第一章晶體二極管工作原理及應(yīng)用ppt課件

1、電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院孫正鳳孫正鳳 性質(zhì)性質(zhì) 普通高等院校電類專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)普通高等院校電類專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課，為后繼專業(yè)課程學(xué)習(xí)以及電子技術(shù)在專課，為后繼專業(yè)課程學(xué)習(xí)以及電子技術(shù)在專業(yè)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。業(yè)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。任務(wù)任務(wù) 使學(xué)生掌握模擬電子技術(shù)方面的基本理使學(xué)生掌握模擬電子技術(shù)方面的基本理論電子電路的基本分析方法）、基本知識論電子電路的基本分析方法）、基本知識常用電子器件和電子電路的性能以及主要常用電子器件和電子電路的性能以及主要應(yīng)用和基本技能電子測試技術(shù)、電子電應(yīng)用和基本技能電子測試技術(shù)、電子電路的分

2、析計(jì)算能力和識圖能力）。路的分析計(jì)算能力和識圖能力）。模模 擬擬 電電 子子 技技 術(shù)術(shù) 基基 礎(chǔ)礎(chǔ)電子器件及基電子器件及基本應(yīng)用本應(yīng)用第一章第一章 晶體二極管工作原理及應(yīng)用晶體二極管工作原理及應(yīng)用第二章第二章 晶體三極管及基本放大器晶體三極管及基本放大器第三章第三章 場效應(yīng)管及其應(yīng)用場效應(yīng)管及其應(yīng)用基本功能電路基本功能電路第四章第四章 負(fù)反饋放大器負(fù)反饋放大器第五章第五章 振蕩電路振蕩電路第六章第六章 電流源電路電流源電路第七章第七章 差分放大電路差分放大電路第八章第八章 功率放大電路功率放大電路模擬集成電路模擬集成電路第九章第九章 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器第十章第十章 集成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電路

3、第十一章第十一章 在系統(tǒng)可編程模擬器件在系統(tǒng)可編程模擬器件 本課程是屬于技術(shù)基礎(chǔ)性質(zhì)的課程，它與等基礎(chǔ)理論課程相比，更接近工程實(shí)際。 課程安排：課程安排： 共計(jì)共計(jì)3 3學(xué)分，其中：理論課占學(xué)分，其中：理論課占2.52.5學(xué)分學(xué)分 實(shí)驗(yàn)課占實(shí)驗(yàn)課占0.50.5學(xué)分學(xué)分考核方法：考核方法： 閉卷考試閉卷考試 總評成績總評成績= =平時(shí)成績平時(shí)成績20%+20%+實(shí)驗(yàn)成績實(shí)驗(yàn)成績10%+10%+考試成績考試成績70%70%第一章第一章 晶體二極管工作原理及應(yīng)晶體二極管工作原理及應(yīng)用用o1.1 引言引言o1.2 半導(dǎo)體物理知識半導(dǎo)體物理知識o1.3PN結(jié)結(jié)o1.4 實(shí)際二極管的伏安特性實(shí)際二極管的伏

4、安特性o1.5二極管的模型、參數(shù)、分析方法及基本應(yīng)用二極管的模型、參數(shù)、分析方法及基本應(yīng)用o1.6 其它類型的二極管其它類型的二極管1.1 引言引言 P N正極正極負(fù)極負(fù)極PNPN結(jié)結(jié)外殼外殼正極正極負(fù)極負(fù)極（a） 二極管結(jié)構(gòu)示意圖二極管結(jié)構(gòu)示意圖（b） 二極管的電路符號二極管的電路符號1.2 1.2 半導(dǎo)體物理知識半導(dǎo)體物理知識o1.2.1 1.2.1 概述概述o1.2.2 1.2.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體o1.2.3 1.2.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 o1.2.4 1.2.4 載流子的運(yùn)動(dòng)載流子的運(yùn)動(dòng)1.2.1 1.2.1 概述概述o導(dǎo)體：電阻率小于導(dǎo)體：電阻率小于10-3，很容易導(dǎo)電，稱

