模拟电子技术第2章半导体二极管及其应用B.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流模拟电子技术第2章半导体二极管及其应用B.精品文档.第2章 半导体器件基础2.1 教学基本要求主 要 知 识 点 教 学 基 本 要 求 熟练掌握 正确理解 一般了解 半导体基础知识 本征半导体，掺杂半导体 PN 结的形成 PN 结的单向导电性 PN 结的电容效应 半导体二极管 二极管的结构及类型 二极管的伏安特性及主要参数 二极管的应用（整流和限幅） 硅稳压管的伏安特性、主要参数 硅稳压管稳压电路 光电二极管，变容二极管 晶体管三极管晶体管的结构及其工作原理 电流分配与放大作用 晶体管的工作原理、伏安特性及主要参数 场效应管 场效应管的结构

2、与类型 场效应管的工作原理 场效应管的伏安特性及主要参数 场效应管放大器的结构 2.2 重点和难点 一、重点 1理解PN结的形成和特点。 2理解PN结的单向导电性、半导体二极管的伏安特性。 二、难点 1正确理解PN结的组成及其工作原理。 2正确理解二极管(包括稳压管)的伏安特性和特点。2.3 知识要点 什么是半导体 N型和P型半导体 1半导体与PN结 PN结的形成 PN结的单向导电性 PN结的伏安特性 二极管的结构及分类 二极管的伏安特性2半导体二极管及其应用 主要参数 等效电路 二极管的应用 稳压二极管3特殊二极管 发光二极管 光电二极管 变容二极管 晶体管的结构及类型 电流分配及电流放大作

3、用 4双极型晶体管 共发射极特性、工作区域 主要参数 场效应管的结构及类型 场效应管的工作原理 5结型场效应管 转移特性和输出特性 主要参数 MOS场效应管的结构及类型 MOS场效应管的工作原理6MOS场效应管 转移特性和输出特性 主要参数 MOS场效应管的使用注意事项2.4 主要内容2.4.1 半导体及其特性半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，故称为半导体，典型的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、硒（Se）、砷化镓（GaAs）及许多金属氧化物和金属硫化物等。半导体具有以下特性：（1）热敏特性：当半导体受热时，电阻率会发生变化，利用这个特性制成热敏电阻。（2）光敏特性：当半导体受到光照时，

4、电阻率会发生改变，利用这个特性制成光敏器件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。（3）杂敏特性：当在纯净的半导体中掺入微量的其它杂质元素(如磷、硼等)时，其导电能力会显著增加，利用这个特性制成半导体器件，如半导体二极管、半导体三极管、场效应管、晶闸管等等。通常将纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。而掺入杂质元素的半导体称为杂质半导体。杂质半导体又分为P型半导体和N型半导体。首先介绍本征半导体。2.4.2 本征半导体1本征半导体具有晶体结构的纯净半导体称为本征半导体。最常用的半导体材料为硅（Si）和锗（Se）。 2半导体的共价键结构在硅或锗的本征半导体中，由于原子排列整齐和紧密，原来属

5、于某个原子的价电子，可以和相邻原子所共有，形成共价键结构。图2-1所示为硅和锗共价键的(平面)示意图。3载流子在绝对零度和未获得外加能量时，半导体不具备导电能力。但由于共价键中的电子为原子核最外层电子，在温度升高或者外界供给能量下最外层电子容易被热激发成为自由电子，如图2-2所示。共价键失去电子后留下的空位称为空穴，电子和空穴成对出现，称为载流子。空穴参与导电是半导体导电的特点，也是与导体导电最根本的区别。2.4.3 N型半导体和P型半导体为了提高本征半导体导电能力，应增加载流子的数目，在本征半导体中掺入微量的其它元素（称为掺杂），形成杂质半导体。1N型半导体如果在硅或锗的本征半导体中掺入微量

