模电第三章
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模电第三章
.
[例3.3.1]
5.
Ausm
'
增益带宽积
| Ausm BW || Ausm f H |
fH 1 2R 'C '
.
.
rb 'e Ri g m RC Rs Ri rbe
C Cb 'e (1 g m RC )Cb'c
rb 'e Ri 1 | Ausm f H | g m RC RS Ri rbe 2R 'C '
(2) 特征频率fT |β|的值下降为1时的频率定义为三极管 的特征频率fT fT 0 f (3)共基截止频率fα |α|的值下降到0.707α0时的频率定义 为三极管的共基截止频率fα f (1 0 ) f 三者的关系: f fT f
3.3 单管共射放大电路的频率响应 定性分析: 在低频段，由于隔直电 容的电抗增大，信号在电 容上的压降也增大，电压 放大倍数将降低,并产生超 前的附加相位移. 在高频段，三极管的极 间电容并联在电路中，将 使电压放大倍数降低。并 产生滞后的附加相位移.
拓宽视野，在较小的坐标
范围内表示宽广频率范围的变化情况。
3.1.5 高通电路和低通电路 1、高通电路
Au
. .
Uo Ui
R 1 R j C
1 fL 1 j f
Au
.
1 fL 1 f
2
fL arctg f ( RS rb 'b )Cb 'e
3.3.3 直接耦合单管共射放大电路的频率响应 直接耦合放大电路的下限频率fL =0, 在 高频段其电压放大倍数仍将下降。
模电第三章课件
通常，Rb较小，且IBQ很小，故
IEQ
VEEUB 2Re
EQ
IBQ 1I E Q ， U CE Q V CC ICR Q cU BEQ
差模信号作用时的动态分析（双端输入双端输出）
为什么？
差模放大倍数
Ad
uOd uId
Ad
( Rc
∥RL 2
)
Rb rbe
R i 2 (R b r b)e ， R o 2 R c
1. 集成运放的特点
（1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采 用差分放大电路和电流源电路。 （2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路复杂 并不增加制作工序。 （3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制 作的大电阻。 （4）采用复合管。
集成运放电路的组成
两个 输入端
一个 输出端
RE1 RE2
IR
UCC
IR
R
2IB
IC2
T1
T2
IE1
IE2
RE
图3.6 微电流源电路
IR
UCC
UBE R
UBE 1UBE2 UTlnIIE E12
IC2IE2
UT RE
ln IR IC2
UCC
IR R
I C2
I C3
T5
IC1
T1
T2
T3
I C4
T4
UCC IR R
IC1
T1
IE1
RE1
I C2
差模输入电压和共模输入电压
如果差分放大电路两个输入端的输入电压大小相等， 极性相反，则称为差模输入电压(uId)。
如果差分放大电路两个输入端的输入电压大小相等， 极性相同，则称为共模输入电压(uIc)。
模拟电子第三章
13
(2)输入特性
iI/mA
-1.0 - 0.5
0.5
O
-0.5
1.0 1.5 2.0
1.4
uI/V
V
iI
mA
+
u_ I
Vcc
&
uO
-1.0
-1.5
40A
-2.0 (a)输入特性
(b)测试电路
①输入短路电流：IIS=-1.07mA
②输入漏电流：IIH= 1IB1( 1<0.01) 约为40 A
35
4.加电后，CMOS器件输入端不能悬空 ①输入电位不定（此时输入电位由保护二极管 的反向电阻比来决定），从而破坏了电路的正 常逻辑关系； ②由于输入阻抗高，易接受外界噪声干扰，使电 路产生误动作； ③极易使栅极感应静电，造成栅击穿。
36
二、其它类型的CMOS电路
1.CMOS与非门 (1)电路结构 两个反相器的负载管并联，驱动管串联。 (2)工作原理
图3.2.16 54LS/74LS系列与非门（54LS/74LS00)的电路结构
25
表3.2.1 不同系列TTL门电路的性能比较
参数名称
TTL门电路系列名称
54/74 54H/74H 54S/74S 54LS/74LS
tpd(ns) 10
6
4
10
功耗/每门 (mW)
10
22.5
20
2
pd(ns·mW) 100 135
IIH:负载门输入漏电流。
29
②只有一个OC门输出低电平：(uOUO(Lma)x)
V C C u O R L (I G (m m a IIx ) L)
RL
VC CuO IG(max)mIIL
模电课件第三章(模拟电子技术基础第四版童诗白华成英)
Ri Ri1 R1 // R2 // rbe1 1.52k
直接耦合电路的特殊问题
R1 RC1 R2 T1 RC2
+UCC
T2
RE2
ui
uo
问题 1 :前后级Q点相互影响。
增加R2 、RE2 : 用于设置合适的Q点。
R1 RC1
RC2 T1 T2
+UCC
uo
R2
ui
有时会将 信号淹没
d
(2)共模( common mode) 输入
ui1 = ui2 = uC
U oc 共模电压 Ac 放大倍数: Uc
(一) 差模输入
RC RB T1 均压器 ui R
+UCC uo T2 RE
RC RB
R
–UEE
1 u i1 u i u d 2 1 u i 2 u i u d 2
T2
C11
C12
C22 uo
uo u i
CE
RE2
Ri
放大电路一
放大电路二
+VCC
R1 RC T1 ui R2 RE1 CE
+VCC RB C21 uo u i C22 T2 RE2 uo
C11
C12
Ri 1. 求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。
