作者：晏明军,张力
出版社：中国铁道出版社有限公司
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模拟电子技术及应用试读：
前言
Preface本书是根据高职教育的培养目标和学生特点，结合电子技术类及相关专业课程标准的要求，认真分析了现行电子技术的教学内容，总结多年教学实践的经验和体会，学习参考了多位专家学者的著作后编写而成的。本书以模拟电子技术的基本概念、基本原理和基本分析方法为主线，以“必需”和“够用”为度，以培养学生的专业技能和实践能力为核心，以应用为目的，注重实用，理论联系实际，充分体现了高等职业教育的特色。
本书内容与高职学生的知识、能力结构相适应，直接针对电类专业高等技术应用型人才岗位（群）所需的知识、能力，突出职业特色，加强工程针对性、实用性，不仅为专业课学习打好基础，为培养再学习能力服务，也为培养职业能力服务。
在内容阐述方面，力求简明扼要，通俗易懂。强化理论知识与实践的结合，以应用为目的，用适当的应用实例说明问题，突出高职教学特色。
淡化公式推导和过重的理论分析，重在教学生学会元器件、电子电路在实际中的应用和掌握基本分析工具、基本分析方法，注重结论性知识点的掌握和运用。
为使教学内容适应电子技术飞速发展的新形势，突出教学内容的先进性，加强了集成电路及其应用的内容，如集成运放、集成稳压器、集成功放、中规模数字集成电路等。
知识传授尽量建立在物理概念的基础上，力求做到由浅入深、由易到难、循序渐进，在通俗易懂、降低难度上下功夫，选用有代表性的例题，突出重点，分散难点，促进读者的求知欲和提高学习的主动性。
每章均编有知识训练、知识自测和技能训练，便于知识的消化理解、巩固提高和专业技能的培养。
本书教学时数为80课时，加※部分为选学内容。
本书适合作为高等职业教育电子技术、通信技术、计算机应用、自动控制、机电一体化、工业企业电气化等专业的专业课或技术基础课的教材，也可供从事电子技术的工程技术人员自学与参考。各专业或学习者可根据各自的实际情况对本书内容进行选取和删减。
本书由辽宁铁道职业技术学院晏明军、张力任主编，辽宁铁道职业技术学院于玲、冀勇钢、吴键任副主编，营口理工学院荆珂主审。具体编写分工为：晏明军编写第一、三章；张力编写第二章及常用符号说明、附录；冀勇钢编写第四章；于玲编写第五、六章；吴键编写第七章。
由于编者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请使用本书的读者给予批评指正。编者2017年10月常用符号说明
一、基本符号
1.电阻
R 电阻通用符号，直流电阻或静态电阻
r 交流电阻或动态电阻P
R 电位器BCE
R 、R 、R 三极管电路中基极、集电极、发射极电阻GDS
R 、R 、R 场效应管电路中栅极、漏极、源极电阻S
R 信号源内阻L
R 负载电阻 负载等效电阻F
R 反馈电阻be
r 三极管b-e极间的等效输入电阻io
r 、r 放大电路的交流输入、输出电阻ifof
r 、r 有反馈时电路的交流输入、输出电阻idod
r 、r 差模输入电阻、输出电阻icoc
r 、r 共模输入电阻、输出电阻d
r 二极管动态电阻Z
r 稳压管动态电阻
2.电容、电感
C 电容通用符号BE
C 、C 基极、发射极旁路电容S
C 源极旁路电容F
C 反馈电容j
C PN结结电容BD
C 、C 势垒电容、扩散电容be
C b-e极间的电容bc
C b-c极间的电容i
C 输入电容L
C 负载电容
L 电感通用符号、自感系数
M 互感系数
T 变压器通用符号
二、器件符号
1.二极管与三极管
P、N 空穴型、电子型半导体
V 三极管、场效应管
VD 普通二极管
VZ 稳压二极管
LED 发光二极管
LCD 液晶显示器
PC 光电池
A、K 整流元件阳极、阴极
b（B） 三极管基极
c（C） 三极管集电极
e（E） 三极管发射极
g（G） 场效应管栅极
d（D） 场效应管漏极
s（S） 场效应管源极
2.集成器件
IC 集成电路通用符号
A 集成运算放大器
MUX 数据选择器
DMUX 数据分配器
ALU 算术逻辑运算单元
C 电压比较器
G 门
OC 集电极开路门
TS 三态门
TG 传输门
SW 模拟开关
F 触发器
ROM 只读存储器
RAM 随机存储器
