半導(dǎo)體二極管及其基本電路ppt

半導(dǎo)體二極管及其基本電路ppt第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五基本要求

熟練掌握二極管、穩(wěn)壓管的伏安特性及主要參數(shù)，二極管基本電路及分析方法，正確理解PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。第二頁，共三十四頁，編輯?023年，星期五2半導(dǎo)體二極管及其基本電路2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)2.3半導(dǎo)體二極管2.4二極管基本電路及其分析方法2.5特殊二極管2.2PN結(jié)的形成及特性第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五2.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)

2.1.1

半導(dǎo)體特點(diǎn)

2.1.2

本征半導(dǎo)體

2.1.3

雜質(zhì)半導(dǎo)體第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

2.1.1

半導(dǎo)體特點(diǎn)

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。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。半導(dǎo)體特點(diǎn)：1、受光、熱激發(fā)，導(dǎo)電性能↑↑

2、摻雜質(zhì)導(dǎo)電性能↑↑

第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

2.1.2

本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體?？昭ā矁r(jià)鍵中的空位。電子空穴對(duì)——由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對(duì)?？昭ǖ囊苿?dòng)——空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空穴來實(shí)現(xiàn)的。第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

2.1.3

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(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。

N型半導(dǎo)體——摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體——摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

1.N型半導(dǎo)體

因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無共價(jià)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(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

2.P型半導(dǎo)體

因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)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(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

摻入雜質(zhì)對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，因此，在半導(dǎo)體內(nèi)摻入微量的雜質(zhì)，是提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力的最有效的方法。

3.雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體

本節(jié)中的有關(guān)概念end

自由電子、空穴N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體

多數(shù)載流子、少數(shù)載流子

施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五2.2PN結(jié)的形成及特性

2.2.1

PN結(jié)的形成

2.2.2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

2.2.3

PN結(jié)的反向擊穿第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

2.2.1PN結(jié)的形成圖2.2.1PN結(jié)的形成第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

在一塊本征半導(dǎo)體的兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程:

因濃度差空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五擴(kuò)散——載流子由濃度大→小運(yùn)動(dòng)（濃度差作用）

漂移——少子在內(nèi)電場作用下的運(yùn)動(dòng)（內(nèi)電場作用）

內(nèi)電場的作用：1）阻礙多子的擴(kuò)散；

2）幫助少子的漂移。

擴(kuò)散、飄移達(dá)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)：

PN結(jié)寬度：10-6——10-4cm

Si內(nèi)電場電勢：0.5——0.7V

Ge內(nèi)電場電勢：0.1——0.3V

第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

2.2.2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。

(1)PN結(jié)加正向電壓時(shí)PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況

低電阻大的正向擴(kuò)散電流PN結(jié)的伏安特性第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五PN結(jié)的伏安特性

2.2.2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。

(2)PN結(jié)加反向電壓時(shí)PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況

高電阻很小的反向漂移電流

在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個(gè)電流也稱為反向飽和電流。第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；

PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。第十八頁，共三十四頁，編輯?023年，星期五

2.2.2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(3)PN結(jié)V-I特性表達(dá)式其中PN結(jié)的伏安特性IS——反向飽和電流VT——溫度的電壓當(dāng)量且在常溫下（T=300K）第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

2.2.3

PN結(jié)的反向擊穿

當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。熱擊穿——不可逆

雪崩擊穿

齊納擊穿

電擊穿——可逆第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五2.3半導(dǎo)體二極管

2.3.1

半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)

2.3.2

二極管的伏安特性

2.3.3

二極管的參數(shù)第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

2.3.1

半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)

在PN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)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1)點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(a)點(diǎn)接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五(3)平面型二極管

往往用于集成電路制造藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。(2)面接觸型二極管PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型(c)平面型(4)二極管的代表符號(hào)第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

2.3.2

二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線可用下式表示硅二極管2CP10的V-I特性鍺二極管2AP15的V-I特性正向特性反向特性反向擊穿特性第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

2.3.3

二極管的參數(shù)(1)最大整流電流IF(2)反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM(3)反向電流IR(4)正向壓降VF(5)極間電容{end}第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五半導(dǎo)體二極管圖片第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五{end}第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五2.4

二極管基本電路及其分析方法

2.4.1

二極管V-I特性的建模

2.4.2

應(yīng)用舉例第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

2.4.1二極管V-I特性的建模

1.理想模型3.折線模型

2.恒壓降模型第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五

4.小信號(hào)模型

二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí)，其正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。即根據(jù)得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)則常溫下（T=300K）

2.4.1二極管V-I特性的建模第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五2.5特殊二極管

2.5.1

穩(wěn)壓二極管

2.5.2

變?nèi)荻O管

2.5.3

光電子器件1.光電二極管2.發(fā)光二極管3.激光二極管第三十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期五(1)穩(wěn)定電壓VZ(2)動(dòng)態(tài)電阻rZ

在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。rZ=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)