时）、直线段（大电流时）。
一般硅,0.6~0.8V，锗,0.2~0.3V。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 49
二、反向特性
2.小功率二极管的反向电流很小。
一般硅管 <0.1?A，锗管 <几十微安 。
1.反向电压加大时，反向电流也略有增大。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 50
1-3-2 二极管的主要参数一、直流电阻（ 静态电阻 ）
图 1-15 二极管电阻的几何意义
ID
UD
Q1
RD=UD / ID
RD 的几何意义：
i
u0
Q2
(a)直流电阻 RD
Q点到原点直线斜率的倒数。
RD不是恒定的，正向的 RD随工作电流增大而减小，反向的
RD随反向电压的增大而增大。
参数是描述器件性能的技术指标。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 51
1.正向电阻：几百欧姆； 反向电阻：几百千欧姆；
2.Q点（ quiescent）（直流工作点、静态工作点）
不同，测出的电阻也不同；
如：用万用表欧姆档的不同档位（ × 10,× 100、
× 1K等）测得的阻值是不同的。
结 论因此,PN结具有单向导电特性。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 52
二,交流电阻（ 动态电阻 ）
二极管在其工作状态 (I DQ,UDQ)下的电压微变量与电流微变量之比。
rD的几何意义为 Q(IDQ,UDQ)点处切线斜率的倒数。
DQDQDQDQ UIUI
D I
U
di
dur
,,?
)(
)(26
mAI
mV
I
U
DQDQ
T
i
u0
Q?i
u
(b)交流电阻 rD
图 1-15 二极管电阻的几何意义
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 53
更确切地讲：二极管交流电阻 rD= rj + rs
)(
)(26
mAI
mV
I
Ur
DQDQ
T
j
------ PN结电阻
rs ------ 体电阻 +引线接触电阻
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 54
例,已知 V为 Si二极管，流过 V的直流电流
ID=10mA，交流电压?U=10mV，求流过 V的交流电流?I=?
10V
V R
0.93KΩ
U
ID
解：二极管交流电阻为
6.2
)(10
)(26
mA
mV
I
U
r
DQ
T
D
mA
mV
rR
U
I
D
2
101.1
)(9306.2
)(10
所以交流电流为
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 55
三、最大整流电流 I F
四,最大反向工作电压 URM
五,反向电流 Ｉ Ｒ
允许通过的最大正向平均电流。
通常取 U( ＢＲ ) 的一半，超过 Ｕ ( ＢＲ） 容易发生反向击穿。
未击穿时的反向电流。 Ｉ Ｒ 越小，单向导电性能越好 。
六,最高工作频率 f M
※ 需要指出，手册中给出的一般为典型值，需要时应通过实际测量得到准确值。
工作频率超过 f M时，二极管的单向导电性能变坏。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 56
1-3-3 晶体二极管模型由于二极管的非线性特性，当电路加入二极管时，便成为 非线性电路 。实际应用时可根据二极管的应用条件作合理 近似,得到相应的等效电路，化为 线性电路 。
一,二极管的大信号等效电路对电子线路进行定量分析时,电路中的实际器件必须用相应的电路模型来等效表示，这称为：
,建模,。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 57
图 1-16 二极管特性的折线近似及电路模型硅管,UD(on)＝ 0.7V 锗管,UD(on)＝ 0.2V
A1
B
UD(on)
C
i
u
0
（ a)折线近似特性
U<UD(on) U?UD(on)
1 2
（ b)近似 电路模型
UD(on)
rD(on)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 58
图 1-16 二极管特性的折线近似及电路模型
i
A′
uB
UD(on)
C
0
（ a)折线近似特性
U<UD(on) U?UD(on)
1 2
UD(on)
（ c)简化 电路模型
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 59
图 1-16 二极管特性的折线近似及电路模型
i
A2
uB0C
0
（ a)折线近似特性 （ d)理想 电路模型
U<0 U?0
1 2
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 60
在大信号应用中如何选择二极管的大信号等效模型？
以上三种电路模型 (近似、简化、理想 )均为二极管近似模型 (线形化 )。对不同电路模型可在不同需求时采用。
思考题：
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 61
一、二极管整流电路图 1-17 二极管半波整流电路及波形
t
ui
0
uo
t0
(b)输入、输出波形关系
1-3-4 二极管基本应用电路
V
RLui uo
(a)电路
i
A2
u
B0C
0
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 62
二、二极管限幅电路图 1-20 二极管上限幅电路及波形
t
ui/V
0
(b) 输入、输出波形关系
t0
uo/V
2.7
-5
-5
5
(a)电路
E2V
V
R
ui uo
u i ≥ E+UD(ON) V 导通，否则截止。
i
u
UD(on)0
2.7
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 63
1,稳压二极管的正向特性、反向特性与普通二极管基本相同，区别仅在于反向击穿时，特性曲线更加陡峭 。
2,稳压管在反向击穿后,能通过调节自身电流，
实现稳定电压的功能。
电压几乎不变，为 -UZ。即当一、稳压二极管的特性
1-3-5 稳压二极管及稳压电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 64
二、稳压二极管的主要参数
1,稳定电压 UZ
2,额定功耗 PZ
击穿后流过管子的电流为规定值时，管子两端的电压值。
由管子温升所限定的参数，使用时不允许超过此值。
3,稳定电流 IZ
4,动态电阻 rZ
5,温度系数 α
在击穿状态下，两端电压变化量与其电流变化量的比值。
表示单位温度变化引起稳压值的相对变化量。
一般为几欧姆到几十欧姆（越小越好）。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 65
例１ 上图为稳压二极管稳压电路，即当 Ui和 RL 变化时，输出 UO保持不变。试问：该稳压电路要能够稳定工作，对限流电阻 R有何要求。
图 1-22 稳压 二极管稳压电路
R
ILIZ
VZ RLUi Uo
三、稳压 二极管稳压电路 当 R
L不变时：
Ui ↑ IR ↑
IR IZ ↑↑ IL ≈C
当 Ui不变时：
RL ↑ IR ↓
IZ ↑↑ IL ↓↓
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 66
解：当 Ui,RL变化时，Ｄ z中电流 IZ 应满足图 1-22 稳压 二极管稳压电路
R
ILIZ
VZ RLUi Uo
何时 IZ 最小？何时 IZ 最大？
