模電第一章半導(dǎo)體基礎(chǔ)及二極管電路

電子電路基礎(chǔ)第一章半導(dǎo)體基礎(chǔ)及二極管電路1參考書目《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》，董詩白等，高等教育出版社，面向21世紀(jì)課程教材《電子技術(shù)基礎(chǔ)》,康華光,高教出版社《電子線路基礎(chǔ)》,高文煥,高教出版社2主要內(nèi)容1.1半導(dǎo)體及其特性1.2PN結(jié)及其特性1.3半導(dǎo)體二極管1.4半導(dǎo)體三極管及其工作原理1.5三極管的共射特性曲線及主要參數(shù)3本征半導(dǎo)體及其特性導(dǎo)體(Conductor)電導(dǎo)率＞105

鋁、金、鎢、銅等金屬，鎳鉻等合金。半導(dǎo)體(Semiconductor)電導(dǎo)率10-9~102硅、鍺、砷化鎵、磷化銦、碳化鎵、重?fù)诫s多晶硅絕緣體(Insulator)電導(dǎo)率10-22~10-14二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等42、半導(dǎo)體性能半導(dǎo)體三大特性攙雜特性熱敏特性光敏特性本征半導(dǎo)體晶格完整（金剛石結(jié)構(gòu)）純凈（無雜質(zhì)）的半導(dǎo)體51、硅、鍺原子的簡化模型半導(dǎo)體元素：均為四價元素GeSi+46半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的描述兩種理論體系共價鍵結(jié)構(gòu)能級能帶結(jié)構(gòu)7共價鍵結(jié)構(gòu)（平面圖）+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴價電子形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)共價鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體8半導(dǎo)體中的載流子載流子(Carrier)指半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中獲得運動能量的帶電粒子。有溫度環(huán)境就有載流子。絕對零度（-2730C）時晶體中無自由電子。9熱激發(fā)（本征激發(fā)）本征激發(fā)

和溫度有關(guān)會成對產(chǎn)生電子空穴對---自由電子(FreeElectron)---空穴(Hole)兩種載流子（帶電粒子）是半導(dǎo)體的重要概念。10本征激發(fā)與復(fù)合合二為一一分為二本征激發(fā)復(fù)合11雜質(zhì)半導(dǎo)體(ImpuritySemiconductor)雜質(zhì)半導(dǎo)體：在純凈半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)所形成。雜質(zhì)半導(dǎo)體分兩大類：N型(Ntype)半導(dǎo)體P型(Ptype)半導(dǎo)體121、N型半導(dǎo)體施主雜質(zhì)(Donorimpurities)

：摻入五價元素，如磷(P)、砷(As)、銻(Sb)。正離子狀態(tài)：失去多余電子后束縛在晶格內(nèi)不能移動。13圖示：N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖五價原子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5141、N型半導(dǎo)體自由電子數(shù)=空穴數(shù)+施主雜質(zhì)數(shù)少子(Minority)：空穴(Hole)多子(Majority)：自由電子(FreeElectron)N型半導(dǎo)體：電子型半導(dǎo)體152、P型半導(dǎo)體受主雜質(zhì)(Acceptorimpurities)

：摻入三價元素，如硼(B)、鋁(Al)、銦(In)。負(fù)離子狀態(tài)：易接受其它自由電子16圖示：P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖三價原子+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3空穴空位17P型半導(dǎo)體空穴數(shù)=自由電子數(shù)+受主雜質(zhì)數(shù)少子(Minority：自由電子(FreeElectron)多子(Majority)：空穴(Hole)P型半導(dǎo)體：空穴型半導(dǎo)體18雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體少子濃度主要由本征激發(fā)決定的雜質(zhì)半導(dǎo)體多子濃度由攙雜濃度決定（是固定的）幾乎與溫度無關(guān)對溫度變化敏感雜質(zhì)半導(dǎo)體就整體來說還是呈電中性的19半導(dǎo)體中的電流是由電場力引起的載流子定向運動漂移電流(DriftCurrent)擴(kuò)散電流(DiffusionCurrent)由載流子濃度、遷移速度、外加電場強(qiáng)度等決定是由載流子濃度不均勻（濃度梯度）造成的擴(kuò)散電流與濃度本身無關(guān)20PN結(jié)及其特性

PN結(jié)是構(gòu)成半導(dǎo)體器件的核心結(jié)構(gòu)。PN結(jié)是指使用半導(dǎo)體工藝使N型和P型半導(dǎo)體結(jié)合處所形成的特殊結(jié)構(gòu)。PN結(jié)是半導(dǎo)體器件的心臟。21P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++

