課程性質(zhì)：電路基礎課硬件電路的一般研發(fā)過程：原理圖－印制板圖－電路板－焊接－調(diào)試電路原理圖雙面印刷電路板圖1/19/20241課程任務介紹常用半導體器件的特性與參數(shù)討論基本模擬單元電路（六種）研究模擬電路基本分析方法掌握半導體器件的基本運用電路設計1/19/20242課程教學內(nèi)容簡介

第一章 半導體材料及二極管（6學時）第二章 雙極性晶體三極管（6學時）第三章 BJT放大器電路（8學時）第四章 MOSFET及放大器電路（8學時）第五章 放大器的頻率響應（6學時）第六章 模擬集成單元電路（10學時）第七章 負反饋技術(shù)（12學時）第八章 集成運算放大器（4學時）第九章集成運算放大器的應用與設計（2學時）總結(jié) （2學時）1/19/20243《模擬電子技術(shù)基礎》第4版華成英、童詩白

《電子技術(shù)基礎》模擬部分（第四版）康華光

《模擬電路基礎》劉光祜、饒妮妮

電子科技大學出版社出版清華大學出版社出版高等教育出版社出版參考書目1/19/20244課程目的☆掌握基本概念、基本電路、基本分析方法、基本實驗技能?！钅軌?qū)σ话阈缘摹⒊Ｓ玫碾娮与娐愤M行分析，同時對較簡單的單元電路進行設計?！罹哂心軌蚶^續(xù)深入學習和接收新器件的能力，將所學知識用于本專業(yè)的能力。1/19/20245學習方法1、重視課堂教學環(huán)節(jié)。由于任務重，學時相對緊張，故每節(jié)課信息量大。一定要集中精力。

2、課后及時復習，發(fā)現(xiàn)問題及時問，獨立做作業(yè)；

3、每章學完后在老師的帶領(lǐng)下歸納總結(jié)；1/19/20246必須建立的工程概念

1、條件的概念（任何結(jié)論都有前提條件）。

2、近似的概念（突出主要矛盾）。

3、數(shù)量級的概念。1/19/20247《電路分析》關(guān)鍵詞在《模擬電路基礎》中應用回路：KVL；結(jié)點：KCL；串聯(lián)：分壓、分壓系數(shù)。并聯(lián)：分流、分流系數(shù)。獨立：獨立回路；獨立結(jié)點；獨立變量；雙口網(wǎng)絡：公共端：不同回路共享的支路所對應端子。1/19/20248《電路分析》關(guān)鍵詞在《模擬電路基礎》中應用戴維寧定理；諾頓定理；疊加原理；直流通路；交流通路；1/19/20249第一章半導體材料及二極管1.1半導體材料及其特性（了解）1.2PN結(jié)（重點）1.3晶體二極管及其應用（重點）1/19/202410導體、半導體和絕緣體自然界中很容易導電的物質(zhì)稱為導體，導體：金屬一般是導體。緣絕體：不導電的物質(zhì)，稱為絕緣體。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導體：另有一類物質(zhì)的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。1/19/2024111.1半導體材料及其特性半導體材料：