5、為導(dǎo)，很容易導(dǎo)電，稱為導(dǎo)體體.如銅、鋁、銀等金屬材料；如銅、鋁、銀等金屬材料；o絕緣體：電阻率大于絕緣體：電阻率大于109，很難導(dǎo)電，稱為絕緣，很難導(dǎo)電，稱為絕緣體，如塑料、橡膠、陶瓷等材料；體，如塑料、橡膠、陶瓷等材料；o半導(dǎo)體：電阻率在半導(dǎo)體：電阻率在10-3109，導(dǎo)電能力介于，導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，例如硅導(dǎo)體和絕緣體之間，例如硅(Si)和鍺和鍺(Ge)等半導(dǎo)等半導(dǎo)體材料；體材料；半導(dǎo)體材料制作電子器件的原因半導(dǎo)體材料制作電子器件的原因? ?o不是因?yàn)樗膶?dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，而不是因?yàn)樗膶?dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，而是在于半導(dǎo)體材料具有熱敏性、光敏性和摻雜性。是在于

6、半導(dǎo)體材料具有熱敏性、光敏性和摻雜性。半導(dǎo)體材料制作電子器件的原因半導(dǎo)體材料制作電子器件的原因?1 1、熱敏性：是半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨著溫度的升高而迅速、熱敏性：是半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨著溫度的升高而迅速增加，例如純凈鍺從增加，例如純凈鍺從2020升高到升高到3030時(shí)，電阻率下降時(shí)，電阻率下降為原來的為原來的1/21/2；2 2、光敏性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨光照的變化有顯著改變、光敏性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨光照的變化有顯著改變的特性；例如硫化鎘薄膜在暗處：電阻為幾十的特性；例如硫化鎘薄膜在暗處：電阻為幾十MM。光照：電阻下降為幾十光照：電阻下降為幾十KK3 3、摻雜性：是半導(dǎo)體導(dǎo)電能力因摻入適量的雜質(zhì)

7、而發(fā)生、摻雜性：是半導(dǎo)體導(dǎo)電能力因摻入適量的雜質(zhì)而發(fā)生很大的變化，例如在半導(dǎo)體硅中，只要摻入億分之一很大的變化，例如在半導(dǎo)體硅中，只要摻入億分之一的硼雜質(zhì)，電阻率下降到原來的幾萬分之一，利用這的硼雜質(zhì)，電阻率下降到原來的幾萬分之一，利用這一特性，可以制造出不同性能不同用途的半導(dǎo)體器件。一特性，可以制造出不同性能不同用途的半導(dǎo)體器件。+4+14284+322 8 18 4硅硅( (鍺鍺) )的原子結(jié)構(gòu)的原子結(jié)構(gòu)硅硅鍺鍺硅硅( (鍺鍺) )的原子結(jié)構(gòu)簡化模型的原子結(jié)構(gòu)簡化模型SiGe1.2.2 1.2.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 1 1、本征半導(dǎo)體：、本征半導(dǎo)體：純凈的半導(dǎo)體單晶。純凈的半導(dǎo)體單晶。

8、原子按一定的規(guī)則整原子按一定的規(guī)則整齊排列、結(jié)構(gòu)完整。齊排列、結(jié)構(gòu)完整。硅硅( (鍺鍺) )的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵共價(jià)鍵1.2.2 1.2.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體A A硅原子電子數(shù)為硅原子電子數(shù)為1414，最外層，最外層電子為四個(gè)，是四價(jià)元素電子為四個(gè)，是四價(jià)元素B B、硅原子結(jié)合方式是共價(jià)、硅原子結(jié)合方式是共價(jià)鍵結(jié)合：鍵結(jié)合：(i)(i)每個(gè)價(jià)電子都要受到相每個(gè)價(jià)電子都要受到相鄰兩個(gè)原子核的束縛鄰兩個(gè)原子核的束縛; ;(ii)(ii)半導(dǎo)體的價(jià)電子既不象半導(dǎo)體的價(jià)電子既不象導(dǎo)體的價(jià)電子那樣容易掙脫導(dǎo)體的價(jià)電子那樣容易掙脫成為自由電子，也不象絕緣成為自

9、由電子，也不象絕緣體中被束縛，所以其導(dǎo)電能體中被束縛，所以其導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間力介于導(dǎo)體與絕緣體之間本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵結(jié)合，以硅原子共價(jià)鍵結(jié)合，以硅原子T=0KT=0K為例。為例。+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵共價(jià)鍵2 2、本征激發(fā)和兩種載流子、本征激發(fā)和兩種載流子空穴空穴自由電子自由電子空穴空穴A A、本征激發(fā)、本征激發(fā) 電子、空穴對的產(chǎn)生電子、空穴對的產(chǎn)生B B、價(jià)電子填充空穴的運(yùn)、價(jià)電子填充空穴的運(yùn)動(dòng)動(dòng)C C、空穴是可以移動(dòng)的，其、空穴是可以移動(dòng)的，其實(shí)是共價(jià)鍵的電子依次填補(bǔ)實(shí)是共價(jià)鍵的電子依次填補(bǔ)空穴，形成空穴的移動(dòng)空穴，形成空穴的移動(dòng)