6、的5价元素（如磷）后，其自由电子数目远远大于空穴数目，故这种半导体称为N型电子半导体，简称N型半导体。N型半导体中自由电子为多数载流子（多子），空穴为少数载流子（少子），磷原子称为施主杂质。而且多数载流子决定于掺杂浓度，少数载流子取决于温度。2P型半导体如果在硅或锗的本征半导体中掺入微量的3价硼（B）元素，则形成P型半导体。在P型半导体中，空穴的数量远远大于自由电子数，空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子，故P型半导体也称为空穴半导体，硼原子称为受主杂质。无论是N型半导体还是P型半导体，尽管有一种载流子占多数，但整体上仍然是电中性的。2.4.4 PN结及其单向导电性1. PN结的形成利用特殊

7、的制造工艺，在一块本征半导体（硅或锗）上，一边掺杂成N型半导体，一边形成P型半导体，这样在两种半导体的交界面就会形成一个空间电荷区，即PN结。由于PN结的特殊性质，使得它成为制成各种半导体器件的基础。PN结形成的示意图如图2-3所示。2工作原理由于两边载流子浓度的差异，P型半导体中的“多子”空穴向N型区扩散，而N型半导体中的“多子”自由电子向P型区扩散。在“多子”扩散到交界面附近时，自由电子和空穴相复合，在交界面附近只留下不能移动的带正负电的离子，形成一空间电荷区并形成的内电场使P区的“少子”电子和N区的“少子”空穴漂移。扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，PN结就形成了。3PN结的单向导电性

8、1）PN结外加正向电压 如图2-4所示电路图，P区接电源的正极、N区接电源的负极，形成较大的扩散电流，其方向是由P区流向N区，该电流称为正向电流。在一定范围内，随着外加电压的增大正向电流也增大，称之为PN结的正向导通，此时PN结呈低电阻状态。2）PN结外加反向电压PN结外加反向电压，即P区接电源的负极、N区接电源的正极，如图2-5所示。此时即在外电场的作用下，P区的自由电子向N区运动，N区的空穴向P区运动，形成反向电流，其方向是由N区流向P区。由于少数载流子是由于价电子获得能量挣脱共价键的束缚而产生的，数量很少，故形成的电流也很小，此时PN反向截止，呈现高阻状态。总之，当PN结加正向电压时导通

9、，呈低阻态，有较大的正向电流流过；当PN结加反向电压时截止，呈高阻态，只有很小的反向电流（纳安级）流过。PN结的这种特性称为单向导电性。2.5 半导体二极管2.5.1 二极管的结构、类型及符号将一个PN结封装起来，引出两个电极，就构成半导体二极管，也称晶体二极管。其电路中的表示符号如图2-6a所示。二极管的外形如图2-6b所示。二极管按材料可分为硅二极管、锗二极管、砷化镓等；按工艺结构可分为点接触型、面接触型和平面型二极管。点接触型的二极管的PN结是由一根很细的金属丝和一块半导体通过瞬间大电流熔接在一起形成的，其结面积很小，故不能承受大电流和较高的反向电压，一般用于高频检波和开关电路。面接触型

10、二极管的PN结采用合金法或扩散法形成，其结面积比较大，可以承受大电流。但由于结面积大，其结电容也比较大，故工作频率低，一般用在低频整流电路。2.5.2 二极管的伏安特性及主要性能参数2.5.2.1二极管的伏安特性1正向特性：二极管的正向特性对应图2-7曲线的（1）段，此时二极管加正向电压，阳极电位高于阴极电位。当正向电压较小时（小于开启电压），二极管并不导通。硅材料的二极管开启电压约为0.5V，锗材料的二极管开启电压约为0.1V。当正向电压足够大，超过开启电压后，内电场的作用被大大削弱，电流很快增加，二极管正向导通，此时硅二极管的正向导通压降在0.60.8V，典型值取0.7V；锗二极管的正向导