Ⅳ族元素硅（Si）、鍺（Ge）

III-V族元素的化合物砷化嫁（GaAs）等?！顚щ娦阅軙S溫度、光照或摻入某些雜質(zhì)而發(fā)生顯著變化。本征半導體：完全純凈的、具有完整晶體結(jié)構(gòu)的半導體。純度大于99.99999％。雜質(zhì)半導體：在本征半導體中人為摻入某種“雜質(zhì)”元素形成的半導體。分為N型半導體和P型半導體。摻雜的元素一般為半導體原子的百萬分之一以下。1/19/2024121.1.1本征半導體現(xiàn)代電子學中，用得最多的半導體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。GeSi通過一定的工藝過程，可以將半導體制成晶體。1、共價鍵結(jié)構(gòu)1/19/202413完全純凈的、具有完整晶體結(jié)構(gòu)的半導體。純度大于99.99999％本征半導體：在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：正面體中心1/19/202414硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4共價鍵共用電子對+4表示除去價電子后的原子1/19/202415形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。+4+4+4+4共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導體中的自由電子很少，所以本征半導體的導電能力很弱。1/19/2024162、本征激發(fā)在絕對0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時，價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），它的導電能力為0，相當于絕緣體。當外界溫度升高或受外界激發(fā)（如光照等），價電子就會獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時在共價鍵上留下一個空位（稱為空穴）這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。3、本征半導體中的兩種載流子——自由電子和空穴1/19/202417名詞解釋載流子：運載電荷的粒子稱為載流子。自由電子：導體導電只有一種載流子，即自由電子?？昭ǎ涸右蚴ヒ粋€價電子而帶正電，因而把這個帶正電的“空位”稱為空穴。☆自由電子和空穴的成對產(chǎn)生當外界溫度升高或受外界激發(fā)（如光照等），價電子就會獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時在共價鍵上留下一個空位（稱為空穴），載流子的這種成對產(chǎn)生現(xiàn)象稱為電子空穴對。1/19/202418+4+4+4+4自由電子束縛電子空穴兩種載流子導電的差異●自由電子在晶格中自由運動；●空穴運動即價電子填補空穴的運動，始終在原子的共價鍵間運動?？昭ㄗ杂呻娮?/19/2024192.本征半導體的導電機理+4+4+4+4兩種載流子導電的差異●自由電子在晶格中自由運動●空穴運動即價電子填補空穴的運動，始終在原子的共價鍵間運動本征半導體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。1/19/202420溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導體的導電能力越強，溫度是影響半導體性能的一個重要的外部因素，這是半導體的一大特點。本征半導體的導電能力取決于載流子的濃度。本征半導體中電流由兩部分組成：

1.自由電子移動產(chǎn)生的電流。

2.空穴移動產(chǎn)生的電流。1/19/202421半導體獲得重要應用的原因在于有別于金屬的導電方式和特點。金屬的電阻率具有正溫度系數(shù)：T↑→R↑；金屬只要摻入的雜質(zhì)不超過1‰，其電阻率變化微不足道半導體的電阻率具有負溫度系數(shù)：T↑→R↓；半導體只要雜質(zhì)含千萬分之一，則電阻率下降十六分之一

半導體獨特的導電方式和特點1/19/202422熱敏、光敏特性：當受外界熱和光的作用，它的導電能力明顯增強。可制作熱敏電阻用于溫度控制、制作光敏二極管用于光敏控制等。摻雜特性：往純凈的半導體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導電能力明顯增強。可制作出不同用途的半導體晶體管與集成電路。實際的半導體器件都是用雜質(zhì)半導體制成。

半導體具有以下兩個突出的特點1/19/2024231.1.2

雜質(zhì)半導體?施主電離：雜質(zhì)原子施舍出一個自由電子，成為帶+q電荷的正離子的現(xiàn)象，成為施主電離。雜質(zhì)半導體：在本征半導體中人為摻入某種“雜質(zhì)”元素形成的半導體。分為N型半導體和P型半導體。摻雜的元素一般為半導體原子的百萬分之一以下。N型半導體：在本征Si和Ge中摻入微量V族元素后形成的雜質(zhì)半導體稱為N型半導體。所摻入的V族元素稱為施主雜質(zhì)，簡稱施主（能供給自由電子）。1/19/2024241/19/202425N型半導體中的載流子是什么？2.本征半導體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。1.由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。1/19/202426+4+4+3+4空穴受主電離P型半導體中空穴是多子，電子是少子。P

型半導體◎在本征Si和Ge中摻入微量Ⅲ族元素后形成的雜質(zhì)半導體，稱為P型半導體。所摻入Ⅲ族元素稱為受主雜質(zhì)，簡稱受主（能接受自由電子）。1/19/202427雜質(zhì)半導體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導體++++++++++++++++++++++++N型半導體近似認為多子濃度與雜質(zhì)濃度相等。其導電能力主要受雜質(zhì)支配。多子濃度與溫度無關(guān)。而少子是溫度的敏感函數(shù)。1/19/202428思考P型半導體帶正電嗎？N型半導體帶負電嗎？分析Si半導體比Ge半導體更耐高溫的原因？1/19/202429純凈半導體的原子密度可見，半導體參與導電的載流子含量極小，導電性差。Si材料的熱穩(wěn)定性優(yōu)于Ge材料的熱穩(wěn)定性。1/19/202430

