教案 讲授章节 第一章二极管及其基本电路 授课时数 2学时 教学目的： 掌握半导体元件的基础知识 教学内容（讲授提纲） 1.1半导体基础知识 物质按导电性能可分为：导体、绝缘体和半导体 ,其导电特性取决于原子结构， 导体原子结构特点：导体一般为低价元素，其最外层电子受原子核的束缚力很小极易 挣脱原子核的束缚成为自由电子。在外电场作用下，这些电子产生定向运动形成电流， 呈现出较好的导电特性。 绝缘体原子结构特点：绝缘体一般为高价元素和高分子物质。其最外层电子受原子核的 束缚力很强，极不易摆脱原子核的束缚成为自由电子，所以其导电性极差 半导体的导电特性介于二者之间。 1.1.1本征半导体 本征半导体：纯净的、不含其它杂质的半导体。 常用的半导体材料有硅和储，它们都是四价元素。在原子结构中最外层轨道上有四 个电子，成为价电子。图1-1为简化的原子结构模型。 图1 硅和锗简化原子结构模型 在硅晶体中，原子在空间排列成规则的晶格。其中每一个原子的价电子，不仅围绕 自身的原子核运动，同时也出现在相邻原子所属的轨道上。于是，两个相邻的原子共 有一对价电子，组成共价键。故晶体中，每个原子都和周围的4个原子用共价键的形 式互相紧密地联系起来，如图1-2所示
教 案 讲授章节 第一章 二极管及其基本电路 授课时数 2 学时 教学目的： 掌握半导体元件的基础知识 教 学 内 容（讲授提纲） 1.1 半导体基础知识 物质按导电性能可分为：导体、绝缘体和半导体。 其导电特性取决于原子结构。 导体原子结构特点：导体一般为低价元素，其最外层电子受原子核的束缚力很小, 极易 挣脱原子核的束缚成为自由电子。在外电场作用下, 这些电子产生定向运动形成电流, 呈现出较好的导电特性。 绝缘体原子结构特点：绝缘体一般为高价元素和高分子物质。其最外层电子受原子核的 束缚力很强, 极不易摆脱原子核的束缚成为自由电子, 所以其导电性极差。 半导体的导电特性介于二者之间。 1.1.1 本征半导体 本征半导体：纯净的、不含其它杂质的半导体。 常用的半导体材料有硅和锗, 它们都是四价元素。在原子结构中最外层轨道上有四 个电子，成为价电子。图 1-1 为简化的原子结构模型。 图 1 – 1 硅和锗简化原子结构模型 在硅晶体中，原子在空间排列成规则的晶格。其中每一个原子的价电子，不仅围绕 自身的原子核运动, 同时也出现在相邻原子所属的轨道上。于是， 两个相邻的原子共 有一对价电子， 组成共价键。故晶体中，每个原子都和周围的４个原子用共价键的形 式互相紧密地联系起来，如图 1-2 所示。 ＋ 4
+6。+d 图1一2木征半导休共价键品休结物示音图 共价键中的价电子由于热运动而获得 一定的能量，其中少数能够摆脱共价键的束缚 而成为自由电子，同时在共价键中留下空位，称为空穴。如图1-3所示。空穴带正电。 在外电场作用下，自由电子定向移动，形成电子电流。而价电子也按一定方向依次 填补空穴，相当于空穴反方向移动，形成空穴电流。 图1-3木征半导体中白由由子和空穴 载流子：带负电的 子和带正电的空穴。本征 、半导是体牛可骨由老骨体中赛高时成对产生的，它们的浓度是相等的 由电 自由电子在运动过程中失去能量，与空穴相遇，使电子、空穴对消失，这种现象 称为复合。在一定温度下，电子-空穴对产生过程和复合过程相对平衡，载流子的浓度 是一定的。但随着温度的升高，载流子的浓度呈指数规律增加。因此，半导体载流子浓 度对温度十分敏感。 1.1.2杂质半导体 本征半导体中载流子的浓度一般很低，导电能力很差。为改变其导电特性，在本征 半导体中掺入少量杂质，构成杂质半导体。 1.N型半导体 在本征半导体中，掺入微量5价元素，则原来品格中的某些硅原子被杂质原子 替。杂质原子的最外层有5个价电子，它与周围4个硅原子组成共价键时，还多余1个 价电子。在室温情况下，该价电子即可成为自由电子。如图1一4所示。在这种杂质半 导体中，电子浓度远远大于空穴的浓度，其主要靠电子导电，所以称为N型半导体
