《模擬電子線路》第2章楊凌.ppt

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1、楊 凌 模 擬 電 子 線 路 第 2章 第 2章 半 導(dǎo) 體 二 極 管 及 其 基 本 電 路 2.0 引 言 電 路 器 件 應(yīng) 用 Richard J. Valentine 摩 托 羅 拉 公 司 首 席 工 程 師 “ 分 立 半 導(dǎo) 體 器 件 是 大 多 數(shù) 電 子 電 路 的 基 本 構(gòu) 件 ,即 使 對(duì) 于 微型 計(jì) 算 機(jī) 芯 片 這 樣 的 復(fù) 雜 集 成 電 路 器 件 ,也 是 由 二 極 管 和 晶 體 管構(gòu) 成 的 。 工 程 師 在 開(kāi) 始 設(shè) 計(jì) 電 路 之 前 ,不 管 這 個(gè) 電 路 是 一 個(gè) 普 通 的家 用 計(jì) 算 機(jī) 電 源 ,還 是 一 個(gè) 含

2、有 500萬(wàn) 個(gè) 晶 體 管 的 微 處 理 器 集 成 電路 ,了 解 其 中 的 單 個(gè) 元 器 件 的 工 作 原 理 是 非 常 必 要 的 。 ” 2.0 引 言 “每 種 類(lèi) 型 的 半 導(dǎo) 體 設(shè) 備 都 有 其 獨(dú) 特 的 性 能 ,從 而 滿 足 不 同的 電 路 要 求 .學(xué) 習(xí) 這 些 特 性 能 幫 助 電 路 設(shè) 計(jì) 著 更 快 地 選 擇 正 確的 元 器 件 .花 時(shí) 間 學(xué) 習(xí) 每 種 分 立 半 導(dǎo) 體 器 件 如 何 工 作 ,以 及 它 們與 其 他 元 件 如 何 相 互 作 用 ,最 終 會(huì) 得 到 回 報(bào) 的 .” “任 何 電 子 類(lèi) 職 業(yè) 都

3、會(huì) 涉 及 到 半 導(dǎo) 體 器 件 的 應(yīng) 用 甚 至 設(shè) 計(jì) .掌 握 半 導(dǎo) 體 器 件 的 基 本 知 識(shí) ,無(wú) 論 對(duì) 于 那 些 測(cè) 試 二 極 管 、 晶 體管 以 及 微 電 路 芯 片 的 技 工 ,還 是 那 些 將 半 導(dǎo) 體 器 件 設(shè) 計(jì) 到 電 子設(shè) 備 中 的 工 程 師 來(lái) 說(shuō) ,都 是 非 常 重 要 的 .” 2.1 半 導(dǎo) 體 的 基 本 知 識(shí) 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 率 介 于 導(dǎo) 體 和 絕 緣 體 之 間 (10 3 109cm). 硅 (Si) 和 鍺 (Ge) 是 常 用 的 半 導(dǎo) 體 材 料 ,它 們 廣 泛 用 于 半 導(dǎo) 體 器 件和 集

4、 成 電 路 中 ,其 他 半 導(dǎo) 體 材 料 用 在 特 殊 的 領(lǐng) 域 中 ,例 如 砷 化 鎵(GaAs)及 其 相 關(guān) 化 合 物 用 在 特 高 速 器 件 和 光 器 件 中 .一 、 本 征 半 導(dǎo) 體 本 征 半 導(dǎo) 體 是 一 種 完 全 純 凈 的 、 結(jié) 構(gòu) 完 整 的 半 導(dǎo) 體 晶 體 . 本 征 半 導(dǎo) 體 呈 電 中 性 . 2.1 半 導(dǎo) 體 的 基 本 知 識(shí)+4 +4 +4+4 +4 +4 +4+4+4 +4自 由 電 子空 穴圖 2.1 圖 2.2本征激發(fā) 2.1 半 導(dǎo) 體 的 基 本 知 識(shí) ni =pi=AT3/2e Eg0/2kT （ 21） 3.

