模电chapter2-2

主要内容链接 2.3 半导体二极管 1. 半导体二极管的结构 2. 二极管的V-I特性 3. 二极管的参数

2.4 二极管基本电路及其分析方法 1. 二极管正向V-I特性的各种模型 2. 模型应用举例

2.5 特殊二极管 1. 齐纳二极管

2.3 半导体二极管1. 半导体二极管的结构半导体二极管是由PN结加上引线和管壳做成的，按 结构可分为点接触型、面接触型、平面型等类型。

(1) 点接触型二极管

优点：结电容小，工作 频率高 缺点：不能承受高电压 和大电流 应用：高频检波、脉冲 数字电路里的开 关、小电流整流

(2) 面接触型(面结型)二极管优点：能通过较大的 正向电流，反 向击穿电压高， 工作温度较高

缺点：结电容大，工 作频率低应用：低频整流

(3) 集成电路中的平面型二极管

平面型二极管属于稳定性好和寿命长的类 型。实际应用中，作为大电流整流的型号 较少，而作小电流开关用的型号则很多。

(4) 二极管的代表符号和实物照片

2. 二极管的V-I特性Vth =0.5V Vth =0.1V

①:正向特性区 ②:反向特性区 ③:反向击穿特性区

门坎电压(死区电压) Vth

2. 二极管的V-I特性

44页：半导体器件型号命名方法

3. 二极管的参数(1) 最大整流电流IF管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。

(2) 反向击穿电压VBR管子反向击穿时的外加电压值。一般手册上给出的 最高反向工作电压约为击穿电压的一半。

(3) 反向电流IR管子未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单 向导电性越好， IR不随外加电压改变，随温度改变。

(4) 极间电容若PN结两端加上随时间变化的电压，PN结会显示电容特性。结电容分为两种：势垒电容

CB和扩散电容CD。

(a) 势垒电容CBPN结的势垒电容是用来描述势垒区的空间电 荷随电压变化而产生的电容效应的。

空间电荷区变薄 表明有部分电子和空穴进入空间电荷区中和 了施主正离子和受主负离子，相当于电子和 空穴向电容充电

外加正向电压升高

外加反向电 压时，空间 电荷区宽度 变化更大， 势垒电容效 应更明显， 但其值减小

空间电荷区变宽 表明有部分电子和空穴离开了空间电荷区， 相当于电容的放电

外加正向电压降低

(b) 扩散电容CDPN结的扩散电容是用来描述外加电压作用下载流子 在扩散过程中的积累情况。

外加正向电压时， P 区 空穴扩散进入 N区后会 形成浓度梯度分布，越 靠近 PN 结边缘的空穴 浓度越高，即 N区有空 穴的积累。同样，电子 在 P 区的情况也类似。

外加正向电压升高，N 区空穴积累将增加， P区电子的积累也同样 增加，相当于电容的 充电。反之，外加正 向电压降低

时，相当 于 电 容 的 放 电 。外加反向电压时，由于扩散电流小，扩散电容可忽略

(c) PN结和二极管的高频等效电路r结电阻

C 扩散和势垒电容

PN结的高频等效模型

(c) PN结和二极管的高频等效电路r r'半导体体电阻和 电极接触电阻 结电阻

C 扩散和势垒电容

二极管的高频等效模型43页：表2.3.1 国产半导体二极管的参数

2.4 二极管基本电路及其分析方法D

R 1kΩ

VCC 10V

VCC RI D vD VD VT I D I S (e 1)

1. 二极管V-I特性的各种模型(1) 理想模型 如果外加电压远远大于二极管的管压降，可将 二极管视为理想开关，即外加正向电压时，二

极管导通且导通压降vD=0(相当于开关合上);外加反向电压时，二极管截止且iD=0(相当于开关 打开)。D

R 1kΩ

VCC 10V

(2) 恒压降模型如果外加正向电压远远大于二极管的管压降，则 二极管导通且导通压降为恒定值。外加反向电压 时，二极管截止且iD=0。

硅 管 : v D 0.7V 导 通 压 降 锗 管 : v D 0.3VD

R 1kΩ

VCC 10V

(3) 小信号模型

VD1 VDQ v D

I D1 I DQ i D

v D rd i D

(3) 小信号模型VD1 VDQ v D VDQ i D rd

I D1 I DQ i D I DQ v D rd

(3) 小信号模型如果工作中，二极管的电压、电流在某个静态 工作点 Q( V D Q 、 I D Q ) 附 近移动，则二极管的 V -I特性曲线在这个小范

围内可用一小段直线替代，直线斜率的倒数称 为微变电阻rd:

v D rd i D