漂移電流、擴散電流擴散電流：因載流子濃度差而作的宏觀定向運動所產(chǎn)生的電流。擴散電流與載流子濃度梯度成正比。與電場強度無關(guān)！與載流子濃度無關(guān)！漂移電流：載流子受電場力作宏觀定向運動所產(chǎn)生的電流。漂移電流與電場強度和載流子濃度成正比。復合電流：電子填補空穴形成的電流，稱為復合電流。1/19/202431導體或半導體的導電作用是通過帶電粒子的運動（形成電流）來實現(xiàn)的，這種電流的載體稱為載流子。導體中的載流子是自由電子，半導體中的載流子則是帶負電的電子和帶正電的空穴。關(guān)鍵詞：本征半導體、雜質(zhì)半導體、施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)自由電子、空穴、N型半導體、P型半導體多數(shù)載流子、少數(shù)載流子、漂移電流、擴散電流小結(jié)1/19/2024321.2

PN結(jié)原理在同一片半導體基片上，分別制造P型半導體和N型半導體，經(jīng)過載流子的擴散，在它們的交界面處就會形成PN結(jié)。1/19/202433P型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內(nèi)電場E漂移運動擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。內(nèi)電場越強，就使漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡層。漂移電流將抵消擴散電流，最終達到動態(tài)平衡。空間電荷區(qū)厚度固定，PN結(jié)形成。1/19/202434

1、空間電荷區(qū)是非中性區(qū)，存在內(nèi)建電場和內(nèi)建電位差φ0

（內(nèi)建電壓）。

2、PN結(jié)又稱耗盡層。

3、PN結(jié)又稱阻擋層：內(nèi)建電場E阻止兩區(qū)多子越結(jié)擴散。PN結(jié)又稱勢壘區(qū)

4、不對稱PN結(jié)。

PN

結(jié)特點1/19/202435空間電荷區(qū)主要向低摻雜區(qū)延伸。＋號表示重摻雜區(qū)1/19/2024361.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)加上正向電壓、正向偏置的意思都是：P區(qū)加正電壓、N區(qū)加負電壓。PN結(jié)加上反向電壓、反向偏置的意思都是：P區(qū)加負、N區(qū)加正電壓。1/19/20243701/19/2024381/19/202439－－－－++++RE一、PN

結(jié)正向偏置內(nèi)電場外電場變薄PN+_內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強能夠形成較大的擴散電流。1/19/2024401/19/202441二、PN結(jié)反向偏置－－－－++++內(nèi)電場外電場變厚NP+_內(nèi)電場被被加強，多子的擴散受抑制。少子漂移加強，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流（pA量級）。RE1/19/202442總結(jié)：PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(其結(jié)論也適用于二極管）單向?qū)щ娦缘膶嵸|(zhì)，即：

PN結(jié)正偏時，形成較大的正向電流；而反偏時，僅有很小的反向飽和電流。簡言之，正偏導通，反偏截止。單向?qū)щ娦杂址Q“開關(guān)特性”,數(shù)字電路中的電子開關(guān)就是從電流大小的意義上來定義“開”和“關(guān)”的1/19/202443

三、PN結(jié)的伏安特性在PN界的兩端加上電壓后，通過管子的電流隨管子兩端的電壓變化的曲線－伏安特性曲線pA01/19/202444PN結(jié)的伏安特性（定量分析）其中VT為熱電壓(與溫度有關(guān)的物理量），當溫度為300K時，VT約為26mV,正偏時：當反偏時：當（注：擊穿區(qū)除外）即：當vD≤5mV時，i≈IDvD

/VT，微變量線性化。1/19/2024451/19/2024461/19/202447§1.3晶體二極管及應用

二極管的結(jié)構(gòu)和符號：圖1-13（a）為結(jié)構(gòu)，（b）為符號。1/19/202448二極管的伏安特性：（近似同PN結(jié)）

一、溫度T一定時，二極管的伏安特性（分區(qū)討論）1、正向?qū)〞r存在導通電壓（死區(qū)電壓、開啟電壓），Si：0.7V，

Ge：0.3V2、反偏時有反向飽和電流Is，Ge管的Is(uA)比Si管的Is(nA)大三個數(shù)量級1/19/2024491/19/202450二、溫度變化時，伏安特性的變化1、正偏時，T上升，曲線左移。2、反偏時，T上升，曲線下移。注意： 溫度不能太高，否則激發(fā)出來的載流子太多，會使管子失去單向?qū)щ娦?，且容易被燒毀。一般最高工作溫度為Si管：150－200℃，Ge管：70℃1/19/202451正偏時，溫度升高，曲線左移。每升溫1℃，左移2-2.5mV反偏時，溫度升高，曲線下移。每升溫10℃，IS增大一倍注：當溫度太高，少子濃度與多子濃度相當時，PN結(jié)不存在，失去單向?qū)щ娦浴?/19/202452