11、通压降在0.10.3V，典型值取0.2V。二极管正向导通时的电流和电压近似满足下式： (2-1)式中为二极管通过的电流，u为二极管两端的电压；U T为温度电压当量，且，其中k为波耳兹曼常数，q为电子电荷，T为热力学温度，即绝对温度（300K），室温下；为二极管的反向饱和电流。2反向特性： 二极管的反向特性对应图2-7所示曲线的（2）段，此时二极管加反向电压，阳极电位低于阴极电位。应注意到，硅管的反向电流要比锗管小得多，小功率硅管的反向饱和电流一般小于0.1A，锗管约为几个微安。3击穿特性：当二极管反向电压过高超过反向击穿电压时，二极管的反向电流急剧增加，对应图2-7图中的（3）段。由于这一段电

12、流大、电压高， PN结消耗的功率很大，容易使PN结过热烧坏，一般二极管的反向电压在几十伏以上。2.5.2.2 主要性能参数 1. 额定整流电流IF：二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流值。 2. 最高反向工作电压URM：保证二极管不被击穿的最高反向电压。 3. 反向饱和漏电流：二极管两端加反向电压时流过二极管的电流。 4. 直流电阻：的几何意义是静态工作点Q点到原点的直线斜率的倒数。 5. 交流电阻：几何意义是二极管伏安特性曲线上Q点处切线斜率的倒数。6. 最高工作频率：二极管正常工作时允许通过交流信号的最高频率。7.反向恢复时间：二极管由导通突然反向时，反向电流由很大衰减到接近IS时

13、所需要的时间。大功率开关管工作在高频开关状态时，反向恢复时间是二极管的一项重要指标。2.5.2.3 二极管的等效模型及其应用1.小信号模型 当二极管外加正向偏置电压时，可得到其直流工作点Q，如图2-8a所示，称为静态工作点。在此基础上给二极管外加微小变化的信号，则二极管的电压和电流将在其伏安特性曲线上Q点附近变化，且变化范围较小，可近似认为是在特性曲线的线性范围之内变化，于是用过Q点的切线代替微小变化的曲线，如图2-8a中Q点附近的小直角三角形所示，并由此将工作在低频小信号时的二极管等效成一个动态电阻，同时用图2-8a中的表示的模型，称为二极管的小信号电路模型。2.大信号模型 二极管在许多情况

14、下都是工作在大信号条件下(如整流二极管、开关二极管等)。在大信号条件下，根据不同的精度要求，二极管可以用折线模型、恒压模型和理想模型来表示。(1) 折线模型 图2-8b为二极管的折线模型。该模型中考虑了二极管的开启电压，当时二极管才导通，且电流与成线性关系，直线的斜率为，其中，当时二极管截止，电流为零。(2) 恒压降模型图2-8c为二极管的恒压降模型。当二极管的正向导通压降与外加电压相比不能忽略时，二极管正向导通可看成是恒压源（硅管典型值为0.7V，锗管典型值为0.2V），且不随电流变化而变化；截止时反向电流为零，做开路处理。(3) 理想模型 图2-8d为二极管的理想模型。在二极管的工作电压幅

15、度较大时，认为可以忽略二极管的正向导通压降和反向饱和电流，即正偏时二极管导通电压为零，相当于开关闭合；反偏压时二极管截止电流为零，相当于开关断开。2.6 特殊半导体二极管2.6.1 稳压管及其应用 稳压管是一种由特殊工艺制成的面接触型硅二极管，其表示符号与伏安特性如图2-9所示。稳压管工作在反向击穿区，并且在一定电流范围内（IZ），稳压管不会损坏。由于稳压管的击穿是齐纳击穿，故稳压管也称为齐纳二极管。由图2-9b可以看出，稳压管加一定的反向电压击穿后，反向电流在很大范围内变化，管子两端的电压基本保持不变，这就是稳压管之所以稳压的原因。 稳压管的主要参数如下1. 稳定电压UZ: 稳定电压是稳压管

