電子模擬技術(shù)61課件

第六章半導(dǎo)體二極管和三極管

6.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識

導(dǎo)體：電阻率小于10-4Ωcm絕緣體：電阻率大于1010Ωcm半導(dǎo)體：電阻率介于10-4~1010Ωcm之間6.1.1本征半導(dǎo)體

二個電子的共價鍵二個電子的共價鍵+4電子——空穴對的產(chǎn)生共價鍵中原來位置留下一個空位受熱掙脫共價鍵束縛形成自由電子形成電子——空穴對在外電場作用下空穴電流兩部分電流：本征激發(fā)的自由電子形成電子電流；空穴移動產(chǎn)生的空穴電流自由電子與空穴都稱為載流子，在本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴的數(shù)目相同電子運(yùn)動空穴運(yùn)動束縛電子：x2→x1，x3→x2；相當(dāng)于空穴：x1→x2→x3外電場E6.1.3PN結(jié)

1．PN結(jié)的形成空穴擴(kuò)散電子擴(kuò)散載流子在電場作用下的定向運(yùn)動稱為漂移運(yùn)動當(dāng)擴(kuò)散和漂移達(dá)到動態(tài)平衡時，空間電荷區(qū)的寬度就穩(wěn)定下來。PN結(jié)就處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)電位壁壘UD的大小，硅材料為0.6~0.8V，鍺材料為0.2~0.3V

多數(shù)載流子的擴(kuò)散→空間電荷區(qū)→內(nèi)電場2．PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)外加正向電壓外加電壓P→N，外電場削弱內(nèi)電場，PN結(jié)的動態(tài)平衡被破壞，在外電場的作用下，P區(qū)中的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū)，與一部分負(fù)離子中和，N區(qū)中的自由電子進(jìn)入空間電荷區(qū)與一部分正離子中和，于是整個空間電荷區(qū)變窄，從而使多子的擴(kuò)散運(yùn)動增強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流，這個電流稱為正向電流，其方向是從P區(qū)指向N區(qū)。這種外加電壓接法稱為正向偏置

(2)外加反向電壓外加電壓N→P，這種情況稱為PN結(jié)反向偏置。這時，外電場增強(qiáng)內(nèi)電場的作用。在外電場的作用下，P區(qū)中的空穴和N區(qū)中的自由電子各自背離空間電荷區(qū)運(yùn)動，使空間電荷變寬，從而抑制了多子的擴(kuò)散，加強(qiáng)了少子的漂移，形成反向電流。由于少子的濃度很低，因此這個反向電流非常小，反向電流又稱為反向飽和電流，通常用Is表示。結(jié)論

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕篜N結(jié)正向偏置時，回路中有較大的正向電流，PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻很小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)PN結(jié)反向偏置時，回路中的電流非常小，PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻非常高，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。2.特性二極管的伏安特性曲線二極管方程UT=kT/q為溫度電壓當(dāng)量。在常溫（T=300K）下，UT≈26mV。當(dāng)二極管加正向電壓時，若U>>UT，則，，電流與電壓基本上為指數(shù)關(guān)系。當(dāng)二極管加反向電壓時，U<0，若|U|>>UT，則，，I≈Is。Uth稱為死區(qū)電壓或門坎電壓。Uth的大小與材料和溫度有關(guān)，通常硅管約為0.5V，鍺管約為0.1V；二極管導(dǎo)通時的正向壓降，硅管為0.6~0.8V，鍺管為0.2~0.3V。UBR稱為反向擊穿電壓6.2.2二極管的主要參數(shù)

1．最大整流電流IF最大整流電流是指二極管長時間工作時，允許流過二極管的最大正向平均電流，它由PN結(jié)的結(jié)面積和散熱條件決定。2．最大反向工作電壓UR它是二極管加反向電壓時為防止擊穿所取的安全電壓，一般將反向擊穿電壓UBR的一半定為最大反向工作電壓UR。3．反向電流IRIR是指二極管加上最大反向工作電壓UR時的反向電流。IR愈小，二極管的單向?qū)щ娦跃陀?。此外，由于反向電流是由少?shù)載流子形成的，所以，溫度對IR的影響很大4．最高工作頻率fMfM主要由PN結(jié)電容的大小決定，結(jié)電容愈大，則fM就越低。若工作頻率超過fM，則二極管的單向?qū)щ娦跃妥儾?，甚至無法使用。二極管主要是利用其單向?qū)щ娦裕ǔＳ糜谡?、檢波、限幅、元件保護(hù)等，在數(shù)字電路中常作為開關(guān)元件。例6.2.1在圖示電路中，輸入電壓ui=10sinωtV，試畫出電路的輸出電壓波形。設(shè)二極管為理想二極管，正向?qū)〞r壓降為零，反向偏置時，反向電流為零。解：對圖a所示電路，由于二極管具有單向?qū)щ娦?，在ui的正半周，D導(dǎo)通，uo1=ui；在ui的負(fù)半周，D截止，i=0，uo1=0。對圖b所示電路，當(dāng)ui>5V時，D導(dǎo)通，uo2=5V；當(dāng)ui<5V時，D截止，i=0,uR=0，故u