5、88 1016cm 3K 3/2 （ Si） 1.76 1016cm 3K 3/2 （ Ge） 1.21 eV （ Si） 0.785 eV （ Ge） k (玻 爾 茲 曼 常 數(shù) ) = 8.63 10 5 eV/K T ni， T=300K， ni(Si) 1.5 1010cm 3 ni(Ge) 2.4 1013cm 3 ; T (K)A=Eg0(禁 帶 寬 度 ) = 2.1 半 導(dǎo) 體 的 基 本 知 識(shí) 硅 本 征 半 導(dǎo) 體 中 自 由 電 子 的 濃 度 為 1.5 1010cm 3 ,看 上去 似 乎 很 大 ,但 和 硅 原 子 的 濃 度 4.96 1022cm 3相 比

6、 還 是 很 小的 . 所 以 ,本 征 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 能 力 很 弱 (本 征 硅 的 電 阻 率 約 為2.2 105cm). 二 、 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 摻 有 雜 質(zhì) 的 半 導(dǎo) 體 稱 為 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 .在 摻 雜 過(guò) 程 中 ,通 過(guò)控 制 自 由 電 子 和 空 穴 的 濃 度 ,來(lái) 控 制 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 性 能 . 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 依 然 呈 電 中 性 . 2.1 半 導(dǎo) 體 的 基 本 知 識(shí) 1. N型 半 導(dǎo) 體 多 子 : 自 由 電 子 少 子 : 空 穴 +4 +5+4+4 +4P 施 主 雜 質(zhì)圖 2.3 +4 +3+4+4 +4

7、B 受 主 雜 質(zhì)圖 2.4 2. P型 半 導(dǎo) 體 多 子 :空 穴 少 子 :自 由 電 子 2.1 半 導(dǎo) 體 的 基 本 知 識(shí)在 熱 平 衡 條 件 下 n0 p0= ni 2 （ 22） N型 半 導(dǎo) 體 n0 =Nd+ p0 Nd （ 23） Nd 施 主 原 子 濃 度 .P型 半 導(dǎo) 體 p0=Na+ n0 Na （ 24） N a 受 主 原 子 濃 度 .(1) 摻 雜 后 ,多 子 濃 度 都 將 遠(yuǎn) 大 于 少 子 濃 度 .且 少 量 摻 雜 ,載 流 子就 會(huì) 有 幾 個(gè) 數(shù) 量 級(jí) 的 增 加 ,即 導(dǎo) 電 能 力 顯 著 增 大 . 2.1 半 導(dǎo) 體 的 基

8、 本 知 識(shí)(2) 在 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 中 ,多 子 濃 度 近 似 等 于 摻 雜 濃 度 ,其 值 幾 乎 與溫 度 無(wú) 關(guān)(3) 在 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 中 ,少 子 濃 度 隨 溫 度 升 高 而 顯 著 增 大 .少 子 濃度 的 溫 度 敏 感 性 是 導(dǎo) 致 半 導(dǎo) 體 器 件 溫 度 特 性 差 的 主 要 原 因 .三 、 兩 種 導(dǎo) 電 機(jī) 理 漂 移 和 擴(kuò) 散 1. 漂 移 和 漂 移 電 流 在 外 加 電 場(chǎng) 作 用 下 ,載 流 子 將 在 熱 騷 動(dòng) 狀 態(tài) 下 產(chǎn) 生 定 向 的 運(yùn)動(dòng) ,這 種 定 向 運(yùn) 動(dòng) 稱 為 漂 移 運(yùn) 動(dòng) ,由 此 產(chǎn) 生 的

9、 電 流 稱 為 漂 移 電 流 . 2.1 半 導(dǎo) 體 的 基 本 知 識(shí)圖 2.5+ V -EI I J t=Jpt+Jnt= q ( pp + nn) E =E （ 25） 2. 擴(kuò) 散 和 擴(kuò) 散 電 流 因 載 流 子 的 濃 度 差 引 起 的 載 流 子 的 定 向 運(yùn) 動(dòng) 稱 為 擴(kuò) 散 運(yùn)動(dòng) ,相 應(yīng) 產(chǎn) 生 的 電 流 稱 為 擴(kuò) 散 電 流 . 2.1 半 導(dǎo) 體 的 基 本 知 識(shí)N型 硅 半 導(dǎo) 體n0p 0 n(x)p(x)圖 2.60 xJd=Jpd+Jnd （ 26） dp(x)Jpd= qDp dx dn(x) dn(x)Jnd= ( q)Dn =qDn dx