2. 若信号经放大电路一放大后，再经射极输出 器输出，求放大倍数Au、Ri和Ro 。
RB ib1
RC
RB rbe1
Ad1 Ad 2
B1 C1 rbe1 E
ui1
ib1
RC
uod1
差模电压放大倍数:
RC RB R ib1
uod Ad ui
模电课件第三章
VR IZ
VO
当VCC或RL变化时，能自动调整IZ的大小
使VR=IR· R改变，从而使VO基本不变。 例如: 当VCC变大，RL不变时的调节过程如下：
VCC VO IZ IR VR
VO ———————|
精品课件！
精品课件！
3.5.2 变容二极管
（二极管的 PN结在外电场的作用下，电子/空穴扩散量的变化）。 用于超高频段某范围频率的电子调谐。 3.5.4 光电子器件
3.4
基本电路及其分析方法
二极管正向V-I特性的建模在电子电路中应用广泛。如在整流、 检波、开关控制、稳压、限幅、变容、发光指示等电路中的应用。
3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法
R VDD iD iD(mA)
二极管V—I 特性曲线
VDD/R
D ID Q
斜率为-1/R的负载线
由KVL得：
O
VD
1）P型半导体 掺入多出空穴元素的半导体；导电以空穴为主。 掺入少量3价元素——硼。 硼原子外层有3个电子，与硅组成 共价键后，因缺1个电子而形成空穴。
硼原子在硅晶体中能接受电子，称硼为“受主杂质”，或 P 型 杂质。除硼外，镓、铝、铅、铟外层也是3个电子。 在P型半导体中，多子——空穴；少子——自由电子。
3、 PN结的反向击穿 反向击穿有两种：电击穿和热击穿。 1）电击穿
当反向电压增加到一定程度时，可能产生电击穿。强电场→自
由电子、空穴数↑ →反向电流↑（陡增） 。有两种：
雪崩击穿：VF↑→内电场↑→自由电子、空穴获得的能量↑→ 碰撞电离→载流子的倍增效应→电流急剧放大 。
齐纳击穿： 强电场可直接破坏共价键结构，分离电子空穴对，形成较大的 反向电流，这是杂质浓度大的PN结而具有的特性。 利用这一特点，可制成 稳压二极管。 注：反向电流不超过一定值，不会使结温过高，电击穿是可逆的。
模拟电路第三章 多级放大电路
整理ppt
1. 双端输入单端输出：共模信号作用下的分析
Ad
1(Rc∥RL)
2 Rbrbe
AcRbrb(R ec2 ∥ (1R L))Re
KCMRA Ad c Rb2 rb(R eb2(1rbe))Re
整理ppt
2. 单端输入双端输出
共模输入电压 差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：
3.3.2 差分放大电路
一、电路的组成
零点 漂移
参数理想对称： Rb1= Rb2，Rc1= Rc2， Re1= Re2;T1、T2在任何温度下特性均相同。 uI1与uI2所加信号大小相等、极性相同——共模信号
整理ppt
二、长尾式差分放大电路
典型电路
信号特点？ uI1与uI2所加信号大小相等、极性相反——差模信号
在实际应用时，信号源需要有“ 接地”点，以避免干扰； 或负载需要有“ 接地”点，以安全工作。
根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法： 双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、 单端输入单端输出。
整理ppt
三、差分放大电路的四种接法 1. 双端输入单端输出：Q点分析
由于输入回路没有变化，所以
共模放大倍数 Ac
uO c uIc
参数理想对称A时 c 0
Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号
如 T(℃)↑→IC1↑ IC2 ↑→UE↑→ IB1 ↓IB2 ↓→ IC1 ↓ IC2 ↓
Re负反馈作用抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。
整理ppt
3. 放大差模信号 差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即
uI1uI2uId/2
i B 1 i B2 i C 1 i C2 u C 1 u C2 u O 2 u C1
1. 双端输入单端输出：共模信号作用下的分析
Ad
1(Rc∥RL)
2 Rbrbe
AcRbrb(R ec2 ∥ (1R L))Re
KCMRA Ad c Rb2 rb(R eb2(1rbe))Re
整理ppt
2. 单端输入双端输出
共模输入电压 差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：
3.3.2 差分放大电路
一、电路的组成
零点 漂移
参数理想对称： Rb1= Rb2，Rc1= Rc2， Re1= Re2;T1、T2在任何温度下特性均相同。 uI1与uI2所加信号大小相等、极性相同——共模信号
整理ppt
二、长尾式差分放大电路
典型电路
信号特点？ uI1与uI2所加信号大小相等、极性相反——差模信号
在实际应用时，信号源需要有“ 接地”点，以避免干扰； 或负载需要有“ 接地”点，以安全工作。
根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法： 双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、 单端输入单端输出。
整理ppt
三、差分放大电路的四种接法 1. 双端输入单端输出：Q点分析
由于输入回路没有变化，所以
共模放大倍数 Ac
uO c uIc
参数理想对称A时 c 0
Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号