PLD 可编程逻辑器件
PLA 可编程逻辑阵列
PAL 可编程阵列逻辑
GAL 通用阵列逻辑
三、电压与电流符号
1.工作电源电压
符号规定：大写字母，大写下标，并双写该下标字母。BB
V 三极管基极直流电源电压CC
V 三极管集电极直流电源电压EE
V 三极管发射极直流电源电压GG
V 场效应管栅极直流电源电压DD
V 场效应管漏极直流电源电压SS
V 场效应管源极直流电源电压
E 电池通用符号
GND 接地端
2.电压与电流
符号规定：
小写字母，小写下标，表示交流瞬时值；
小写字母，大写下标，表示含直流量的瞬时值；
大写字母，小写下标，表示交流有效值；
大写字母，大写下标，表示直流量（或静态值）。
U、u 电压通用符号
V、v 电位、电平通用符号
I、i 电流通用符号 交流复数值
ΔU、ΔI 直流变化量
Δu、Δi 瞬时值变化量QQ
U 、I 直流电压、电流静态值II
u 、i 输入电压、电流OO
u 、i 输出电压、电流SS
u 、i 信号源电压、电流ff
u 、i 反馈电压、电流IdidOdod
u （或u ）、u （或u ） 差模输入、输出电压IcicOcoc
u （或u ）、u （或u ） 共模输入、输出电压++
u 、i 集成运放同相端输入电压、电流--
u 、i 集成运放反相端输入电压、电流RREF
U 、U 参考电压或基准电压RREF
I 、I 参考电流或基准电流P
U 夹断电压TTH
U 、U 开启电压、门限电压或阈值电压T+
U 施密特触发特性的正向阈值电压T-
U 施密特触发特性的负向阈值电压IH
U 输入高电平IL
U 输入低电平OH
U 输出高电平OL
U 输出低电平ON
U 开门电平OFF
U 关门电平NH
U 高电平噪声容限NL
U 低电平噪声容限（BR）CEO
U 基极开路时c-e极间的反向击穿电压（BR）EBO
U 集电极开路时e-b极间的反向击穿电压（BR）CBO
U 发射极开路时c-b极间的反向击穿电压CES
U 三极管c-e极间的饱和管压降CBO
I 发射极开路时c-b极间的反向饱和电流CEO
I 基极开路时c-e极间的穿透电流CM
I 三极管集电极最大允许电流BE
u 三极管b-e极间含直流量的瞬时电压CE
u 三极管c-e极间含直流量的瞬时电压BCE
i 、i 、i 三极管b、c、e极的含直流量的瞬时电流bce
i 、i 、i 三极管b、c、e极的交流瞬时电流BQCQEQ
I 、I 、I 三极管b、c、e极的静态工作电流GS
U 场效应管g-s极间的直流电压DS
U 场效应管d-s极间的直流电压GS
u 场效应管g-s极间含直流量的瞬时电压DS
u 场效应管d-s极间含直流量的瞬时电压D
I 场效应管漏极电流、二极管整流电流DOGSIH
I 增强型场效应管U =2U 时的漏极电流DSSGS
I 耗尽型场效应管U =0时的漏极电流ZZ
U 、I 稳压管的稳定电压、稳定电流FM
I 二极管最大整流电流S
I 二极管的反向饱和电流R
I 二极管的反向电流RM
U 二极管最高反向工作电压（BR）
U 二极管的击穿电压
四、功率符号
P 功率通用符号
p 瞬时功率Om
p 最大输出交流功率V
P 晶体管耗散功率E
P 电源消耗的功率CM
P 集电极最大允许耗散功率
五、频率符号
f、ω 频率、角频率通用符号BW
f 通频带H
f 放大电路的上限截止频率L
f 放大电路的下限截止频率o
f 振荡频率或中心频率SP
f 、f 石英晶体的串联、并联谐振频率M
f 二极管的最高工作频率
六、放大倍数、增益符号
A 放大倍数或增益通用符号uuo
A 、A 电压放大倍数、开环电压放大倍数us
A 考虑信号源内阻时的电压放大倍数uf
A 负反馈放大电路的闭环电压放大倍数
F 反馈系数通用符号 放大倍数、反馈系数的相量形式ud
A 差模电压放大倍数uc
A 共模电压放大倍数CMR
K 共模抑制比、β 三极管共射极直流、交流电流放大系数、α 三极管共基极直流、交流电流放大系数m
g 场效应管低频互导（跨导）
七、脉冲、数字电路参数符号
f 周期性脉冲的重复频率
T 脉冲周期m
U 脉冲幅度r
t 上升时间f
t 下降时间w
t 脉冲宽度
q 占空比pd
t 平均传输延迟时间O
N 扇出系数
CP 时钟脉冲
CLK 时钟
B、D、H 二进制、十进制、十六进制
