《極管及其應(yīng)用》課件

3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)一、本征半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦运?、PN結(jié)的電容效應(yīng)1編輯ppt3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)一、本征半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體三、P一、本征半導(dǎo)體導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體是純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。1、什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？導(dǎo)體－－鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，其最外層電子在外電場(chǎng)作用下很容易產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流。絕緣體－－惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場(chǎng)強(qiáng)到一定程度時(shí)才可能導(dǎo)電。半導(dǎo)體－－硅（Si）、鍺（Ge），均為四價(jià)元素，它們?cè)拥淖钔鈱与娮邮茉雍说氖`力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。無(wú)雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)2編輯ppt一、本征半導(dǎo)體導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為2、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子自由電子的產(chǎn)生使共價(jià)鍵中留有一個(gè)空位置，稱為空穴

自由電子與空穴相碰同時(shí)消失，稱為復(fù)合。共價(jià)鍵一定溫度下，自由電子與空穴對(duì)的濃度一定；溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多，自由電子與空穴對(duì)的濃度加大。動(dòng)態(tài)平衡3編輯ppt2、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量的價(jià)電子掙脫共價(jià)兩種載流子

外加電場(chǎng)時(shí)，帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電，且運(yùn)動(dòng)方向相反。由于載流子數(shù)目很少，故導(dǎo)電性很差。3、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，載流子濃度增大，導(dǎo)電性增強(qiáng)。熱力學(xué)溫度0K時(shí)不導(dǎo)電。4編輯ppt兩種載流子外加電場(chǎng)時(shí)，帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴二、雜質(zhì)半導(dǎo)體

1.N型半導(dǎo)體磷（P）

雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控。多數(shù)載流子空穴比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多了？少了？為什么？5編輯ppt二、雜質(zhì)半導(dǎo)體

1.N型半導(dǎo)體磷（P）雜質(zhì)半導(dǎo)2.P型半導(dǎo)體硼（B）多數(shù)載流子P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，

在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時(shí)，載流子的數(shù)目變化嗎？少子與多子變化的數(shù)目相同嗎？少子與多子濃度的變化相同嗎？6編輯ppt2.P型半導(dǎo)體硼（B）多數(shù)載流子P型半導(dǎo)體主要三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?/p>

物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣體、液體、固體均有之。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)P區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)高于N區(qū)。N區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高于P區(qū)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面N區(qū)的自由電子濃度降低(相遇而復(fù)合)，產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)。7編輯ppt三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦晕镔|(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的PN結(jié)的形成

因電場(chǎng)作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。

參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。漂移運(yùn)動(dòng)

由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使P區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成內(nèi)電場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從N區(qū)向P區(qū)、自由電子從P區(qū)向N區(qū)運(yùn)動(dòng)。8編輯pptPN結(jié)的形成因電場(chǎng)作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通：耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇，由于外電源的作用，形成擴(kuò)散電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)加反向電壓截止：耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似認(rèn)為其截止。PN結(jié)的單向?qū)щ娦员匾獑幔?編輯pptPN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通：PN結(jié)加反向電壓截止：PN結(jié)的單向?qū)摹N結(jié)的電容效應(yīng)1.勢(shì)壘電容

PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過(guò)程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢(shì)壘電容Cb。2.擴(kuò)散電容

PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過(guò)程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容Cd。結(jié)電容：

結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦裕?0編輯ppt四、PN結(jié)的電容效應(yīng)1.勢(shì)壘電容PN結(jié)外加電壓變問(wèn)題為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能極差，又將其摻雜，改善導(dǎo)電性能？為什么半導(dǎo)體器件的溫度穩(wěn)定性差？是多子還是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？為什么半導(dǎo)體器件有最高工作頻率？11編輯ppt問(wèn)題為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)3.2半導(dǎo)體二極管一、二極管的組成二、二極管的伏安特性及電流方程三、二極管的等效電路四、二極管的主要參數(shù)五、穩(wěn)壓二極管123.2半導(dǎo)體二極管一、二極管的組成二、二極管的伏安特性及

一、二極管的組成將PN結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。小功率二極管大功率二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管13編輯ppt一、二極管的組成將PN結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管

一、二極管的組成點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小，故結(jié)允許的電流小，最高工作頻率高。面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大，故結(jié)允許的電流大，最高工作頻率低。平面型：結(jié)面積可小、可大，小的工作頻率高，大的結(jié)允許的電流大。14編輯ppt一、二極管的組成點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小，故結(jié)允許的電

二、二極管的伏安特性及電流方程材料開啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.5~0.8V1μA以下鍺Ge0.1V0.1~0.3V幾十μA開啟電壓反向飽和電流擊穿電壓溫度的電壓當(dāng)量二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性。15編輯ppt二、二極管的伏安特性及電流方程材料開啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和從二極管的伏安特性可以反映出：

1.單向?qū)щ娦?.伏安特性受溫度影響T（℃）↑→在電流不變情況下管壓降u↓→反向飽和電流IS↑，U(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移正向特性為指數(shù)曲線反向特性為橫軸的平行線增大1倍/10℃16編輯ppt從二極管的伏安特性可以反映出：

