半導(dǎo)體二極管及其基本電路ppt課件

1、半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管及其根本電路及其根本電路2-1 2-1 半導(dǎo)體的根本知識(shí)半導(dǎo)體的根本知識(shí)2-2 PN2-2 PN結(jié)的構(gòu)成及特性結(jié)的構(gòu)成及特性2-3 2-3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管2-4 2-4 二極管根本電路及其分析方法二極管根本電路及其分析方法2-5 2-5 特殊二極管特殊二極管有關(guān)半導(dǎo)體的根本概念2-1 2-1 半導(dǎo)體的根本知識(shí)半導(dǎo)體的根本知識(shí)本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純真的半導(dǎo)體。它在物化學(xué)成分純真的半導(dǎo)體。它在物理構(gòu)造上呈晶體形狀。理構(gòu)造上呈晶體形狀?，F(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子價(jià)電子都是四個(gè)。

2、們的最外層電子價(jià)電子都是四個(gè)。Si14Ge32硅和鍺的共價(jià)鍵構(gòu)造硅和鍺的共價(jià)鍵構(gòu)造構(gòu)成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定構(gòu)造。構(gòu)成穩(wěn)定構(gòu)造。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)那么陳列，構(gòu)成晶體。原子規(guī)那么陳列，構(gòu)成晶體。+4+4+4+4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)，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?？墒拱雽?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)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。的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體

3、。N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體( (電子型半導(dǎo)體電子型半導(dǎo)體) ) 摻入五價(jià)雜質(zhì)元素如磷的半導(dǎo)體。主摻入五價(jià)雜質(zhì)元素如磷的半導(dǎo)體。主要載流子為自在電子。要載流子為自在電子。P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體( (空穴型半導(dǎo)體空穴型半導(dǎo)體) ) 摻入三價(jià)雜質(zhì)元素如硼的半導(dǎo)體。主摻入三價(jià)雜質(zhì)元素如硼的半導(dǎo)體。主要載流子為空穴。要載流子為空穴。N型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子SiPSiSiN型半導(dǎo)體 因五價(jià)雜質(zhì)原子中只需四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)因五價(jià)雜質(zhì)原子中只需四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子構(gòu)成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子構(gòu)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

4、構(gòu)成自在電子。電子因無共價(jià)鍵束縛而很容易構(gòu)成自在電子。 在在N N型半導(dǎo)體中自在電子是多數(shù)載流子，它主要由型半導(dǎo)體中自在電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子, , 由熱激發(fā)構(gòu)成。由熱激發(fā)構(gòu)成。 提供自在電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為提供自在電子的五價(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)。正離子，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。P型半導(dǎo)體空穴空穴硼原子硼原子SiSiSiB硅原子硅原子空穴被以為帶一個(gè)單位的正電荷，并且可以挪動(dòng)空穴被以為帶一個(gè)單位的正電荷，并且可以挪動(dòng)P型半導(dǎo)體 因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，短

5、因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，短少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。 在在P P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜構(gòu)成；自在電子是少數(shù)載流子，構(gòu)成；自在電子是少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)構(gòu)成。由熱激發(fā)構(gòu)成。 空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子?？昭ê苋菀追@電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)三價(jià)雜質(zhì) 因此也稱為受主雜質(zhì)。因此也稱為受主雜質(zhì)。雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示表示法+2-2 PN2-2 PN結(jié)的構(gòu)成及特性結(jié)的構(gòu)成及特性PN結(jié)的構(gòu)成 在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造造P P型半導(dǎo)

6、體和型半導(dǎo)體和N N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的分散和漂移，在它們的交界面處子的分散和漂移，在它們的交界面處就構(gòu)成了就構(gòu)成了PNPN結(jié)。結(jié)。PN結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)-1P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)PN結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)-2P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+PN結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)-3P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+因此分散和因此分散和漂移這一對(duì)漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)相反的運(yùn)動(dòng)最終到達(dá)平最終到達(dá)平衡，相當(dāng)于衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度荷區(qū)的厚度固定不變。固定不變。PN結(jié)正向偏置+P

7、 PN NPN結(jié)反向偏置+N NP P+內(nèi)電場加強(qiáng)，使分散停頓，內(nèi)電場加強(qiáng)，使分散停頓，有少量飄移，反向電流很小有少量飄移，反向電流很小反向飽和電流反向飽和電流很小，很小， A級(jí)級(jí)PN結(jié)的單導(dǎo)游電性 PN PN結(jié)加上正向電壓或正向偏置的意結(jié)加上正向電壓或正向偏置的意思都是：思都是：P P區(qū)加正、區(qū)加正、N N區(qū)加負(fù)電壓。區(qū)加負(fù)電壓。 PNPN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通結(jié)加正向電壓導(dǎo)通 PN PN結(jié)加上反向電壓或反向偏置的意結(jié)加上反向電壓或反向偏置的意思都是：思都是：P P區(qū)加負(fù)、區(qū)加負(fù)、N N區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。 PN PN結(jié)加反向電壓截止結(jié)加反向電壓截止2-3 2-3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管根本

8、構(gòu)造PNPN結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。PNPN符號(hào)符號(hào)陽極陽極陰極陰極二極管的實(shí)物二極管的實(shí)物二極管的實(shí)物伏安特性vDiD + iD vD - - R 今后商定為：今后商定為： 硅管硅管0.7V0.7V 鍺管鍺管0.2V0.2V二極管的參數(shù)(1)(1)最大整流電流最大整流電流 IFIF(2)(2)反向擊穿電壓反向擊穿電壓 VBRVBR和最大反向任務(wù)電壓和最大反向任務(wù)電壓 VRMVRM(3)(3)反向電流反向電流 IRIR(4)(4)正向壓降正向壓降 VFVF(5)(5)極間電容極間電容 C C1N4001.pdf1N4001.pdf2-4 2-