EN 允许、使能控制端
CE 输出允许
八、其他符号
Q 品质因数、静态工作点
T 温度T
U 温度电压当量
η 效率
τ 时间常数
φ 相位角A
φ 基本放大电路的相位移F
φ 反馈或移相网络的相位移on
t 导通时间off
t 截止（关闭）时间r
S 稳压系数U
S 电压调整率I
S 电流调整率
SR 转换速率
S 开关
K、KA 继电器第一章常用半导体器件
常用的半导体器件主要有晶体二极管、晶体三极管、场效应管，它们是构成各种电子电路的基础。本章主要介绍它们的基本工作原理和基本特性。首先从介绍半导体的基本知识开始，讨论半导体器件的核心部分——PN结；然后介绍二极管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数，并对几种特殊二极管也给予简要介绍；接着再介绍三极管、场效应管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数。通过学习，能够识别和检测常用电子元器件，初步具备查阅电子器件手册、较合理地选用或代换器件的能力；确立电子器件的基本工作原理、基本概念和分析方法，熟悉器件的符号、特点和使用方法，重点掌握各种半导体器件结论性的知识点，为后续学习电子电路打下基础。第一节半导体的基础知识
一、半导体的导电特性
半导体器件是由半导体材料构成的，学习半导体器件，必须首先了解构成这些具有神奇功能半导体器件的半导体材料。
1.半导体及其主要特性
自然界中的物质按其导电能力强弱的不同，可分为三大类：导体、-4绝缘体和半导体。通常将电阻率小于10 Ω·cm的物质称为导体，例10如金、银、铜、铁等金属都是良好的导体；将电阻率大于10 Ω·cm的物质称为绝缘体，例如橡胶、塑料、玻璃等都很难导电。还有一类物质，其导电能力介于导体和绝缘体之间，称为半导体（电阻率为-41010 ～10 Ω·cm）。常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）和砷化镓（GaAs）等，大多数半导体器件所用的主要材料就是硅和锗。
导体导电能力最好，常用于构成传导电流的电路；绝缘体几乎不导电，宜用于限制电流流通，防止电流泄漏。半导体传导电流不如导体，限制电流又不如绝缘体，但却得到了广泛的应用，而且半导体技术的发展成为电子技术发展的标志，主要是因为半导体具有一些特殊性能，科学家利用这些特殊性能，制造出了性能优异的半导体器件，从而引发了电子技术的飞跃发展。（1）热敏特性：半导体对温度很敏感，其电阻率随温度的升高会减小，导电能力将显著增加。例如，半导体锗在温度每升高10℃时，其电阻率减小为原来的一半。虽然这种特性对半导体器件的工作性能、对半导体器件组成的电子电路的性能有许多不利的影响，但利用这种特性可制成各种热敏器件，用于自动控制系统以及温度测量等。由此制成的热敏电阻，可以感知万分之一摄氏度的温度变化，把热敏电阻安装在机器的重要部位，就能控制和测量它们的温度；用热敏电阻制作的恒温调节器，可以把环境温度设定在±5℃的范围内；在农业上，用热敏电阻制成的感测装置能准确地测出植物叶面的温度和土壤的温度；它还能测量辐射，如几百米远人体发出的热辐射或1km外的热源都能方便地测出。（2）光敏特性：半导体材料对光照很敏感。半导体材料受到光照射时，其电阻率减小，导电能力显著增强。例如，一种硫化铬的半导体材料，在一般灯光照射下，其电阻率是移去光照后的几十分之一或几百分之一。利用半导体的光敏特性，可以制成光电二极管、光电晶体管和光敏电阻等多种光电器件，用于自动控制和光电控制电路中。如应用光电器件可以实现路灯、航标灯的自动控制；可以制成火灾报警装置；可以进行产品自动计数等。（3）掺杂特性：在纯净的半导体中人为地掺入微量的杂质元素，就会使它的导电能力急剧增强。例如在半导体硅中掺入亿分之一的硼（B），其导电能力可以提高几万倍。人们用控制掺杂浓度的方法，精确地控制半导体的导电能力，制造出了各种不同性能、不同用途的半导体器件，如二极管、三极管、场效应管等。而且在半导体不同的部位掺入不同的杂质，就会呈现不同的性能，再采用一些特殊工艺，将各种半导体器件进行适当的连接就可制成具有某一特定功能的电路——集成电路，甚至是系统，这就是半导体最具魅力之处。
