晶体二极管的等效电阻
二极管特性及参数
[例1] 电路如图所示，计算二极管中的电流 ID 。已知二 极管的导通电压UD(on) = 0.6 V，交流电阻 rD 近似为零。
E 6V
R1 2 k
A
0.6V R2 1k
ID
D
E 6 V
解：可以判断二极管处于导通状态， 则电路模型:
UA －E＋UD(on)＝－6＋0.6＝5.4V
有一死区电压UD(on)，室温下硅管： UD(on) =(0.5~0.7)V， 锗管：UD(on) =(0.1~0.3)V。 在正常工作电流范围内，管压降的变化范围很小。硅管 (0.6~0.8)V
由于表面漏电流影响，二极管反向电流要比理想PN结的Is 大。对硅管一般小于0.1μA，锗管小于几十微安。
晶体二极管特性及参数
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---孙 肖 子
2.3.1 二极管的伏安特性--指数特性
iD IS (equD / kT 1) IS (euD /UT 1)
IS 为反向饱和电流，q 为电子电量 ；UT = kT/q， 称为热电压，在室温 27℃ 即 300 K 时，UT = 26 mV。
I
I R1
IR2
E
U A R1
0 U A R2
6 (5.4) 0 (5.4) 5.7 5.4 11.1mA
2
1
二极管特性及参数
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2.3.3 二极管的电路管压降及模型
UD E IR I f (UD)
工作点不同, I DQ 变化很大, 但 U DQ差别极小, 所以只要二极管
晶体等效电路
晶体等效电路晶体等效电路是指将晶体管电路简化为等效电路的方法。
在电子技术中，晶体管是一种重要的电子器件，广泛应用于放大、开关和振荡等电路中。
为了方便分析和设计电路，利用晶体管的特性和参数，可以将晶体管电路简化为等效电路，并用更简单的电路模型来替代原来的复杂电路，以达到简化和便于计算的目的。
晶体等效电路可以分为两种类型：直流等效电路和交流等效电路。
直流等效电路是指将晶体管的直流参数替换成简化的电路模型，以便于分析晶体管在直流工作点时的电流和电压分布。
常见的晶体等效电路模型有二极管模型、小信号等效模型和大信号等效模型。
二极管模型是将晶体管看作由二个PN结组成的二极管。
NPN晶体管的二极管模型由两个二极管组成，基极-发射结为一个正向偏置的二极管，而集电极-发射结为一个反向偏置的二极管。
PNP晶体管的二极管模型则相反。
小信号等效模型是指在晶体管的直流工作点处，将晶体管看作一个线性的器件，其非线性的输入输出关系可以以线性的方式表达。
这个模型中，晶体管的参数包括输入电阻、输出电阻和放大倍数等。
通过该模型，可以计算出晶体管的小信号电流和电压增益等。
大信号等效模型是指在晶体管的直流工作点处，将晶体管看作一个开关，其输入信号只有两种情况：高电平和低电平。
这个模型中，晶体管的参数有截止电压、饱和电压和开关电流等。
通过该模型，可以计算出晶体管的截止和饱和状态，并分析晶体管在开关电路中的开关速度和开关特性。
交流等效电路是指在晶体管的交流工作时，将晶体管分为输入端和输出端，使用简化的电路模型来代替原来的复杂电路。
常见的晶体等效电路模型有小信号模型和差模模型。
小信号模型是指在晶体管的交流工作时，将晶体管看作是一个线性的小信号放大器。
该模型中，晶体管的参数包括输入电阻、输出电阻、电流增益和电压增益等。
通过该模型，可以计算出晶体管的放大倍数、频率响应和稳定性等。
差模模型是指在差动放大器中使用的晶体等效电路模型。
差动放大器是一种特殊的放大器，可以同时对两个输入信号进行放大。
晶体二极管及应用练习题
第一题晶体二极管及应用练习题一、填空题。
1、物质按其导电性能分为、、。
2、半导体具有、、。
3、本征半导体是指的半导体。
其内部自由电子数空穴数。
4、自由电子带一个单位的电荷，空穴带一个单位的电荷，它们电性，电量。
5、运载电荷，形成电流的微粒称为。
6、半导体中的载流子有和两种。
7、N型半导体是在中掺入微量的价元素形成一种型半导体。
其内部自由电子数空穴数。
8、P型半导体是在中掺入微量的价元素形成一种型半导体。
其内部自由电子数空穴数。
9、在一块本征半导体基片上，采用特殊方式，使一边形成P型半导体区域，另一边形成N型区域，在P区和N区交界面附近形成一个特殊薄层。
