《二極管工作原理》課件

第二章半導(dǎo)體器件（二極管、三極管、場效應(yīng)管）第二章半導(dǎo)體器件（二極管、三極管、場效應(yīng)管）12.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識1.本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體2.PN結(jié)的形成3.PN結(jié)的單向?qū)щ娫?.2半導(dǎo)體二極管4.二極管及其主要參數(shù)5.穩(wěn)壓二極管2.3半導(dǎo)體三極管6.三極管的結(jié)構(gòu)2.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識2.3半導(dǎo)體三極管22.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。特點:1.受外界熱和光的作用時，導(dǎo)電能力明顯變化。

2.純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變。分類：本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體2.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間3本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體。硅鍺如晶體硅和鍺，它們的最外層電子都是四個。1.本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體。硅鍺如晶體44個價電子，恰好與相鄰4個原子的價電子組成4個共價鍵。呈束縛狀態(tài)4個價電子，恰好與相鄰4個原子的價電子組成4個共價鍵。5共價鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4在獲得一定能量后，某些價電子脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。自由電子空穴載流子總是成對出現(xiàn)，可自由移動濃度低，導(dǎo)電能力弱共價鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4在獲得一定能量后，某些價電6在本征半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體.1.N型半導(dǎo)體（Negativetype

電子型半導(dǎo)體）摻入五價的元素(磷、砷、銻)2.P型半導(dǎo)體（Positivetype

空穴型半導(dǎo)體）摻入三價的元素（硼）在本征半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。7N型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的磷（五價元素）+4+4+5+4磷原子自由電子>>空穴++++++++++++++++++++++++自由電子（多子）（少子）正離子自由電子（以帶負(fù)電的電子導(dǎo)電為主）N型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的磷（五價元素）+4+4+8P型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的硼（三價元素）+4+4+3+4空穴硼原子－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－自由電子<<空穴負(fù)離子空穴（以帶正電的空穴導(dǎo)電為主）多子的濃度主要取決于摻入的雜質(zhì)濃度，少子的濃度主要取決于溫度。P型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的硼（三價元素）+4+4+9P區(qū)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N區(qū)++++++++++++++++++++++++2.PN結(jié)的形成多子擴散復(fù)合形成空間電荷區(qū)PN結(jié)內(nèi)電場有利少子漂移運動阻礙多子擴散運動動態(tài)平衡+—E(耗盡層)(阻擋層)P區(qū)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N區(qū)++10PN結(jié)中有兩種運動漂移運動：由電場作用引起的少子的運動擴散運動：由載流子濃度差引起的多子的運動PN結(jié)中有兩種運動漂移運動：由電場作用引起的少子的運動擴散運11PN結(jié)的幾種叫法：空間電荷區(qū)：留下的是不能運動的離子耗盡層：多子擴散到對方被復(fù)合掉阻擋層：形成的內(nèi)電場阻止多子擴散運動PN結(jié)的幾種叫法：空間電荷區(qū)：耗盡層：阻擋層：123.PN結(jié)的單向?qū)щ娫恚?）PN結(jié)外加正向電壓，P加高電位(正向偏置)PN結(jié)的動態(tài)平衡被打破＋－內(nèi)電場被（）空間電荷區(qū)變（）有利于（）擴散形成較（）擴散電流PN結(jié)處于（）狀態(tài)削弱薄多子大導(dǎo)通3.PN結(jié)的單向?qū)щ娫恚?）PN結(jié)外加正向電壓，P加高電13PN結(jié)的動態(tài)平衡被打破內(nèi)電場被（）空間電荷區(qū)變（）不利于（）擴散只形成（）漂移電流（2）PN結(jié)外加反向電壓，N端高電位(反向偏置)－＋PN結(jié)處于（）狀態(tài)由于漂移電流（反向飽和電流）很小，可近似為零增強厚多子很小截止PN結(jié)的動態(tài)平衡被打破內(nèi)電場被（）空間電荷區(qū)變（）不利于（）141.PN結(jié)正偏時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流，視為導(dǎo)通；2.PN結(jié)反偏時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流，近似截止；

