通信原理大綜合課件低頻

1.2PN結(jié)與晶體二極管1.2.1PN結(jié)的基本原理1.2.2晶體二極管1.2.3晶體二極管應(yīng)用電路舉例1.2.1PN結(jié)的基本原理利用摻雜工藝，把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體在原子級(jí)上緊密結(jié)合，P區(qū)與N區(qū)的交界面處的空間電荷區(qū)就是PN結(jié)。N型P型PN結(jié)（1）多數(shù)載流子擴(kuò)散形成空間電荷區(qū)N型P型開始因濃度差產(chǎn)生空間電荷區(qū)引起多子擴(kuò)散1、PN結(jié)的形成1.2.1PN結(jié)的基本原理（2）內(nèi)建電場使少子產(chǎn)生漂移N型P型內(nèi)建電場阻止多子擴(kuò)散出現(xiàn)內(nèi)建電場利于少子漂移最終達(dá)動(dòng)態(tài)平衡（3）動(dòng)態(tài)平衡漂移運(yùn)動(dòng)=擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)時(shí)，PN結(jié)形成且處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。PN結(jié)沒有電流通過。在一定溫度下，平衡時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度、電荷量、內(nèi)建電場強(qiáng)度都維持為一定的常數(shù)，取決于半導(dǎo)體材料及摻雜濃度。N型P型內(nèi)建電場空間電荷區(qū)為高阻區(qū)，P區(qū)、N區(qū)為低阻區(qū)?？臻g電荷區(qū)又稱為：耗盡區(qū)阻擋層勢壘區(qū)XpoXnUΦUNDNA（4）勢壘電壓與PN結(jié)寬度UφUΦ=0.6~0.8V(硅）

0.2~0.3V（鍺）P+NITID2.PN結(jié)的特性（1）單向?qū)щ娦裕?）擊穿特性（3）電容特性(1)單向?qū)щ娞匦訮N結(jié)加正向電壓（正向偏置或稱正偏）

（指P區(qū)接高電位端，N區(qū)接低電位端條件下。）ID內(nèi)建電場被削弱；勢壘高度下降；空間電荷區(qū)寬度變窄。UΦUΦ–U合成電場加偏壓時(shí)的耗盡層未加偏壓時(shí)的耗盡層擴(kuò)散>漂移：PN結(jié)外加正向電壓時(shí)：能越過勢壘的多數(shù)載流子數(shù)量很多，形成較大的擴(kuò)散電流。ID流過PN結(jié)的電流隨外加電壓U的增加而迅速上升，PN結(jié)呈現(xiàn)很小的電阻，該狀態(tài)稱：PN結(jié)正向?qū)顟B(tài)IDPN結(jié)加反向電壓（反向偏置或稱反偏）

（指P區(qū)接低電位端，N區(qū)接高電位端條件下）ID加反向偏壓時(shí)的耗盡層UΦUΦ+U合成電場未加偏壓時(shí)的耗盡層IDPN外加反向電壓時(shí)：內(nèi)建電場被增強(qiáng)；勢壘升高；空間電荷區(qū)寬度變寬。漂移>擴(kuò)散擴(kuò)散電流趨于零；漂移電流由少數(shù)載流子構(gòu)成，由于少子數(shù)量很少?！喾聪螂娏骱苄　Ｔ谝欢ǚ秶鷥?nèi)反向電流不隨反向電壓變化，又稱為反向飽和電流(即IS)，PN結(jié)呈現(xiàn)為大電阻。該狀態(tài)稱：PN結(jié)反向截止?fàn)顟B(tài)ID小結(jié)：PN結(jié)加正向電壓時(shí)：電壓增大，電流急劇上升，PN結(jié)呈現(xiàn)小電阻，PN結(jié)導(dǎo)通。PN結(jié)加反向電壓時(shí)：僅有很小的反向飽和電流IS，電壓增大，電流幾乎不變，考慮到IS0，則認(rèn)為PN結(jié)截止。PN結(jié)正向?qū)ā⒎聪蚪刂沟奶匦苑QPN結(jié)的單向?qū)щ娞匦浴?2)擊穿特性只要限制PN結(jié)電流，擊穿不一定導(dǎo)致?lián)p壞。利用PN結(jié)擊穿特性可以制作穩(wěn)壓管。擊穿電壓UzPN結(jié)外加反向電壓且電壓值超過一定限度時(shí)，反向電流隨反向電壓的增加而急劇增加，稱為PN結(jié)反向擊穿。擊穿分為兩種：