10、3 3、復(fù)合、復(fù)合(1)復(fù)合：自由電子跳進(jìn)空穴，并釋放出能量的現(xiàn)象。復(fù)合：自由電子跳進(jìn)空穴，并釋放出能量的現(xiàn)象。(2)當(dāng)溫度一定時(shí)，激發(fā)和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空穴濃當(dāng)溫度一定時(shí)，激發(fā)和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空穴濃度和自由電子濃度相等，而且是一個(gè)定值。度和自由電子濃度相等，而且是一個(gè)定值。(3) 本征載流子濃度：本征半導(dǎo)體單位體積內(nèi)的載流子本征載流子濃度：本征半導(dǎo)體單位體積內(nèi)的載流子數(shù)量。數(shù)量。電子空穴對成對消電子空穴對成對消失失-本征激發(fā)本征激發(fā)現(xiàn)象的逆過程現(xiàn)象的逆過程kTEiigoeATpn223本征半導(dǎo)體中本征半導(dǎo)體中電子的濃度電子的濃度本征半導(dǎo)體中本征半導(dǎo)體中空穴的濃度空穴的濃度與半導(dǎo)體材料有

11、關(guān)的常數(shù)，與半導(dǎo)體材料有關(guān)的常數(shù)，SiSi：GeGe：23316Kcm103.8823316Kcm101.760K0K時(shí)半導(dǎo)體材料的帶時(shí)半導(dǎo)體材料的帶隙能量。隙能量。SiSi：1.207eV1.207eV Ge Ge：0.785eV0.785eV玻耳茲曼常數(shù)，玻耳茲曼常數(shù)，k=8.63eV/Kk=8.63eV/K例1.1.1 計(jì)算在室溫270C300K時(shí)硅和鍺的本征載流子濃度。解：Si： Ge：結(jié)論：相同溫度下。Ge的導(dǎo)電能力比Si強(qiáng)。3133300)1063. 8(2785. 02316223104 . 23001076. 15 cmcmeeATpnkTEiigo3103300)1063.

12、8(2207. 12316223105 . 13001088. 35 cmcmeeATpnkTEiigo本征激發(fā)小結(jié)本征激發(fā)小結(jié)o本征半導(dǎo)體中的電子和空穴是成對產(chǎn)生的，因此本本征半導(dǎo)體中的電子和空穴是成對產(chǎn)生的，因此本征半導(dǎo)體還是電中性的。征半導(dǎo)體還是電中性的。o自由電子在晶格中運(yùn)動(dòng)；空穴在共價(jià)鍵內(nèi)運(yùn)動(dòng)。自由電子在晶格中運(yùn)動(dòng)；空穴在共價(jià)鍵內(nèi)運(yùn)動(dòng)。o溫度一定時(shí)激發(fā)和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即溫度一定溫度一定時(shí)激發(fā)和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即溫度一定時(shí)半導(dǎo)體材料中的載流子濃度是一定的。時(shí)半導(dǎo)體材料中的載流子濃度是一定的。o溫度升高時(shí)半導(dǎo)體材料中的載流子濃度就增大，導(dǎo)溫度升高時(shí)半導(dǎo)體材料中的載流子濃度就增大，導(dǎo)

13、電能力增強(qiáng)。因此本征半導(dǎo)體可以制成熱敏元件或電能力增強(qiáng)。因此本征半導(dǎo)體可以制成熱敏元件或光敏元件。光敏元件。1.2.3 1.2.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體o在室溫在室溫270C時(shí)，時(shí)，Si的本征載流子濃度為的本征載流子濃度為1.51010cm-3,原子密度為原子密度為2.41022cm-3。只有三萬億分一的原子由于本征激發(fā)產(chǎn)生了電子只有三萬億分一的原子由于本征激發(fā)產(chǎn)生了電子-空空穴對。穴對。o 結(jié)論：本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力很弱！結(jié)論：本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力很弱！o為了提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，并且人為控制半導(dǎo)體為了提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，并且人為控制半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性，可以采用摻雜技術(shù)。材料的導(dǎo)電性，可以采用