由此可得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?用于判斷管子性能1.PN結(jié)正偏時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電15二極管的符號：4.二極管及其主要參數(shù)2.2半導(dǎo)體二極管(1)基本結(jié)構(gòu)PN結(jié)加上引線和管殼，就成為半導(dǎo)體二極管。二極管的符號：4.二極管及其主要參數(shù)2.2半導(dǎo)體二極管16按材料分：硅管，鍺管面接觸型點接觸型(只能通過較小的電流)(可通過較大的電流)按結(jié)構(gòu)工藝分：按材料分：硅管，鍺管面接觸型點接觸型(只能通過較小的電流)(17(2)二極管的伏安特性UI死區(qū)正向反向電壓①正向特性②反向特性③反向擊穿特性反向擊穿電壓U(BR)外電場不足以克服內(nèi)電場,電流很小外電場不足以克服內(nèi)電場,電流很小硅管0~0.5V鍺管0~0.1V導(dǎo)通壓降:硅管0.7V,鍺管0.2V反向飽和電流(2)二極管的伏安特性UI死區(qū)正向反向電壓①正向特性②18(3)二極管的主要參數(shù)（自學(xué)）①最大整流電流IFM②最高反向電壓URM③反向飽和電流IR④最高工作頻率fM(3)二極管的主要參數(shù)（自學(xué)）①最大整流電流IFM②最高反195.穩(wěn)壓二極管特點:工作在反向擊穿區(qū)，其反向擊穿是可逆的.穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型硅二極管。它在電路中與適當(dāng)數(shù)值的電阻配合后能起穩(wěn)定電壓的作用。+-符號：作用:穩(wěn)定電壓，非單向?qū)щ?5.穩(wěn)壓二極管特點:工作在反向擊穿區(qū)，其反向擊穿是可逆的.20UIUZIZ曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。UZIZIZmaxIZmin穩(wěn)壓管的伏安特性：反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時，反向電流很小。當(dāng)反向電壓增高到擊穿電壓時，反向電流劇增，穩(wěn)壓管反向擊穿。擊穿后，電流雖大范圍變化，但穩(wěn)壓管兩端電壓變化很小UIUZIZ曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。UZIZIZmaxIZ21例1：圖中二極管的導(dǎo)通壓降是0.7V，求UO。UO6V+_UO6V+_2Ω2Ω4ΩUO=5.3VUO=0.7V二極管起鉗位作用例1：圖中二極管的導(dǎo)通壓降是0.7V，求UO。UO6V+_U22例2：下圖中二極管均為鍺管，判斷圖中的二極管是導(dǎo)通還是截止，并求UO。UO6V導(dǎo)通，UO=－6.2V截止，UO=－5V10VUO8V5V+－+－例2：下圖中二極管均為鍺管，判斷圖中的二極管是導(dǎo)通還是截止，23例3：二極管半波整流整流電路例3：二極管半波整流整流電路24正半周：D1、D3導(dǎo)通D2、D4截止負(fù)半周D2、D4導(dǎo)通D1、D3截止例4：二極管全波整流正半周：負(fù)半周例4：二極管全波整流251947年12月23日美國貝爾實驗室發(fā)明一個器件，可以通過微弱電流控制大得多的電流，因而產(chǎn)生了放大效應(yīng)。這個器件就是在科技史上具有劃時代意義的成果——晶體管“獻(xiàn)給世界的圣誕節(jié)禮物”，“1956年諾貝爾物理”6.三極管的結(jié)構(gòu)2.3半導(dǎo)體三極管1947年12月23日美國貝爾實驗室發(fā)明一個器件26三極管的結(jié)構(gòu)示意圖:BEC基極發(fā)射極集電極BEC基極發(fā)射極集電極NNPNPN型PPNPNP型collector\base\emmiter三極管的結(jié)構(gòu)示意圖:BEC基極發(fā)射極集電極BEC基極發(fā)射極集27BECNNP基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高發(fā)射結(jié)集電結(jié)三極管具備電流放大作用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件:BECNNP基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻28《二極管工作原理》課件29下節(jié)課預(yù)習(xí)內(nèi)容：2.3.2三極管的電流放大原理2.3.3三極管的共射特性曲線2.3.4三極管的主要參數(shù)作業(yè)：P382-2，2-7下節(jié)課預(yù)習(xí)內(nèi)容：作業(yè)：P382-2，2-730第二章半導(dǎo)體器件（二極管、三極管、場效應(yīng)管）第二章半導(dǎo)體器件（二極管、三極管、場效應(yīng)管）312.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識1.本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體2.PN結(jié)的形成3.PN結(jié)的單向?qū)щ娫?.2半導(dǎo)體二極管4.二極管及其主要參數(shù)5.穩(wěn)壓二極管2.3半導(dǎo)體三極管6.三極管的結(jié)構(gòu)2.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識2.3半導(dǎo)體三極管322.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。特點:1.受外界熱和光的作用時，導(dǎo)電能力明顯變化。

2.純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變。分類：本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體2.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間33本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體。硅鍺如晶體硅和鍺，它們的最外層電子都是四個。1.本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體。硅鍺如晶體344個價電子，恰好與相鄰4個原子的價電子組成4個共價鍵。呈束縛狀態(tài)4個價電子，恰好與相鄰4個原子的價電子組成4個共價鍵。35共價鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4在獲得一定能量后，某些價電子脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。自由電子空穴載流子總是成對出現(xiàn)，可自由移動濃度低，導(dǎo)電能力弱共價鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4在獲得一定能量后，某些價電36在本征半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體.1.N型半導(dǎo)體（Negativetype