10、 dx 由 擴(kuò) 散 運(yùn) 動(dòng) 產(chǎn) 生 的 擴(kuò) 散 電 流 是 半 導(dǎo) 體 區(qū) 別 于 導(dǎo) 體 的 一 種特 有 的 電 流 . 2.2 PN 結(jié) 當(dāng) P區(qū) 和 N區(qū) 連 接 在 一 起 構(gòu) 成 PN結(jié) 時(shí) ,半 導(dǎo) 體 的 現(xiàn) 實(shí) 作 用 才真 正 發(fā) 揮 出 來(lái) .一 、 PN結(jié) 的 形 成 1. 形 成 過(guò) 程 圖 2.7空 間 電 荷 區(qū)P+ x=0 N E 耗 盡 層 (阻 擋 層 ) 2.2 PN 結(jié) 阻 礙 多 子 擴(kuò) 散載 流 子 濃 度 差 多 子 擴(kuò) 散 空 間 電 荷 區(qū) 利 于 少 子 漂 移 形 成 一 定 厚 度 的 PN結(jié) 動(dòng) 態(tài) 平 衡2. 內(nèi) 建 電 位 差 N

11、aNdVBVTln (27) ni2其 中 : VT26mV NaNdni VB 2.2 PN 結(jié) 室 溫 下 (T=300K)VB(Ge)0.2 0.3VVB(Si)0.5 0.7V 圖 2.8 xxn xp VP+ NO VB3. 阻 擋 層 寬 度 xn Nal0=xn+xp = (28) xp Nd 2.2 PN 結(jié)二 、 PN結(jié) 的 伏 安 關(guān) 系 VF+ 圖 2.9VB VFVl0P+ N l xO VB 圖 2.10 VB+VRVl0 VR +P+ N l xO V B 2.2 PN 結(jié)1、 正 偏 l l0， ID IT IF2、 反 偏 l l0， ID IT IS O vD

12、/VTiD/mAVBRIS(Si)(10 9 10 16) AI S(Ge)(10 6 10 8) A( Na、 Nd) IS T IS 圖 2.11PN結(jié) 具 有 單 向 導(dǎo) 電 性 . 2.2 PN 結(jié)ID=IS(e 1)VDVT VDVTID ISe (29)(210) ID ID或 VD VTln =2.3 VTlg IS IS 3、 V-I關(guān) 系 的 數(shù) 學(xué) 表 達(dá) 式 I 2 I1 I2 V2 V1=2.3VTlg 2.3 VTlg =2.3VTlg (211) IS IS I1VD(on)0.7V (Si)VD(on)0.25V (Ge) 當(dāng) VD VD(on) 時(shí) , PN結(jié)

13、正 向 導(dǎo) 通 .VD 每 增 加 60mV, ID將 按 10的 冪 次 方 迅 速 增 大 . 2.2 PN 結(jié)4 、 溫 度 特 性 溫 度 每 升 高 10oC, IS約 增 加 一 倍 . 溫 度 每 升 高 1oC, VD(on)約 減 小 2.5mV.當(dāng) VD 0 且 VD VT時(shí) , 0e VDVT ID ISTmax= (150 200) oC (Si)(75 100) oC (Ge)5 、 擊 穿 特 性 電 擊 穿 (可 逆 ) 熱 擊 穿 (不 可 逆 ) 雪 崩 擊 穿 (低 摻 雜 PN結(jié) , V BR 6V )齊 納 擊 穿 (高 摻 雜 PN結(jié) , VBR 6V

14、 ) 2.2 PN 結(jié)(1)、 雪 崩 擊 穿 PN PN結(jié) 接電源負(fù)極接電源正極 1 2 23 122 3圖 2.12電 子空 穴 碰 撞 電 離 電 子 -空 穴 對(duì) 碰 撞 電 離 電 子 -空 穴 對(duì) 載 流 子 倍 增 2.2 PN 結(jié)(2)、 齊 納 擊 穿E(2 105V/cm) 電 子 -空 穴 對(duì)場(chǎng) 致 激 發(fā) 載 流 子 劇 增三 、 PN結(jié) 的 電 容 特 性 1 、 勢(shì) 壘 電 容 CBP + N P+ N圖 2.13(a) 勢(shì) 壘 電 容 充 電 (b) 勢(shì) 壘 電 容 放 電 2.2 PN 結(jié) f且 反 偏 時(shí) , CB影 響 顯 著 .2 、 擴(kuò) 散 電 容 CD