1.單向?qū)щ娦?.三、二極管的主要參數(shù)最大整流電流IF：二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。最大反向工作電壓UR：允許外加的最大反向電壓，手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓一般是UBR的一半。反向電流IR：在室溫下，在二極管兩端加上規(guī)定的反向電壓時(shí)，流過(guò)管子的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。最高工作頻率fM：二極管工作的上限頻率。因PN結(jié)有電容效應(yīng)17編輯ppt三、二極管的主要參數(shù)最大整流電流IF：二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許四、二極管的等效電路理想二極管近似分析中最常用理想開關(guān)導(dǎo)通時(shí)UD＝0截止時(shí)IS＝0導(dǎo)通時(shí)UD＝Uon截止時(shí)IS＝0導(dǎo)通時(shí)△i與△u成線性關(guān)系應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！1.將伏安特性折線化？100V？5V？1V？18編輯ppt四、二極管的等效電路理想近似分析中最常用理想開關(guān)導(dǎo)通時(shí)UD＝2.微變等效電路Q越高，rd越小。

當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)，則可將二極管等效為一個(gè)電阻，稱為動(dòng)態(tài)電阻，也就是微變等效電路。ui=0時(shí)直流電源作用小信號(hào)作用靜態(tài)電流19編輯ppt2.微變等效電路Q越高，rd越小。當(dāng)二極管在靜態(tài)基五、基本應(yīng)用電路

1.整流電路整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娮饔?，將交流電變成直流電的電路?0編輯ppt五、基本應(yīng)用電路1.整流電路20編輯ppt全波整流~220VuLioRLe2e2’+--+~220VuLioRLe2’e2-+-+e2uLUdc≈0.9E221編輯ppt全波整流~220VuLioRLe2e2’+--+~220Vu

限幅電路是限制輸出信號(hào)幅度的電路。2.限幅電路22編輯ppt限幅電路是限制輸出信號(hào)幅度的電路。2.限幅電路2鉗位電路：使輸出電位鉗制在某一數(shù)值上保持不變。設(shè)二極管為理想元件，當(dāng)輸入U(xiǎn)A＝UB＝3V時(shí)，二極管V1，V2正偏導(dǎo)通，輸出被鉗制在UA和UB上，即UF＝3V；當(dāng)UA＝0V，UB＝3V，則V1導(dǎo)通，輸出被鉗制在UF＝UA＝0V，V2反偏截止。3.鉗位電路23編輯ppt鉗位電路：使輸出電位鉗制在某一數(shù)值上保持不變。3.鉗位電路討論：解決兩個(gè)問(wèn)題如何判斷二極管的工作狀態(tài)？什么情況下應(yīng)選用二極管的什么等效電路？uD=V－iRQIDUDV與uD可比，則需圖解：實(shí)測(cè)特性對(duì)V和Ui二極管的模型有什么不同？24編輯ppt討論：解決兩個(gè)問(wèn)題如何判斷二極管的工作狀態(tài)？uD=V－iRQ3.3穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管又稱齊納二極管，是一種用特殊工藝制造的面結(jié)型硅半導(dǎo)體二極管。1.伏安特性進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流不至于損壞的最大電流

由一個(gè)PN結(jié)組成，反向擊穿后在一定的電流范圍內(nèi)端電壓基本不變，為穩(wěn)定電壓。限流電阻斜率？25編輯ppt3.3穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管又稱齊納二極管，是2.主要參數(shù)若穩(wěn)壓管的電流太小則不穩(wěn)壓，若穩(wěn)壓管的電流太大則會(huì)因功耗過(guò)大而損壞，因而穩(wěn)壓管電路中必需有限制穩(wěn)壓管電流的限流電阻！（4）穩(wěn)定電流IZ(常記為Izmin)

、最大穩(wěn)定電流Izmax。（5）額定功耗（1）穩(wěn)定電壓UZ（2）電壓溫度系數(shù)

U（%/℃）（3）動(dòng)態(tài)電阻26編輯ppt2.主要參數(shù)若穩(wěn)壓管的電流太小則不穩(wěn)壓，若穩(wěn)壓管3、穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用電路UoIZDZRIOIRUiRLRLIoIRUoIZIRVo1）穩(wěn)壓電路例：某穩(wěn)壓管要求：當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。求：限流電阻R和輸入電壓ui的正常值。27編輯ppt3、穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用電路UoIZDZRIOIRUiRLRLI令輸入電壓降到下限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流為Izmin。uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程，可解得：解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管電流為Izmax28編輯ppt令輸入電壓降到下限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流為Izmin。uoi2）限幅電路29編輯ppt2）限幅電路29編輯ppt

發(fā)光二極管也叫LED，它是由砷化鎵（GaAs）、磷化鎵（GaP）、磷砷化鎵（GaAsP）等半導(dǎo)體制成的。不僅具有一般PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕以谝欢l件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。故發(fā)光二極管工作時(shí)要加正向電壓。電路中常用做指示或顯示及光信息傳送。發(fā)光二極管開啟電壓比普通二極管高，約為1～2.5V，反向擊穿電壓比普通二極管低，約5V左右。當(dāng)正向電流達(dá)到1mA