模擬電子技術(shù)半導(dǎo)體二極管及基本電路教學(xué)PPT

1、 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom半導(dǎo)體的基本知識，pn結(jié)，二極管電路的基本分析方法。 內(nèi)內(nèi) 容容 教學(xué)提示教學(xué)提示本章要求學(xué)生熟練掌握普通二極管、穩(wěn)壓管的外特性及主要參數(shù)。正確理解pn結(jié)的形成，掌握二極管電路的分析方法。 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。1.導(dǎo)體導(dǎo)體：容易導(dǎo)電的物體。如：鐵、銅等2. 絕緣體絕緣體：幾乎不導(dǎo)電的物體。如：橡膠等3. 半導(dǎo)體半導(dǎo)體：半導(dǎo)體是導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間的物體。在一定條件下可導(dǎo)電。 半導(dǎo)體的電阻率為10-3109 cm。典型的半導(dǎo)體有硅si和鍺

2、ge以及砷化鎵gaas等。 半導(dǎo)體特點(diǎn)： 1)在外界能源的作用下，導(dǎo)電性能顯著變化。光敏元件、熱敏元件屬于此類。 2) 在純凈半導(dǎo)體內(nèi)摻入雜質(zhì)，導(dǎo)電性能顯著增加。二極管、三極管屬于此類。 2.1 2.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 2.1.12.1.1 概念概念 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom2.1 2.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 2.1.2 2.1.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體sige本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。 現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。 電子信息工程系電子信息工程系20

3、06 smartcom2.1 2.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 2.1.22.1.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom2.1 2.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 2.1.22.1.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體形成共價鍵后，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。共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，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。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。+4+4+4+4 電子信

4、息工程系電子信息工程系2006 smartcom2.1 2.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 2.1.32.1.3雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(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)體雜質(zhì)半導(dǎo)體。n n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。（主要載流子為電子、電子半導(dǎo)體）p p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。（主要載流子為空穴、空穴半導(dǎo)體） 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom2.1 2.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 2.1.3 2.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)

5、半導(dǎo)體n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導(dǎo)體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。在n型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)形成。提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正正離子離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)。 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子sipsisi2.1 2.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體2.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom2.1

6、2.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 2.1.3 2.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴空穴。在p型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)形成。空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)。 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom空穴空穴硼原子硼原子sisisib硅原子硅原子空穴被認(rèn)為帶一個單位的正電荷，并且可以移動2.1 2.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 2.1.3 2.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 電子信息工程系電

7、子信息工程系2006 smartcom2.1 2.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 2.1.3 2.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)雜質(zhì)半導(dǎo)體體+ 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom2.2 2.2 2.2.12.2.1 在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散和漂移，在它們的交界面處就形成了pnpn結(jié)結(jié)。 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcomp p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體n n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場e漂移運(yùn)動空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)2.2 2.2 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcomp型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+ 2.

8、2 2.2 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcomp型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+ 因此擴(kuò)散因此擴(kuò)散和漂移這一和漂移這一對相反的運(yùn)對相反的運(yùn)動最終達(dá)到動最終達(dá)到平衡，相當(dāng)平衡，相當(dāng)于兩個區(qū)之于兩個區(qū)之間沒有電荷間沒有電荷運(yùn)動，空間運(yùn)動，空間電荷區(qū)的厚電荷區(qū)的厚度固定不變。度固定不變。2.2 2.2 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom+內(nèi)電場減弱，使擴(kuò)散加強(qiáng)，內(nèi)電場減弱，使擴(kuò)散加強(qiáng)，擴(kuò)散擴(kuò)散 飄移，正向電流大飄移，正向電流大pn+_2.2 2.2 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom2.2 2.2 +np_+內(nèi)電場加強(qiáng)，使擴(kuò)散停止，內(nèi)電

9、場加強(qiáng)，使擴(kuò)散停止，有少量飄移，反向電流很小有少量飄移，反向電流很小反向飽和電流反向飽和電流很小，很小， a級級 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom2.2 2.2 2.2.2 pn結(jié)加上結(jié)加上正向電壓正向電壓或或正向偏置正向偏置的意思都是：的意思都是： p區(qū)區(qū)加正、加正、n區(qū)加負(fù)電壓。區(qū)加負(fù)電壓。pn結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓導(dǎo)通導(dǎo)通pn結(jié)加上結(jié)加上反向電壓反向電壓或或反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： p區(qū)區(qū)加負(fù)、加負(fù)、n區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。pn結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓截止截止 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom2.3 2.3 一、一、基本結(jié)構(gòu)

10、基本結(jié)構(gòu)pnpn符號符號陽極陽極陰極陰極 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom二、伏安特性伏安特性ui+idvd-r) 1(/sdd tvveii2.3 2.3 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom三、三、二極管常用模型二極管常用模型 1). 理想模型理想模型 2. 恒壓降模型恒壓降模型3). 折線模型折線模型2.3 2.3 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom 二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時，二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時，其正向特性可以等效成一個微變電阻。其正向特性可以等效成一個微變電阻。dddivr 即即)1(/sdd t

11、vveii根據(jù)根據(jù)得得q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)點(diǎn)處的微變電導(dǎo)qdvdigddd qvvttevi/sd tvid dd1gr 則則divt 常溫下（常溫下（t=300k）)ma()mv(26dddiivrt 4). 小信號模型小信號模型2.3 2.3 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom四、四、二極管的參數(shù)二極管的參數(shù)(1) 最大整流電流最大整流電流if(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓vbr和最大反向工作電壓和最大反向工作電壓vrm(3) 反向電流反向電流i ir r(4) 正向壓降正向壓降vf(5) 極間電容極間電容c2.3 2.3 電子信息工程系電子信息工程系2006 smart

12、com五、五、二極管實(shí)物圖片二極管實(shí)物圖片2.3 2.3 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom例例1. 二極管為理想二極管：死區(qū)電壓為二極管為理想二極管：死區(qū)電壓為0 ，正向壓降為。，正向壓降為。rluiuouiuott二極管半波整流二極管半波整流 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom 例例開關(guān)電路開關(guān)電路 d 3k (a) v v a o 電路如圖所示，求電路如圖所示，求ao的電壓值的電壓值解解: 先斷開先斷開d，以，以o為基準(zhǔn)電位，為基準(zhǔn)電位，既既o點(diǎn)為點(diǎn)為0v。則接則接d陽極的電位為陽極的電位為-6v，接陰極的電位為，接陰極的電位為-12v。陽極電位高

13、于陰極電位，陽極電位高于陰極電位，d接入時正向?qū)?。接入時正向?qū)ā?dǎo)通后，導(dǎo)通后，d的壓降等于零，即的壓降等于零，即a點(diǎn)的電位就是點(diǎn)的電位就是d陽極的電位。陽極的電位。所以，所以，ao的電壓值為的電壓值為-6v。 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom2.5 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 電子信息工程系電子信息工程系2006 smartcom2.5 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流iz下，所對應(yīng)的反向工作電壓。(2) 動態(tài)電阻rzrz =vz /iz(3)最大耗散功率 pzm(4)最大穩(wěn)定工作電流 izmax 和最小穩(wěn)定工作電流 izmin(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)vz穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管主要