9、4 二極管根本電路二極管根本電路 及其分析方法及其分析方法二極管常用模型1)1)理想模型理想模型2)2)恒壓降模型恒壓降模型3)3)折線模型折線模型二極管常用模型二極管任務(wù)在正向特性的某一小二極管任務(wù)在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí)，其正向特性可以等效范圍內(nèi)時(shí)，其正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。成一個(gè)微變電阻。DDdivr 即即)1(/SDD TVveIi根據(jù)根據(jù)得得Q Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)點(diǎn)處的微變電導(dǎo)QdvdigDDd QVvTTeVI/SD TVID dd1gr 那那么么DIVT 常溫下常溫下T=300KT=300K)mA()mV(26DDdIIVrT 4)4)小信號(hào)模型小信號(hào)模型舉例例例1. 1

10、. 二極管為理想二極管：死區(qū)電壓為二極管為理想二極管：死區(qū)電壓為0 0 ，正，正向壓降為。向壓降為。RLuiuOuiuott二極管半波整流二極管半波整流舉例例開關(guān)電路例開關(guān)電路 D 3k (a) V V A O 電路如下圖，求電路如下圖，求AOAO的電壓值的電壓值解：解： 先斷開先斷開D D，以，以O(shè) O為基準(zhǔn)電位，既為基準(zhǔn)電位，既O O點(diǎn)為點(diǎn)為0V0V。那么接。那么接D D陽極的電位為陽極的電位為-6V-6V，接陰極的電位為接陰極的電位為-12V-12V。陽極電位高于陰極電位，陽極電位高于陰極電位，D D接入時(shí)正導(dǎo)游通。接入時(shí)正導(dǎo)游通。導(dǎo)通后，導(dǎo)通后，D D的壓降等于零，即的壓降等于零，即A

11、 A點(diǎn)的電位就是點(diǎn)的電位就是D D陽極的電位。陽極的電位。所以，所以，AOAO的電壓值為的電壓值為-6V-6V。舉例例例3 3限幅電路限幅電路RuiuOVref舉例例例4 4邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算A5V4.7kBY舉例例例8 8無線電檢波無線電檢波例例6 6降壓降壓12V12V降為降為10V10V例例7 7電源維護(hù)電源維護(hù)例例5 5穩(wěn)壓低壓穩(wěn)壓低壓2-5 2-5 特殊二極管特殊二極管穩(wěn)壓二極管齊納二極管IZmax-+穩(wěn)壓二極管符號(hào)穩(wěn)壓二極管符號(hào)UIUZIZ穩(wěn)壓二極管特性曲線穩(wěn)壓二極管特性曲線IZmin穩(wěn)壓二極管任務(wù)在穩(wěn)壓二極管任務(wù)在反向擊穿形狀，當(dāng)反向擊穿形狀，當(dāng)任務(wù)電流任務(wù)電流 IZ IZ 在在I

12、zmax Izmax 和和 Izmin Izmin 之間時(shí)，其兩端電之間時(shí)，其兩端電壓近似為常數(shù)壓近似為常數(shù)正向同正向同二極管二極管任務(wù)任務(wù)電流電流穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)(1)(1)穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓VZVZ(2)(2)動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZrZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向任務(wù)在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向任務(wù)電流電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向任務(wù)下，所對(duì)應(yīng)的反向任務(wù)電壓。電壓。rZ =VZ /IZ(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZMPZM(4)(4)最大穩(wěn)定任務(wù)電流最大穩(wěn)定任務(wù)電流IZmaxIZmax和最小穩(wěn)定任務(wù)電流和最小穩(wěn)定任務(wù)電流IZminIZmin(5)(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)V

13、ZVZ穩(wěn)壓電路+R-IR+-RLIOVOVIIZDZ正常穩(wěn)壓時(shí)正常穩(wěn)壓時(shí)VO =VZIZmin IZ IZmax舉例例例1 1R = 100R = 100，VZ = 6VVZ = 6V， VI = 16V VI = 16V，IZ = 5 40 mAIZ = 5 40 mA， 求求 RL RL 的范圍。的范圍。例例2 2R = 500R = 500，VZ = 6VVZ = 6V，IZ = 2 25 mAIZ = 2 25 mA， 1 1VI = 15VVI = 15V，RL = 2kRL = 2k，能否正常任務(wù)。，能否正常任務(wù)。 2 2VI = 10VVI = 10V，RL = 800RL = 800，任務(wù)如何。，任務(wù)如何。 3 3VI = 20VVI = 20V，RL RL 開路，能否正常任務(wù)。開路，能否正常任務(wù)。例例3 3ProteusProteus舉例。舉例。發(fā)光二極管光電二極管光電二極管的伏安特性(a)(a)伏安特性伏安特性 (b)(b)任務(wù)在第一象限的等效電路任務(wù)在第一象限的等效電路(c)(c)任務(wù)在第三象限的等效電路任務(wù)在第三象限的等效電路 (d)(d)任務(wù)在第四象限的等效電路任務(wù)在第四象限的等效電路運(yùn)用u 光電對(duì)管光電對(duì)管 ST159 ST168ST159