二極管完整的伏安特性曲線vD/ViD

(mA）導通壓降:硅管：0.6~0.7V,鍺管：0.2~0.3V。反向擊穿電壓VBR01/19/2024531.3.2二極管的直流電阻和交流電阻二極管的非線性電阻特性1.直流電阻RD

定義工作點：二極管的直流電壓VD和直流電流ID

；二極管的直流電壓和直流電流的比值為該工作點（Q點）處的直流電阻RD。結(jié)論：①Q(mào)點處的電流越大，二極管的直流電阻RD越小。②二極管的正、反向直流電阻相差很大(單向?qū)щ娞匦缘姆从常?/19/202454RD2

<RD1RD為連接原點和Q點作直線斜率的倒數(shù)反偏時，ID很小，RD很大，體現(xiàn)了單向?qū)щ娦?/19/202455

二極管工作點（Q點）處的微變電壓增量dvD

和微變電流增量diD

之比，稱為該點處的交流電阻rd。rd反映了工作點附近，電壓對電流的控制作用。2、交流電阻rd（增量電阻、動態(tài)電阻）

交流電阻的定義式：正偏時，rd?。海◣讱W姆－幾十歐姆）反偏時，

rd大：（幾十K～幾兆歐姆）1/19/202456半導體二極管圖片1/19/202457半導體二極管圖片1/19/2024581.3

晶體二極管及其應用將PN結(jié)半導體芯片在P區(qū)和N區(qū)各引出一條分別稱作正極和負極的金屬引線，再將芯片適當封裝后就制成一只普通的晶體二極管，通常簡稱二極管。顯然，普通二極管的核心是一個PN結(jié)。

二極管的結(jié)構(gòu)和電路符號

1/19/202459晶體二極管的伏安特性

二極管的伏安特性：是指流過二極管中的電流與其端電壓之間的關(guān)系。特性分析結(jié)論：單向?qū)щ姟嚎仄骷?；非線性；1/19/202460伏安特性死區(qū)電壓硅管0.5V鍺管0.16V導通壓降

硅管:=0.7V鍺管:=0.3V反向擊穿電壓VR0IZminIZmax平方區(qū)Si:0.62VGe:

0.18V線性區(qū)Si:0.8VGe:

0.35V過耗區(qū)Si:》0.8VGe:》0.35V

1/19/202461正偏伏安特性（擴散運動為主導）

二極管的正偏伏安特性方程:

二極管的正向電流隨正偏電壓的增大呈指數(shù)規(guī)律增加。

1/19/202462

反偏伏安特性（漂移運動為主導）

二極管的反偏伏安特性方程:

可見，二極管反向電流不隨反向偏壓而變化，僅有很小的反向飽和電流。

1/19/202463

當時，正向電流實際很小，不能認為二極管真正導通；而當以后，正向電流急劇增大，二極管呈現(xiàn)較陡的伏安特性，即正偏二極管存在著一個導通電壓，稱為二極管的正向開啟（死區(qū)或門限）電壓。Si二極管導通電壓的典型值為0.7V，鍺二極管導通電壓的典型值為0.3V。二極管反向應用時，反向特性并不完全呈水平線，它有一定斜度，這是因為二極管有漏電阻存在。

1/19/202464反向擊穿特性當加在二極管上的反偏電壓超過某一數(shù)值時，反偏電流將急劇增大，這種現(xiàn)象稱為二極管的反向擊穿VBR。二極管的反向擊穿特性

1/19/202465導致二極管出現(xiàn)反向擊穿的原因有下面兩種：

(一)雪崩擊穿

(二)齊納擊穿1/19/202466

?溫度對二極管伏安特性的影響(一)溫度對二極管正向特性的影響

(二)溫度對二極管反向特性的影響1/19/202467(二)Si

二極管反向電流比Ge二極管反向電流小的多，Si管是pA量級，Ge管是μA量級。這是因為在相同溫度下Ge的載流子濃度比Si的載流子濃度要高出約三個數(shù)量級，所以在相同的摻雜濃度下Si的少子濃度比Ge的少子濃度低的多，故Si管的反向飽和電流很小。(一)Si

二極管的開啟電壓大于Ge二極管的開啟電壓。一般情況下Si

二極管的開啟電壓約為:VON≈0.6V~0.7V，Ge二極管的開啟電壓約為:VON≈0.2V~0.3V.