如 T(℃)↑→IC1↑ IC2 ↑→UE↑→ IB1 ↓IB2 ↓→ IC1 ↓ IC2 ↓
Re负反馈作用抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。
整理ppt
3. 放大差模信号 差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即
uI1uI2uId/2
i B 1 i B2 i C 1 i C2 u C 1 u C2 u O 2 u C1
模电第三章习题答案
模电第三章习题答案模电第三章习题答案模拟电子技术（模电）是电子工程中的重要学科，它研究的是模拟电路的设计与分析。
模电的第三章主要涉及放大器的基本概念和特性，包括放大器的分类、放大器的增益计算、放大器的频率响应等内容。
在学习模电的过程中，习题是巩固知识和提高解题能力的有效工具。
下面将给出模电第三章习题的详细解答。
1. 问题：计算电压放大倍数Av。
解答：电压放大倍数Av的计算公式为Av = Vout / Vin，其中Vout为输出电压，Vin为输入电压。
根据题目中给出的电路图和元件参数，可以通过欧姆定律和基尔霍夫定律来计算。
2. 问题：计算共模抑制比CMRR。
解答：共模抑制比CMRR的计算公式为CMRR = 20log10(Ad / Ac)，其中Ad为差模增益，Ac为共模增益。
根据题目中给出的电路图和元件参数，可以通过电路分析方法来计算。
3. 问题：计算输入阻抗Zin。
解答：输入阻抗Zin的计算公式为Zin = Vin / Iin，其中Vin为输入电压，Iin为输入电流。
根据题目中给出的电路图和元件参数，可以通过电路分析方法来计算。
4. 问题：计算输出阻抗Zout。
解答：输出阻抗Zout的计算公式为Zout = Vout / Iout，其中Vout为输出电压，Iout为输出电流。
根据题目中给出的电路图和元件参数，可以通过电路分析方法来计算。
5. 问题：计算最大输出功率Pmax。
解答：最大输出功率Pmax的计算公式为Pmax = Vout^2 / (4Rl)，其中Vout为输出电压，Rl为负载电阻。
根据题目中给出的电路图和元件参数，可以通过电路分析方法来计算。
通过以上习题的解答，我们可以加深对模电第三章内容的理解。
在实际应用中，我们需要熟练掌握放大器的基本概念和特性，以便能够正确设计和分析模拟电路。
同时，通过解题过程，我们也可以培养自己的逻辑思维和问题解决能力。
模电作为电子工程的重要学科，对于电子工程师的培养具有重要意义。
【2024版】模拟电子技术课件第三章
60A
此区域中 : 2
40A
IB=0 , IC=ICEO ,
1
20A
VBE<死区电
IB=0
压，称为截止 3 6 9 12 VCE(V)
区。
输出特性三个区域的特点: (1) 放大区： BE结正偏，BC结反偏， IC=IB , 且 IC = IB
(2) 饱和区： BE结正偏，BC结正偏 ， 即VCEVBE ， IB>IC，VCE0.3V
1、晶体管必须偏置在放大区。发射结正 偏，集电结反偏。
2、正确设置静态工作点，使整个波形处 于放大区。
3、输入回路将变化的电压转化成变化的 基极电流。
4、输出回路将变化的集电极电流转化成 变化的集电极电压，经电容滤波只输 出交流信号。
放大 电路 分析
放大电路的分析方法
静态分析
估算法 图解法
小信号模型分析法
vi=0时
入时
RL IE=IB+IC
基本放大电路的工作原理
静态工作点
RB
RC
C1
IB
(IB,VBE)
VBE
+VCC
IC C2
T VCERL
( IC,VCE )
(IB,VBE) 和( IC,VCE )分别对应于输入输 出特性曲线上的一个点称为静态工作点。
IB
IC
IB
Q
IC
VBE VBE
Q IB
VCE VCE
共射直流电流放大倍数：
___
IC
IB
工作于动态的三极管，真正的信号
是叠加在直流上的交流信号。基极
电流的变化量为IB，相应的集电 极电流变化为IC，则交流电流放 大倍数为：
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3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法
24
3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法
二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采 用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图
解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V -I
特性曲线。
25
例3.4.1 电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD 和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD 。
IZmin ≤ IZ ≤ IZmax # 不加R可以吗？
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电子 和带正电的空穴均参与导电，且 运动方向相反。由于载流子数目 很少，故导电性很差。
温度升高，热运动加剧，载流 子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。 两种载流子
为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？
6
3.1.4 杂质半导体