16、正常工作时的反向击穿电压。2. 稳定电流IZ: 稳定电流是指稳压管工作在稳定电压时的参考电流。3. 最大稳定电流IZM: 稳压管在反向工作时稳压电流的最大稳定电流。4. 最大允许耗散功率PZM：是指稳压管的PN结不至于由于结温过高而损坏的最大功率。5动态电阻：在稳压工作区域内电压的变化量与电流变化量的比值。6电压温度系数：是反映稳压管稳定电压受温度影响的参数。在负载变化不大的场合，稳压管常用来做稳压电源，由于负载和稳压管并联，又称为并联稳压电源。稳压管在实际工作时要和电阻相配合使用，其电路如图2-10所示。其中R为限流电阻，使得稳压管的稳定电流在一定范围内，另外也起到电压的调节作用。选择稳压管

17、一般取UZUoIZM(1.5 3) IOM (2-2) UI = (23) Uo 当负载电阻RL和输入电压UI一定时，电阻R的选择是根据稳压管的电流不超过正常工作范围来选的。稳压管的电流是在IZmin IZ IZM之间，由图2-10可知 (2-3)可得电阻R的取值范围为 (2-4)2.6.2* 半导体光电器件2.6.2.1发光二极管 发光二极管也叫LED，它是由砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）、磷砷化镓（GaAsP）等半导体制成的，因此不仅具有一般PN结的单向导电性，而且在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一

18、部分与多数载流子（多子）复合而发光。故发光二极管工作时要加正向电压。2.6.2.2* 光电二极管光电二极管（也叫光敏二极管）是将光信号变成电信号的半导体器件，与光敏电阻相比具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优点。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，在光电二极管的管壳上有一个能射入光线的窗口，窗口上镶着玻璃透镜，光线可通过透镜照射到管芯，而且PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些， PN结的结深很浅，一般小于1微米，这主要是为了提高光的转换效率。2.6.2.3* 变容二极管变容二极管是利用外加反向电压改变二极管结电容容量的

19、特殊二极管，与普通二极管相比，其结电容变化范围较大。由于改变反向电压的大小可以改变结电容容量的大小，常用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等电路。2.6.2.4* 快速二极管快速二极管的工作原理与普通二极管是相同的，但由于普通二极管工作在开关状态下的反向恢复时间较长，约45ms，不能适应高频开关电路的要求。快速二极管主要应用于高频整流电路、高频开关电源、高频阻容吸收电路、逆变电路等，其反向恢复时间可达10ns。快速二极管主要包括肖特基二极管和快恢复二极管。肖特基二极管是由金属与半导体接触形成的势垒层为基础制成的二极管，其主要特点是正向导通压降小（约0.45V），反向恢复时间短和开关损耗小。但

20、目前肖特基二极管存在的问题是耐压比较低，反向漏电流比较大，用于功率变换电路中的肖特基二极管的大体水平是耐压在150V以下，平均电流在100A以下，反向恢复时间在1040ns。肖特基二极管应用在高频低压电路中，是比较理想的。 目前快速恢复二极管主要应用在逆变电源中作整流元件，高频电路中的限幅、钳位等。2.7 半导体二极管的应用示例 二极管的应用范围很广泛，主要是由于二极管具有单向导电性，所以利用二极管可以进行整流、限幅、保护、检波、钳位及开关电路等，下面主要介绍二极管在几个方面的应用。1整流电路 整流电路就是利用二极管单向导电性将方向双向交替变化的正弦波变换成单一方向脉动的直流电。2开关电路 由