常用的半导体材料在自然界中都是以晶体结构存在的，因此由其构成的半导体二极管、三极管又称晶体二极管和晶体三极管。
2.本征半导体
半导体按其是否掺入杂质来划分，可分为本征半导体和杂质半导体。半导体之所以具有上述特殊特性，是其本身的结构特征决定了其特殊的特性。常用的半导体材料硅和锗都是四价元素，其原子最外层轨道都具有四个电子，称为价电子。每个价电子为相邻原子所共有，从而形成共价键，原子与原子之间通过共价键联系在一起，形成空间有序排列，半导体呈晶体结构。把这种非常纯净且原子排列整齐的半导体称为本征半导体，本征半导体结构如图1-1所示。图1-1 本征半导体结构
在T=0K（热力学温度零度）和没有外界激发时，由于共价键具有很强的结合力，价电子不能挣脱其束缚而成为自由电子，所以半导体因没有自由电子而不能导电，呈现绝缘状态。当温度升高或有外界激发时，价电子会挣脱共价键的束缚而成为自由电子，同时在原共价键中留下一个空位，这个空位称为空穴。本征半导体一旦有了自由电子，其导电能力就增加。在本征半导体中电子和空穴的数目总是相等的，且电子和空穴是成对出现的，所以称为电子-空穴对。把在热或光的作用下，本征半导体中的价电子挣脱共价键的束缚产生电子-空穴对的现象，称为本征激发。
在外电场作用下，自由电子和空穴都做定向移动，因此半导体中有两种载流子（导电粒子），一种是带负电荷的自由电子，一种是相当于带等量正电荷的空穴，它们在外电场作用下都能定向移动形成电流，这是半导体导电与导体导电的本质区别。本征半导体中两种载流子的数量相等，常温下自由电子和空穴两种载流子的数量很少，所以导电性很差。然而，当环境温度升高时，本征激发所带来的两种载流子的数量会显著增多，导电性明显提高，这就是半导体的导电性随温度变化而明显变化的原因。
3.杂质半导体
在本征半导体中掺入微量的其他元素（称杂质），就会使它的导电性发生显著变化，这种掺入杂质的半导体称为杂质半导体。根据掺入杂质的不同，杂质半导体可分为P型半导体和N型半导体两大类。（1）P型半导体。在本征半导体中掺入微量的三价元素（如硼、铟、镓），则可构成P型半导体。因硼原子只有三个价电子，它与相邻的四个原子组成共价键时，因缺少一个价电子而出现空穴。这样P型半导体中的载流子除了本征激发产生的电子-空穴对外，还有因掺杂而产生的大量的空穴，每掺入一个杂质元素就能产生一个空穴，使得半导体中的空穴载流子数量大大提高，导电性显著增强，如图1-2所示。在P型半导体中，空穴的数量远大于自由电子的数量，空穴为多数载流子，简称多子；而电子为少数载流子，简称少子。由于P型半导体以空穴为导电主体，故又称空穴型半导体。（2）N型半导体。在本征半导体中掺入微量的五价元素（如磷、砷、锑），则可构成N型半导体。因磷原子有五个价电子，它与相邻的四个原子组成共价键时，多出的一个价电子便成为自由电子，每掺入一个杂质元素就能产生一个自由电子，使得半导体中的电子载流子数量大大提高，导电性显著增强，如图1-3所示。掺杂后的N型半导体中，电子和空穴两种载流子的数目不再相等，电子为多数载流子，空穴为少数载流子。由于N型半导体以电子为导电主体，故又称电子型半导体。图1-2 P型半导体结构图1-3 N型半导体结构
在杂质半导体中，多数载流子的数量主要取决于掺杂的多少，因此，可以控制掺杂的浓度来控制其导电能力；而少数载流子的数量主要取决于温度，因此，半导体器件工作的稳定性是受温度影响的。无论哪种杂质半导体，对外均不显电性。
二、PN结
1.PN结的形成
虽然杂质半导体的导电能力大大提高，但单一的P型半导体或N型半导体只能起电阻作用。通过特殊的掺杂工艺，将纯净半导体的一侧做成P型半导体，另一侧做成N型半导体，在其交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结，如图1-4所示。PN结是构成各种半导体器件的基础。
因为P区的多数载流子是空穴，而N区的多数载流子是电子，因此，P区一侧的空穴浓度远大于N区的空穴浓度，而N区一侧的电子浓度远大于P区的电子浓度。这种载流子浓度的差异，产生了多数载流子的扩散运动，P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，如图1-4中箭头所示。扩散运动使交界面靠近P区一侧留下一层负离子，靠近N区一侧留下等量的正离子，于是在交界面两侧形成了正、负离子薄层，称为空间电荷区。图1-4 PN结的形成