Si

二極管與Ge二極管的差別1/19/202468

二極管的直流電阻和交流電阻

二極管的直流電阻越小。越大，靜態(tài)工作電的概念典型數(shù)據(jù)：?直流電阻定義顯然，即工作點處電流二極管反偏時因電流極小，故反偏時直流電阻很大。二極管正、反向直流電阻相差很大正是二極管單向?qū)щ娞匦缘姆从场?/19/202469

二極管的直流電阻和交流電阻

推導的過程與結(jié)果

室溫下二極管的交流電阻rd與工作點Q處的靜態(tài)電流ID近似成反比，與熱電壓VT成正比。?交流電阻

rd1/19/202470

?二極管的其它主要參數(shù)

最大平均整流電流最高反向工作電壓反向電流最高工作頻率

1/19/202471◎理想開關(guān)模型◎恒壓源模型◎折線近似模型二極管模型PN結(jié)內(nèi)阻較大PN結(jié)內(nèi)阻較小PN結(jié)內(nèi)阻較小1/19/202472二極管電路的基本分析方法估算法：將二極管用恒壓源近似,并根據(jù)二極管的材料性質(zhì)設定導通電壓VON值,后求解路中變量。該方法多用于靜態(tài)工作點電流ID求解。2.交直流電路等效分析法：分別獲得電路的直流通路求解直流變量，獲得電路的交流通路求解動態(tài)變量的一種方法。巧用開路、短路法。3.圖解法(負載線法)：利用二極管伏安特性曲線將其對外端口的電路等效為戴維寧模型單回路模型，用KVL定理求解的一種方法。4.開路比較法：二極管正偏最高端口電壓優(yōu)先，再啟用回路或結(jié)點方法對電路實施分析的一種方法。1/19/202473例1-1.硅二極管與恒壓源E和限流電阻R構(gòu)成的直流電路如圖1-19所示，求二極管工作點的值。圖1-191/19/202474解：將二極管用恒壓源模型近似后來估算二極管工作點。對于導通的硅管，其工作點電壓變化不大，可取，由此可算出:

估算法求工作點是工程上最常用的“手算”方法，計算簡單且結(jié)果合理。估算法的實質(zhì)就是將二極管用恒壓源模型近似后求解電路。

1/19/202475二極管的交流小信號模型

二極管的交流小信號模型只反映疊加在工作點上的交變電壓與交變電流之間的關(guān)系，而不是反映總的電壓與電流的關(guān)系。1/19/202476例1-2 若在例1-1電路中串聯(lián)一個正弦電壓源，圖1-21（a）為其電路圖，估算此時二極管上交流電壓與電流成分的振幅值和（T＝300K）。

a

b圖1-211/19/202477解：當未加正弦電壓源，即時，由例1-1可知，二極管的工作點，，則可估算出該工作點處的交流電阻為

當加上正弦電壓源后，電阻R和二極管將分別在其直流電壓和的基礎上疊加一個交流電壓成分和。輸入信號又比較小，那么二極管在電路中可近似等效為一個線性元件（即交流電阻

rd

）

1/19/202478小信號線性條件下，等效化簡分析：（二極管兩端交流電壓峰峰值vp-p

<100mV，屬。）1/19/202479

利用線性電路的疊加原理，可以畫出只反映交變電壓和交變電流之間關(guān)系的電路，稱之為交流等效電路（簡稱為交流通路），如圖1-21(b)所示，由此交流通路可求出:1/19/202480二極管應用電路

直流穩(wěn)壓電源方框圖1、整流電路1/19/202481單相半波整流電路1/19/202482

利用半波整流電路可為電池充電，如圖1－24所示。只有當交流源電壓vs大于電池電壓VB與二極管的導通電壓V0N之和時，充電電流才存在，如圖1－24（b）所示。電阻R起限流作用。當交流源電壓小于電池電壓VB

時，電流為零。由此可見，只有給電池充電時，電流才存在。半波整流的缺點是“浪費”了負半周，負半周時電流為零，電能沒有任何損耗，也沒能得到利用，即轉(zhuǎn)換效率較低。1/19/202483（a）為電池充電的半波整流電路（b）輸入電壓和二極管電流波形

圖1－24 單項半波整流的應用電路

性能更好的整流電路是全波整流電路和橋式整流電路，特別是橋式整流電路是目前電子設備中直流穩(wěn)壓電源的最常用的整流電路。1/19/2024842、濾波電路如果在上并聯(lián)一個容量很大的濾波電容C，可構(gòu)成如圖1－25（a）所示的帶有濾波電路的半波整流電路，則負載上就能濾除脈動成分，獲得平滑得多的直流電壓。