图 1–2 本征半导体共价键晶体结构示意图 共价键中的价电子由于热运动而获得一定的能量, 其中少数能够摆脱共价键的束缚 而成为自由电子, 同时在共价键中留下空位, 称为空穴。如图 1-3 所示。空穴带正电。 在外电场作用下，自由电子定向移动，形成电子电流。而价电子也按一定方向依次 填补空穴，相当于空穴反方向移动,形成空穴电流。 图 1–3 本征半导体中自由电子和空穴 由此可见, 半导体中存在着两种载流子：带负电的自由电子和带正电的空穴。本征 半导体中, 自由电子与空穴是同时成对产生的, 它们的浓度是相等的。 自由电子在运动过程中失去能量, 与空穴相遇, 使电子、 空穴对消失, 这种现象 称为复合。在一定温度下, 电子-空穴对产生过程和复合过程相对平衡，载流子的浓度 是一定的。但随着温度的升高，载流子的浓度呈指数规律增加。因此，半导体载流子浓 度对温度十分敏感。 1.1.2 杂质半导体 本征半导体中载流子的浓度一般很低，导电能力很差。为改变其导电特性，在本征 半导体中掺入少量杂质，构成杂质半导体。 1. Ｎ型半导体 在本征半导体中, 掺入微量５价元素, 则原来晶格中的某些硅原子被杂质原子代 替。杂质原子的最外层有５个价电子, 它与周围４个硅原子组成共价键时, 还多余 1 个 价电子。 在室温情况下，该价电子即可成为自由电子。如图１-４所示。在这种杂质半 导体中，电子浓度远远大于空穴的浓度， 其主要靠电子导电, 所以称为Ｎ型半导体。 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 自 由 空 穴 电 子 ＋ 4 共 价 键 价 电 子 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4
N型半导体中，自由电子称为多数载流子：空穴称为少数载流子。 0心8 如如 图1-4N型半导体共价键结构 2.P型半导体 在本征半导体中，糁入微量3价元素，则原来晶格中的某些硅原子被杂质原子代替 杂质原子的最外层有3个价电子，它与周围4个硅原子组成共价键时，由于缺少 个电 子而形成空穴。如图1-5所示。在这种杂质半导体中，空穴浓度远远大于电子的浓 其主要靠空穴导电，所以称为P型半导体。 P型半导体中，空穴称为多数载流子：自由电子称为少数载流子。 位G 二加44加 图1-5P型半导体的共价键结构 1.2PN 在 块半导体的一侧掺杂成P型半导体，而在另一侧掺杂成N型半导体，在两者 的交界处将形成一个PN结。它是构成其它半导体器件的基础。 1.2.1异型半导体接触现象 在P型半导体和N型半导体的交界面两侧，电子和空穴的浓度相差悬殊，N区中 的多数载流子电子向P区扩散， P区中的多数载流子 空穴向N区扩散 称为扩散运动 如图1-6()所示。电子和空穴相遇复合命： 在交界面形成 由不能移动的正、 离子红 成的空间电荷区，如图（⑥）所示。在电荷区内没有载流子，所以也称为耗尽层，也就是P四 结。电荷区内形成由N区指向P区的自建电场，它阻止多数载流子的继续扩散运动， 同时也使N区中的少数载流子空穴向P区运动，P区中的少数载流子电子向N区运