空间电荷区的出现产生了PN结的内电场，其方向由N区指向P区，它阻碍了多数载流子的扩散运动，却有助于两边的少数载流子的漂移运动。在扩散运动开始时，空间电荷区刚形成，内电场还很弱，扩散运动很强，而漂移运动较弱。随着扩散运动的不断进行，空间电荷区逐渐变宽，内电场不断加强，少数载流子的漂移运动随之增强。最后，多数载流子的扩散与少数载流子的漂移相抵消，达到动态平衡，空间电荷区的宽度保持不变。
2.PN结的单向导电性
PN结的P区接外电源的正极，N区接外电源的负极，称PN结外加正向电压，又称PN结正向偏置（简称“正偏”），如图1-5（a）所示。这时外加电压产生的外电场与PN结的内电场方向相反，削弱了PN结的内电场，使空间电荷区变窄，有利于多数载流子的扩散运动，形成较大的正向电流。PN结外加正向电压时，呈现很小的电阻，流F过的正向电流I 较大，并随外加正向电压的增大而增大，这种情况称PN结正向导通。
PN结的P区接外电源的负极，N区接外电源的正极，称PN结外加反向电压，又称PN结反向偏置（简称“反偏”），如图1-5（b）所示。这时外加电压产生的外电场与PN结的内电场方向相同，内电场的作用增强，空间电荷区变宽，阻碍了多子载流子的扩散运动，却有助于少数载流子的漂移运动。由于是少数载流子移动形成的电流，所以反向电流很小。PN结外加反向电压时，呈现很大的电阻，流过的R反向电流I 几乎为零，且基本不随外加电压变化而变化，这种情况称PN结反向截止。图1-5 PN结的单向导电性
PN结正偏时导通，反偏时截止的特性，称为PN结的单向导电特性。第二节半导体二极管
一、二极管的结构
二极管是最简单的半导体器件，由一个PN结构成。在PN结的两个区分别引出电极引线，并用一定的外壳封装，就制成了半导体二极管，其结构示意图如图1-6（a）所示。
从P区引出的电极称为正极（或阳极），从N区引出的电极称为负极（或阴极）。二极管的图形符号如图1-6（b）所示，三角箭头的方向表示二极管正向电流的流通方向，正向电流只能由P区流向N区，二极管的文字符号用VD表示。由于用途和封装的不同，二极管的外形各异，几种常见的二极管外形如图1-6（c）所示。图1-6 二极管结构示意图、图形符号及常见外形
二极管的种类很多，按所用的半导体材料分，有硅二极管、锗二极管、砷化镓二极管等，其中硅二极管的热稳定性比锗二极管好得多；按功率分，有小功率管和大功率管；按用途分，有普通二极管、整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、变容二极管、发光二极管等；按结构分，有点接触型、面接触型和平面型三类，如图1-7所示。图1-7 半导体二极管的常见结构
点接触型二极管由于PN结面积小，结电容小，适用于在较高频率下工作，但允许通过的正向电流小，主要用于高频检波和小电流整流；面接触型二极管由于PN结面积大，结电容大，故只能在较低频率下工作，但它允许通过的正向电流大，可用于大功率整流电路，如电源整流；平面型二极管根据工艺方法不同，结面积可大可小，结面积大的适用于低频大电流整流，结面积小的适用于在数字电路中作开关管，这种工艺的PN结是集成电路常见的一种形式。
二、二极管的伏安特性
从结构组成可知，二极管实质上就是一个PN结，因此二极管的主要特性就是单向导电性。所谓伏安特性，就是加在二极管两端的电压与流过二极管的电流之间的关系，它能全面反映二极管的主要特点和性能，是选择和使用二极管的重要依据。二极管的伏安特性可用伏安特性曲线或伏安特性方程来描述。
1.二极管的伏安特性曲线
将二极管两端的电压与流过的电流在坐标平面内建立起对应关系，所得的曲线就是二极管的伏安特性曲线。可以通过实验电路测量电压、电流数据，然后用描点法绘出二极管的伏安特性曲线，或是用晶体管特性图示仪直接观察，可得如图1-8所示的曲线。图1-8 硅二极管的伏安特性曲线
二极管的伏安特性曲线可分成三部分来讨论：（1）正向特性。正向特性是指二极管外加正向电压时的特性，即二极管阳极接电源正极，阴极接电源负极时的特性，正向特性曲线如图1-8（u>0的部分）所示。当二极管两端的正向电压小于某一数值时，流过二极的正向电流几乎为零，二极管不导通，这一段称为死区。只有当正向电压达到某一值时，二极管才开始有明显的正向电流产生。使二极管刚刚产生正向电流时所对应的正向电压称为死区电压或TH开启电压，用U 表示，硅管的死区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为0.1V。TH