当PN结的反向电压增加 到一定数值时，反向电流突 然快速增加，此现象称为PN 结的反向击穿。 雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆
热击穿——不可逆
17
3.2.5 PN结的电容效应
(1)势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
9
杂质半导体的简化表示法
3.2 PN结的形成及特性
3.2.1 载流子的漂移与扩散
3.2.2 PN结的形成
3.2.3 PN结的单向导电性
3.2.4 PN结的反向击穿
3.2.5 PN结的电容效应
10
3.2.1 载流子的漂移与扩散
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液 体、固体均有之。
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可 使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主 要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称 为杂质半导体。 多数载流子 1. N型半导体
空穴比未加杂质时的数目多了？ 少了？为什么？
5
杂质半导体主要靠多数载流子 导电。掺入杂质越多，多子浓 度越高，导电性越强，实现导 电性可控。
特别注意： 小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点Q有关。 该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且vD>>VT 。
31
3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法
2．模型分析法应用举例
（1）整流电路
32
（2）静态工作情况分析
当VDD=10V 时， （R=10k） 理想模型
VD 0 V
恒压模型
N区自由电 子浓度远高 于P区。
扩散运动
扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N 区的自由电子浓度降低，产生内电场。
11
由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形 成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向 P区、自由电子从P区向N 区运动。
漂移运动 因电场作用所产 生的运动称为漂移 运动。
3.1 半导体的基本知识 3.2 PN结的形成及特性
3.3 半导体二极管
3.4 二极管基本电路及其分析方法
3.5 特殊二极管
1
3.1 半导体的基本知识
3.1.1 半导体材料
3.1.2 半导体的共价键结构 3.1.3 本征半导体
3.1.4 杂质半导体
2
3.1.1 半导体材料
1、什么是半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受 原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能 导电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们 原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间
30
即 rd 根据
v D i D
iD IS (evD /VT 1)
diD dv D I S vD / VT e VT
i D VT ID VT
得Q点处的微变电导
gd
Q
Q
Q
则 rd
VT 1 ID gd
常温下（T=300K） r VT 26(mV ) d
ID
I D (mA )
3.3.3 二极管的主要参数
19
3.3.1 半导体二极管的结构
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极 管。二极管按结构分有点接触型、面接触型两大 类。 (1) 点接触型二极管
PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。
二极管的结构示意图
(a)点接触型
20
(2) 面接触型二极管
PN结面积大，用于工频大 电流整流电路。
反向特性
60 40 20
15 10 5 0 10 20 30
30 20 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10 死区 20 30 40
VBR
0.2 0.4 0.6
D/V
②
Vth
反向击穿特性
③
40
iD/ A
iD/ A
硅二极管2CP10的V-I 特性
电路模型
28
（3）折线模型 等效的电池为：门坎电压 硅管约为0.5V
V-I特性
等效的电阻为：当二极管导 通电流为1毫安，管子压降 为0.7V时，电阻rD大约为 200欧姆
电路模型
29
（4）小信号模型
vs =0 时, Q点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。 vs =Vmsint 时（Vm<<VDD）, 将Q点附近小范围内的V-I 特性线性化，得到 小信号模型，即以Q点为切点的一条直线。
• 低电阻 • 大的正向扩散电流
必要吗？
14
(2) PN结加反向电压时 PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩 散运动，有利于漂移运 动，形成漂移电流。由 于电流很小，故可近似 认为其截止。
在一定的温度条件下，由本征激 发决定的少子浓度是一定的，故少子 形成的漂移电流是恒定的，基本上与 所加反向电压的大小无关，这个电流 也称为反向饱和电流。 • 高电阻 • 很小的反向漂移电流