圖1－251/19/202485濾波電路分析：（1）求時間常數(shù)充電時間常數(shù)τ充電（二極管PN結(jié)正偏時發(fā)生）

∴τ充電=（rd||

RL）×C若：RL>>rd，則：τ充電≈rdC放電時間常數(shù)τ放電（二極管PN結(jié)反偏時發(fā)生）τ放電=RLC1/19/202486

該電路工作原理如下：當時，使二極管導體后，因二極管直流電阻很小，使電容C以很小的時間常數(shù)被快速充電，電容C上電壓迅速增大，直到時，二極管截止。在這之后電容C以較大的時間常數(shù)經(jīng)緩慢放電，緩慢減小，直到時，C又被快速充電。這樣便得到（也即）的波形如圖1－25（b）所示。由圖1－25（b）可知，只要充放電時間常數(shù)相差較大，的脈動會顯著減小，電壓十分平直。同時，直流電壓的值也大于無濾波電容時上脈動電壓的直流分量5.4V。值得注意的是：加入濾波電容后，二極管的導通時間會遠小于半周期，其電流波形如圖1－25（c）所示。1/19/2024873、限幅電路

限幅電路是一種能限制電路輸出電壓幅值的電路。分別稱為上門限電壓和下門限電壓。

限幅電路的電壓傳輸特性

1/19/202488

由于這種限幅電路有兩個門限電壓，把輸入信號vi（t）中超過±0.7V的部分削去，故稱這種電路為雙向限幅電路。如果在D1和D2

上串聯(lián)合適的恒壓源，便可實現(xiàn)對輸入信號在任意電平上進行限幅。若將二極管限幅支路改為一個，則為單向限幅電路。

二極管雙向限幅電路1/19/202489鉗位電路是一種能使整個信號電壓直流平移的電路。在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出波形完全是輸入波形的復制品，但輸出波形相對于輸入波形有直流平位移現(xiàn)象，平移程度取決于電路偏置電壓和二極管的導通電壓。4、鉗位電路鉗位電路的特征是它無需知道確切的波形就能調(diào)整直流電平。

1/19/202490圖1－28（a）是一個簡單的二極管鉗位電路,假設輸入信號是幅度為2.5V的方波，如圖1－28（b）電容C上電壓被充電至峰值后便無法放電，使得輸出電壓，其波形如圖1－28（c）

由于含有直流成分的交流電壓在通過含隔直電容的線性電路處理后，會失去直流成分，使用鉗位電路就能實現(xiàn)直流恢復，故鉗位電路有時也叫做直流恢復電路或電平位移電路。

1/19/202491圖1－28鉗位電路原理分析圖1－29鉗位電路的波形1/19/202492穩(wěn)壓管及其應用

?穩(wěn)壓管的伏安特性

穩(wěn)壓管伏安特性曲線及電路符號

穩(wěn)壓管是一種專門工作在反向擊穿狀態(tài)下具有穩(wěn)壓特性的二極管，除了可以構(gòu)成限幅電路之外，主要用于穩(wěn)壓電路。

1/19/202493一、穩(wěn)壓二極管符號動態(tài)電壓動態(tài)電流1/19/202494（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流（5）最大允許功耗穩(wěn)壓二極管的參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓VZ（2）電壓溫度系數(shù):

（%/℃）穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動態(tài)電阻1/19/202495二極管兩種不同性質(zhì)的擊穿1.雪崩擊穿PN結(jié)低摻雜。耗盡層較寬。為結(jié)內(nèi)載流子提供了足夠空間，路徑該空間的少子被電場力加速并將價電子撞擊共價鍵，產(chǎn)生自由電子孔穴對，稱這一現(xiàn)象為價電子碰撞電離。1/19/202496碰撞電離新產(chǎn)生的載流子又被電場加速后再與其它價電子碰撞，使得載流子數(shù)象雪崩似的迅速增多，從而導致反向漂移電流急劇增大，形成擊穿。雪崩擊穿外電場電壓下限為7V。（VZ≥7V）雪崩擊穿具備正溫度特性。1/19/202497正溫度特性曲線圖溫度增加穩(wěn)定電壓跟隨增加穩(wěn)壓管電流跟隨減小。1/19/202498圖中表明：正溫度系數(shù)反映了穩(wěn)壓常溫條下二極管的穩(wěn)定電壓會隨著環(huán)境溫度T的升高產(chǎn)生，使處于穩(wěn)壓狀態(tài)的穩(wěn)壓二極兩端的穩(wěn)壓值