当正向电压超过U 以后，电流与外加的电压呈指数关系，随着电压的升高，正向电流迅速增大。二极管正向导通后，呈现很小的电阻，正向电流的大小主要由外电路决定，二极管两端的正向压降基本上是一个常数，硅管的正向压降一般为0.6～0.7V，锗管的正向压降一般为0.2～0.3V，工程上一般取硅管为0.7V，锗管为0.3V。（2）反向特性。反向特性是指二极管外加反向电压时的特性，即二极管阳极接电源负极，阴极接电源正极时的特性，反向特性曲线如图1-8（u<0的部分）所示。当二极管两端的反向电压小于一定数值时，产生的反向电流极小，二极管呈现很大的电阻，近似处于截止状态。此时的反向电流有两个特点：其一，在温度一定时反向电流基本不变，即它的大小基本不随反向电压的变化而变化，呈饱和性，故称SS为反向饱和电流，用I 表示，小功率硅管的I 一般小于0.1μA，锗管达几十微安，这也是硅管应用比较多的原因之一；其二，反向电流受S温度的影响很大，温度每升高10℃，I 增大一倍，会影响二极管的单向导电性。（3）反向击穿特性。当二极管两端的反向电压增加到某一数值时，反向电流会急剧增大，这种现象称为反向击穿，二极管处于反向击穿状态。使二极管反向击穿时所对应的反向电压称为反向击穿电压，BR用U 表示。反向击穿时二极管将失去单向导电性，击穿电流过大，甚至会烧毁二极管，所以，一般二极管不允许工作在反向击穿状态。
2.二极管的伏安特性方程
不同类型二极管的正、反向伏安特性曲线的形状及变化趋势很相近，理论分析和实验均证明，流过二极管的电流i与其两端所加的电压u之间的关系可用式（1-1）表示，即ST式中，I 为反向饱和电流；U 为温度电压当量。TT
U 与温度有关，常温下U ≈26mV。当u=0时，i=0；当u大于U TTS 几倍时，；当u<0，且|u|大于U 几倍时，i≈-I 。
式（1-1）称为二极管的伏安特性方程。
综上所述，二极管的基本特性为单向导电性，无论是特性曲线还是特性方程，所反映的电流与电压之间的关系都不是线性的，其内阻不是常数，二极管是一种非线性半导体器件。
三、二极管的主要参数
器件的参数是对器件性能的定量描述，是实际工作中正确地选择和合理地使用器件的依据。二极管的主要参数有：FMFM（1）最大整流电流I ：I 是指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值，其值与PN结面积和外部散热条件有关。使用时必须在一定的散热条件下，使流过二极管的正向平均电流不能超过此值，否则二极管会过热而损坏。RMRM（2）最高反向工作电压U ：U 是指二极管工作时允许加的最大反向电压。若反向电压过大，反向电流会急剧增加，二极管会被BR反向击穿。反向电流剧增时所对应的电压称为反向击穿电压U ，RMBR一般手册上给出的U 约为U 的一半，以确保二极管安全工作。RR（3）反向电流I ：I 是二极管未击穿时的反向工作电流。对二RR极管来说，I 越小越好。I 越小，二极管的单向导电性越好。实际R使用时还应注意温度对I 的影响。jjj（4）极间电容C ：C 就是PN结的结电容。C 由PN结的势垒电BD容C 和扩散电容C 两部分组成。
PN结由于空间电荷区的存在产生了电容效应，当外加电压变化时，空间电荷区的电荷量会随之变化，从而显示出PN结的电容效应。由于这个等效电容是势垒区宽度随外加电压变化而引起的，所以称为势垒电容。外加电压频率越高，电容作用越显著。
当PN结正偏时，由于多数载流子的扩散会形成电荷堆积，从而产生电容效应。这个等效电容称为扩散电容。这样二极管的极间电容jBD为C =C +C ，由于极间电容较小，在低频时可忽略，在高频时必须考虑其影响。MM（5）最高工作频率f ：f 是指在二极管工作的最高频率值。f MM 主要由结电容的大小来决定。若工作频率超过f ，则二极管的单向导电性会变差甚至失去单向导电性。
需要注意的是，由于器件的分散性很大，手册上所给的参数也是在一定条件下测得的。如果使用条件发生变化，相应的参数也会发生变化，因此，选择二极管时要注意留有余量。
