南航考研模拟电子线路(模电)第一章02

[e-mail]电子线路基础2020/1/41.2.4半导体二极管及其参数1.半导体二极管的结构半导体二极管：由PN结加上两根电极引线并封装在管壳中可构成。点接触型二极管：特点是PN结面积小，不能承受高的反向电压和大的正向电流，但其结电容小，工作频率可达100MHz以上。因此适用于高频检波和小功率整流。[e-mail]电子线路基础2020/1/4面接触型二极管：特点是PN结面积较大，因而结电容大，工作频率低。适用于大电流、低频率的场合，常用于低频整流电路中。+_正极负极电流方向[e-mail]电子线路基础2020/1/42.半导体二极管的伏安特性实测二极管2CP10(硅管)、2AP10(锗管)的伏安持性曲线：[e-mail]电子线路基础2020/1/43.半导体二极管的主要参数（1）直流电阻：二极管两端所加直流电压与流过它的直流电流之比：在正向工作区域，随工作电压增大而减小。在反向工作区域，随反向电压增大而增大。DDDIUR[e-mail]电子线路基础2020/1/4（2）交流电阻：二极管在其工作点处的电压微变量与电流微变量之比：二极管伏安特性曲线上点处切线斜率的倒数。又称为二极管的增量结电阻，或肖特基电阻。)(DQDQIU，DQDQ,DQDQ,dIUIUIUdIdUrdr)Q(DQDQIU，DQTQsTQdTIUeIUdIdUrUu[e-mail]电子线路基础2020/1/4TDQUusTUusdUIeIUeIduddudirTT1)]1([[e-mail]电子线路基础2020/1/4（3）最大整流电流二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。其大小由PN结的结面积和外界散热条件决定。（4）最大反向工作电压二极管安全工作时所能承受的最大反向电压。手册上一般取击穿电压的一半作为。（5）反向电流二极管未击穿时的反向电流。值越小，二极管单向导电性越好。的值随温度变化而改变，使用时要加以注意。（6）最高工作频率由PN结的结电容大小决定。二极管的工作频率超过时，单向导电性变差。FMIRMU(BR)[e-mail]电子线路基础2020/1/41.2.5二极管的电路模型1.理想模型[e-mail]电子线路基础2020/1/42.定压降模型。。++00.20.40.60.8246810UD(on)UD(on)UD(on)[e-mail]电子线路基础2020/1/43.分段线性模型+--/V/V/[e-mail]电子线路基础2020/1/44.二极管的数学模型理想PN结的数学模型：为了反映二极管的实际伏安特性：式中代表半导体体电阻和引线接触电阻；n为非理想化因子，其值与I有关，I为正常值时，，I过大或过小时，。11TSSUUTkUqeIeII)ln(1STSIIUnRIUSR1n2[e-mail]电子线路基础2020/1/45.SPICE软件中二极管的模型[e-mail]电子线路基础2020/1/41.3特殊二极管1.3.1稳压二极管1.3.2变容二极管1.3.3发光二极管[e-mail]电子线路基础2020/1/41.3.1稳压二极管动态电阻：在击穿区域，和之比，用表示。越小，电流变化时电压的变化愈小，即稳压特性越好。ZΔUZΔ[e-mail]电子线路基础2020/1/4稳压电路的稳压原理如下：当升高时，（即）增大，增大导致剧增，剧增使R上压降增大，因为，从而抵消了增大导致增大的趋势，使稳定。....iUiUOUOUOUZUZUZIZIRURiOUUU[e-mail]电子线路基础2020/1/4R的选择应满足使稳压管工作在稳压区，下面讨论R的选择方法。当时，应满足：即当时，应满足：即限流电阻R的选择范围为：LmaxLimaxiRRUU＝、ZIZmaxLmaxZZimaxZIRURUUIminLmaxZZmaxLmaxZimaxRRUIRUURLminLiminiRRUU＝、ZIZminLminZZiminZIRURUUIZminLminZZiminZIRURUUImaxLminZZminLminZiminRRUIRUURmaxminRRR[e-mail]电子线路基础2020/1/41.3.2变容二极管二极管结电容随外加电压而变化，反向电压越大，结电容越小。[e-mail]电子线路基础2020/1/41.3.3发光二极管发光二极管也具有单向导电性，只有当外加正向电压使得正向电流足够大时，发光二极管才发出光来。发光二极管通常用作显示器件，工作电流一般在几mA至几十mA之间。[e-mail]电子线路基础2020/1/41.3.4光电二极管光电二极管在无光照时，与普通二极管一样，具有单向导电性。在有光照时，特性曲线下移，位于第三、四象限内。在第三象限内，照度越大，光电流就越大，两者成线性关系，特性曲线是一组近似与横轴平行的直线。在第四象限内，呈光电池特性。[e-mail]电子线路基础2020/1/41.4半导体三极管1.4.1三极管的结构1.4.2三极管的工作原理1.4.3三极管的特性曲线1.4.4三极管的主要参数1.4.5三极管的小信号模型1.4.6三极管其它工作模式的等效电路[e-mail]电子线路基础2020/1/41.4.1三极管的结构三极管又称为双极型晶体管，有多种分类方法:按结构：NPN型和PNP型；按功率大小：大、中、小功率管;按所用半导体材料：硅管和锗管;按照频率：高频管和低频管。