Ｎ型半导体中, 自由电子称为多数载流子；空穴称为少数载流子。 图 1 - 4 N 型半导体共价键结构 2. P 型半导体 在本征半导体中, 掺入微量３价元素，则原来晶格中的某些硅原子被杂质原子代替。 杂质原子的最外层有 3 个价电子, 它与周围４个硅原子组成共价键时, 由于缺少一个电 子而形成空穴。如图 1-5 所示。在这种杂质半导体中，空穴浓度远远大于电子的浓度， 其主要靠空穴导电，所以称为 P 型半导体。 P 型半导体中,空穴称为多数载流子；自由电子称为少数载流子。 图 1–5 P 型半导体的共价键结构 1.２ＰＮ 结 在一块半导体的一侧掺杂成 P 型半导体，而在另一侧掺杂成 N 型半导体，在两者 的交界处将形成一个 PN 结。它是构成其它半导体器件的基础。 1.2.1 异型半导体接触现象 在 P 型半导体和 N 型半导体的交界面两侧，电子和空穴的浓度相差悬殊，N 区中 的多数载流子电子向 P 区扩散，P 区中的多数载流子空穴向 N 区扩散，称为扩散运动。 如图 1-6(a)所示。电子和空穴相遇复合，在交界面形成一个由不能移动的正、负离子组 成的空间电荷区，如图(b)所示。在电荷区内没有载流子，所以也称为耗尽层，也就是 PN 结。电荷区内形成由 N 区指向 P 区的自建电场，它阻止多数载流子的继续扩散运动， 同时也使 N 区中的少数载流子空穴向 P 区运动，P 区中的少数载流子电子向 N 区运 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 5 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 键 外 电 子 施 主 原 子 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 ＋ 4 空 位 受 主 原 子
动，称为漂移运动。 扩散运动使空间电荷区变宽，而漂移运动令电荷区变窄，当两者达到平衡时，空间 电荷区的宽度也达到稳定，形成稳定的PN结， ⊙a'⊙o⊙⊙⊙oΦ.⊙ @a⊙日日Φ⊙8⊙▣ e日6：ooo©©oo 自建场 (回)多数载流子的扩散运动 )平衡时阻挡层形成 图1-6PN结的形成 1.2.2PN结的单向导电特性 1.PN结外加正向电压 若将电源的正极接P区， 负极接N区，则称此为正向接法或正向偏置 正向接法时，外加电场与自建场方向相反，削弱了自建场，使空间电荷区变窄，如 图1-7()所示。有利于多数载流子的扩散运动，而不利与小数载流子的漂移运动。因此， 在电源作用下，扩散电流远远大于漂移电流，形成较大的正向电流I。,其方向由电源 正极通过P区、N区到达电源负极。 自建 包外加正向电压 b)外加反向电压 图1-7P结单向导电特性 2.PN结外加反向电压 若将电 源的 正极接N区，负极接P区，则称此为反向接法或反向偏置 反向接法时，外加电场与自建场方向相同，增强了自建场，使空间电荷区变宽，如 图1-7(6)所示。有利于小数载流子的漂移运动，而不利多数载流子的扩散运动。因此， 漂移电流大于扩散电流，形成由少数载流子运动产生的反向电流【，方向见图()。由 干少载洁子浓度很低 故反向电流很小 当外加反向电压超过零点几伏时，反向电 流将不再随反向电压的增加而增加，故称为反向饱和电流，通常用 I表示。 综上所述：PN结正向偏置时，回路中将产生较大的正向电流，PN结处于导通状 态：反向偏置时，回路中的反向电流非常小，几乎为零，PN结处于截止状态。可见， PN结具有单向导电性。 根据半导体物理的原理，PN结的电流与电压的关系如下： In=I(e!,-1) (1-1) 此方程称为伏安特性方程 式中 ,I,为流过PN结的电流：∥为PN结两端电压 U,称为温度电压当量，在室温下，U,≈26mV:Is为反向饱和电流。PN结的伏