15、 正 偏 時(shí) , CD較 大 .3 、 結(jié) 電 容 Cj Cj= CB+CD 正 偏 時(shí) , CjCD (幾 十 pF到 幾 千 pF) 反 偏 時(shí) , C jCB (幾 pF到 幾 十 pF) xn x xp O pn0np0 Qsn QSP VF+ P+ N 圖 2.14 2.3 二 極 管一 、 結(jié) 構(gòu) 、 分 類(lèi) 、 符 號(hào) 2.3 二 極 管 2.3 二 極 管1 、 結(jié) 構(gòu)點(diǎn) 接 觸 型 :結(jié) 面 積 小 ,極 間 電 容 小 ,不 能 承 受 高 的 反 向 電 壓 和大 的 電 流 ,適 于 做 高 頻 檢 波 和 開(kāi) 關(guān) 元 件 用 . 2AP1 ( IF=16mA , f=

16、150MHz )面 接 觸 型 :結(jié) 面 積 大 ,極 間 電 容 也 大 ,適 于 做 整 流 用 ,但 不 宜 用于 高 頻 電 路 中 . 2CP1 ( I F=400mA , f=3kHz )平 面 型 :集 成 電 路 中 的 常 用 形 式 .2 、 分 類(lèi) 2.3 二 極 管 按 材 料 分 類(lèi) :硅 管 、 鍺 管 、 砷 化 鎵 管 等 ; 按 用 途 分 類(lèi) :檢 波 二 極 管 、 開(kāi) 關(guān) 二 極 管 、 特 殊 二 極 管 等 ; 按 工 作 頻 率 分 類(lèi) :高 頻 管 、 低 頻 管 等 ; 按 輸 出 功 率 分 類(lèi) :大 功 率 管 、 中 功 率 管 、 小

17、功 率 等 .3 、 符 號(hào)二 、 V-I特 性 O vD/VGeiD/mAiD/A Si圖 2.16 2.3 二 極 管 2.3 二 極 管三 、 主 要 參 數(shù) 1、 最 大 整 流 電 流 IF 2、 反 向 擊 穿 電 壓 VBR 3、 反 向 電 流 IR 4、 極 間 電 容 Cj 5、 最 高 工 作 頻 率 f四 、 電 路 模 型 1、 理 想 模 型 2、 恒 壓 降 模 型 vD/VOiD/mA (a) vD/VOiD/mA (b) 0.7V+ 2.3 二 極 管3、 折 線 模 型4、 小 信 號(hào) 模 型 vD/VOiD/mA (c) Vth+ RD(200)r d C

18、jrd (d)圖 2.19圖 2.20O QiD/mA vD/VIDQ 1arctan rd 2.3 二 極 管DT D DQD Sd D D1 (e 1)vVQ v Vi Ir v v VTrd = (212) IDQ 五 、 特 殊 二 極 管 1、 穩(wěn) 壓 二 極 管 VZ 、 IZ 、 rZ 、 PZM IZ IZminIZmaxiZ/mAO vZ/V VZ圖 2.21 IDQ+ IS IDQ= VT VT DTS S ST1 evVV I I I vD=VDQ 2.3 二 極 管3、 發(fā) 光 二 極 管 (LED)電 信 號(hào) 光 信 號(hào)4、 光 電 二 極 管 光 信 號(hào) 電 信 號(hào)

19、 在 反 向 狀 態(tài) 下 運(yùn) 行2、 變 容 二 極 管在 高 頻 技 術(shù) 中 應(yīng) 用 較 多 .如諧 振 回 路 的 電 調(diào) 諧 ;壓 控 振蕩 器 ;頻 率 調(diào) 制 等 . 502010 5 2 1 C/pF0 5 10 15 20 25 V/V圖 2.22 2.3 二 極 管圖 2.235、 激 光 二 極 管 圖 2.24 2.3 二 極 管 激 光 二 極 管 的 物 理 結(jié) 構(gòu) 是 在 發(fā) 光 二 極 管 的 節(jié) 間 安 置 一 層具 有 光 活 性 的 半 導(dǎo) 體 ， 其 端 面 經(jīng) 過(guò) 拋 光 后 具 有 部 分 反 射 功 能 ，因 而 形 成 一 光 諧 振 腔 。 在 正