这个薄层就是。
10、PN结的内电场方向是。
11、如果给PN结加上电压称为给PN结以。
12、若PN结的P区接电源的极，N区接电源极，称为正向偏置，简称；若PN结的P区接电源的极，N 区接电源极，称为反向偏置，简称。
13、PN结的特性是。
即。
14、二极管的内部结构，究其本质而言，它就是一个。
15、二极管的伏安特性是指：。
16、在直角坐标系中，用横轴表示，纵轴表示。
将流过二极管的电流随偏置电压变化而变化的关系特性，以曲线的形式描述出来，这个曲线称为。
17、二极管的正向特性是指：在偏置电压作用下，流过二极管的电流随电压变化而变化的关系特性。
其正向特性是：在正偏压较低（即：低于）时，正向电流，近似为，这个区域称为。
在此区域内，正向电流正偏压变化而变化，其等效电阻；当正偏压大于后，流过二极管的正向电流随正偏电压变化而变化，此区域为，其等效电阻。
在此区域，二极管两端的正偏电压变化不大，近似为一个固定值，硅管约为，鍺管约为。
18、二极管的反向特性是指：在偏置电压的作用下，流过二极管的随电压的变化而变化的关系特性。
其反向特性是指：在反偏压较低（即低于）时，流过二极管的反向电流，近似为，这个区域称为。
在此区域内流过二极管的反向电流反偏压变化，其等效电阻。
当反偏压大于后，流过二极管的反向电流，此区域称为。
电阻的等效模型
电阻的等效模型
电阻的等效模型主要有以下几种：
1. 线性电阻模型：线性电阻模型是最常见的电阻等效模型。
它假设电阻的电流与电压之间呈线性关系，即符合欧姆定律。
线性电阻模型用一个固定的电阻值来描述电阻的特性。
2. 可变电阻模型：可变电阻模型是指电阻的阻值可以随时间、温度、电压等因素的变化而变化。
可变电阻可以通过变压器调节、热敏电阻调节或变化基底电阻等方式实现。
3. 非线性电阻模型：非线性电阻模型是指电阻的电流与电压之间存在非线性关系的模型。
非线性电阻包括二极管、晶体管、压敏电阻等。
4. 等效电路模型：在电路中，电阻可以用等效电路来描述，例如对于串联电阻，可以用一个电阻值为Rs的电阻来等效代替；对于并联电阻，可以用一个电阻值为Rp的电阻来等效代替。
以上是电阻的一些常见等效模型，不同模型适用于不同的情况和应用。
在实际应用中，根据具体情况选择合适的电阻等效模型进行建模和分析。
晶体管的识别与检测
1、检测小功率晶体二极管A、判别正、负电极(a)、观察外壳上的的符号标记。
通常在二极管的外壳上标有二极管的符号，带有三角形箭头的一端为正极，另一端是负极。
(b)、观察外壳上的色点。
在点接触二极管的外壳上，通常标有极性色点(白色或红色)。
一般标有色点的一端即为正极。
还有的二极管上标有色环，带色环的一端则为负极。
(c)、以阻值较小的一次测量为准，黑表笔所接的一端为正极，红表笔所接的一端则为负极。
B、检测最高工作频率FM。
晶体二极管工作频率，除了可从有关特性表中查阅出外，实用中常常用眼睛观察二极管内部的触丝来加以区分，如点接触型二极管属于高频管，面接触型二极管多为低频管。
另外，也可以用万用表R×1k挡进行测试，一般正向电阻小于1k的多为高频管。
C、检测最高反向击穿电压VRM。
对于交流电来说，因为不断变化，因此最高反向工作电压也就是二极管承受的交流峰值电压。
需要指出的是，最高反向工作电压并不是二极管的击穿电压。
一般情况下，二极管的击穿电压要比最高反向工作电压高得多(约高一倍)。
2、检测玻封硅高速开关二极管检测硅高速开关二极管的方法与检测普通二极管的方法相同。
不同的是，这种管子的正向电阻较大。
用R×1k电阻挡测量，一般正向电阻值为5k～10k，反向电阻值为无穷大。
3、检测快恢复、超快恢复二极管用万用表检测快恢复、超快恢复二极管的方法基本与检测塑封硅整流二极管的方法相同。
即先用R×1k挡检测一下其单向导电性，一般正向电阻为4.5k左右，反向电阻为无穷大；再用R×1挡复测一次，一般正向电阻为几欧，反向电阻仍为无穷大。
4、检测双向触发二极管A、将万用表置于R×1k挡，测双向触发二极管的正、反向电阻值都应为无穷大。
若交换表笔进行测量，万用表指针向右摆动，说明被测管有漏电性故障。
将万用表置于相应的直流电压挡。
测试电压由兆欧表提供。
测试时，摇动兆欧表，万用表所指示的电压值即为被测管子的VBO值。
模拟电子技术基础(微课版支持AR+H5交互)电子教案