四、二极管的电路模型
由二极管的伏安特性可知，二极管是一种非线性半导体器件，这给二极管应用电路的分析带来一定的困难。为了便于分析，常在一定的条件下，用线性元件所构成的电路来近似模拟二极管的特性，并以之取代电路中的二极管。能够模拟二极管特性的电路称为二极管的等效电路，又称二极管的等效模型。在工程分析中，力求模型简单、实用，以突出电路的功能及主要特性。
1.二极管大信号时的电路模型
在大信号工作时，二极管相当于一个开关，所以在分析二极管电路时，必须首先判断二极管是导通还是截止，然后再根据二极管在实际工作中的不同要求确定二极管相应的等效电路，从而把二极管电路变为特定条件下的线性电路。（1）理想二极管模型。理想二极管模型是一种最简单而又最常用的模型，它将二极管的单向导电性做了理想化处理。所谓理想二极D管是假设二极管在导通时的正向压降u =0，截止时的反向饱和电流Di =0，理想二极管的伏安特性如图1-9（a）所示。在正向偏置时，其管压降为0V，相当于开关闭合，二极管呈短路特性，其等效电路如图1-9（b）所示；在反向偏置时，二极管截止，反向电流为零，相当于开关断开，二极管呈开路特性，其等效电路如图1-9（c）所示。通常把这种特性称为二极管的开关特性。图1-9 理想二极管等效电路
理想二极管模型与实际的二极管特性虽然有一定的差别，但由于其简单实用，从而得到了广泛的应用。当电源电压远比二极管的管压降大时，常用此法来近似分析。（2）二极管恒压降模型。在大多数情况下，二极管本身的导通压降不能忽略。二极管的伏安特性表明二极管导通时的正向压降是恒定的（硅管为0.7V，锗管为0.3V），且不随电流而变化，考虑正向压降时的伏安特性如图1-10（a）所示。当外加的工作电压大于导通压on降时，二极管导通，此时可等效为一个闭合的开关和一个电压源U 的串联，等效电路如图1-10（b）所示；当外加的工作电压小于导通压降时，二极管截止，此时相当于开关断开，等效电路如图1-10（c）所示。图1-10 考虑正向压降时二极管等效电路
采用这种等效方法时，应使流过二极管的正向电流近似等于或大于1mA，这样才更接近实际的二极管特性。
在分析计算二极管电路时，应首先判断二极管是处于导通状态还是截止状态，然后再计算。方法是：先将该二极管假设移开，求出该二极管两端所加的正向的电位差。若电位差大于或等于二极管的正向onon导通电压（硅管U =0.7V，锗管U =0.3V）时，二极管肯定能导通；否则就不导通。【例1-1】 判断图1-11所示电路中硅二极管的工作状态并计算U AB 的值。
解： 在图1-11（a）中，先假定VD断开，则VD上端A点电位和下端B点电位分别为6V和0V。当接上VD时，可见VD能正偏导通，可得图1-11（b）所示的等效电路。因为，硅二极管的正向导通压降为AB0.7V，VD导通后，使U =0.7V。图1-11 例1-1图123【例1-2】 由硅二极管VD 、VD 和VD 组成的电路如图1-12AB所示，试求电压U 和电流I。图1-12 例1-2图2323
解： （1）首先判断VD 和VD 是否导通。先将VD ，VD 断AB1ABon2开，求A、B端的电位差U 。设VD 导通时，有U =U +E 2323=（0.7+3）V=3.7V，现将VD 和VD 接入，则VD 和VD 能导通。1AB123再设VD 截止时，U =E =5V，若接入VD 和VD ，也一定能导123通。于是，可得出结论：不论VD 是导通还是截止，VD 和VD 肯定是导通的。231（2）在VD 和VD 导通的前提下，再来判断VD 究竟是导通还1ACACAB是截止。将VD 断开，求A和C两点的电位差U 。U =U +U BConon21 =U +U +（-E ）=（0.7+0.7-3）V=-1.6V。因此，接入VD 也1不会导通。得出的又一个结论是VD 截止。（3）三个二极管的工作状态均确定之后，可得相应的等效电路ABonon如图1-12（b）所示。计算可得U =U +U =（0.7+0.7）V=1.4V，1ABI=（E -U ）/R=[（5-1.4）/2]mA=1.8mA。
2.二极管低频小信号时的电路模型