擴(kuò)散運動內(nèi)電場E漂移運動擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。內(nèi)電場越強(qiáng)，就使漂移運動越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。勢壘區(qū)，也稱耗盡層。PN結(jié)的形成22說明：（1）空間電荷區(qū)（耗盡層、勢壘區(qū)、高阻區(qū)）內(nèi)幾乎沒有載流子，其厚度約為0.5μｍ（2）內(nèi)電場的大小硅半導(dǎo)體：鍺半導(dǎo)體：（3）當(dāng)兩邊的摻雜濃度相等時，PN結(jié)是對稱的當(dāng)兩邊的摻雜濃度不等時，PN結(jié)不對稱（4）從宏觀上看，自由狀態(tài)下，PN結(jié)中無電流23－－－－++++PN－－－－++++E+_R1、PN結(jié)正向偏置——P區(qū)加正、N區(qū)加負(fù)電壓內(nèi)電場外電場變薄內(nèi)電場被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，能夠形成較大的擴(kuò)散電流。正向電流正向?qū)?4內(nèi)電場外電場+_RE2、PN結(jié)反向偏置——P區(qū)加負(fù)、N區(qū)加正電壓－－－－++++PN－－－－++++－－－－++++變厚內(nèi)電場被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子的漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。反向截止25三、半導(dǎo)體二極管

PN伏安曲線兩種電擊穿：（1）齊納擊穿摻雜高，擊穿電壓小于6V（2）雪崩擊穿（碰撞激發(fā)）UI死區(qū)電壓硅管0.4V鍺管0.1V反向擊穿電壓UBR導(dǎo)通電壓:硅管0.7V鍺管0.3V開啟電壓:硅管0.6V鍺管0.2V熱擊穿26二極管特性的解析式

伏安表達(dá)式：常溫下則當(dāng)時，，反向電流基本不變當(dāng)時，27二極管的溫度特性溫度升高時，反向電流增大溫度升高時，正向伏安特性左移工程上可近似認(rèn)為電流保持不變時，溫度每增加1攝氏度，二極管壓降約減小28二極管的電容效應(yīng)二極管電容是一種等效效應(yīng)勢壘電容擴(kuò)散電容均為非線性電容29二極管的電容效應(yīng)二極管電容是一種等效效應(yīng)勢壘電容擴(kuò)散電容均為非線性電容正偏時以擴(kuò)散電容為主反偏時以勢壘電容為主PN結(jié)的電容效應(yīng)將影響晶體管的響應(yīng)速度和高頻特性30二極管的等效電阻直流等效電阻也稱靜態(tài)電阻：交流等效電阻：T=300K時溫度的電壓當(dāng)量工作點電流31二極管的模型數(shù)學(xué)模型理想化模型恒壓降模型分段線性模型交流小信號32模型二極管的主要參數(shù)

最大整流電流IF：IF是二極管長期運行時允許通過的最大正向平均電流反向擊穿電壓VR：VR是二極管反向電流明顯增大，超過某個規(guī)定值時的反向電壓反向電流IR：IR是二極管未擊穿時的反向飽和電流。IR愈小，二極管的單向?qū)щ娦宰罡吖ぷ黝l率fM：fM是二極管工作的上限頻率愈好，IR對溫度非常敏感33二極管電路基本分析方法及流程選擇模型，變換電路通常采用理想模型或者恒壓降模型分析直流電路和大信號工作電路先靜態(tài)分析算Q點交流模型參數(shù)，再動態(tài)分析求電路交流參數(shù)，最后疊加得完整結(jié)果34二極管電路分析例題35二極管電路的工作狀態(tài)解法通過比較二極管兩個電極的電位高低來判定可首先假定二極管截止設(shè)圖中二極管性能理想，試判斷二極管的工作狀態(tài)，并求36二極管整流電路：半波整流37二極管整流電路：全波整流38二極管整流電路：全波整流39穩(wěn)壓二極管正常情況下，工作于反向擊穿區(qū)。反向電流在很大范圍內(nèi)變化時，端電壓變化很小，從而具有穩(wěn)壓作用反向擊穿電壓最小允許電流最大允許電流在使用時應(yīng)串接限流電阻以保證反向電流值在合適范圍內(nèi)，管工作在穩(wěn)壓區(qū)40二極管模擬電路：穩(wěn)壓電路限流電阻41#不加R可以嗎？當(dāng)不變時：當(dāng)不變時：二極管模擬電路：限幅電路（一）限幅：按照規(guī)定的范圍，將輸入信號波形的一部分傳送到輸出端、而將其余部分消去。一般利用器件的開關(guān)特性實現(xiàn)線性區(qū)限幅區(qū)：下門限：上門限雙向限幅電路：單