第01章半導(dǎo)體二極管及基本電路

1、電子技術(shù)電子技術(shù)電工電子教學(xué)基地編制2一、課程的性質(zhì)及任務(wù)一、課程的性質(zhì)及任務(wù)1. 1. 本課程是一門電子技術(shù)方面的入門本課程是一門電子技術(shù)方面的入門技術(shù)基礎(chǔ)課，是研究各種半導(dǎo)體器件、技術(shù)基礎(chǔ)課，是研究各種半導(dǎo)體器件、電子線路及應(yīng)用的一門學(xué)科。電子線路及應(yīng)用的一門學(xué)科。2. 2. 學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握一些學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握一些有關(guān)電子技術(shù)的有關(guān)電子技術(shù)的基本理論基本理論、基本知識(shí)基本知識(shí)，為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)。為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)。3二二 研究對(duì)象研究對(duì)象1.1.電子器件的特性、參數(shù)；電子器件的特性、參數(shù)；2.2.電子線路分析的基本方法：即模擬電路電子線路分析

2、的基本方法：即模擬電路和數(shù)字電路的分析方法和數(shù)字電路的分析方法。3.3.有關(guān)應(yīng)用。有關(guān)應(yīng)用。三三 研究方法研究方法電子技術(shù)的研究方法與電路不同，它具有電子技術(shù)的研究方法與電路不同，它具有更強(qiáng)的更強(qiáng)的工程性質(zhì)工程性質(zhì)，在分析中常用工程，在分析中常用工程近似近似法法突出主要問題，使分析過程得以簡(jiǎn)化。突出主要問題，使分析過程得以簡(jiǎn)化。4講授內(nèi)容講授內(nèi)容第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路 第二章第二章 晶體管及基本放大電路晶體管及基本放大電路 第三章第三章 場(chǎng)效應(yīng)管及放大電路場(chǎng)效應(yīng)管及放大電路 第四章第四章 反饋放大電路反饋放大電路 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成電

3、路運(yùn)算放大器及應(yīng)用 第八章第八章 數(shù)字電路基礎(chǔ)數(shù)字電路基礎(chǔ)第九章第九章 邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù) 第十章第十章 組合邏輯電路組合邏輯電路 第十一第十一 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 第十二章第十二章 時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路 第十三章第十三章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 5緒論緒論 電子技術(shù)發(fā)展概況電子技術(shù)發(fā)展概況u1906年真空三極管的誕生，標(biāo)志著第一代電子年真空三極管的誕生，標(biāo)志著第一代電子器件器件真空管開始形成。真空管開始形成。u 20世紀(jì)世紀(jì)40年代后期，出現(xiàn)了一種新型的電子器年代后期，出現(xiàn)了一種新型的電子器件件半導(dǎo)體器件，它被稱為第二代電子器件。半導(dǎo)體器件，它被稱為第二

4、代電子器件。u1959年第三代電子器件年第三代電子器件集成電路誕生。集成電路誕生。u集成電路的發(fā)展經(jīng)歷了小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)集成電路的發(fā)展經(jīng)歷了小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模等不同階段。第一塊集成電路上只模和超大規(guī)模等不同階段。第一塊集成電路上只有四只晶體管，而目前的集成電路已經(jīng)可以在一有四只晶體管，而目前的集成電路已經(jīng)可以在一片硅片上集成幾千萬只，甚至上億只晶體管。片硅片上集成幾千萬只，甚至上億只晶體管。6緒論緒論 相關(guān)概念相關(guān)概念1. 電子技術(shù)電子技術(shù)u電子技術(shù)是研究電子器件、電子電路及應(yīng)用技電子技術(shù)是研究電子器件、電子電路及應(yīng)用技術(shù)的一門科學(xué)技術(shù)，是發(fā)展迅速的學(xué)科之術(shù)的一門科學(xué)技術(shù)，是

