二極管詳細介紹課件

3半導體二極管及其基本電路半導體的基本知識半導體器件的核心——PN結(jié)半導體二極管3.1半導體的基本知識根據(jù)導電能力(電阻率)的不同，物體可以劃分為導體、絕緣體和半導體。一、半導體材料（1）熱敏特性：溫度升高導電能力顯著增強。（2）光敏特性：光線照射導電能力顯著增強。

（3）摻雜特性：在本征半導體中摻入少量的有用的雜質(zhì)，導電能力顯著增強。半導體導電性能具有多變特性二、半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)原子核價電子外層電子軌道

＋14硅原子結(jié)構(gòu)＋4除去價電子后的原子價電子三、本征半導體及導電性能當導體處于熱力學溫度0K時，導體中沒有自由電子。當溫度升高或受到光的照射時，價電子能量增高，有的價電子可掙脫原子核的束縛，成為自由電子自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，原子的電中性被破壞，呈正電性，其正電量與電子的負電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個空位為空穴這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)自由電子空穴●因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復合本征激發(fā)和復合在一定溫度下會達到動態(tài)平衡自由電子的定向運動形成了電子電流，空穴的定向運動也可形成空穴電流，它們的方向相反。顯然空穴的導電能力不如自由電子相鄰共價鍵中的價電子獲得能量填充空穴，在新位置產(chǎn)生空穴，形成電荷遷移區(qū)別：導體只有一種載流子即自由電子1.本征半導體中自由電子和空穴的濃度相等2.本征半導體中載流子的濃度與環(huán)境溫度有關溫度T3.導電能力仍不如導體導電能力增強載流子的濃度N型半導體在本征半導體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，可形成N型半導體。在N型半導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)原子因自由電子脫離而帶正電荷成為正離子，五價雜質(zhì)原子被稱為施主雜質(zhì)3.2PN結(jié)的形成及特性一、PN結(jié)的形成載流子在電場作用下的定向運動稱為漂移運動，產(chǎn)生漂移電流將一塊半導體的一側(cè)摻雜成P型半導體，另一側(cè)摻雜成N型半導體，在兩種半導體的交界面處將形成一個特殊的薄層→PN結(jié)。在半導體中，若載流子濃度分布不均勻，因為存在濃度差，載流子將會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動，這種運動稱為擴散運動，產(chǎn)生擴散電流內(nèi)電場多子擴散形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場阻止少子漂移促使擴散與漂移達到動態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié)反向特性＊硅PN結(jié)的Is為pA級＊溫度T增加→Is增大內(nèi)電場外電場PN結(jié)反偏：P區(qū)接低電位（負電位），N區(qū)接高電位（正電位）。NP+－+變厚_－－－+++－+－－－+++內(nèi)電場被加強，多子的擴散受抑制。少子漂移加強，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的電流。反偏時，PN結(jié)呈現(xiàn)為一個大電阻→反偏→反向電流單向?qū)щ娦訮N結(jié)正向偏置時導通，反向偏置時截止正偏反偏PN結(jié)的伏安特性PN結(jié)所加端電壓vD與流過它的電流I的關系為：門坎電壓Vth死區(qū)PN結(jié)的反向擊穿特性二極管處于反向偏置時，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過PN結(jié)的電流很小，但電壓超過某一數(shù)值時，反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象我們就稱為反向擊穿。擊穿時對應的反向電壓稱為擊穿電壓，計為V(BR)。擊穿形式分為兩種：摻雜濃度較低，形成雪崩擊穿高摻雜情況下，產(chǎn)生齊納擊穿PN結(jié)具有溫度特性T（℃）↑→在電流不變情況下管壓降Vth↓→反向飽和電流IS↑，V(BR)↓2、二極管的V－I特性VI死區(qū)電壓硅管0.6V,鍺管0.2V。導通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓VBR3、二極管的主要參數(shù)1）最大整流電流IFM2）反向擊穿電壓VBR3）反向電流IR二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓VWRM一般是VBR的一半二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流越小，管子的單向?qū)щ娦栽胶?。溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流小于鍺管以上均是二極管的直流參數(shù)，主要利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑧糜谡?、限幅、保護等等iDvDIDVQQiDvDrD是二極管特性曲線上工作點Q附近電壓的變化與電流的變化之比：顯然，rd是對Q附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。4）微變電阻rD3.4二極管基本電路及分析方法1、指數(shù)模型2、理想模型適應于電源電壓遠大于二極管的管壓降時特性模型電路模型一、二極管的基本模型3、恒壓降模型電源電壓不是很大，可與二極管的導通壓降比擬時，應考慮二極管的管壓降硅二極管管壓降常取為0.7V，鍺管壓降取0.2V。恒壓降模型特性模型4、折線模型當二極管導通時，端電壓很小的變化將引起電流的很大變化，在一些應用場合，不能忽略這個變化。折線電路模型特性模型二、二極管電路的分析方法1、圖解法靜態(tài)工作點的圖解線性電路方程二極管電流方程據(jù)電路原理，兩者端電壓和電流相等。兩線交點Q為靜態(tài)工作點，對應的IQ為靜態(tài)電流，VQ為靜態(tài)電壓直流負載線交流信號的圖解線性電路方程2、工程近似法1）整流電路3）開關電路例:電路如圖，求：VAB忽略二極管正向壓降，二極管D2可看作短路D１6V12V3kBAD2VAB+–

取B點作參考點，V1陽=－6V，V2陽=0V，V1陰=V2陰，由于V2陽電壓高，因此D2導通VAB=0V，D1截止4）低電壓穩(wěn)壓電路當電路工作時，若電源出現(xiàn)波動或者負載發(fā)生改變，將引起輸出電壓的變化，為穩(wěn)定輸出電壓，可利用二極管的正向壓降特性構(gòu)成二極管穩(wěn)壓電路。3.5特殊二極管1、穩(wěn)壓二極管(a)符號(b)2CW17伏安特性利用二極管反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時工作在反向電擊穿狀態(tài)，反向電壓應大于穩(wěn)壓電壓DZ反向擊穿電壓即穩(wěn)壓值穩(wěn)壓管的主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓VZ(2)動態(tài)電阻rZ在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應的反向工作電壓rZ=VZ/IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最穩(wěn)定工作電流IZmax和最大小穩(wěn)定工作電流IZmin(5)溫度系數(shù)——VZ簡單穩(wěn)壓電路問題：1）不加R可以