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 67
即
1,当 Ui=Uimin,RL=RLmin时,IZ 最小，此时应有
R
ILIZ
VZ RLUi Uo
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 68
2,当 Ui=Umax,RL=RLmax时,IZ最大，此时应有即
R
ILIZ
VZ RLUi Uo
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 69
Rmin < R < Rmax
因此，可得限流电阻的取值范围是：
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 70
小 结
2,PN 结是现代半导体器件的基础。它具有单向导电性、
击穿特性和电容特性。
1,N型半导体中，电子是多子，空穴是少子； P型半导体中，空穴是多子，电子是少子；多子浓度由掺杂浓度决定，
少子浓度很小且随温度的变化而变化。
3,半导体二极管由一个 PN结构成，大信号应用时表现为开关特性。
4.利用 PN 结的击穿特性可制作稳压二极管。用稳压二极管构成稳压电路时，首先应保证 稳压管反向击穿,另外必须串接限流电阻。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 71
作 业
1-1
1-5（设 V为理想二极管）
1-6（设 UD1(on)= UD2(on)=0.7V ）
1-10
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 72
+4
+4+4
+4
价电子图 1-2 单晶硅和锗共价键结构示意图共价键
(Covalent Bond)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 73
+4
+4+4
+4
束 缚 电 子图 1-3 本征激发产生电子和空穴自由电子
（带正电）
电子载流子
（带负电）
空穴空穴载流子本征激发复 合空穴在晶格中的移动,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 74
图 1-4 N型半导体原子结构示意图
+4
+5+4
+4
键外电子束缚电子施主原子
(Doner atom)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 75
图 1-5 P型半导体原子结构示意图受主原子
(Acceptor atom)
空位
+4
+3+4
+4
束缚电子
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 76
x0
x0
n ( 0 )
n ( x )[ p ( x )]
n
0
图 1―6 半导体中载流子的浓度分布
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 77
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
P N
（ a） 空穴和电子的扩散图 1-7 PN结的形成
PN结的形成过程,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 78
P N
内电场
（ b） 平衡时的 PN结图 1-7 PN结的形成
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
PN结又称空间电荷区、耗尽区、阻挡区、势垒区内建电位差 UB
对 Ge材料 UB= 0.2～ 0.3V；
对 Si材料 UB= 0.6～ 0.8V；
（几个到几十个?m)
2
i
da
B ln n
NNUU
T?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 79
P N耗尽 区内电场
UB -U
图 1-9 正向偏置的 PN结
+ -
E R
U
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
外电场扩散运动＞漂移运动
PN结加正向电压时的导电情况,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 80
图 1-10 反向偏置的 PN结
E R
P N耗尽 区内电场
UB +U
- +U
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
外电场扩散运动＜漂移运动
PN结加反向电压时的导电情况,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 81
N
区耗尽区
P 区
x
0
x0
L
n
n
p0
②
①
Δ Q
n
n
p
( 0 )
n
p
图 1―12 P 区少子浓度分布曲线
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 82
图 1-21 稳压 二极管及其特性曲线
(a) 电路符号
i/mA
u/V
IZmax
0-UZ
IZmin
(b) 伏安特性曲线
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 83
总评成绩计算方法
1.平时 0.1，期中 0.2，期末 0.7；
2.期中没考，按旷考处理（期中成绩按 0
分处理，平时 0.1，期末 0.7） ；
3.缓考：平时 0.1，期末 0.9 ；
4.作业最多只能延迟一次课，最后补交只能计一次。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 84
分立元件图片双极型晶体三极管
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 85
分立元件图片双极型晶体三极管发光二极管检波二极管电阻
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 86
分立元件图片印刷电路板
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 87
分立元件图片电解电容瓷片电容稳压二极管电阻
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 88
1.电子器件 Electronic device
有源器件：三极管 ( Transistor)、集成电路（ IC）等
无源器件：电阻（ R）、电容（ C）、电感（ L）等外特性（管子参数、特性曲线），近似模型。
2.电子电路（线路） Electronic circuit
电路结构、电路原理、近似分析。
3.电子系统 Electronic system
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 89
电子系统举例
计算机网络系统
电子测量系统
自动控制系统
广播电视系统
卫星导航系统
移动通信系统等
一般要求：规模比较大； 功能比较完整
要有控制部分
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 90
模拟电路 = 有源器件 +无源器件例 1：如 Au=180.425可近似为 Au=180。
例 2：工程实践中的,理想电压源,
当 R2=10Ω,U2=5V;
当 R2=100Ω,U2=9.1V;
当 R2=500Ω,U2=9.8V,
R1=10Ω R
210V
E
电源结论,当 R2>> R1时（ 10倍以上），电源可看作,理想电压源,。
误差,%28.9/2.0?
误差,%101.9/9.0?
误差,%1 0 05/5?
R210VE 理想电源