21、于二极管正向导通电阻小，理想情况下可以看成零，相当开关接通；而反向电阻很大，理想情况下可以看成无穷大，相当开关断开。3限幅电路把输出电压的最高电平限制在某一数值或某一范围内，称为限幅电路。4低电压稳压电路 稳压电路是电子电路中常见的组成部分，它可以作为基准电源，常用特殊二极管稳压管(齐纳二极管)构成稳压电路。5检波电路利用二极管的单向导电性，从经过调制的高频调幅振荡电流中，取出调制信号的过程称为检波，电路如图2-12所示。二极管单向导通，将负半周的波形去掉，然后通过电容滤波将高频成分滤掉，只剩下低频（包络线）信号通过负载输出。2.8 晶体三极管2.8.1 晶体三极管的分类及结构晶体三极管通常简

22、称为三极管，也称为晶体管和半导体三极管。晶体管的结构示意图及其符号如图2-13所示。图2-13a所示为NPN型晶体管，图2-13c所示为PNP型晶体管。晶体管有三个区：基区、集电区和发射区；两个PN结：集电区和基区之间的PN称为集电结，基区和发射区之间的PN结称为发射结；三个电极：基极b、集电极c和发射极e。其结构特点是发射区掺杂浓度高，集电区掺杂浓度比发射区低，且集电区面积比发射区大，基区掺杂浓度远低于发射区且很薄。2.8.2晶体管的工作原理1. 晶体管放大交流信号的外部条件 要使晶体管正常放大交流信号，除了需要满足内部条件外，还需要满足外部条件：发射结外加正向电压（正偏压），集电结外加反向

23、电压（反偏压），对于NPN管，；对于PNP管，。2. 晶体管内部载流子运动过程 发射区的电子向基区运动如图2-14所示。由于发射结外加正向电压，多数载流子不断越过发射结扩散到基区，形成了发射区电流。同时基区的多子空穴也会向发射区扩散，形成空穴电流。 发射区注入到基区的电子在基区的扩散与复合当发射区的电子到达基区后，由于浓度的差异，且基区很薄，电子很快运动到集电结。在扩散过程中有一部分电子与基区的空穴相遇而复合。 集电区收集发射区扩散过来的电子由于集电结加反向电压，基区中扩散到集电结边缘的非平衡“少子”电子，在电场力作用下，几乎全部漂移过集电结，到达集电区，形成集电极电流。同时，集电区“少子”空

24、穴和基区本身的“少子”电子，也向对方做漂移运动，形成反向饱和电流。是由“少子”形成的电流，称为集电结反向饱和电流。3. 晶体管的电流分配关系由图2-14可得 (2-5) (2-6) (2-7) (2-8)2.8.3 晶体管的特性曲线及主要参数1. 晶体管的特性曲线 1）输入特性输入特性曲线是指在集射极电压为一定值时，输入基极电流与输入基射极电压之间的关系曲线，如图2-15a所示，即 (2-9) 2） 输出特性晶体管输出特性是指当为定值时，集电极电流与集射极之间电压的关系曲线，即 (2-10) 3）工作区域一般将输出特性分成三个区：放大区、饱和区和截止区。(1) 放大区晶体管工作在放大区时，其发

25、射结正向偏置，集电结处于反向偏置。 (2) 饱和区晶体管工作在饱和区时，此时发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。(3) 截止区当晶体管工作在截止区时，发射结反偏压或正偏压小于开启电压且集电结反偏置，很小。2. 晶体管的主要参数 共发射极直流电流放大系数 共发射极交流电流放大系数 1电流放大倍数 共基极直流电流放大系数 共集电极直流电流放大系数 2极间反向电流 集电极基极之间的反向饱和电流 集电极发射极之间的穿透电流 集电极最大允许电流3极限参数 集电极发射极之间反向击穿电压 集电极最大允许功率损耗2.9 结型场效应管(JFET)2.9.1 N沟道结型场效应管1) N沟道结型场效应管的结构 结