管特性的等效模型。 （1）理想模型 应用条件：电源电压远比二极管的管压降大。
正向偏置时的电路模型
反向偏置时的电路模型
V-I特性
代表符号
27
(2)恒压降模型
导通压降： Von硅 0.7 V
（硅二极管典型值） （锗 二极管典型值）
Von锗 0.2 V
V-I特性
应用条件：二极管的电流近似等于或 大于1mA。
I D VDD / R 1 mA
（a）简单二极管电路 （b）习惯画法
VD 0.7 V （硅二极管典型值） I D (VDD VD ) / R 0.93 mA
折线模型
Vth 0.5 V（硅二极管典型值）
设 rD 0.2 k
VDD Vth ID 0.931 mA R rD
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
13
3.2.3 PN结的单向导电性
当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加 正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。 (1) PN结加正向电压时 PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运 动加剧，由于外电源的 作用，形成扩散电流， PN结处于导通状态。
解：由电路的KVL方程，可得 iD VDD vD
即 iD
1 1 vD VDD 是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线 R R
26
R
Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点
3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法
1.二极管V-I 特性的建模 将指数模型 iD IS (e vD VT 1) 分段线性化，得到二极
35
（5）小信号工作情况分析
图示电路中，VDD = 5V，R = 5k，恒压降模型的VD=0.7V，vs = 0.1sint V。（1）求输出电压vO的交流量和总量；（2）绘出vO的波形。
36
3.5 特殊二极管
3.5.1 齐纳二极管(稳压二极管)
1.符号及稳压特性
利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向 电击穿状态。Байду номын сангаас
(2)扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。 结电容： C j Cb Cd 结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程 度，则失去单向导电性！
18
3.3 半导体二极管
3.3.1 半导体二极管的结构 3.3.2 二极管的伏安特性
VBR
D/V
②
若反向电压vD VT，则i IS
反向特性为横轴的平行线
材料 硅Si 开启电压 0.5V 导通电压 0.5~0.8V
Vth
iD/ A
反向饱和电流 1µA以下
锗Ge
0.1V
0.1~0.3V
几十µA
23
3.4 二极管基本电路及其分析方法
3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法
锗二极管2AP15的V-I 特性
22
从二极管的伏安特性可以反映出：单向导电性
i IS (e
vD VT
1)
正向特性为 指数曲线
vD VT
60 40
iD/mA
20 15 10 20 5 0 10 20 30 ③ 40 0.2 0.4 0.6 ①
若正向电压 vD VT，则i ISe
24
3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法
二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采 用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图
解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V -I
特性曲线。
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例3.4.1 电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD 和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD 。
IZmin ≤ IZ ≤ IZmax # 不加R可以吗？
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电子 和带正电的空穴均参与导电，且 运动方向相反。由于载流子数目 很少，故导电性很差。
温度升高，热运动加剧，载流 子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。 两种载流子
为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？
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3.1.4 杂质半导体
当PN结的反向电压增加 到一定数值时，反向电流突 然快速增加，此现象称为PN 结的反向击穿。 雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆
热击穿——不可逆
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3.2.5 PN结的电容效应
