4、半导体电子学中的二极管：原理、分析与应用

半导体电子学中的二极管：原理、分析与应用

1. 二极管基础

二极管是一种常用的电子元件，其N侧通常有一条黑带。二极管的主要特性是允许电流单向流动，而在相反方向上阻止电流通过。在直流电路中，当二极管正向偏置时，电流可以流动；当反向偏置时，电流无法流动。

例如，在图2.15（a）的电路中，二极管正向偏置，电流流动，输出电压$V_{out}=1.5 - V_D = 1.5 - 0.7 = 0.8V$；在图2.15（b）的电路中，二极管反向偏置，电流为零，输出电压$V_{out}=0$。

2. 含非线性器件电路的图形分析

由于结二极管的$i - v$特性是非线性的，不能直接用欧姆定律来推导其电压 - 电流关系。但对于小信号情况，可以用线性等效电路模型来表示。如果电路中只有一个非线性器件（如二极管），而其他器件都是线性的，可以应用戴维南定理将电路简化为一个戴维南等效电路与非线性元件串联，然后用图形方法分析电路。

例2.1 ：对于图2.16的电路，已知二极管的$i - v$特性如图2.17所示，求二极管两端的电压$v_D$和通过二极管的电流$i_D$。
- 步骤 ：
1. 根据基尔霍夫电压定律（KVL），得到$i_D=\frac{1}{R}v_D - \frac{1}{R}+1$，这是一条直线方程。
2. 通过令$v_D = 0$和$i_D = 0$，得到直线上的两个点，画出这条直线，即负载线。
3. 负载线与二极管的$i - v$特性曲线的交点即为二极管的电压和电流，得到$v_D\approx0.67V$，$i_D\approx0.