当二极管外加直流正向偏置电压时，将有一个对应的直流电流，在二极管伏安特性曲线上可以找到反映该电压和电流的点，这个点称为静态工作点，简称Q点。若以Q点为中心，外加一个微小的交流电压，则可以用Q点为切点的直线来近似微小变化时曲线，如图1-13（a）所示。即在Q点附近的小信号范围内，将二极管等效为一dd个交流电阻r 。r 定义为工作点Q附近电压与电流的变化量之比，dDD即r =Δu /Δi 。在这里将二极管这个非线性器件用一个交流电阻来等效，称为线性化处理，得到二极管的微变等效电路如图1-13（b）所示，即为二极管的低频小信号模型。dd
r 的大小与工作点位置有关，Q点越高，切线的斜率越大，r 值越小。由二极管的伏安特性方程，即式（1-1），经过数学推导可以d求得r 的计算式为D式中，I 是Q点的电流值。
值得注意的是小信号模型只适用于二极管处于正向导通且信号幅dD度较小的情况。这个交流电阻r 的大小尽管与Q点的电流I 有关，但只能用来分析交流，不能用于直流分析。图1-13 二极管的低频小信号模型
五、二极管的基本应用
二极管是电子电路中最常用的半导体器件，利用其单向导电性及导通时正向压降很小的特点，可用来完成整流、检波、钳位、限幅、开关以及续流保护等任务。
1.整流
所谓整流，就是利用二极管的单向导电性将交流电压变换成单向脉动的直流电压。二极管半波整流电路如图1-14所示。为简化分析，将二极管视为理想二极管，即二极管正向导通时，做短路处理；反向ii截止时，做开路处理。假设输入电压u 为一正弦波，在u 的正半周iii（即u >0）时，二极管因正向偏置而导通；在u 的负半周（即u <0）时，二极管因反向偏置而截止，即将交流电压整流成为单向脉动的直流电压。这些内容将在第七章中详细介绍。图1-14 二极管半波整流电路
2.检波
在收音机中，从高频调制信号中检出音频信号称为检波。利用二极管的单向导电性，将调制信号的负半波削去，再经电容使高频信号旁路，负载上得到的就是音频信号。二极管检波电路及输入/输出波形如图1-15所示。图1-15 二极管检波电路及输入/输出波形
3.钳位
利用二极管正向导通时压降很小的特性，将电路中某点电位值钳制在选定的数值上而不受负载影响的电路称为钳位电路。如图1-16所L示，只要二极管VD处于导通状态，不论负载R 如何变化，电路的输oGonon出电压u 始终等于U +U ，其中，U 为二极管的正向导通电压。
4.限幅
限幅作用是将输出电压的幅度限制在一定的范围内。当输入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。通常将输出电压受到限制的电压称为限幅电平。根据限幅的作用分为上限幅、下限幅和双向限幅。图1-16 钳位电路
上限幅电路如图1-17（a）所示。设二极管VD为理想二极管，如Mi果0
如将上限幅电路中的VD和E反接，就构成了下限幅电路，如图Mi1-18所示。如果0
5.开关
二极管在数字电路中应用时，常将其理想化为一个无触点开关器件。二极管正向导通时，正向压降为0V，相当于开关闭合；二极管反向截止时，视其反向电流为0，相当于开关断开。【例1-3】 二极管开关电路如图1-20所示，设二极管为理想二极ABAB管。当u 、u 为0V和5V时，根据u 、u 取值的不同组合，判定o二极管的工作状态，并计算u 。
解： 设理想二极管的正向导通压降为0V，反向截止时的电阻为AB无穷大。根据u 、u 取值的不同组合，二极管的工作状态和输出电o压u 如表1-1所示。由表可见，输入电压中有一个为5V，则输出电压为5V，只有输入电压全为0V时，输出电压才为0V，这种关系在数字电路中称为或逻辑关系。图1-20 二极管开关电路表1-1 二极管开关电路输入与输出状态
6.续流保护
在电子电路中，常用二极管来保护其他元器件免受过高电压的损害，二极管续流保护电路如图1-21所示，L和R是线圈的电感和电阻。
在开关S接通时，电源E给线圈供电，L中有电流流过，并储存了磁场能量。在开关S由接通到断开的瞬间，电流突然中断，L中将产LL生一个高于电源电压很多倍的自感电动势e ，e 与E叠加作用在开关S的端子上，会产生电火花放电，这将影响设备的正常工作，缩短L开关S的使用寿命。接入二极管VD后，e 通过二极管VD产生放电电L流i，使e 不会加在开关上，从而保护了开关。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]