动，称为漂移运动。 扩散运动使空间电荷区变宽，而漂移运动令电荷区变窄，当两者达到平衡时，空间 电荷区的宽度也达到稳定，形成稳定的 PN 结。 图 1 - 6 PN 结的形成 1.2.2 ＰＮ结的单向导电特性 1. ＰＮ结外加正向电压 若将电源的正极接Ｐ区, 负极接Ｎ区, 则称此为正向接法或正向偏置。 正向接法时，外加电场与自建场方向相反, 削弱了自建场, 使空间电荷区变窄, 如 图 1-7(a)所示。有利于多数载流子的扩散运动，而不利与小数载流子的漂移运动。因此， 在电源作用下，扩散电流远远大于漂移电流，形成较大的正向电流ＩＤ，其方向由电源 正极通过Ｐ区、Ｎ区到达电源负极。 图 1 - 7 PN 结单向导电特性 2. ＰＮ结外加反向电压 若将电源的正极接Ｎ区, 负极接Ｐ区, 则称此为反向接法或反向偏置。 反向接法时，外加电场与自建场方向相同, 增强了自建场，使空间电荷区变宽， 如 图 1-7(b)所示。有利于小数载流子的漂移运动，而不利多数载流子的扩散运动。因此， 漂移电流大于扩散电流，形成由少数载流子运动产生的反向电流 I，方向见图(b) 。由 于少数载流子浓度很低， 故反向电流很小。 当外加反向电压超过零点几伏时，反向电 流将不再随反向电压的增加而增加， 故称为反向饱和电流，通常用ＩＳ表示。 综上所述：ＰＮ结正向偏置时，回路中将产生较大的正向电流，ＰＮ结处于导通状 态；反向偏置时，回路中的反向电流非常小，几乎为零，ＰＮ结处于截止状态。 可见， ＰＮ结具有单向导电性。 根据半导体物理的原理，ＰＮ结的电流与电压的关系如下： = （ UT −1） U D S I I e (1-1) 此方程称为伏安特性方程。式中，ＩＤ为流过ＰＮ结的电流；U 为ＰＮ结两端电压； ＵＴ称为温度电压当量，在室温下，ＵＴ≈２６ｍＶ；ＩＳ为反向饱和电流。ＰＮ结的伏 P (a) 多数载流子的扩散运动 N P (b) 平衡时阻挡层形成 N 耗尽层 空间电荷区 自建场 P N 外电场 (a) 外加正向电压 P N (b) 外加反向电压 I 自建场 D ＋ － R 外电场 自建场 ＋ R U U －
安特性还可以用图1一8所示曲线表示，称为伏安特性曲线。 1 图1-8PN结伏安特性 1.2.3PN结的击穿 P结处于反向偏置时，在一定电压范围内，流过PN结的电流是很小的反向饱和 电流。但是当反向电压超过某 数值(U)后，反向电流急剧增加，这种现象称为反向 击穿，如图1-8所示。U称为击穿电压。由于击穿破坏了PN结的单向导电特性，使 用时一般应避免。 发生击穿并不一定意味着PN结被损坏。当P结反向击穿时，只要注意控制反向 电流不至于过大，当反向电压降低时，PN结的性能就可以恢复正常。稳压二极管就是 利用了PN结的反向击穿特性来实现稳压的。 教学方法、教学手段： PPT结合板书 作业、讨论题、思考题： PN结的工作原理：PN结的工作特点。 参老资料： 《模拟电子基础》童诗白高等教有出版社 《模拟电子技术基础教程》邓汉馨高等教育出版社 讲授章节 第一章二极管及其基本电路 授课时数 2学时 教学目的： 了解半导体二极管的结构特点、类型，掌握二极管的特性及重要参数。 教学内容（讲授提纲）
安特性还可以用图 1-8 所示曲线表示，称为伏安特性曲线。 图 1 - 8 PN 结伏安特性 1.2.3 ＰＮ结的击穿 PN 结处于反向偏置时, 在一定电压范围内, 流过ＰＮ结的电流是很小的反向饱和 电流。但是当反向电压超过某一数值(ＵＢ)后, 反向电流急剧增加, 这种现象称为反向 击穿，如图１-８所示。ＵＢ称为击穿电压。由于击穿破坏了ＰＮ结的单向导电特性，使 用时一般应避免。 发生击穿并不一定意味着ＰＮ结被损坏。当 PN 结反向击穿时, 只要注意控制反向 电流不至于过大, 当反向电压降低时, ＰＮ结的性能就可以恢复正常。稳压二极管就是 利用了ＰＮ结的反向击穿特性来实现稳压的。 教学方法、教学手段： PPT 结合板书 作业、讨论题、思考题： PN 结的工作原理；PN 结的工作特点。 参考资料： 《模拟电子基础》 童诗白 高等教育出版社 《模拟电子技术基础教程》 邓汉馨 高等教育出版社 讲授章节 第一章 二极管及其基本电路 授课时数 2 学时 教学目的： 了解半导体二极管的结构特点、类型，掌握二极管的特性及重要参数。 教 学 内 容（讲授提纲） U I O UB