電子型半導(dǎo)體）摻入五價的元素(磷、砷、銻)2.P型半導(dǎo)體（Positivetype

空穴型半導(dǎo)體）摻入三價的元素（硼）在本征半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。37N型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的磷（五價元素）+4+4+5+4磷原子自由電子>>空穴++++++++++++++++++++++++自由電子（多子）（少子）正離子自由電子（以帶負(fù)電的電子導(dǎo)電為主）N型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的磷（五價元素）+4+4+38P型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的硼（三價元素）+4+4+3+4空穴硼原子－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－自由電子<<空穴負(fù)離子空穴（以帶正電的空穴導(dǎo)電為主）多子的濃度主要取決于摻入的雜質(zhì)濃度，少子的濃度主要取決于溫度。P型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的硼（三價元素）+4+4+39P區(qū)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N區(qū)++++++++++++++++++++++++2.PN結(jié)的形成多子擴散復(fù)合形成空間電荷區(qū)PN結(jié)內(nèi)電場有利少子漂移運動阻礙多子擴散運動動態(tài)平衡+—E(耗盡層)(阻擋層)P區(qū)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N區(qū)++40PN結(jié)中有兩種運動漂移運動：由電場作用引起的少子的運動擴散運動：由載流子濃度差引起的多子的運動PN結(jié)中有兩種運動漂移運動：由電場作用引起的少子的運動擴散運41PN結(jié)的幾種叫法：空間電荷區(qū)：留下的是不能運動的離子耗盡層：多子擴散到對方被復(fù)合掉阻擋層：形成的內(nèi)電場阻止多子擴散運動PN結(jié)的幾種叫法：空間電荷區(qū)：耗盡層：阻擋層：423.PN結(jié)的單向?qū)щ娫恚?）PN結(jié)外加正向電壓，P加高電位(正向偏置)PN結(jié)的動態(tài)平衡被打破＋－內(nèi)電場被（）空間電荷區(qū)變（）有利于（）擴散形成較（）擴散電流PN結(jié)處于（）狀態(tài)削弱薄多子大導(dǎo)通3.PN結(jié)的單向?qū)щ娫恚?）PN結(jié)外加正向電壓，P加高電43PN結(jié)的動態(tài)平衡被打破內(nèi)電場被（）空間電荷區(qū)變（）不利于（）擴散只形成（）漂移電流（2）PN結(jié)外加反向電壓，N端高電位(反向偏置)－＋PN結(jié)處于（）狀態(tài)由于漂移電流（反向飽和電流）很小，可近似為零增強厚多子很小截止PN結(jié)的動態(tài)平衡被打破內(nèi)電場被（）空間電荷區(qū)變（）不利于（）441.PN結(jié)正偏時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流，視為導(dǎo)通；2.PN結(jié)反偏時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流，近似截止；

由此可得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?用于判斷管子性能1.PN結(jié)正偏時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電45二極管的符號：4.二極管及其主要參數(shù)2.2半導(dǎo)體二極管(1)基本結(jié)構(gòu)PN結(jié)加上引線和管殼，就成為半導(dǎo)體二極管。二極管的符號：4.二極管及其主要參數(shù)2.2半導(dǎo)體二極管46按材料分：硅管，鍺管面接觸型點接觸型(只能通過較小的電流)(可通過較大的電流)按結(jié)構(gòu)工藝分：按材料分：硅管，鍺管面接觸型點接觸型(只能通過較小的電流)(47(2)二極管的伏安特性UI死區(qū)正向反向電壓①正向特性②反向特性③反向擊穿特性反向擊穿電壓U(BR)外電場不足以克服內(nèi)電場,電流很小外電場不足以克服內(nèi)電場,電流很小硅管0~0.5V鍺管0~0.1V導(dǎo)通壓降:硅管0.7V,鍺管0.2V反向飽和電流(2)二極管的伏安特性UI死區(qū)正向反向電壓①正向特性②48(3)二極管的主要參數(shù)（自學(xué)）①最大整流電流IFM②最高反向電壓URM③反向飽和電流IR④最高工作頻率fM(3)二極管的主要參數(shù)（自學(xué)）①最大整流電流IFM②最高反495.穩(wěn)壓二極管特點:工作在反向擊穿區(qū)，其反向擊穿是可逆的.穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型硅二極管。它在電路中與適當(dāng)數(shù)值的電阻配合后能起穩(wěn)定電壓的作用。+-符號：作用:穩(wěn)定電壓，非單向?qū)щ?5.穩(wěn)壓二極管特點:工作在反向擊穿區(qū)，其反向擊穿是可逆的.50UIUZIZ曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。UZIZIZmaxIZmin穩(wěn)壓管的伏安特性：反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時，反向電流很小。當(dāng)反向電壓增高到擊穿電壓時，反向電流劇增，穩(wěn)壓管反向擊穿。擊穿后，電流雖大范圍變化，但穩(wěn)壓管兩端電壓變化很小UIUZIZ曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。UZIZIZmaxIZ51例1：圖中二極管的導(dǎo)通壓降是0.7V，求UO。UO6V+_UO6V+_2Ω2Ω4ΩUO=5.3VUO=0.7V二極管起鉗位作用例1：圖中二極管的導(dǎo)通壓降是0.7V，求UO。UO6V+_U52例2：下圖中二極管均