14、摻雜技術(shù)。o摻雜：將半導(dǎo)體材料中摻入一定量的雜質(zhì)元素，這摻雜：將半導(dǎo)體材料中摻入一定量的雜質(zhì)元素，這樣的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。樣的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。o雜質(zhì)半導(dǎo)體可可分為：雜質(zhì)半導(dǎo)體可可分為：N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻雜要求：摻雜要求：1.1.雜質(zhì)元素的濃度要遠(yuǎn)大于雜質(zhì)元素的濃度要遠(yuǎn)大于 本征載流子濃度；本征載流子濃度； 2.2.雜質(zhì)元素的濃度又要遠(yuǎn)小于雜質(zhì)元素的濃度又要遠(yuǎn)小于 材料的原子密度。材料的原子密度。 +4+4+4+5+4+4磷原子磷原子空穴是少子空穴是少子電子是多子電子是多子硅原子硅原子多數(shù)載流子多數(shù)載流子電子電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子空穴空穴N N型半導(dǎo)體簡化模型

15、型半導(dǎo)體簡化模型1 1、N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N-type SemiconductorN-type Semiconductor）A、在四價(jià)的本征硅中摻入微量的五價(jià)元素如磷、砷）。B、磷原子失去一個(gè)電子自身成不能移動(dòng)的帶正電荷的離子，稱為施主雜質(zhì)。摻入一個(gè)磷原子就提供一個(gè)自由電子。C、N型半導(dǎo)體中,電子是多子,空穴是少子 D、整塊的半導(dǎo)體仍為中性o多子自由電子濃度施主雜質(zhì)摻雜濃度o根據(jù)半導(dǎo)體物理中的熱平衡條件：o少子空穴濃度：dnNn 0200iiinpnpn dinoNnp2 A、在四價(jià)的本征硅中摻入微量的3價(jià)硼B(yǎng)、硼原子在共價(jià)鍵留下一個(gè)空位，相鄰硅原子中的價(jià)電子容易移過來填補(bǔ)個(gè)空位 。硼原子

16、接受一個(gè)電子，成為帶負(fù)電的離子，稱受主雜質(zhì)；在相鄰硅共價(jià)鍵中產(chǎn)生一個(gè)帶正電的空穴C、P型半導(dǎo)體中：空穴是多子；電子是少子D、整塊的半導(dǎo)體仍為中性+4+4+4+3+4+42 2、P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P-type SemiconductorP-type Semiconductor）硅原子硅原子硼原子硼原子空穴是多子空穴是多子電子是少子電子是少子o多子空穴濃度受主雜質(zhì)摻雜濃度o根據(jù)半導(dǎo)體物理中的熱平衡條件：o少子自由電子濃度：P P型半導(dǎo)體簡化模型型半導(dǎo)體簡化模型多數(shù)載流子多數(shù)載流子少數(shù)載流子少數(shù)載流子200iiinpnpn aipoNnn2 apNp 0雜質(zhì)半導(dǎo)體小結(jié)雜質(zhì)半導(dǎo)體小結(jié)o雜質(zhì)半導(dǎo)體有

17、兩類：一類是雜質(zhì)半導(dǎo)體有兩類：一類是N型半導(dǎo)體，另一類是型半導(dǎo)體，另一類是P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。o雜質(zhì)半導(dǎo)體摻雜濃度要遠(yuǎn)大于對應(yīng)的本征載流子濃雜質(zhì)半導(dǎo)體摻雜濃度要遠(yuǎn)大于對應(yīng)的本征載流子濃度，又要遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體的原子密度。度，又要遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體的原子密度。o本征半導(dǎo)體中摻入本征半導(dǎo)體中摻入5價(jià)元素施主雜質(zhì)就形成價(jià)元素施主雜質(zhì)就形成N形形半導(dǎo)體，半導(dǎo)體，N型半導(dǎo)體的多子是電子，少子是空穴；型半導(dǎo)體的多子是電子，少子是空穴；當(dāng)本征半導(dǎo)體中摻入當(dāng)本征半導(dǎo)體中摻入3價(jià)元素受主雜質(zhì)就形成價(jià)元素受主雜質(zhì)就形成P型半導(dǎo)體，型半導(dǎo)體，P型半導(dǎo)體的多子是空穴，少子是電子。型半導(dǎo)體的多子是空穴，少子是電子。雜質(zhì)半導(dǎo)體小