1.2.5半导体二极管 半导体二极管是由PN结加上引线和管壳构成的： 二极管类型有很多种 按制造材料分： (（1)硅二极管： (2)者二极管。 按结构来分： (1) 点接触型 一极管 (2) 面接触型 二极管 (3)硅平面型二极管。 二极管的符号见图1-12(d)。阳极由P区引出，阴极由N区引出。 金属触N型片 阳楼引线 二氧化硅保护层 型 a)点接触型 平面型 铝合金小球阳极列线 N结 N型 一金幅合金 底 阴授引线 )面接触型 d符号 图1-12半导体二极管的结构和符号 1.二极管的特性 0 a)2AP2(诺管)的伏安特性曲线 (b)2C甲102储管)的伏安特性角线 图1·13二极管的伏安特性曲线 (1)正向特性
1.2.5 半导体二极管 半导体二极管是由ＰＮ结加上引线和管壳构成的。 二极管类型有很多种 按制造材料分： (1) 硅二极管； (2) 锗二极管。 按结构来分： (1) 点接触型二极管； (2) 面接触型二极管； (3) 硅平面型二极管。 二极管的符号见图 1-12（d）。阳极由 P 区引出，阴极由 N 区引出。 图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号 1. 二极管的特性 图 1 – 13 二极管的伏安特性曲线 (1) 正向特性 阴极引线 阳极引线 二氧化硅保护层 P型硅 N型硅 (c) 平面型 金属触丝 阳极引线 N型锗片 阴极引线 外壳 (a) 点接触型 铝合金小球 N型硅 阳极引线 PN结 金锑合金 底座 阴极引线 (b) 面接触型 阳极 阴极 (d) 符 号 10 8 6 4 2 － 12 － 0.8 － 0.4 － 8 － 4 0 0.4 0.8 1.2 － 60℃ 20℃ 90℃ 90℃ 20℃ － 60℃ I / mA U / V 80 60 40 20 － 20 － 10 － 200－ 100 － 50℃ 20℃ 75℃ 75℃ － 50℃ I / mA U / V 20℃ －－ 300－ 200－ 100 (a) 2AP22(锗管)的伏安特性曲线 (b) 2CP10～ 20(锗管)的伏安特性曲线 0 1
正向电压低于某一数值时，正向电流很小，只有当正向电压高于某一值后，才有明 显的正向电流。该电压称为导通电压，又称为门限电压，用Uo如表示。在室温下，硅管 的Uon约为0.7V,锗管的Uon约为0.3V。 通常认为， 当正向电压UUon时，二极管导通。 (2)反向特性 二极管加反向电压时，反向电流数值很小，且基本不变，称反向饱和电流，用 表示。硅管反向饱和电流为纳安数量级，锗管为微安数量级。当反向电压加到一定值时 反向电流急剧增加，产生击穿。普通二极管反向击穿电压一般在几十伏以上。 (3)二极管的温度特性 二极管的特性对温度很敏感，温度升高，正向特性曲线向左移，正向压降减小： 反向特性曲线向下移，反向电流增加。 2.二极管的主要参数 (1)最大整流电流I， I是 极管允许通过的最大正向平均电流。工作时应使平均工作电流小于I,否 则二极管将过热而烧毁。此值取决于二极管允许的温升限制。 (2)最大反向工作电压U 工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值时，否则二极管可能被击穿。为了 留有余地，通常取击穿电压U的一半作为Ua。 (3)反向电流1 指二极管未击穿时的反向电流值。此值越小，二极管的单向导电性越好。由于反向 电流是由少数载流子形成，所以I值受温度的影响很大。 (4)最高工作颜率f“ 了的值主要取决于PN结结电容的大小，结电容越大，则二极管允许的最高工作频 率越低。 (5 二极管的直流电阻R, 加到二极管两端的直流电压与流过二极管的电流之比，称为二极管的直流电阻R。,即 Rp= 此值可由二极管特性曲线求出，如图1-14所示。工作点电压为U=1.5V,电 流I-=50mA,则 U 15 50×10=302 图1-14求直流电阻 (6) 二极管的交流电阻r 在二极管工作点附近，电压的微变值△U与相应的微变电流值△I之比，称为该 点的交流电阻ra,即
正向电压低于某一数值时, 正向电流很小, 只有当正向电压高于某一值后, 才有明 显的正向电流。该电压称为导通电压, 又称为门限电压，用Ｕon 表示。在室温下, 硅管 的Ｕon 约为 0.7 V, 锗管的Ｕon 约为 0.3 V。通常认为, 当正向电压Ｕ＜Ｕon 时, 二极 管截止；Ｕ＞Ｕon 时, 二极管导通。 (2) 反向特性 二极管加反向电压时, 反向电流数值很小, 且基本不变, 称反向饱和电流，用 IS 表示。硅管反向饱和电流为纳安数量级, 锗管为微安数量级。当反向电压加到一定值时, 反向电流急剧增加, 产生击穿。普通二极管反向击穿电压一般在几十伏以上。 (3) 二极管的温度特性 二极管的特性对温度很敏感, 温度升高, 正向特性曲线向左移，正向压降减小； 反向特性曲线向下移，反向电流增加。 2.二极管的主要参数 (1) 最大整流电流ＩＦ ＩＦ是二极管允许通过的最大正向平均电流。工作时应使平均工作电流小于ＩＦ, 否 则二极管将过热而烧毁。此值取决于二极管允许的温升限制。 (2) 最大反向工作电压ＵＲ 工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值时, 否则二极管可能被击穿。为了 留有余地, 通常取击穿电压ＵB的一半作为ＵＲ。 (3) 反向电流ＩＲ 指二极管未击穿时的反向电流值。此值越小, 二极管的单向导电性越好。由于反向 电流是由少数载流子形成, 所以ＩＲ值受温度的影响很大。 (4) 最高工作频率ｆＭ ｆＭ的值主要取决于ＰＮ结结电容的大小, 结电容越大, 则二极管允许的最高工作频 率越低。 (5) 二极管的直流电阻ＲＤ 加到二极管两端的直流电压与流过二极管的电流之比, 称为二极管的直流电阻ＲＤ, 即 F F D I U R = 此值可由二极管特性曲线求出, 如图１- １４所示。工作点电压为ＵＦ＝１.５V, 电 流ＩＦ＝５０ｍΑ, 则 = = = − 30 50 10 1.5 3 F F D I U R 图 1 - 14 求直流电阻 (6) 二极管的交流电阻ｒｄ 在二极管工作点附近, 电压的微变值ΔＵ与相应的微变电流值ΔＩ之比, 称为该 点的交流电阻ｒｄ, 即 0 UF U / V IF I / mA Q 1 2 20 40 60 80
台0 从其几何意义上讲，当△U-0时 d r就是工作点Q处的切线斜率倒数。显然，r也是非线性的，即工作电流越大，「 ,越小。交流电阻r也可从特性曲线上求出，如图1-15所示。过Q点作切线，在 切线上任取两点A、 B,查出这两点间的AU和△I,则得 40 2-1 am80-0x10-125 图1-15求交流电阻 交流电阻n也可利用PN结的电流方程( -1)求出。取1的微分可得 d=dl,e-l川=ed= U, U =、26(m) 式中，m为二极管工作点的电流，单位取mA。式(1-5)的近似等式在室温条件下 (300K)成立。 对同一工作点而言，直流电阻大于交流电阻：对不同工作点而言，工作点愈高 飞和愈低。 1.2.6稳压二极管 稳压二极管的实质就是工作在反向击穿区的二极管。由图1-16(a)的二极管伏安特 性可知，当反向电流的变化量△I较大时，二极管两端的电压变化量△U却很小。稳压 二极管正是利用这一特性达到稳压的要求。稳压二极管的符号见图(6)。 a状安特性 符号 图1-16稳压管伏安特性和符号 使用稳压管组成电路时要注 音 后向在接 ②稳压管要与负载并联 ③限制流过稳压管的电流不超过额定值。图1一17为稳压管稳压电路