26、型场效应管的结构示意图及其符号如图2-16所示。图2-16a所示为N沟道JFET的结构示意图。FET也有三个电极，分别称为栅极G、源极S和漏极D。两个PN结之间的N型区域称为N型导电沟道，简称N沟道，其符号如图2-16c所示。 图2-16b所示为P型沟道JFET的结构示意图，其符号如图2-16c所示。2) N沟道结型场效应管的工作原理 (1) 对导电沟道和的控制作用当时，导电沟道未受任何电场的作用，导电沟道最宽，当外加时，最大；当由零向负值增大时，在的反向偏置电压作用下，耗尽层将加宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大，外加时，将减小；当时 ，两侧的耗尽层在中间完全合拢，导电沟道被夹断；相应的栅源极之

27、间的电压称为夹断电压。可见，改变的大小可以有效控制导电沟道电阻的大小。 (2) 对导电沟道和的控制作用 当为某一固定值，且时，若则。增大，沟道中的DS之间的电位梯度将发生变化，在电场的作用下导电沟道中形成的沟道电流也增大。当增大到，即时，靠近漏极端的耗尽层出现预夹断。这时增大也不会使有明显的增大。沟道中相应电位差用夹断电压表示。预夹断处A点的电压与和关系如下 (2-11)3) 结型场效应管的特性曲线 1. 输出特性曲线 N沟道结型场效应管的输出特性曲线是指当栅源电压一定时，FET漏极电流与漏源电压之间的关系曲线，用函数关系表示为 (2-12)JFET的输出特性曲线也分为几个区域，其曲线如表2-

28、1所示。1) 可变电阻区。 2) 放大区。3) 击穿区。 4) 截止区。 2转移特性曲线转移特性是指在漏源电压为某一常数时，与之间的关系曲线，即 (2-13) 由于输出特性和转移特性都是用来描述FET的电压与电流之间关系，因此，转移特性可以直接从输出特性上通过作图法求得。在的范围内，随的增加(负数减小)近似按平方律上升，即 (2-14)2.9.2 绝缘栅场效应管 JFET的直流输入电阻可以高达1069，为了进一步提高FET的输入电阻，可采用MOSFET。由于MOSFET的栅极处于绝缘状态，其输入电阻可以高达1015。1) N沟道增强型MOSFET 1. N沟道增强型MOSFET的结构 N沟道增

29、强型MOSFET结构的示意图如图2-17a所示，增强型MOSFET的符号如图2-17b所示。 2. N沟道增强型MOSFET的工作原理 (1) 对的控制作用 a. 时，没有N型导电沟道 b. 时，出现N沟道。 可以通过控制N型沟道的厚度，此时在的作用下将产生漏极电流。显然越大导电沟道越厚，沟道电阻值越小，通常将在作用下开始导电时的称为开启电压，用表示。也正是由于这种场效应管在时才形成导电沟道，才称之为增强型场效应管。 (2) 对的影响 当导电沟道形成，此时外加漏源电压将产生漏极电流。当较小时，随增大而迅速增大。当增加到时，靠近漏极端的沟道厚度为零，出现预夹断。若继续增大，使，导电沟道的夹断点向

30、源极方向移动，夹断区域向源极方向延伸，沟道电阻增大，电流趋于饱和，基本不随的变化而变化，仅取决于。3. N沟道增强型MOSFET的特性曲线 N沟道增强型MOSFET的特性曲线也分为输出特性和转移特性。输出特性同样分为可变电阻区、放大区(饱和区)、击穿区和截止区。转移特性同样是在的条件下，从输出特性曲线上用作图法求出。增强型MOSFET的转移特性同样以为参变量时，漏极电流随栅源电压变化的关系曲线。漏极电流的近似表达式为 (2-15)式中，是时的漏极电流。2) N沟道耗尽型MOSFET 1. N沟道耗尽型MOSFET的结构 N沟道耗尽型MOSFET的结构示意图如图2-19a所示。耗尽型MOSFET