3、教学资料及要求：课前可让学生提前收看相关知识点视频或中国大学MOOC平台相关知识讲解，在课堂中进行讨论，以激发学生的学习兴趣。
教学内容
讨论问题：1、二极管特性与电阻特性有何区别？
2、二极管具有怎样的物理结构？有哪些类型？
3、晶体三极管具有怎样的特性？
4、场效应管有何特性，哪些类型？
内容大纲：具体可结合本章的PPT课件进行配合讲解。
2.1 半导体基础知识
2.1.1 半导体的特性与本征半导体
2.1.2 杂质半导体
2.1.3 PN结的形成
场效应管的工作原理与特性曲线。
教学难点
双极型晶体三极管的工作原理；
场效应管的工作原理。
教学设计
1、教学思路：（1）基于物理学基本概念引入本征半导体概念，并通过能带理论讲述半导体内部载流子；（2）基于PN结机理讲述其伏安特性，并引入二极管概念、分析二极管性质、模型、参数、应用等；（3）基于晶体三极管的结构特征，讲述其基本工作原理；（4）对于不同的场效应管结构，分别讲述沟道的形成与控制方法。
4.2.1线性系统的传输函数
4.2.2频率响应的波特图
4.3晶体三极管放大电路的频率响应分析
4.3.1晶体三极管的高频模型与密勒定理
4.3.2单管共射放大电路的频率响应
4.3.3单管共集、共基放大电路的高频响应
4.4场效应管放大电路的频率响应
4.5 多级放大电路的频率响应
本章小结
1.放大器的增益与频率有关，称幅频特性；放大器的相移也与频率有关，称相频特性，两者统称为频率响应。
二极管和三极管常识介绍
晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示，如：D5表示编号为5的二极管。
1、作用：二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。
正因为二极管具有上述特性，无绳电话机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。
电话机里使用的晶体二极管按作用可分为：整流二极管（如1N4004）、隔离二极管（如1N4148）、肖特基二极管（如BAT85）、发光二极管、稳压二极管等。
2、识别方法：二极管的识别很简单，小功率二极管的N极（负极），在二极管外表大多采用一种色圈标出来，有些二极管也用二极管专用符号来表示P极（正极）或N极（负极），也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。
发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。
3、测试注意事项：用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。
晶体三极管在电路中常用“Q”加数字表示，如：Q17表示编号为17的三极管。
1、特点：晶体三极管（简称三极管）是内部含有2个PN结，并且具有放大能力的特殊器件。
它分NPN型和PNP型两种类型，这两种类型的三极管从工作特性上可互相弥补，所谓OTL电路中的对管就是由PNP型和NPN型配对使用。
电话机中常用的PNP型三极管有：A92、9015等型号；NPN型三极管有：A42、9014、9018、9013、9012等型号。
2、晶体三极管主要用于放大电路中起放大作用，在常见电路中有三种接法。
为了便于比较，将晶体管三种接法电路所具有的特点列于下表，供大家参考。
名称共发射极电路共集电极电路（射极输出器）共基极电路输入阻抗中（几百欧～几千欧）大（几十千欧以上）小（几欧～几十欧）输出阻抗中（几千欧～几十千欧）小（几欧～几十欧）大（几十千欧～几百千欧）电压放大倍数大小（小于1并接近于1）大电流放大倍数大（几十）大（几十）小（小于1并接近于1）功率放大倍数大（约30～40分贝）小（约10分贝）中（约15～20分贝）三极管的导通条件：三极管的导通条件是：发射结加正向电压，集电结加反向电压。
模拟电子技术基础中的常用公式
7.1 半导体器件基础GS0101，二极管的伏安特性可近似用下面的数学表达式来表示：)1()(-=T DV u sat R D e I ii D 为流过二极管的电流，u D 。
为加在二极管两端的电压，V T 称为温度的电压当量，与热力学温度成正比，表示为V T = kT/q 其中T 为热力学温度，单位是K ；q 是电子的电荷量，q=1.602×10-19C ；k 为玻耳兹曼常数，k = 1.381×10-23 J ／K 。