I U rd = 从其几何意义上讲, 当ΔＵ→０时 dI dU rd = ｒｄ就是工作点Ｑ处的切线斜率倒数。显然, ｒ也是非线性的, 即工作电流越大, ｒ ｄ越小。交流电阻ｒｄ也可从特性曲线上求出, 如图１ - １５所示。过Ｑ点作切线, 在 切线上任取两点Ａ、 Ｂ, 查出这两点间的ΔＵ和ΔＩ , 则得 = − − = = − 12.5 (80 0) 10 2 1 d IDQ,DQ 3 I U r 图 1-15 求交流电阻 交流电阻 rd也可利用 PN 结的电流方程(1 - 1)求出。 取 I 的微分可得 dU U I e dU U I dI d I e T U D U T U S U S T T = [ ( −1)] = = 即 D DQ T D I mV I U r 26( ) = 式中, IDQ 为二极管工作点的电流,单位取 mA。式(1- 5)的近似等式在室温条件下 (T=300 K)成立。 对同一工作点而言, 直流电阻 RD大于交流电阻 rd；对不同工作点而言,工作点愈高, RD和 rd愈低。 1.2.6 稳压二极管 稳压二极管的实质就是工作在反向击穿区的二极管。由图 1-16(a)的二极管伏安特 性可知，当反向电流的变化量ΔＩ较大时，二极管两端的电压变化量ΔＵ却很小。稳压 二极管正是利用这一特性达到稳压的要求。稳压二极管的符号见图(b)。 图 1-16 稳压管伏安特性和符号 使用稳压管组成电路时要注意 ：①稳压管要反向连接；②稳压管要与负载并联； ③限制流过稳压管的电流不超过额定值。图 1-17 为稳压管稳压电路。 (b)符 号 U I O U (a)伏安特性 I VDz
图1-17稳压管电路 稳压管的参数主要有以下几项： 1. 稳定电压 稳定电压是稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。是挑选稳压管的主要 据之 稳定电压随着工作电流的不同而略有变化，因而测试时应使稳压管的电流为规定 值。 稳定电流1 稳定电 是 使稳压管正常工作时的最小电流。低于此值时稳压效果较差。正常 作时应使稳压管的电流大于此值。一般情况下，在不超过额定功耗时，工作电流较大， 稳压性能较好。 3.电压温度系数a 电压温度系数α指稳压管温度变化1℃时，所引起的稳定电压变化的百分比。一般 情况下，稳定电压大于7V的稳压管，a为正值： 稳定电压小于4V的稳压管，a为负值 稳定电压在4~7V间的稳压管，a值较小，性能比较稳定。 4.动态电阻五 动态电阻五是稳压管工作在稳压区时，两端电压变化量与电流变化量之比，即r =△U/△I。r,值越小，则稳压性能越好。 5.额定功耗B 由于稳压管两端的电压值为Uz,而管子中又流过一定的电流，因此要消耗一定的 功率。这部分功耗转化为热能，会使稳压管发热。P,取决于稳压管允许的温升。 本章节的教学重点、难点： 半导体二极管的伏安特性 教学方法、教学手段： PPT结合板书 作业、讨论题、思考题：
