模电复习-二极管及基本电路、半导体材料与PN结特性
本章重点在于二极管的特性、曲线以及基本电路的分析方法，以下是重点知识以及例题
主要有：硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等。其中硅是最常用、最广泛的半导体材料，因其储量丰富、热稳定性好、氧化膜性能优良。
最外层电子数：硅原子最外层有4个电子（价电子）共价键数量：一个硅原子与周围的4个硅原子形成4个共价键，构成正四面体结构的晶体
多数载流子（多子）：空穴
少数载流子（少子）：电子
多数载流子（多子）：电子
少数载流子（少子）：空穴
漂移运动：在电场作用下，载流子的定向运动，运动方向与电场方向有关
扩散运动：由于浓度差引起的载流子从高浓度区向低浓度区的运动
形成过程：P型半导体与N型半导体结合后，因浓度差产生多子扩散，在交界面形成空间电荷区，产生内建电场，最终扩散与漂移达到动态平衡
三个别名：空间电荷区、耗尽层、势垒区
单向导电性：PN结在正向偏置时导通，反向偏置时截止的特性
正向偏置：P区接正极，N区接负极，外电场削弱内建电场，PN结导通
反向偏置：P区接负极，N区接正极，外电场增强内建电场，PN结截止
伏安特性方程：iD=IS(euD/UT−1)
IS ：反向饱和电流
UT ：温度电压当量（常温约26mV）
特性描述：
正向：uD>0 时，电流随电压指数增长
反向：uD<0 时，电流很小（≈IS ），基本保持不变
势垒电容（CB ）：描述耗尽层电荷变化
扩散电容（CD ）：描述扩散区非平衡少子电荷变化
正向偏置：扩散电容起主导作用
反向偏置：势垒电容起主导作用
点接触型二极管
特点：结面积小，结电容小，工作频率高，但允许通过的电流小
应用：高频检波、脉冲数字电路
面接触型二极管
特点：结面积大，结电容大，工作频率低，但允许通过的电流大
应用：整流电路
重点：二极管曲线及其特性
曲线分为三大部分：
正向特性
描述：存在死区电压（硅管约0.5V，锗管约0.1V），超过后电流指数增长
特点：导通后压降基本稳定（硅管约0.7V，锗管约0.2V）
反向特性
描述：反向电压下仅有很小的反向饱和电流IS （硅管nA级）
特点：电流几乎不随电压变化
反向击穿特性
描述：反向电压超过击穿电压UBR后，电流急剧增大
特点：击穿后电压基本稳定
最高工作频率fM（要求结电容小）
反向恢复时间trr（影响开关速度）
正向压降UF
最大整流电流IF（承受负载电流）
最高反向工作电压UR（承受反向峰值电压）
反向恢复时间trr（高频整流时重要）
图解法：利用特性曲线和负载线作图求解
模型分析法（等效电路法）：用线性电路模型等效非线性二极管
已知二极管的伏安特性曲线
已知外电路参数（电源电压、负载电阻等）
列负载线方程：根据KVL写出 UD=VCC−IDR
画特性曲线：在坐标系中画出二极管伏安特性曲线
画负载线：在坐标系中画出负载线（两点法：ID=0 时UD=VCC ；UD=0 时ID=VCC/R ）
确定工作点：特性曲线与负载线的交点Q即为静态工作点
读取数值：Q点的横坐标为UD ，纵坐标为ID
优点：直观形象，能全面反映器件工作状态，便于观察参数变化的影响
缺点：过程繁琐，精度不高，需已知特性曲线，不适合复杂电路分析
重点：用模型法分析，求电压
稳压二极管（齐纳二极管）
肖特基二极管
光电二极管
发光二极管（LED）
变容二极管
正向压降小（约0.3-0.5V，硅管0.7V）
开关速度极快（反向恢复时间极短，ps级）
结电容小（适合高频）
反向耐压低（一般<100V）
重点练习
参考康华光第七版模电