20、 偏 時(shí) ， LED發(fā) 出 光 來(lái) 并 與 光 諧 振腔 相 互 作 用 ， 從 而 進(jìn) 一 步 激 勵(lì) 從 結(jié) 上 發(fā) 射 出 來(lái) 的 單 波 長(zhǎng) 的 光 。同 時(shí) 光 在 光 諧 振 腔 中 產(chǎn) 生 振 蕩 并 被 放 大 ， 形 成 激 光 。 激 光 二 極 管 發(fā) 射 的 主 要 是 紅 外 線 ， 它 在 小 功 率 光 電 設(shè) 備中 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 ， 如 計(jì) 算 機(jī) 上 的 光 盤(pán) 驅(qū) 動(dòng) 器 ， 激 光 打 印 機(jī) 中的 打 印 頭 等 。 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路 一 、 整 流 電 路 整 流 電 路 是 二 極 管 的 一 個(gè) 重 要 應(yīng) 用

21、.整 流 是 將 正 、 負(fù) 交替 的 交 流 電 轉(zhuǎn) 化 為 單 一 極 性 的 直 流 電 的 過(guò) 程 . 負(fù) 載二 極 管整 流 器 濾 波 器 穩(wěn) 壓 器變 壓 器 交 流電 壓 源 圖 2.25 小 功 率 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 的 組 成 框 圖 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路 1、 半 波 整 流 圖 2.26R + VDv 2+ vO(a) v2/V t0vO/V t0 VOVm(b)v2 0， VD， vO= v2 ； v2 0， VD ， vO= 0. Vm 2 V2VO 0.45V2 (213) 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路 2、 全 波 整

22、流 圖 2.27 + v ORVD1 + v2 + v2 VD2iD1 iD2(a) (b)v2/V t0vO/V t0v2 0， VD1， VD2 ， vO= v2 ； v2 0， VD1 ， VD2 ， vO= v2 . VO 0.9V2 (214) 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路 3、 橋 式 整 流 圖 2.28VD3 RVD1 + v i2 VD2 + vOVD4(a) (b)v2/V t0vO/V t0v2 0， VD1， VD3， VD2 ， VD4 ， vO= v2 ； v2 0， VD1 ， VD3 ， VD2， VD4， vO= v2 . 2.4 二 極 管 基

23、 本 應(yīng) 用 電 路 整 流 橋 堆 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路 二 、 穩(wěn) 壓 電 路圖 2.29R IZ RL ILIR+VI +VOVSI Z= IR IL IZmin= IRmin ILmax (215)IZ= IR IL IZmax= IRmax ILmin (216) IZmin IZ IZmax (217)RL ILIR VO IZ IRVO 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路 VImin VZ VZ VImax VZ VZ Iz (218) R RLmin R RLmax VImax VZ VImin VZ R (219) IZmax+ ILmin IZ

24、min + ILmax 【 例 2-1】 試 設(shè) 計(jì) 一 穩(wěn) 壓 管 穩(wěn) 壓 電 路 ,作 為 汽 車(chē) 用 收 音 機(jī) 的 供 電 電 源 。 已 知 收 音 機(jī) 的 直 流 電 源 為 9V,音 量 最 大 時(shí) 需 供 給 的 功 率 為 0.5W 。 汽 車(chē) 上 的 供 電 電 源 在 12 13.6V之 間 波 動(dòng) 。 要 求 選 用 合 適 的 穩(wěn) 壓 管 (I Zmin、 IZmax、 VZ、 PZM),以 及 合 適 的 限 流 電 阻 (阻 值 、 額 定 功 率 ) 。 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路 【 解 】 由 題 意 可 畫(huà) 出 穩(wěn) 壓 電 路 如 圖 2.

25、30所 示 。 P Lmax 0.5W ILmax= = 56mA VL 9V PLmax=VLILmax R IZIR+VI +VZ=9V 收 音 機(jī)IL圖 2.30汽 車(chē)電 源 +VL 取 R=47 VImin VZ 12 9R = 0.049k=49 IZmin + ILmax 5+56 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路三 、 低 電 壓 穩(wěn) 壓 電 路 由 于 低 電 壓 的 穩(wěn) 壓 管 的 穩(wěn) 壓 性 能 不 夠 理 想 ,所 以 在 3 4V以 下 ,采 用 多 只 二 極 管 串 接 ,以 獲 得 較 好 的 穩(wěn) 壓 特 性 .IZmax=IRmax ILmin = I