雪崩擊穿反向電壓足夠高時(shí)：空間電荷區(qū)的合成電場較強(qiáng)；通過空間電荷區(qū)的載流子作加速運(yùn)動(dòng)獲得很大的動(dòng)能；運(yùn)動(dòng)中有可能將共價(jià)鍵中的價(jià)電子撞出，使載流子數(shù)量像雪崩一樣增加。所以反向電流急劇增加。這種擊穿就稱為雪崩擊穿或碰撞擊穿。當(dāng)反向電壓足夠高，空間電荷區(qū)中的電場強(qiáng)度達(dá)到105V／cm以上時(shí)，可把共價(jià)鍵中的電子拉出來，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，使載流子突然增多，產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象，稱為齊納擊穿。摻入雜質(zhì)濃度小的PN結(jié)中，雪崩擊穿是主要的，擊穿電壓一般在6V以上；在摻雜很重的PN結(jié)中，齊納擊穿是主要的，擊穿電壓一般在6V以下。擊穿電壓在6V左右的PN結(jié)常兼有兩種擊穿現(xiàn)象。

齊納擊穿(電場擊穿)

勢壘電容CT由勢壘區(qū)內(nèi)電荷存儲(chǔ)效應(yīng)引起。勢壘區(qū)相當(dāng)于介質(zhì)，它兩邊的P區(qū)和N區(qū)相當(dāng)于金屬。當(dāng)外加電壓改變時(shí)，勢壘區(qū)的電荷量改變引起的電容效應(yīng)，稱為勢壘電容。(3)電容特性

CT值隨外加電壓的改變而改變，為非線性電容。

擴(kuò)散電容CDPN結(jié)正向電壓時(shí)，由載流子擴(kuò)散造成的電荷變化所呈現(xiàn)出的電容效應(yīng)稱為擴(kuò)散電容。CD

值與PN結(jié)的正向電流I成正比。小結(jié)PN結(jié)正向運(yùn)用時(shí)CT、CD同時(shí)存在，CD起主要作用PN結(jié)反向運(yùn)用時(shí)，只有CT

。結(jié)電容影響PN杰的單向?qū)щ娦浴｜c(diǎn)接觸型面結(jié)合型平面型符號(hào)1.結(jié)構(gòu)與符號(hào)1.2.2晶體二極管伏安特性圖

2.伏安特性小于門限電壓：電流近似呈指數(shù)規(guī)律，電流很小。存在門限電壓Ur

鍺管Ur

0.2V

硅管Ur

0.6V

（1）正向特性：電流較大時(shí)：電流電壓近似成線性關(guān)系。正常電流范圍內(nèi)：鍺管0.2～0.3V

硅管0.6～0.8V

伏安特性圖

反向飽和電流IS鍺管：（10-6～10-9）A硅管：（10-9～10-16）A曲線近似呈水平線，略有傾斜

（2）反向特性：伏安特性圖

擊穿時(shí)：反向電壓稍有增加，反向會(huì)電流會(huì)急劇增加。若限制電流的數(shù)值，二極管并不損壞。若電流過大二極管會(huì)過熱損壞。（3）擊穿特性伏安特性的溫度特性：(c)擊穿特性

(b)反向特性(a)正向特性T

則Ur

T

則IS

T

則UZ(雪崩擊穿)T

則UZ(齊納擊穿)（4）溫度對(duì)伏安特性的影響Δu/ΔT≈-(2~2.5)mV/℃正向特性近似（u≥0.1V)反向特性近似（u≤-0.1V)3、伏安特性數(shù)學(xué)表達(dá)式式中：mVT=300K時(shí)稱為熱電壓4.主要參數(shù)表征性能性能參數(shù)表征安全工作范圍極限參數(shù)參數(shù)直流電阻RD

：定義RD=U/I

|Q點(diǎn)處

RD是u

或i

的函數(shù)

（1）性能參數(shù)定義rd=du/di

|Q點(diǎn)處計(jì)算

rd=UT/IQ

交