=常溫電壓跟隨增加。環(huán)境溫度的改變導致了端口電壓不穩(wěn)定的不良后果。實際工程設計中，要求穩(wěn)壓二極管兩端電壓必須克服由于溫度改變而引起的端電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象。采取的措施是尋求一個同正溫度系數(shù)絕對相同的負溫度系數(shù)的二極管與之串聯(lián)，實現(xiàn)補償。1/19/2024992.齊納擊穿特點:將PN結(jié)高摻雜。PN結(jié)的耗盡層極窄。極窄的空間耗盡層生存了其間的強大電場力,為從該空間內(nèi)共價鍵拉上出價自由電子空穴對，稱為場致激發(fā)。場致激發(fā)后，結(jié)內(nèi)載流子數(shù)大大增加,導致反向電流劇增。1/19/2024100齊納擊穿外電場電壓下限4V。（VZ≤4V）齊納擊穿具備負溫度特性。思考題：說明雪崩擊穿具備正溫度系數(shù)的原因?2.說明齊納擊穿具備負溫度系數(shù)的原因?3.繪制出用PN結(jié)的不同連接方式實現(xiàn)溫度補償?shù)碾娐穲D。1/19/2024101負溫度特性曲線圖溫度增加穩(wěn)定電壓跟隨減小穩(wěn)壓管電流跟隨增加。1/19/2024102負載電阻。穩(wěn)壓二極管的應用舉例voiZDZRiLiviRL穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):解：令輸入電壓達到上限時，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmax

。求：電阻R和輸入電壓vi的正常值。要求當輸入——方程1電壓由正常值發(fā)生

20%波動時，負載電壓基本不變。1/19/2024103令輸入電壓降到下限時，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmin

?！匠?voiZDZRiLiviRL聯(lián)立方程1、2，可解得：1/19/2024104穩(wěn)壓二極管限流電阻R的取值范圍二極管電路的基本分析方法估算法：將二極管用恒壓源近似,并根據(jù)二極管的材料性質(zhì)設定導通電壓VON值,后求解路中變量。該方法多用于靜態(tài)工作點電流ID求解。2.交直流電路等效分析法：分別獲得電路的直流通路求解直流變量，獲得電路的交流通路求解動態(tài)變量的一種方法。巧用開路、短路法。3.圖解法(負載線法)：利用二極管伏安特性曲線將其對外端口的電路等效為戴維寧模型單回路模型，用KVL定理求解的一種方法。4.開路比較法：二極管正偏最高端口電壓優(yōu)先，再啟用回路或結(jié)點方法對電路實施分析的一種方法。1/19/2024105

由圖可見，它的正、反向特性與普通二極管基本相同，區(qū)別僅在于反向擊穿后，反向特性曲線更加陡峭，即電流在很大范圍內(nèi)變化時（），其兩端電壓幾乎不變，這表明穩(wěn)壓二極管反向擊穿后，能通過調(diào)整自身電流實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管擊穿后，電流急劇增大，使管耗相應增大。因此必須對擊穿后的電流加以限制，以保證穩(wěn)壓二極管的安全。

1/19/2024106

?穩(wěn)壓管的主要參數(shù)穩(wěn)定電壓最小穩(wěn)定電流最大穩(wěn)定電流動態(tài)電阻電壓溫度系數(shù)

雙管結(jié)構(gòu)穩(wěn)壓管

1/19/2024107?穩(wěn)壓管電路

整流濾波后的直流電壓會因市電的波動或用電負載的變化而不穩(wěn)定，采用如圖所示的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路是一種簡單易行的方法。

1/19/2024108穩(wěn)壓原理

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理可用負載線法來分析。將圖1-32中穩(wěn)壓管的外電路用戴維南定理化簡為圖1-33(a)。

圖中：

(a)穩(wěn)壓管的外電路化簡(b)穩(wěn)壓管電路原理分析圖1－33用負載線法分析穩(wěn)壓管電路原理1/19/2024109

限流電阻R的選取值

由上述穩(wěn)壓原理可知，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓功能是靠穩(wěn)壓管穩(wěn)壓特性和限流電阻R的相互配合來實現(xiàn)的。因此，在實際應用中，當和變化時，必須合理地選取限流電阻R才能保證穩(wěn)壓管工作在（～）范圍內(nèi)。