31、的符号如图2-19b所示。N沟道耗尽型MOSFET的结构与增强型MOSFET结构相似，不同之处在于N沟道耗尽型MOSFET在制造过程中在栅源之间的SiO2中注入一些离子(图中2-19中用“”表示)，使漏源之间的导电沟道在时导电沟道就已经存在了，这一沟道称为初始沟道。因此称为N沟道耗尽型MOSFET。由于时就存在初始导电沟道，所以只要加上就能形成漏极电流。 2. N沟道耗尽型MOSFET的特性曲线N沟道耗尽型MOSFET的漏极电流可近似表示为 (2-16) 式中。是时的漏极电流。 表2-1 各种场效应管特性比较结 构工作方式符号转移特性输出特性结型场效应管N沟道JFET耗尽型P沟道JFET耗尽型

32、 MOS场效应管N沟道MOS管增强型耗尽型P沟道MOS管增强型 耗尽型 2.10典型例题分析例2-1 电路如例2-1图所示，设二极管是理想的，试判断二极管是导通还是截止？并求输出电压UAO。 解：若要判断二极管是导通还是截止，则可先假设二极管移开，计算二极管的阳极和阴极之间的电位差。若该电位差大于零，则表明二极管可能导通；若该电位差小于或等于零，则二极管截止。对于例2-1图a所示电路，移开二极管后的电路如图例2-1图b所示，两个二极管的阳极和阴极之间的电位差分别为 故二极管D1导通，D2截止。由于二极管为理想二极管，所以D1做短路处理，D2做开路处理，其等效电路如例2-1图c所示。则输出电压为

33、： 例2-2 例2-2图所示电路中的二极管是硅管，若二极管为理想二极管，则流过二极管中的电流是多少？如果二极管正向导通压降为0.7V，则流过二极管中的电流又是多少？若U20V，且二极管正向导通压降为0.7V，则流过二极管中的电流又是多少？解：由例2-2图a所示电路 若二极管为理想二极管，二极管D承受正向电压而导通，UD0V，二极管中的电流为 如果二极管正向导通压降为0.7V先判断二极管是导通还是截止。假设将二极管移开，则R2两端的电压为 由于硅二极管的开启电压约为0.5V，故二极管截止，ID0 若U20V，且二极管正向导通压降为0.7V，则假设移开二极管后R2两端的电压为由于二极管两端电压大于

34、开启电压，故D导通，二极管用恒压源代替，其等效电路如例2-2图b所示，恒压源两端电压为UD0.7V，则二极管中的电流为例2-3 如图2-10所示电路中，UI12V，稳压管稳定电压UZ6V，稳定电流10mA，电阻R100，RL150 。求、IR和稳压管实际工作电流 IZ；若稳压管最大稳定电流=50mA，试问UI允许波动的范围是多少？若VI =12V，VZ=6V,稳压管稳定电流IZ10mA，最大稳定电流=50mA，问负载电阻RL允许变化的范围是多少？解： 由电路可知，。 则稳压管的实际工作电流为 若稳压管最大稳定电流IZM=50mA，而稳定电流IZ10mA，则由电路可知 当IZ10mA时当IZM5

35、0mA时 故UI允许波动的范围是（1115）V。若VI =12V，VZ =6V,稳压管稳定电流IZ10mA，最大稳定电流=50mA，由电路可知 当IZ10mA时 当IZM50mA时 故RL允许变化的范围是（120600），取其中合适的标称值电阻。2.11 习题及其解答(供参考)一、自测题 2-1 思考题(1) PN结的伏安特性有何特点？答：PN结的特性为单向导电性，PN结加正向偏压时呈导通状态，且正向导通时，硅管PN结上有0.7V的恒压降，锗管PN结上有0.2V的恒压降；PN加反向偏压时，呈截止状态。(2) 硅二极管和锗二极管的伏安特性有何异同？答：相同之处：都是正向导通、反向截止； 不同之处