室温下，可求得V T = 26mV 。
I R(sat)是二极管的反向饱和电流。
GS0102 直流等效电阻R D 直流电阻定义为加在二极管两端的直流电压U D 与流过二极管的直流电流I D 之比。
R D 的大小与二极管的工作点有关。
通常用万用表测出来的二极管电阻即直流电阻。
一般二极管的正向直流电阻在几十欧姆到几千欧姆之间，反向直流电阻在几十千欧姆到几百千欧姆之间。
正反向直流电阻差距越大，二极管的单向导电性能越好。
GS0103 交流等效电阻r d Q DD d di du r )(= r d 亦随工作点而变化，是非线性电阻。
2 基本放大电路b C b BE C B R E R U E I ≈-=B C E O B C I I I I ββ≈+= C C C CE R I E U -= 静态工作点求解公式。
i O u U U A = io i I I A = i u i i o o i o p A A I U I U P P A === )(lg 20lg 20)(dB A U U dB A u i O u == )(lg 20lg20)(dB A I I dB A i i o i == )(lg 10lg 10)(dB A P P dB A p i o p == i i i I U r = oo o I U r = L c ce R i u '-= (L c L R R R =') 为了避免瞬时工作点进入截止区而引起截止失真，则应使：CEO CM c I I I +≥为了避免瞬时工作点进入饱和区而引起饱和失真，则应使：CES OM CE U U U +≥)()(26)1('mA I mV r r E bb be β++= 式中 'bb r 表示晶体管基区的体电阻，对于一般的小功率管约为300Ω左右(计算时，若未给出，可取为300Ω)，I E 为通过管于发射极的静态电流，单位是mA 。
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交流电阻：rD=26mV/ IQ (mA)
uD
uD 注意:交流电阻rD与其静态工作点Q有关。
说明：二极管正偏时， rD很小（几至几十欧姆） 二极管反偏时，rD很大（几十千至几兆欧姆）。
41/65 结论： PN结具有单向导电性
硅： UD≈0.7 V 锗： UD≈0.3 V
问题解答：电阻R的作用是 限制回路电流，避免二极 管电流过大而烧毁。
IQ
uD
D
UQ uD 硅管UQ≥0.7V, 锗管UQ≥0.3V。
38/65
直流电阻的求解方法：借助于静态工作点Q（IQ，UQ）来求。
方法一：解析法
列写二极管电流方程和电路方程：
iD IS (euD UT 1) uD ED -iD RL
解方程组，得到二极管静态工作电 流IQ和电压UQ，二极管直流电阻为
RD
UQ IQ
iD
RL
uD D
ED
39/65 方法二：图解法
直流负载线与伏安 特性曲线的交点
由电路可列出方程：
iD
ED uD RL
在二极管特性曲线上绘 制直流负载线，其中两 个坐标点：
iD
RL
ED/RL iD uD D
ED
IQ
Q
uD
UQ ED
uD=0 iD=ED/RL
iD=0 uD=ED
由静态工作点Q点得IQ和UQ，从而求出直流电阻
RD
UQ IQ
40/65 2.交流电阻rD的计算方法
uiRLED源自D定义：rD
duD diD
I IQ
ΔuD ΔiD
iD IQ
iD ISeuD UT
gD
diD duD
I IQ
IQ UT
iD
Q
iD
rD
1 gD
duD duD
I IQ
UT IQ
室温（T=300K）下,UT=26mV。
晶体二极管的等效电阻
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2.2.3 二极管的等效电阻
非线性电阻 用直流电阻 (也称静态电阻）和交流电阻 （又称动态电阻或微变电阻）来描述二极 管的电阻特性。
1.直流（静态）电阻RD的计算方法
定义
二极管两端的直流电压与电流之比 RD
UQ IQ
iD iD IS (euD UT 1) iD
工程分析方法：
回路方程：ID
E
UD R
制作单位：北京交通大学电子信息工程学院 《模拟电子技术》课程组