26、Lmin= 0 =98mA VImax VZ R 13.6 9 47 PZM=VZIZmax=9V 98mA =882mW PRM=VRmaxIRmax=(VImax VZ). 0.45W VImax VZ R 宜 選 47,1W的 電 阻 .宜 選 VZ=9V, IZmax=98mA, IZmin=5mA, PZM=0.882W的 穩(wěn) 壓 管 . 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路 R + vD (a) (b) rd iD + VI (c) + vI +vD R VDiDVI+vD RiD vOVDvI 圖 2.31V I ID, VD vI iD, vD iD= ID + iD,

27、vD= VD + vD 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路【 例 2-2】 在 圖 2.31(a)所 示 的 低 電 壓 穩(wěn) 壓 電 路 中 ,直 流 電 源 VI 的 正 常 值 為 10 V, R=10k, 若 VI 變 化 1 V時(shí) , 問(wèn) 相 應(yīng) 的 硅 二 極 管 的 電 壓 (輸 出 電 壓 )的 變 動(dòng) 如 何 ? 【 解 】 V T 26rd = = 28 IDQ 0.93其 中 : VI VD(on) I0 0.7IDQ= = =0.93mA R 10 rd 0.028 vO= vD= vI = 1 2.79mV R+rd 10+0.028 vI = 1 V vO=

28、2.79mV 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路四 、 限 幅 電 路 限 幅 器 用 于 消 除 信 號(hào) 中 大 于 或 小 于 某 一 特 定 值 的 部 分 .限 幅 器 最 簡(jiǎn) 單 的 應(yīng) 用 是 在 電 子 電 路 的 輸 入 端 限 制 輸 入 電 壓 ,以 保 證 電 路 中 的 晶 體 管 不 被 擊 穿 . V OHVOL VIHVO VOVO (a) 上 限 幅 VIVILVIVIL VOLVIVIHVOH (b) 下 限 幅 (c) 雙 向 限 幅圖 2.32 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路1、 單 向 限 幅 VmvI/V t0vO/V t0V 1+

29、VD(on)vO/V t0V1 VD(on)+ V1R+vI +vOVD vI=Vmsint V1 0 Vm V1vI V1+VD(on) ,VD,vO=V1+VD(on); vI V1+VD(on) ,VD ,vO = vI . (a) R + V1+vI +vOVD(b) 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路 vI V1 VD(on) , VD , vO=vI; vI V1 VD(on) ,VD,vO=V1 VD(on) . (c) (d) 圖 2.33 ttVmvI/V t0vO/V0 (V1 VD(on) )vO/V0 ( V1+VD(on) )R V1 +vI +vOVD V1

30、 +R+vI +vOVD 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路2、 雙 向 限 幅 ( V 2+VD(on) ) VmvI/V t0vO/V t0V1+VD(on)R + V1 V2 +vI +vOVD1 VD2 圖 2.34 設(shè) vI=10sint (V), V1=V2=3V,試 確 定 上 圖 (b)中 的 上 限幅 值 及 下 限 幅 值 .(a) (b) 2.4 二 極 管 基 本 應(yīng) 用 電 路五 、 開(kāi) 關(guān) 電 路 二 極 管 和 電 路 中 的 其 他 元 件 連 接 在 一 起 ,可 完 成 邏 輯 運(yùn)算 功 能 .如 “ 與 ” 、 “ 或 ” 等 . v I1 vI2

31、 VD1 VD2 vO0V 0V 0.7V0V 3V 0.7V3V 0V 0.7V3V 3V 3.7V表 2.1VCC（ 5V）R=4.7kvI1 vOVD1VD2vI2 圖 2.35 章 末 總 結(jié) 與 習(xí) 題 討 論一 、 本 章 小 結(jié)1、 熟 悉 半 導(dǎo) 體 的 基 本 概 念 載 流 子 (電 子 、 空 穴 ) 、 P型 半 導(dǎo)體 、 N型 半 導(dǎo) 體 、 多 子 、 少 子 、 施 主 雜 質(zhì) 、 受 主 雜 質(zhì) 等 ;2、 理 解 PN結(jié) 的 形 成 機(jī) 理 .掌 握 PN結(jié) 的 單 向 導(dǎo) 電 性 ,了 解 其 反向 擊 穿 特 性 和 電 容 特 性 .3、 掌 握 PN的