18、結(jié)雜質(zhì)半導(dǎo)體小結(jié)o在一定的溫度范圍內(nèi)，雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子濃度近在一定的溫度范圍內(nèi)，雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子濃度近似等于摻雜濃度，幾乎和溫度無關(guān)；少子濃度是對似等于摻雜濃度，幾乎和溫度無關(guān)；少子濃度是對應(yīng)溫度下的本征載流子濃度的平方除以摻雜濃度，應(yīng)溫度下的本征載流子濃度的平方除以摻雜濃度，并隨溫度的升高而增加。并隨溫度的升高而增加。o當(dāng)溫度過高時(shí)，本征載流子濃度可能會高于摻雜濃當(dāng)溫度過高時(shí)，本征載流子濃度可能會高于摻雜濃度，此時(shí)的半導(dǎo)體具有本征半導(dǎo)體的特性了。度，此時(shí)的半導(dǎo)體具有本征半導(dǎo)體的特性了。o半導(dǎo)體中的電子和空穴有兩種運(yùn)動(dòng)形式。半導(dǎo)體中的電子和空穴有兩種運(yùn)動(dòng)形式。o 1、載流子的漂移運(yùn)動(dòng)：、載

19、流子的漂移運(yùn)動(dòng)： 載流子在外加電場的作載流子在外加電場的作用用o 下而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)。下而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)。o 2、載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：由于濃度差而引起的載、載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：由于濃度差而引起的載流子流子o 的運(yùn)動(dòng)。的運(yùn)動(dòng)。1.2.4 載流子的運(yùn)動(dòng)載流子的運(yùn)動(dòng)I IPIN空穴電流空穴電流電子電流電子電流外電路電流外電路電流NPIII 本征半導(dǎo)體中載流子的飄移運(yùn)動(dòng)示意圖本征半導(dǎo)體中載流子的飄移運(yùn)動(dòng)示意圖 半導(dǎo)體中兩種載流子：半導(dǎo)體中兩種載流子：帶正電荷的空穴帶正電荷的空穴帶負(fù)電荷的自由電子帶負(fù)電荷的自由電子外電場外電場它們在外電它們在外電場的作用下，場的作用下，會出現(xiàn)定向會出現(xiàn)定向運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)

20、體1 1、載流子的漂移運(yùn)動(dòng)、載流子的漂移運(yùn)動(dòng)2 2、載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)、載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)N注入空穴注入空穴擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)小結(jié)漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)小結(jié)o載流子有兩種運(yùn)動(dòng)：漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。載流子有兩種運(yùn)動(dòng)：漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。o在電場的作用下，載流子的運(yùn)動(dòng)為漂移運(yùn)動(dòng)，載流在電場的作用下，載流子的運(yùn)動(dòng)為漂移運(yùn)動(dòng)，載流子的漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生漂移電流。子的漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生漂移電流。o在濃度差的作用下，載流子的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，在濃度差的作用下，載流子的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生擴(kuò)散電流。載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生擴(kuò)散電流。1.3 PN1.3 PN結(jié)結(jié)o1.3.1 概述概述o1.3.2 熱

21、平衡情況下的熱平衡情況下的PN結(jié)結(jié)o1.3.3 PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性o1.3.4 PN結(jié)的電容特性結(jié)的電容特性1.3.2 熱平衡情況下的熱平衡情況下的PN結(jié)結(jié)P P型區(qū)型區(qū)N N型區(qū)型區(qū)內(nèi)建電場內(nèi)建電場 PN結(jié)結(jié)(2)(2)隨著內(nèi)電場由弱到強(qiáng)的建立隨著內(nèi)電場由弱到強(qiáng)的建立, ,少子漂移從無到少子漂移從無到有有, ,逐漸加強(qiáng)逐漸加強(qiáng), ,而擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱而擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱, , 形成平衡的形成平衡的PNPN結(jié)。結(jié)。(1)(1)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生空間電荷區(qū)建立內(nèi)電場多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生空間電荷區(qū)建立內(nèi)電場1 1、PNPN結(jié)結(jié)(PN Junction)(PN Junction)的形成的形成多

22、子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示1.3.2 熱平衡情況下的熱平衡情況下的PN結(jié)結(jié)2、內(nèi)建電位差或內(nèi)建電壓：熱平衡情況下，PN結(jié)的寬度一定，在PN結(jié)兩端存在的電壓。P P型區(qū)型區(qū)內(nèi)建電場內(nèi)建電場 PN結(jié)結(jié))ln()ln(22idaTidaBnNNVnNNqkTV 溫度的電壓當(dāng)量。室溫下溫度的電壓當(dāng)量。室溫下VT=26mVVT=26mV1.3.3 PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性伏安特性：伏安特性：PNPN結(jié)的電流和加在它兩端的電壓的關(guān)結(jié)的電流和加在它兩端的電壓的關(guān)系。系。1.PN1.PN結(jié)的正向特性結(jié)的正向特性(forward bias(forward bias外加正向電壓外加

