CH3二極管及其基本電路

1、3.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)3.3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管3.4 二極管基本電路及其分析方法二極管基本電路及其分析方法3.5 特殊二極管特殊二極管3.2 PN結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性3.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí) 3.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 3.1.2 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 3.1.3 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 3.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 根據(jù)物體導(dǎo)電能力根據(jù)物體導(dǎo)電能力( (電阻率電阻率) )的不同，來劃分的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體有典型的半導(dǎo)體有硅硅SiSi和和

2、鍺鍺GeGe以及以及砷化鎵砷化鎵GaAsGaAs等。等。 3.1.2 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型及晶體結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型及晶體結(jié)構(gòu)3.1.3 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體共價(jià)健共價(jià)健 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子 絕對(duì)零度時(shí)，絕對(duì)零度時(shí)， Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子空穴空穴自由電子自由電子本征激發(fā)本征激發(fā)-由于溫度升高，由于溫度升高，產(chǎn)生電子產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的現(xiàn)象空穴對(duì)的現(xiàn)象復(fù)合復(fù)合-自由電子會(huì)被空穴吸引，填補(bǔ)回去而成對(duì)消失。自由電子會(huì)被空穴吸引，填補(bǔ)回去而成對(duì)消失。溫度一定時(shí)，電子空穴的數(shù)量是常數(shù)溫度一定時(shí)，電子空穴的數(shù)量是常數(shù)3.1.4 雜

3、質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 Si Si Si Sip+多余多余電子電子磷原子磷原子在常溫下即可變?cè)诔叵录纯勺優(yōu)樽杂呻娮訛樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)失去一個(gè)電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子1.N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體表示為：型半導(dǎo)體表示為： Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴2. P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體表示為：型半導(dǎo)體表示為： 本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體 本節(jié)中的有關(guān)概念本節(jié)中的有關(guān)概念自由電子、空穴自由電子、空穴 N N型半導(dǎo)體、型半導(dǎo)體、P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 多數(shù)載流子、少數(shù)載流子多數(shù)載流子、少數(shù)載流子. 本征激發(fā)、復(fù)合本征激發(fā)、復(fù)合3.2 PN3.2 PN結(jié)的形成及

4、特性結(jié)的形成及特性 3.2.2 PN結(jié)的形成結(jié)的形成 3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?3.2.4 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 3.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 3.2.1 載流子的漂移與擴(kuò)散載流子的漂移與擴(kuò)散 3.2.1 載流子的漂移與擴(kuò)散載流子的漂移與擴(kuò)散漂移：漂移： 在在電場(chǎng)電場(chǎng)作用引起載流子的定向運(yùn)動(dòng)稱為作用引起載流子的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)生。產(chǎn)生的電流稱為的電流稱為漂移電流。漂移電流。 電流方向?yàn)殡娏鞣较驗(yàn)檎姾烧姾梢苿?dòng)的方向，大小與電場(chǎng)成正比。移動(dòng)的方向，大小與電場(chǎng)成正比。擴(kuò)散：擴(kuò)散： 由載流子濃度差引起載流子的定向運(yùn)動(dòng)稱為由載流子濃度差引起載流

5、子的定向運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)生的電流稱為產(chǎn)生的電流稱為擴(kuò)散電流。擴(kuò)散電流。 電流的方向?yàn)橛蓾舛忍荻雀咧赶驖舛忍荻鹊?，大小與濃電流的方向?yàn)橛蓾舛忍荻雀咧赶驖舛忍荻鹊?，大小與濃度梯度成正比。度梯度成正比。 3.2.2 PN結(jié)的形成結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差濃度差 擴(kuò)散的結(jié)果使擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié)結(jié) +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū) 對(duì)于對(duì)于P P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的子薄層形成的空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)稱為稱為PNPN結(jié)結(jié)。 在

6、空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱稱耗盡層耗盡層，或，或阻擋層阻擋層（阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)）阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)）等。等。 PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負(fù)接負(fù) 外電場(chǎng)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)PN+ 內(nèi)電場(chǎng)被加內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，少子數(shù)量很少，形成很小的反形成很小的反向電流。向電流。IR+ PN PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻低電阻，具有較，具有較大的正向擴(kuò)散電流；簡(jiǎn)稱大的正向擴(kuò)散電流；簡(jiǎn)稱正偏。正偏。 PNPN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻高電阻，具有很，具有很小的反向漂移電流；小