(1)势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
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杂质半导体的简化表示法
3.2 PN结的形成及特性
3.2.1 载流子的漂移与扩散
3.2.2 PN结的形成
3.2.3 PN结的单向导电性
3.2.4 PN结的反向击穿
3.2.5 PN结的电容效应
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3.2.1 载流子的漂移与扩散
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液 体、固体均有之。
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可 使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主 要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称 为杂质半导体。 多数载流子 1. N型半导体
空穴比未加杂质时的数目多了？ 少了？为什么？
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杂质半导体主要靠多数载流子 导电。掺入杂质越多，多子浓 度越高，导电性越强，实现导 电性可控。
特别注意： 小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点Q有关。 该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且vD>>VT 。
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3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法
2．模型分析法应用举例
（1）整流电路
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（2）静态工作情况分析
当VDD=10V 时， （R=10k） 理想模型
VD 0 V
恒压模型
N区自由电 子浓度远高 于P区。
扩散运动
扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N 区的自由电子浓度降低，产生内电场。
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由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形 成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向 P区、自由电子从P区向N 区运动。
漂移运动 因电场作用所产 生的运动称为漂移 运动。
3.1 半导体的基本知识 3.2 PN结的形成及特性
3.3 半导体二极管
3.4 二极管基本电路及其分析方法
3.5 特殊二极管
1
3.1 半导体的基本知识
3.1.1 半导体材料
3.1.2 半导体的共价键结构 3.1.3 本征半导体
3.1.4 杂质半导体
2
3.1.1 半导体材料
1、什么是半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受 原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能 导电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们 原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间
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即 rd 根据
v D i D
iD IS (evD /VT 1)
diD dv D I S vD / VT e VT
i D VT ID VT
得Q点处的微变电导
gd
Q
Q
Q
则 rd
VT 1 ID gd
常温下（T=300K） r VT 26(mV ) d
ID
I D (mA )
3.3.3 二极管的主要参数
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3.3.1 半导体二极管的结构
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极 管。二极管按结构分有点接触型、面接触型两大 类。 (1) 点接触型二极管
PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。
二极管的结构示意图
(a)点接触型
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(2) 面接触型二极管
PN结面积大，用于工频大 电流整流电路。
反向特性
60 40 20
15 10 5 0 10 20 30
30 20 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10 死区 20 30 40
VBR
0.2 0.4 0.6
D/V
②
Vth
反向击穿特性
③
40
iD/ A
iD/ A
硅二极管2CP10的V-I 特性
电路模型
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（3）折线模型 等效的电池为：门坎电压 硅管约为0.5V
V-I特性