23、正向電壓) ) 2.PN2.PN結(jié)的反向特性結(jié)的反向特性(reverse bias(reverse bias外加反向電壓外加反向電壓) )1 1、PNPN結(jié)的正向特性結(jié)的正向特性 P N內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場正向電流正向電流IFIFIF = IIF = I多子多子 I I少子少子 I I多子多子A A、正向偏壓的接法：、正向偏壓的接法：P P區(qū)接高電位，區(qū)接高電位，N N區(qū)接低電位區(qū)接低電位B B、正向偏壓削弱內(nèi)電場，有利多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，、正向偏壓削弱內(nèi)電場，有利多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，使使PNPN結(jié)空間電荷區(qū)變窄；結(jié)空間電荷區(qū)變窄；C C、正向偏壓時(shí)，、正向偏壓時(shí)，PNPN結(jié)為導(dǎo)通狀態(tài)，外電路電結(jié)

24、為導(dǎo)通狀態(tài)，外電路電流流IFIF很大，很大，PNPN結(jié)呈現(xiàn)的正向電阻很小結(jié)呈現(xiàn)的正向電阻很小限流電阻限流電阻RUI多多子子PNPN結(jié)為導(dǎo)通狀態(tài)結(jié)為導(dǎo)通狀態(tài)動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示D D、反向偏壓、反向偏壓PNPN結(jié)為截止?fàn)顟B(tài)，外電路電流接近為結(jié)為截止?fàn)顟B(tài)，外電路電流接近為O O，PNPN結(jié)呈現(xiàn)的反向電阻很大結(jié)呈現(xiàn)的反向電阻很大 P N內(nèi)電場內(nèi)電場IR = I少子少子 0反向電流反向電流IRA A、反向偏壓的接法：、反向偏壓的接法：P P區(qū)接低電位，區(qū)接低電位，N N區(qū)接高電位區(qū)接高電位B B、反向偏壓內(nèi)電場增強(qiáng)，不利多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利、反向偏壓內(nèi)電場增強(qiáng)，不利多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于少子的漂移運(yùn)動(dòng)，形成反

25、向電流于少子的漂移運(yùn)動(dòng)，形成反向電流IRIR，IRIR很小，硅管很小，硅管為納安數(shù)量級，鍺管為微安數(shù)量級。為納安數(shù)量級，鍺管為微安數(shù)量級。限流電阻限流電阻R外電場外電場UI少子少子PNPN結(jié)為截止?fàn)顟B(tài)結(jié)為截止?fàn)顟B(tài)2 2、PNPN結(jié)的反向特性結(jié)的反向特性C C、反向偏壓，使、反向偏壓，使PNPN結(jié)空間電荷區(qū)變寬。結(jié)空間電荷區(qū)變寬。D D、反向偏壓、反向偏壓PNPN結(jié)為截止?fàn)顟B(tài)，外電路電流接近為結(jié)為截止?fàn)顟B(tài)，外電路電流接近為O O，PNPN結(jié)呈現(xiàn)的反向電阻很大結(jié)呈現(xiàn)的反向電阻很大3 3、PNPN結(jié)的伏安特性表達(dá)式結(jié)的伏安特性表達(dá)式)1( TVVSeIIPNPN結(jié)的反向飽和電流結(jié)的反向飽和電流(1)

26、(1)當(dāng)所加正向電壓當(dāng)所加正向電壓V V 遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于VTVT（0.1V0.1V時(shí)，時(shí)，TVVSFeII (2)(2)當(dāng)所加正向電壓當(dāng)所加正向電壓V V 遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于VTVT（-0.1V-0.1V時(shí)，時(shí)，SRII IS擊穿電壓擊穿電壓UBRPNPN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性硅硅PNPN結(jié)結(jié)AA 04 4、PNPN結(jié)的擊穿結(jié)的擊穿硅硅PNPN結(jié)結(jié)鍺鍺PNPN結(jié)結(jié)死區(qū)電壓死區(qū)電壓IF /mA正向電流正向電流104030200.20.60.41.00.8UF/VUR/VIR/ A反向電流反向電流反向電壓反向電壓正向電壓正向電壓A、正向特性、正向特性加正向偏壓加正向偏壓UF A、UF較小時(shí)，較小時(shí)，IF