7、的反向漂移電流；簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱反偏。反偏。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論： PNPN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?3.2.4 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 當(dāng)當(dāng)PNPN結(jié)的反向電壓增加結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為然快速增加，此現(xiàn)象稱為PNPN結(jié)的結(jié)的反向擊穿。反向擊穿。熱擊穿熱擊穿不可逆不可逆 雪崩擊穿雪崩擊穿 齊納擊穿齊納擊穿 電擊穿電擊穿可逆可逆 3.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)(1) (1) 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容C CD D (2) (2) 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容C CB B3.3 二極管二極管 3.3.1 二極管的結(jié)構(gòu)二極

8、管的結(jié)構(gòu) 3.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 3.3.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 在在PNPN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型點(diǎn)接觸型、面接觸型兩大兩大類。類。(1) (1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管(a)(a)點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖 PN PN結(jié)面積小，結(jié)結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。變頻等高頻電路。（a）面接觸型）面接觸型 （b）集成電路中的平面型）集成電路中的

9、平面型(2) (2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN PN結(jié)面積大，用于結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。工頻大電流整流電路。(b)(b)面接觸型面接觸型電路電路符號(hào)符號(hào) 3.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性1.1.二極管的伏安特性公式表示二極管的伏安特性公式表示)1e (/SDD TVIiv硅二極管的硅二極管的V V- -I I 特性特性VT-與溫度有關(guān)的常數(shù)。與溫度有關(guān)的常數(shù)。Is -反向飽和電流反向飽和電流vD 0 時(shí)，時(shí)，1e/ |DTVv|-TVIi/SDDev正偏時(shí)成指數(shù)函數(shù)正偏時(shí)成指數(shù)函數(shù)vD Vth, 則則D導(dǎo)通，可用理想模型、恒壓導(dǎo)通，可用理想模型、恒壓模型或折線

10、模型代替二極管；模型或折線模型代替二極管；3) 如果如果VDO0,導(dǎo)通，導(dǎo)通，vD=0 , vs0 , D截止截止，iD=0（2 2）靜態(tài)工作情況分析）靜態(tài)工作情況分析V 0D VmA 1/DDD RVI理想模型理想模型（R=10k ） 當(dāng)當(dāng)VDD=10V 時(shí)，時(shí)，mA 93. 0/ )(DDDD RVVI恒壓模型恒壓模型V 7 . 0D V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）折線模型折線模型V 5 . 0th V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）mA 931. 0DthDDD rRVVI k 2 . 0Dr設(shè)設(shè)V 69. 0DDthD rIVV（a）簡(jiǎn)單二極管電路）簡(jiǎn)單二極管電路 （b）習(xí)

11、慣畫法）習(xí)慣畫法 例例2： 取取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽極二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。和陰極的電位。D6V12V3k BAVAB+例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2VAB+如何判斷二極管在電路中是導(dǎo)通的還是截止的如何判斷二極管在電路中是導(dǎo)通的還是截止的u先假設(shè)二極管兩端斷開，確定二極管兩端的電先假設(shè)二極管兩端斷開，確定二極管兩端的電位差；位差；u若電路出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上二極管，應(yīng)先判斷若電路出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上二極管，應(yīng)先判斷承承受正向電壓較大的管子優(yōu)先導(dǎo)通受正向電壓較大的管子優(yōu)先導(dǎo)通，再按照上述方，再按照上述方法判斷其余的管子是否

12、導(dǎo)通。法判斷其余的管子是否導(dǎo)通。u根據(jù)二極管兩端加的是正電壓還是反電壓判定二根據(jù)二極管兩端加的是正電壓還是反電壓判定二極管是否導(dǎo)通，若為正電壓且大于閾值電壓，則極管是否導(dǎo)通，若為正電壓且大于閾值電壓，則管子導(dǎo)通，否則截止；管子導(dǎo)通，否則截止；V sin18itu 限幅電路限幅電路t 3.5 特殊二極管特殊二極管VZIZIZM VZ IZ穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)。作在反向電擊穿狀態(tài)。_+VIO 3.5.1 齊納二極管齊納二極管( (穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管) )3. 主要參數(shù)主要參數(shù)(1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓VZ 穩(wěn)壓管正常工作穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿反向擊穿)時(shí)管子兩端