限流電阻R的取值范圍：

1/19/2024110例1-3采用的Si穩(wěn)壓管2DW3的穩(wěn)壓電路如圖1-34所示。如果輸入電壓的波動，試問輸出電壓的波動

圖1-34 例1-3電路圖1/19/2024111解：穩(wěn)壓管可以用與二極管相同的折線模型代替。圖1-34的模型電路即為圖1-35(a)所示。圖中，由圖1-35(a)又可畫出其增量等效電路如圖1-35(b)所示。由該電路，輸出電壓的變化量為輸出電壓的波動1-35（a）

（

b）

1/19/2024112

例1-4為汽車上的收音機設計一個穩(wěn)壓電源。要求該穩(wěn)壓電源為汽車收音機提供一個9V的電壓，穩(wěn)壓電源的輸入電壓來自汽車電瓶，電瓶電壓的變化范圍（11～13.6）V，收音機的電流介于0(關(guān)掉)～100mA(最大音量)之間。1/19/2024113解：（1）當負載電流最大，輸出電壓最小時V0min，流過穩(wěn)壓管的電流最小，則：

（2）當負載電流最小，輸入電壓最大時，流過穩(wěn)壓管的電流最大,則：1/19/2024114讓式（1）等于式（2），則:

只含兩個未知量：

和

，作為設計的最低要求，可取穩(wěn)壓管的最小電流是最大電流的十分之一，即

（許多更嚴格的設計可能要求最小電流是最大電流的20%到30%）。則則限流電阻

:1/19/20241151.3.6

PN結(jié)電容效應及應用勢壘電容擴散電容

電容效應是指二極管外加電壓變化引起了PN結(jié)中儲存的空間電荷量隨之變化的特性。

PN結(jié)電容包括勢壘電容和擴散電容，即

1/19/2024116勢壘電容

勢壘電容是由PN結(jié)中儲存的空間電荷量隨外加電壓的變化而改變所引起的電容效應，這一點與電容的性質(zhì)（）相似。電容值的計算公式

:S－是PN結(jié)面積；d－

是PN結(jié)寬度；ε是半導體的介電常數(shù)。

1/19/2024117

當外加正偏電壓時，電源對PN結(jié)充電，d

減小，CD增大。當外加反偏電壓時，PN結(jié)對電源放電，d增大，CT減小。PN結(jié)勢壘電容示意圖

1/19/2024118?擴散電容

擴散電容主要是指PN結(jié)加正向偏壓時由載流子在擴散過程中的電荷積累引起的電容效應。

當PN結(jié)正偏時，兩區(qū)多子存在穿越PN結(jié)的擴散，擴散到對方區(qū)域后成為非平衡少子并在空間電荷區(qū)兩側(cè)累積，形成非平衡少子的濃度分布np(x)和pn(x)。1/19/2024119?擴散電容CD可表示為：

τ

是非平衡少子在被復合前的平均存在時間，也稱平均壽命，VT是熱電壓，ID是正向電流，IS是反向飽和電流。

1/19/2024120

?變?nèi)荻O管

勢壘電容和擴散電容都不是常數(shù)，它們分別與反偏壓和正偏電壓有關(guān)。因此，勢壘電容和擴散電容都是非線性電容。如果考慮CD和CT

而不計P區(qū)和N區(qū)的體電阻以及漏電阻，則在工作點處二極管的小信號模型如圖

。1/19/2024121

CD和CT對外電路并聯(lián)等效為CI=CD+CT

，稱CJ為PN結(jié)的結(jié)電容。

正偏時，二極管的擴散電容CD比勢壘電容CT大，一般CT在幾個PF量級而CD在幾十PF量級以上，CT

≈0，CJ≈CD，以CD為主。

反偏時，

CD

≈0

，CJ

≈CT，以CT為主。1/19/2024122用途：1、射頻電路中實現(xiàn)變頻或調(diào)頻調(diào)制。

2、射頻超外差式接收機中調(diào)節(jié)頻率覆蓋。1/19/2024123

變?nèi)莨艿碾娐贩柸鐖D所示。變?nèi)莨芫哂须妷嚎刂疲ê喎Q壓控）電容量的特性。反偏二極管在高頻時可以當作電容器，而且電容量可以通過調(diào)整反偏電壓來改變。這種利用反偏勢壘電容工作于電路的二極管稱為變?nèi)荻O管，簡稱變?nèi)莨?。來使?/19/20241241.3.7 特殊二極管光電二極管太陽能電池發(fā)光二極管肖特基二極管1/19/2024125?半導體知識?二