電子第4章二極管及其基本電路課件

第4章二極管及其基本電路物體導(dǎo)電性能分類：

導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。4.1半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)4.1.1半導(dǎo)體材料共價(jià)鍵共用電子對（束縛電子）+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子共價(jià)鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子，絕對零度時(shí)束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。4.1.2半導(dǎo)體(硅和鍺)的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)2)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4

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空穴吸引附近的電子來填補(bǔ),相當(dāng)于空穴的遷移，可以認(rèn)為空穴是載流子?？昭◣д姾桑昭ㄒ苿有纬呻娏?。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。

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電子帶負(fù)電荷，電子移動形成電流（和電流規(guī)定的方向相反）。

*溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力很弱,且隨環(huán)境溫度而變化。在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。P型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）。N型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。4.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體+4+4+5+4多余電子磷原子N型半導(dǎo)體中的載流子：1、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2、本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。在本征半導(dǎo)體中摻入少量的五價(jià)元素磷（或銻），外層有五個價(jià)電子，其中四個與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個電子五價(jià)元素磷稱為施主原子。一、N型半導(dǎo)體三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。4.2PN結(jié)的形成及特性PN結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場少子的漂移運(yùn)動濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱PN結(jié)擴(kuò)散和漂移這一對相反的運(yùn)動最終達(dá)到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空間電荷區(qū)

內(nèi)電場越強(qiáng)，漂移運(yùn)動越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。1.PN結(jié)加正向電壓（即正偏）PN結(jié)變窄

P區(qū)接正極、N區(qū)接負(fù)極外電場IF

內(nèi)電場被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。內(nèi)電場PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–☆PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴頟N結(jié)單向?qū)щ娦栽诎雽?dǎo)體器件中的重要性：⑴二極管、三極管、場效應(yīng)管、可控硅管等元器件的特性都與此有關(guān)。⑵電子電路必須具有直流電源才能工作。陰極引線陽極引線二氧化硅保護(hù)層P型硅N型硅(

c

)平面型金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼(

a)點(diǎn)接觸型鋁合金小球N型硅陽極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線(

b)面接觸型圖3.3.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號4.3.1二極管的結(jié)構(gòu)陰極陽極(

d

)符號D4.3二極管4.3.2二極管的V--I特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降

外加電壓大于反向擊穿電壓，二極管被擊穿，（雪崩擊穿、齊納擊穿）失去單向?qū)щ娦?。正向特性反向特性特點(diǎn)：非線性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。VT＝26mV(溫度電壓當(dāng)量）伏安特性：4.二極管的極間電容二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢壘電容CB和擴(kuò)散電容CD。勢壘電容：勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時(shí)，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢壘電容。4.二極管的極間電容擴(kuò)散電容：為了形成正向電流（擴(kuò)散電流），注入P區(qū)的少子（電子）在P

區(qū)有濃度差，越靠近PN結(jié)濃度越大，即在P區(qū)有電子的積累。同理，在N區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累的電荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容CD。勢壘電容CB：在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。PN結(jié)高頻小信號時(shí)的等效電路：勢壘電容和擴(kuò)散電容的綜合效應(yīng)rd擴(kuò)散電容CD：在反向偏置時(shí)，由于載流子數(shù)目很少，可以忽略。例4.4.1電路如圖所示，已知二極管的V-I特性曲線、電源VDD和電阻R，求二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流iD。解：由電路的KVL方程，可得即是一條斜率為-1/R的直線，稱為負(fù)載線

Q的坐標(biāo)值（VD，ID）即為所求。Q點(diǎn)稱為電路的工作點(diǎn)

4.4.2二極管V-I特性的建模1.理想模型2.恒壓降模型

4.4.2二極管V-I特性的建模3.折線模型（a）V-I特性（b）電路模型

RLuiuouiuott例1：二極管半波整流判斷二極管導(dǎo)通與否的方法：假想斷開二極管，再分析二極管陽極和陰極的電位實(shí)際二極管：死區(qū)電壓=0.5V，正向壓降0.7V(鍺管≈0.2V);理想二極管：死區(qū)電壓=0，正向壓降=0。☆4.4.3二極管的應(yīng)用舉例例2靜態(tài)工作情況分析理想模型（R=10k）當(dāng)VDD=10V時(shí)，恒壓模型（硅二極管典型值）折線模型（硅二極管典型值）設(shè)當(dāng)VDD=1V時(shí)，（自看）（a）簡單二極管電路（b）習(xí)慣畫法

兩個二極管的陰極接在一起取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。分析：U1陽=－6V，U2陽=0V，U1陰=U2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

D1承受反向電壓為－6V根據(jù)所給電路,求UAB的值

在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3kAD2UAB+–例2當(dāng)D2優(yōu)先導(dǎo)通時(shí)，則D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V。（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。（5）最大允許功耗穩(wěn)壓二極管的參數(shù):（1）穩(wěn)定電壓

UZ（2）電壓溫度系數(shù)U（%/℃）穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動態(tài)電阻例

IR

IZ

Io穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓過程。VIVoIZVo∴VO能夠穩(wěn)定IRVR⑴用于光電信號