13、的電壓。時(shí)管子兩端的電壓。ZZ ZIVr(3) 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZ 、最大穩(wěn)定電流、最大穩(wěn)定電流 IZM4. 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路正常穩(wěn)壓時(shí)正常穩(wěn)壓時(shí) VO =VZ限流電阻限流電阻R的計(jì)算：的計(jì)算：IR = IZ+ ILIR= (VI-VZ) / RIo = Vz/RLIzmin Iz Izmax(VI-Vz)/(Izmax+ IL )Rmax0 V sin12itu穩(wěn)壓管應(yīng)用電路穩(wěn)壓管應(yīng)用電路t 3.5.2 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管（a）符號(hào)）符號(hào) （b）結(jié)電容與電壓的關(guān)系（縱坐標(biāo)為對(duì)數(shù)刻度）結(jié)電容與電壓的關(guān)系（縱坐標(biāo)為對(duì)數(shù)刻度） 特點(diǎn)：工作在反偏狀態(tài)，電容與反向電壓成正比。特點(diǎn)：工作在反偏狀態(tài)

14、，電容與反向電壓成正比。3.5.3 肖特基二極管肖特基二極管（a）符號(hào)）符號(hào) （b）正向）正向V-I特性特性特點(diǎn)：電容小、工作速度快、門檻電壓低，常用作開關(guān)管特點(diǎn)：電容小、工作速度快、門檻電壓低，常用作開關(guān)管3.5.4 光電子器件光電子器件1. 光電二極管光電二極管 （a）符號(hào)）符號(hào) （b）電路模型）電路模型 （c）特性曲線）特性曲線 特點(diǎn)：工作在反偏狀態(tài)，反向電流與光的照度成正比。特點(diǎn)：工作在反偏狀態(tài)，反向電流與光的照度成正比。2. 發(fā)光二極管發(fā)光二極管符號(hào)符號(hào)光電傳輸系統(tǒng)光電傳輸系統(tǒng) 特點(diǎn)：正向?qū)〞r(shí)能發(fā)光，為可見光。特點(diǎn)：正向?qū)〞r(shí)能發(fā)光，為可見光。3. 激光二極管激光二極管（a）物理結(jié)

15、構(gòu)）物理結(jié)構(gòu) （b）符號(hào)）符號(hào) end特點(diǎn)：正向?qū)〞r(shí)能發(fā)光，不是可見光，而是紅外線。特點(diǎn)：正向?qū)〞r(shí)能發(fā)光，不是可見光，而是紅外線。第三章小結(jié)第三章小結(jié)半導(dǎo)體在本征激發(fā)后具有導(dǎo)電性能，載流子濃度半導(dǎo)體在本征激發(fā)后具有導(dǎo)電性能，載流子濃度與溫度有關(guān)；與溫度有關(guān)；P P型半導(dǎo)體中多子為空穴，少子為電子；型半導(dǎo)體中多子為空穴，少子為電子； N N型半導(dǎo)型半導(dǎo)體中多子為電子，少子為空穴；體中多子為電子，少子為空穴；PNPN結(jié)具有單相導(dǎo)電性；結(jié)具有單相導(dǎo)電性；正向偏置時(shí)：正向偏置時(shí)：管壓降為管壓降為0 0，電阻也為，電阻也為0 0。反向偏置時(shí)：反向偏置時(shí)：電流為電流為0 0，電阻為，電阻為。當(dāng)當(dāng)i iD D11m mA A時(shí)，時(shí)， v vD D=0.7V=0.7V（硅）（硅）v vD D=0.2V=0.2V（鍺）（鍺）（實(shí)際模型）（實(shí)際模型）20015 . 07 . 0mAVViVVrDthDDDDDthDiriVv2005 . 0第三章習(xí)題常見類型第三章習(xí)題常見類型半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)正確的判斷；半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)正確的判斷；電子電路中二極管、穩(wěn)壓管工作狀態(tài)的判斷；電子電路中二極管、穩(wěn)壓管工作狀態(tài)的判斷；已知電子電路的輸入電壓求輸出電壓。