27、較小較小 B、UF大于死區(qū)電壓時(shí)，大于死區(qū)電壓時(shí)，IF迅速增加，并按指數(shù)規(guī)律迅速增加，并按指數(shù)規(guī)律上升。如圖中上升。如圖中A段所示段所示 C、當(dāng)正向電流變化很大、當(dāng)正向電流變化很大時(shí)，時(shí)，PN結(jié)兩端電壓幾乎不結(jié)兩端電壓幾乎不變，硅變，硅PN結(jié)約結(jié)約0.60.7V，鍺鍺PN結(jié)約結(jié)約0.20.3V，分別，分別作為正向工作時(shí)兩端直流作為正向工作時(shí)兩端直流壓降的估算值。壓降的估算值。B、反向特性、反向特性加反向偏壓加反向偏壓UR A、反向電流、反向電流IR是少子漂移運(yùn)動(dòng)是少子漂移運(yùn)動(dòng)引起，所以數(shù)量小，幾乎不變，引起，所以數(shù)量小，幾乎不變，又稱為反向飽和電流又稱為反向飽和電流IS。 B、當(dāng)溫度升高，、當(dāng)

28、溫度升高，IS增加增加 C、硅、硅PN結(jié)結(jié)IS小于小于1uA，鍺，鍺PN結(jié)為幾十到幾百結(jié)為幾十到幾百uA。C C、擊穿特性、擊穿特性 當(dāng)當(dāng)URUR繼續(xù)增大，并超過某一繼續(xù)增大，并超過某一個(gè)特定電壓值時(shí)，個(gè)特定電壓值時(shí)，IRIR將急劇增大，將急劇增大，這種現(xiàn)象稱為擊穿，這時(shí)對應(yīng)的這種現(xiàn)象稱為擊穿，這時(shí)對應(yīng)的電壓叫擊穿電壓電壓叫擊穿電壓UBRUBR。鍺鍺PNPN結(jié)結(jié)1、反向擊穿類型：、反向擊穿類型：電擊穿電擊穿熱擊穿熱擊穿2、反向擊穿原因：、反向擊穿原因： 齊納擊穿：齊納擊穿：(Zener)反向電場太強(qiáng)，將電子強(qiáng)行拉出共價(jià)鍵。反向電場太強(qiáng)，將電子強(qiáng)行拉出共價(jià)鍵。 (擊穿電壓擊穿電壓 6 V 6 V

29、，正溫度系數(shù)，正溫度系數(shù)) )擊穿電壓在擊穿電壓在 6 V 左右時(shí)，溫度系數(shù)趨近零。左右時(shí)，溫度系數(shù)趨近零。第第 1 章半導(dǎo)體二極管章半導(dǎo)體二極管4 4、PNPN結(jié)的擊穿結(jié)的擊穿IF /mA0.20.60.40.8UF/VC20oC50o C50o C75oC75oC20oT 升高時(shí)，升高時(shí)，U th以以 (2 2.5) mV/ C 下降下降,輸入曲線左移輸入曲線左移當(dāng)溫度當(dāng)溫度 升高升高10 C時(shí)，時(shí)，Is增加一倍增加一倍IR/ AUth半導(dǎo)體具有熱敏性，溫度變半導(dǎo)體具有熱敏性，溫度變化化, ,使二極管參數(shù)發(fā)生變化，使二極管參數(shù)發(fā)生變化，使二極管工作不穩(wěn)定。使二極管工作不穩(wěn)定。IF/ A5

30、5、PNPN結(jié)的溫度特性結(jié)的溫度特性1.3.4 PN結(jié)的電容特性結(jié)的電容特性o若若PNPN結(jié)兩端加上隨時(shí)間變化的電壓時(shí)，結(jié)兩端加上隨時(shí)間變化的電壓時(shí)，PNPN結(jié)還會顯結(jié)還會顯示出電容特性，示出電容特性，PNPN結(jié)電容有兩種類型：一種稱為勢結(jié)電容有兩種類型：一種稱為勢壘電容，用壘電容，用CBCB表示；另一種稱為擴(kuò)散電容，用表示；另一種稱為擴(kuò)散電容，用CDCD表表示。示。PN結(jié)小結(jié)結(jié)小結(jié)o當(dāng)溫度一定時(shí)，PN結(jié)處于動(dòng)態(tài)平衡，多子的擴(kuò)散等于少子的漂移數(shù)量，因此空間電荷區(qū)寬度一定，內(nèi)建電位差為一個(gè)定值，o當(dāng)溫度升高時(shí)，VB下降。oPN結(jié)的伏安特性是非線性的，它的表達(dá)式為： o PN結(jié)加正向電壓時(shí)，IF和

