导图社区 二极管及其基本电路
大学低频电路第三章二极管思维导图，初次编写，有所纰漏，欢迎指正。
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二极管及其基本电路
半导体
半导体对外显电中性
本征半导体（纯净半导体）
定义：完全纯净（单质），结构完整的半导体
载流子：半导体中的导电粒子
自由电子：自由移动的电子
空穴：电子挣脱共价键成为自由电子后后形成的空位
本征激发：电子获得足够的随机热振动能量而挣脱共价键束缚形成自由电子的现象
载流子产生与复合
产生：本征激发
复合：电子与空穴相遇后两者中和同时消失
动态平衡：载流子产生和复合速率相等时
杂质半导体
P型：加入硼、铝等3价元素（受主粒子/杂质）的半导体
多子（多数载流子）：空穴
少子（少数载流子）：自由电子
空穴+空穴（杂质给予）=电子+受主粒子
N型（电子型）：加入磷等5价元素（施主粒子/杂质）的半导体
多子：自由电子
少子：空穴
自由电子+自由电子（杂质给予）=空穴+施主粒子
PN结
载流子的漂移和扩散
漂移：因电场作用而导致载流子的运动
迁移率（p）：载流子移动能力
移动速度
正负代表电荷性质
电子速度一般比空穴快
扩散：载流子自发从高浓度区域往低浓度区域的运动
产生扩散电流
扩散电流由多子产生，漂移电流由少子产生
PN结的形成
形成：P、N两种半导体贴合，交界处由于载流子扩散而导致电中性破坏，形成的空间电荷区（势垒区、耗尽区）
PN结本身处于动态平衡状态：PN结有内电场，阻止扩散，促进载流子漂移，最终形成平衡态（p）
单向导电性
外加正向电压（正偏电压）
外加电压正极与P区相接，外电场抑制内电场，PN结变窄，扩散运动>漂移运动
表现:低电阻，大电流——导通
外加反向电压（反偏电压）
外加电压正极与N区相接，外电场促进内电场，PN结变宽，扩散运动<漂移运动
表现：大电阻，低电压——截止
PN结I-V特性表达式
反向饱和电流
正向电压
发射系数（1~2之间）
温度电压常量：常温（300K）为26mV
反向击穿
电击穿
齐纳击穿
齐纳二极管（稳压二极管）
雪崩击穿
一般二极管
可逆
热击穿
不可逆
电容效应
扩散电容（PN结变窄）
正偏电容大，反偏电容小
势垒电容（PN结变宽）
正偏电容小，反偏电容大
二极管
本质：PN结的物化器件（性质相同）
结构
面接触
特点：可承受大电流，但极间电容大
用途：整流
点接触
特点：极间电容小，不能承受大反向电压和大电流
用途：高频电路和数字电路
材料：主要为硅材料和锗材料两种
特性
正向
死区电压：外电场<内电场，正向电流几乎为零
表现：二极管断路
正向导通：外电场>内电场，电流迅速增大
反向
反向饱和电流：少数载流子的漂移运动
反向击穿：反偏电压增大到一定程度时，反向电流急剧增加
主要参数
最大整流电流：允许通过的最大正向平均电流
反向击穿电压：反向击穿时的电压值
一般给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半（保证安全运行）
反向电流：未击穿时的反向电流
特点：值越小，单向导电性越好
影响因素：温度
极间电容：反映二极管中PN结电容效应的参数
高频或开关状态时需考虑极间电容影响
反向恢复时间：正向导通到反向截止的时间
二极管的基本电路及分析
分析方法
图解法
静态工作点：二极管I-V特性曲线与电路特性曲线的交点
特点：直观
要求：知道二极管的I-V特性曲线
简化模型法
理想模型：正偏电压>0时等于导线，反偏电压断路
特点：计算简单，但误差大
恒压降模型（常用模型）：正偏电压>死区电压时相当于一个值为死区电压的电压源，其余情况相当于断路
特点：计算比较简单，比较准确，适用于电压远大于死区电压的电路
折线模型：电压>死区电压后等效成电源与电阻串联，其余情况看作断路
特点：精确，但计算复杂，适用于电压在死去电压附近的电路
小信号模型：有小幅值交流信号
特点：非线性电路线性分析。先分析静态电路再叠加交流电路
应用举例
整流电流
静态工作状况分析
限幅与钳位电路
低电压稳压电路
特殊二极管
齐纳二极管（稳压管）
正常工作时处于反向击穿状态
利用二极管反向击穿特性实现稳定
有最大工作电流和最小工作电流
并联限流电阻保证工作电流范围
动态电阻：
动态电阻越小，稳压管稳压性能越好
变容二极管
特点：反偏使用，用于高频线路
PN结相对较薄
正向导通门坎电压和正向压降都比PN结低
反向击穿电压较低，反向漏电流比PN结二极管大
用于高频/开关状态
肖特基二极管
光电二极管
反偏工作状态
反向电流随光照强度增加而上升
反向电流与照度成正比
用于光强弱测量，将光信号转化为电信号
发光二极管
正偏工作状态
激光二极管
指向性高
太阳能电池