36、：硅二极管正向导通恒压降为0.7V，锗二极管为0.2V； 硅二极管正向开启电压为0.5V，锗二极管为0.1V； 硅二极管反向漏电流比锗二极管小得多；(3) 二极管是非线性元件,它的直流电阻和交流电阻有何区别？用万用表欧姆档测量的二极管电阻属于哪一种？为什么用万用表欧姆档的不同量程测出的二极管阻值也不同？答： 二者定义不同 直流电阻是指二极管两端所加的直流电压与直流电流之比，即，而且正向时，较小，反向时，较大；交流电阻是指在工作点Q附近的小范围内，电压变化量与电流变化量之比，即。 万用表欧姆档测量的二极管电阻属于直流电阻； 由于在万用表欧姆档的不同量程作用下，流过二极管的直流电流大小不一样，而二

37、极管是非线性元件，所以，不同量程测出的二极管直流电阻也不同。(4) 什么是二极管的开启电压？为什么会出现开启电压？硅管和锗管的开启电压大约是多少？答：由二极管的伏安特性曲线可知，二极管正向电压较小时，有一段的导通电流几乎为零，该范围称作死区，当二极管两端的正向电压增大到一定值时，PN结内电场的作用被大大削弱，电流迅速增加，二极管开始导通，此时二极管所加的正向电压称作开启电压；若外加电压小于开启电压时，外加电场强度还不足以克服PN结内电场的作用，还不足以使载流子运动，从而形成不了电流，仅当外加电压大于开启电压时二极管才开始导通。 硅二极管开启电压为0.5V，锗二极管为0.1V；(5) 为什么稳压

38、管的动态电阻越小稳压效果越好？答：稳压管的动态电阻越小，电流波动引起的电压波动幅度就越小，稳压效果就越好。(6) 单色发光二极管的两个引脚不一样长时，长脚是发光二极管的阳极还是短脚是阳极？答：长脚为阳极。(7) 在物理结构上晶体管由两个背靠背的PN结组成，且基区很薄，那么晶体管与两只对接的二极管有什么区别？晶体管的发射极和集电极是否可以调换使用？为什么？答：将两个二极管背靠背地连接在一起是不能构成一个晶体管的。因为根据晶体管的内部结构条件，基区很薄，只能是几个微米，若将两个二极管背靠背连接在一起，其基区太厚，即使是发射区能向基区发射电子，到基区后也都会被基区中大量的空穴复合掉，根本不可能有载流

39、子继续扩散到集电区，所以这样的“晶体管”是不会有电流放大作用的。集电极和发射极对调使用，晶体管不会损坏，但是其电流放大能力大大降低。因为集电极和发射极的杂质浓度差异很大，且结面积也不同。(8) 场效应管的性能与晶体管相比有哪些特点？答：1场效应管的源极s、栅极g、漏极d分别对应于晶体管的发射极e、基极b、集电极c，它们的作用相似。2场效应管是电压控制电流器件，由vGS控制iD，其放大系数gm一般较小，因此场效应管的放大能力较差；晶体管是电流控制电流器件，由iB（或iE）控制iC。3场效应管栅极几乎不取电流（ig0）；而晶体管工作时基极总要吸取一定的电流。因此场效应管的输入电阻比晶体管的输入电阻

40、高。4 场效应管只有多子参与导电；晶体管有多子和少子两种载流子参与导电，而少子浓度受温度、辐射等因素影响较大，因而场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化很大的情况下应选用场效应管。5 场效应管在源极与衬底不连在一起时，源极和漏极可以互换使用，且特性变化不大；而晶体管的集电极与发射极互换使用时，其特性差异很大。 6 场效应管的噪声系数很小，在低噪声放大电路的输入级及要求信噪比较高的电路中要选用场效应管。7 场效应管和晶体管均可组成各种放大电路和开路电路，但由于前者制造工艺简单，且具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽等优点，因而被广泛用于大规模和超大规模集成电路中。2-2 选择题 (1) P型半导体中的多数载流子是B ，N型半导体中多数载流子是 A 。 A电子