32、 伏 安 關(guān) 系 及 其 數(shù) 學(xué) 表 達(dá) 式 ;4、 熟 悉 二 極 管 的 結(jié) 構(gòu) 、 分 類(lèi) 、 符 號(hào) 及 主 要 參 數(shù) ,了 解 幾 種 常用 的 特 殊 二 極 管 (穩(wěn) 壓 管 、 發(fā) 光 二 極 管 等 );5、 掌 握 二 極 管 電 路 的 分 析 方 法 ,要 求 采 用 合 理 的 模 型 分 析 二 章 末 總 結(jié) 與 習(xí) 題 討 論 極 管 電 路 . 6、 熟 悉 常 用 的 二 極 管 應(yīng) 用 電 路 整 流 、 穩(wěn) 壓 、 限 幅 、 開(kāi) 關(guān) . 二 、 例 題 討 論【 例 2-3】 簡(jiǎn) 單 二 極 管 基 本 電 路 如 圖 2.36所 示 .對(duì) 于 下

33、列 兩種 情 況 ,求 電 路 的 ID和 VD的 值 :(1)VDD=10V;(2) VDD=1V.在 每種 情 況 下 ,應(yīng) 用 理 想 模 型 、 恒 壓 降 模 型 和 折 線 模 型 求 解 .【 解 】 (1) V DD=10V VD=0V, ID=1mA. VD=0.7V, ID=0.93mA. ID=0.931mA ,VD=0.69V. VDD +VD R10k VDID圖 2.36 章 末 總 結(jié) 與 習(xí) 題 討 論【 例 2-4】 分 析 圖 2.37 (a) 所 示 的 電 路 .設(shè) 電 路 中 各 參 數(shù) 如 下 : VDD=5V,R=5k， VD(on)=0.6V,

34、vi=0.1sint（ V） . (2) VDD=1V VD=0V, ID=0.1mA. VD=0.7V, ID=0.03mA. ID=0.049mA ,VD=0.51V. +V DD + vi +vORVD 圖 2.37 (a)【 解 】 分 兩 步 進(jìn) 行 分 析 : 直 流 分 析 和 交 流 分 析 . (1) 直 流 分 析 VDD VD(on) 5 0.6IDQ= = = 0.88mA R 5 章 末 總 結(jié) 與 習(xí) 題 討 論 VO=IDQR=0.88 5=4.4V(2) 交 流 分 析 + vi +voRrd 圖 2.37 (b) VT 26rd = = 29.5 IDQ 0.

35、88 vi 0.1sint id= = 19.9 sint(A) rd+R 0.0295+5v d=id rd=19.9 10 6 29.5=0.59mVvo=id R=99.5 sint(mV)二 極 管 中 的 電 壓 及 電 流 波 形 如 圖 2.37(c)所 示 . 章 末 總 結(jié) 與 習(xí) 題 討 論00 vD id tiD IDQ tVDQvd 圖 2.37 (c)【 例 2-5】 求 圖 2.38(a) 所 示 電 路 中 的 輸 出 .為 簡(jiǎn) 單 起 見(jiàn) ,設(shè) 兩 個(gè) 二 極 管 的 V th=0V, RD=0.【 解 】 (1) 當(dāng) 0 vI2V時(shí) ， VD1 , VD2 ,

36、 vO= vI; (2) 當(dāng) vI 2V時(shí) ， VD1 章 末 總 結(jié) 與 習(xí) 題 討 論 v I V1 vI 2 i 1= = R1+ R2 10+10+ V1=2V +vI=6sint V V2=4V + R2=10k R1=10k 圖 2.38+vOVD1 VD2(a) vIv/V t 6 4 2 0 2 4 6 vO(b) i1 1 1v O=i1R2+ 2= (vI 2) + 2= vI+1 2 2 若 vI =6V， 則 vO=4V. 章 末 總 結(jié) 與 習(xí) 題 討 論(3) 當(dāng) 4V vI 0， VD1 , VD2 , vO= vI ; (4) 當(dāng) vI 4V， VD2, vO= 4V 輸 入 輸 出 波 形 如 圖 2.38(b)所 示 .思 考 : (1) 如 果 假 設(shè) Vth0, RD= 0. 輸 出 波 形 如 何 ? (2) 如 果 假 設(shè) Vth0, RD0. 輸 出 波 形 如 何 ? 歡 迎 提 出 批 評(píng) 指 正 !