[e-mail]电子线路基础2020/1/4发射极E、基极B和集电极C：两块N型半导体中间夹一块P型半导体,三块半导体的电极引线。发射区、基区和集电区：这三块半导体。相应半导体交界处形成了两个PN结：发射结：发射区和基区交界处的PN结。集电结：集电区和基区交界处的PN结。PNP三极管与NPN三极管不同在于结构上中间是N型半导体，两边是P型半导体。[e-mail]电子线路基础2020/1/4NPN三极管PNP三极管[e-mail]电子线路基础2020/1/41.4.2三极管的工作原理1.共基极接法时三极管内部载流子的传输过程三极管有三个电极：一个电极作为信号输入端，另一个电极作为信号输出端，剩下的电极是输入、输出回路的公共端。根据公共端的不同，三极管电路有共基极、共发射极和共集电极三种组态。要使三极管有放大作用，三极管的发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置。[e-mail]电子线路基础2020/1/4NPN管共基接法电子发射示意图[e-mail]电子线路基础2020/1/4(1)发射区向基区注入电子发射结在正向偏置时，发射区中的多子(自由电子)通过发射结注入到基区，形成电子电流；基区中的多子(空穴)通过发射结注入到发射区，形成空穴电流。因发射结为不对称结，发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度，所以远远大于。[e-mail]电子线路基础2020/1/4(2)电子在基区中扩散与复合发射区中的电子(多子)注入到基区后，便从发射结一侧向集电结方向扩散。在扩散过程中又可能与基区中空穴复合，不过由于基区做得很薄，且掺杂浓度低，所以从发射区注入到基区的电子少部分与空穴复合掉，绝大部分到达集电结。[e-mail]电子线路基础2020/1/4(3)集电区收集电子集电结上加的是反向偏置，在反向电压作用下，在基区中扩散到集电结边缘的电子顺利地漂移通过集电结，形成电流。同时，由于集电结是反向偏置，基区中少数载流子电子和集电区中少数载流子空穴在结电场作用下形成反向饱和电流，用表示。的大小取决于少数载流子的浓度，受温度影响很大。[e-mail]电子线路基础2020/1/4NPN管共基接法电子发射示意图[e-mail]电子线路基础2020/1/4(4)电流分配关系共基电流传输系数：α的大小一般为0.99～0.995。发射极电流为：集电极电流为：α近似为常数，与成正比。的改变控制了的变化，所以三极管是一种电流控制器件。而基极电流与的关系为：CNEIIENEPENEIIIICBOCNCIIICBOECIIICICIEIEIBIECII、[e-mail]电子线路基础2020/1/42.共射接法时三极管的电流控制关系三极管上所加电压，从而保证三极管发射结正偏，集电结反偏。0BECEUUCBEIIICBOECIII，CBOBC111III可以得到：[e-mail]电子线路基础2020/1/4令：式中β称为共发射极电流放大系数，其值一般为几十～几百。得到：令：称为集电极—发射极间的反向饱和电流或称为穿透电流。可得：当较小可忽略时：的改变控制了的变化，也体现了三极管的电流控制功能。1CBOBC)1(IIICBOCEO)1(IICEOICEOBCIIICEOIBCII[e-mail]电子线路基础2020/1/41.4.3三极管的特性曲线共射组态三极管的输入特性：当三极管接成共射组态时，以为参变量，表示输入电流和输入电压之间关系的共射组态三极管的输出特性：以为参变量，输出电流和输出电压之间关系的CEuBiBEu常数CEBE1BuufiBiCiCEu常数[e-mail]电子线路基础2020/1/41.输入特性曲线[e-mail]电子线路基础2020/1/4（1）时，加上正向电压，和的关系与二极管相似，呈指数关系。（2）增大，输入特性曲线向右移动。（3）时，集电结所加的反向电压已经能把这些电子中的绝大部分拉到集电极，所以再增加，不再明显减小。0CEuBiBEuCEuCEuV1CE[e-mail]电子线路基础2020/1/42.输出特性曲线饱和、放大区分界虚线：uCE=uBE左侧（饱和区）：uCEuBE即：uBC0集电结正偏右侧（放大区）：uCEuBE即：uBC0集电结反偏截止、放大区分界线：iE=[e-mail]电子线路基础2020/1/4iC=βiB+ICEO放大区（发射结正偏，集电结反偏）1.曲线平行，iC不随uCE变化2.均匀分布3.略有上翘4.iB=0,[e-mail]电子线路基础2020/1/4iCβiB饱和区（发射结正偏，集电结正偏）[e-mail]电子线路基础2020/1/4截止区（发射结反偏，集电结反偏）iC=αiE+iCBOiE=[e-mail]电子线路基础2020/1/4(2)放大区所谓放大区，是指三极管发射结正偏，集电结反偏的工作状态。当且进一步增大时，集电结上反向电压增大