31、V 近似成指數(shù)關(guān)系 o PN結(jié)加反向電壓時(shí)，反向電流和反向電壓無關(guān)。o當(dāng)PN上的反響電壓大于VBR時(shí)，PN結(jié)擊穿。PN結(jié)的擊穿特性可以用來穩(wěn)壓。)ln()ln(22idaTidaBnNNVnNNqkTV )1( TVVSeIIPN結(jié)小結(jié)結(jié)小結(jié)o當(dāng)溫度升高時(shí)，PN結(jié)伏安特性曲線的正向特性向左移；反向飽和電流IS增大；擊穿電壓VBR可能是負(fù)溫度系數(shù)對應(yīng)齊納擊穿），也可能是正溫度系數(shù)對應(yīng)雪崩擊穿）。oPN電容Cj=CB+CD，當(dāng)PN結(jié)加正向電壓時(shí)，以擴(kuò)散電容CD為主，即CjCD；當(dāng)PN結(jié)加反向電壓時(shí)，以勢壘電容CB為主，即Cj=CB 。o 1.4 實(shí)際二極管的伏安特性實(shí)際二極管的伏安特性IF /mA

32、正向電流正向電流104030200.20.60.41.00.8UF/VUR/VIR/ A反向電流反向電流反向電壓反向電壓正向電壓正向電壓IS擊穿電壓擊穿電壓UBR1.5 二極管的模型、參數(shù)、分析方法及基本應(yīng)用二極管的模型、參數(shù)、分析方法及基本應(yīng)用o1.5.1 1.5.1 概述概述o1.5.2 1.5.2 二極管的開關(guān)模型及應(yīng)用二極管的開關(guān)模型及應(yīng)用o1.5.3 1.5.3 二極管的恒壓模型及應(yīng)用二極管的恒壓模型及應(yīng)用o1.5.4 1.5.4 二極管的小信號模型二極管的小信號模型o1.5.5 1.5.5 二極管電路的分析方法二極管電路的分析方法o1.5.6 1.5.6 二極管的主要參數(shù)二極管的主

33、要參數(shù)di 1.5.1 緒論緒論ivQ1Q1Q2Q2V1V1I1I1V2V2I2I2直流電阻：直流電阻：111IVR dv222IVR 交流電阻：交流電阻：11Qdidvr 22Qdidvr 1 1、UD0UD0時(shí)，二極管正向?qū)r(shí)，二極管正向?qū)?，管壓降為通，管壓降? 0，即，即UF=0UF=0，視二極管為短路；視二極管為短路；2 2、 UDUD0 0時(shí)，二極管反向時(shí)，二極管反向截止，電流為截止，電流為0 0，即，即IF=0IF=0，視二極管為開路。視二極管為開路。UFIF二極管的開關(guān)模型二極管的開關(guān)模型01.5.2 二極管的開關(guān)模型及應(yīng)用二極管的開關(guān)模型及應(yīng)用導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止1 1、UD0

34、.7VUD0.7V時(shí)，二極管正時(shí)，二極管正向?qū)?，管壓降為向?qū)?，管壓降?.7V0.7V，即，即UF=0.7VUF=0.7V，視二極管為短路；，視二極管為短路；2 2、 UDUD0.70.7時(shí)，二極管反時(shí)，二極管反向截止，電流為向截止，電流為0 0，即，即IF=0IF=0，視二極管為開路。視二極管為開路。UFIF二極管的恒壓模型二極管的恒壓模型01.5.2 二極管的恒壓模型及應(yīng)用二極管的恒壓模型及應(yīng)用導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止 若二極管是理想的，正向?qū)〞r(shí)正向管壓降為零，若二極管是理想的，正向?qū)〞r(shí)正向管壓降為零，反向截止時(shí)二極管相當(dāng)于斷開。反向截止時(shí)二極管相當(dāng)于斷開。例例1：D6V12V3kBAUAB+例例2:mA43122D IBD16V12V3kAD2UAB+V sin18itu t o1、整流應(yīng)用、整流應(yīng)用o 利用二極管單向?qū)щ娦园汛笮『头较蚨甲兓恼枚O管單向?qū)щ娦园汛笮『头较蚨甲兓恼医涣麟娮優(yōu)閱蜗蛎}動(dòng)的直流電。弦交流電變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)的直流電。o2、限幅應(yīng)用、限幅應(yīng)用 o 利用二極管單向?qū)?，將輸出電壓限定在要求的利用二極管單向?qū)?，將輸出電壓限定在要求的范圍之?nèi)，稱為限幅。范圍之內(nèi)，稱為限幅。二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用UiUot