图 1 -17 稳压管电路 稳压管的参数主要有以下几项： 1. 稳定电压 Uz 稳定电压 Uz 是稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。是挑选稳压管的主要依 据之一。 稳定电压随着工作电流的不同而略有变化, 因而测试 Uz时应使稳压管的电流为规定 值。 2. 稳定电流 Iz 稳定电流 Iz 是使稳压管正常工作时的最小电流。低于此值时稳压效果较差。正常工 作时应使稳压管的电流大于此值。一般情况下，在不超过额定功耗时，工作电流较大， 稳压性能较好。 3. 电压温度系数α 电压温度系数α指稳压管温度变化１℃时, 所引起的稳定电压变化的百分比。一般 情况下, 稳定电压大于７V 的稳压管,α为正值；稳定电压小于４V 的稳压管,α为负值。 稳定电压在４～７V 间的稳压管, α值较小, 性能比较稳定。 4. 动态电阻 rz 动态电阻 rz 是稳压管工作在稳压区时, 两端电压变化量与电流变化量之比, 即ｒｚ ＝ΔＵ／ΔＩ。ｒｚ值越小, 则稳压性能越好。 5. 额定功耗 Pz 由于稳压管两端的电压值为Ｕｚ,而管子中又流过一定的电流, 因此要消耗一定的 功率。这部分功耗转化为热能, 会使稳压管发热。Ｐｚ取决于稳压管允许的温升。 本章节的教学重点、难点： 半导体二极管的伏安特性 教学方法、教学手段： PPT 结合板书 作业、讨论题、思考题： UI ＋ － UO R RL I L I z IR VDz ＋ －
参考资料： 《模拟电子基础》童诗白高等教育出版社 《模拟电子技术基础教程》邓汉馨高等教育出版社 讲授章节 第一章三极管及其基本电路 授课时数 2学时 教学目的： 通过二极管基本应用实例，掌握二极管的特性。 教学内容（讲授提纲） 1.2.7二极管的应用 二极管的运用基础，就是二极管的单向导电特性，因此，在应用电路中，关键是判 断二极管的导通或截止。二极管导通时一般用电压源U,=0,7V(硅管，如是锗管用0 3V)代替，或近似用短路线代替。截止时，一般将二极管断开，即认为二极管反向电阻 为无穷大。 1.限幅电路 当输入信号电压在一定范围内变化时，输出电压随输入电压相应变化：而当输入 电压超出该范围时，输出电压保持不变，这就是限幅电路。通常将输出电压么开始不 变的电压值称为限幅电平，当输入电压高于限幅电平时，输出电压保持不变的限幅称为 上限幅；当输入电压低于限幅电平时，输出电压保持不变的限幅称为下限幅。 限幅电路如图1-18所示。改变E值就可改变限幅电平。 图1-18并联二极管上限幅电路 E=0V,限幅电平为0V,“≥0时二极管导通，=0V uE,二 极管导通，山，=E。波形图如图1一19（b)所示
参考资料： 《模拟电子基础》 童诗白 高等教育出版社 《模拟电子技术基础教程》 邓汉馨 高等教育出版社 讲授章节 第一章 二极管及其基本电路 授课时数 2 学时 教学目的： 通过二极管基本应用实例，掌握二极管的特性。 教 学 内 容（讲授提纲） 1.2.7 二极管的应用 二极管的运用基础, 就是二极管的单向导电特性, 因此, 在应用电路中, 关键是判 断二极管的导通或截止。二极管导通时一般用电压源ＵＤ＝０.７V(硅管, 如是锗管用０. ３V)代替, 或近似用短路线代替。截止时, 一般将二极管断开, 即认为二极管反向电阻 为无穷大。 1. 限幅电路 当输入信号电压在一定范围内变化时, 输出电压随输入电压相应变化； 而当输入 电压超出该范围时, 输出电压保持不变, 这就是限幅电路。通常将输出电压 uo 开始不 变的电压值称为限幅电平, 当输入电压高于限幅电平时, 输出电压保持不变的限幅称为 上限幅；当输入电压低于限幅电平时, 输出电压保持不变的限幅称为下限幅。 限幅电路如图１-１８所示。改变Ｅ值就可改变限幅电平。 图 1 – 18 并联二极管上限幅电路 Ｅ＝０V, 限幅电平为０V。uｉ＞０时二极管导通, uo＝０V； uｉ＜０V, 二极管截 止, uo＝uｉ。波形如图１-19(a)所示。 如果０＜Ｅ＜Um, 则限幅电平为＋Ｅ。uｉ＜Ｅ, 二极管截止, uo＝uｉ；uｉ＞Ｅ, 二 极管导通, uo＝Ｅ。波形图如图１ - １９(ｂ)所示。 VD ui ＋ － uo ＋ － R E