等效的电阻为：当二极管导 通电流为1毫安，管子压降 为0.7V时，电阻rD大约为 200欧姆
电路模型
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（4）小信号模型
vs =0 时, Q点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。 vs =Vmsint 时（Vm<<VDD）, 将Q点附近小范围内的V-I 特性线性化，得到 小信号模型，即以Q点为切点的一条直线。
• 低电阻 • 大的正向扩散电流
必要吗？
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(2) PN结加反向电压时 PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩 散运动，有利于漂移运 动，形成漂移电流。由 于电流很小，故可近似 认为其截止。
在一定的温度条件下，由本征激 发决定的少子浓度是一定的，故少子 形成的漂移电流是恒定的，基本上与 所加反向电压的大小无关，这个电流 也称为反向饱和电流。 • 高电阻 • 很小的反向漂移电流
管特性的等效模型。 （1）理想模型 应用条件：电源电压远比二极管的管压降大。
正向偏置时的电路模型
反向偏置时的电路模型
V-I特性
代表符号
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(2)恒压降模型
导通压降： Von硅 0.7 V
（硅二极管典型值） （锗 二极管典型值）
Von锗 0.2 V
V-I特性
应用条件：二极管的电流近似等于或 大于1mA。
I D VDD / R 1 mA
（a）简单二极管电路 （b）习惯画法
VD 0.7 V （硅二极管典型值） I D (VDD VD ) / R 0.93 mA
折线模型
Vth 0.5 V（硅二极管典型值）
设 rD 0.2 k
VDD Vth ID 0.931 mA R rD
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
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3.2.3 PN结的单向导电性
当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加 正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。 (1) PN结加正向电压时 PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运 动加剧，由于外电源的 作用，形成扩散电流， PN结处于导通状态。
解：由电路的KVL方程，可得 iD VDD vD
即 iD
1 1 vD VDD 是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线 R R
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R
Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点
3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法
1.二极管V-I 特性的建模 将指数模型 iD IS (e vD VT 1) 分段线性化，得到二极
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（5）小信号工作情况分析
图示电路中，VDD = 5V，R = 5k，恒压降模型的VD=0.7V，vs = 0.1sint V。（1）求输出电压vO的交流量和总量；（2）绘出vO的波形。
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3.5 特殊二极管
3.5.1 齐纳二极管(稳压二极管)
1.符号及稳压特性
利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向 电击穿状态。Байду номын сангаас
(2)扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。 结电容： C j Cb Cd 结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程 度，则失去单向导电性！
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3.3 半导体二极管
3.3.1 半导体二极管的结构 3.3.2 二极管的伏安特性
VBR
D/V
②
若反向电压vD VT，则i IS
反向特性为横轴的平行线
材料 硅Si 开启电压 0.5V 导通电压 0.5~0.8V
Vth
iD/ A
反向饱和电流 1µA以下
锗Ge
0.1V
0.1~0.3V
几十µA
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3.4 二极管基本电路及其分析方法
3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法
锗二极管2AP15的V-I 特性
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从二极管的伏安特性可以反映出：单向导电性
i IS (e
vD VT
1)
正向特性为 指数曲线
vD VT
60 40
iD/mA
20 15 10 20 5 0 10 20 30 ③ 40 0.2 0.4 0.6 ①
若正向电压 vD VT，则i ISe