5、發(fā)展迅速的學(xué)科之。u電子器件的作用是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生、放大、調(diào)電子器件的作用是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生、放大、調(diào)制、探測(cè)、儲(chǔ)存及運(yùn)算等，常見的有真空管、晶制、探測(cè)、儲(chǔ)存及運(yùn)算等，常見的有真空管、晶體管和集成電路。體管和集成電路。u電子電路是組成電子設(shè)備的基本單元，由電阻、電子電路是組成電子設(shè)備的基本單元，由電阻、電容、電感等元件和電子器件構(gòu)成，完成某種特電容、電感等元件和電子器件構(gòu)成，完成某種特定功能。定功能。 7緒論緒論 2. 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào) u模擬信號(hào)是指幅值隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)，如模擬信號(hào)是指幅值隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)，如正弦波，是一種常用來分析電路特性的模擬信號(hào)正弦波，是一種常

6、用來分析電路特性的模擬信號(hào)的波形的波形,其特點(diǎn)是在一定動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)可任意取值。其特點(diǎn)是在一定動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)可任意取值。常用十進(jìn)制數(shù)表示。常用十進(jìn)制數(shù)表示。 u數(shù)字信號(hào)的時(shí)間變量是離散的，幅值是躍變的，數(shù)字信號(hào)的時(shí)間變量是離散的，幅值是躍變的，如矩形波，其特點(diǎn)是在一定時(shí)間內(nèi)可取的值是有如矩形波，其特點(diǎn)是在一定時(shí)間內(nèi)可取的值是有限的，常用二進(jìn)制數(shù)表示。限的，常用二進(jìn)制數(shù)表示。 8緒論緒論 3.模擬電路與數(shù)字電路模擬電路與數(shù)字電路u模擬電路處理的信號(hào)是模擬信號(hào)，重點(diǎn)研究信模擬電路處理的信號(hào)是模擬信號(hào)，重點(diǎn)研究信號(hào)在處理過程中的波形變化及器件和電路對(duì)信號(hào)號(hào)在處理過程中的波形變化及器件和電路對(duì)信號(hào)波形的影響。

7、電路中電子器件常工作在放大（線波形的影響。電路中電子器件常工作在放大（線性）狀態(tài)。模擬電路主要采用電路分析的方法，性）狀態(tài)。模擬電路主要采用電路分析的方法，具體有圖解分析法和微變等效電路分析法。具體有圖解分析法和微變等效電路分析法。u數(shù)字電路處理的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，重點(diǎn)研究電數(shù)字電路處理的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，重點(diǎn)研究電路輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系。電路中電子器件路輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系。電路中電子器件經(jīng)常工作在時(shí)通時(shí)斷的開關(guān)（非線性）狀態(tài)，分經(jīng)常工作在時(shí)通時(shí)斷的開關(guān)（非線性）狀態(tài)，分析時(shí)常采用邏輯代數(shù)、真值表、卡諾圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)析時(shí)常采用邏輯代數(shù)、真值表、卡諾圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖等方法。換圖等方法。 9緒論緒

8、論 學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn) u重點(diǎn)應(yīng)放在最基本的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、分重點(diǎn)應(yīng)放在最基本的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、分析方法、組合規(guī)律以及典型應(yīng)用等方面。析方法、組合規(guī)律以及典型應(yīng)用等方面。u在學(xué)習(xí)中，對(duì)待器件、電路、應(yīng)用三者的關(guān)系在學(xué)習(xí)中，對(duì)待器件、電路、應(yīng)用三者的關(guān)系是：器件、路、用結(jié)合，器件為路所用，以典型是：器件、路、用結(jié)合，器件為路所用，以典型電路推動(dòng)應(yīng)用。電路推動(dòng)應(yīng)用。 10第一章第一章 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 及基本電路及基本電路基本要求基本要求 理解理解 P N P N 結(jié)的單向?qū)щ娦裕斫舛O管、結(jié)的單向?qū)щ娦?，理解二極管、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管的工作原理，掌握分析的工作原理，掌握分析二極管、穩(wěn)壓

9、管二極管、穩(wěn)壓管電路的分析方法。電路的分析方法?；緝?nèi)容基本內(nèi)容基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 二極管基本電路及分析方法二極管基本電路及分析方法 穩(wěn)壓二極管及電路分析方法穩(wěn)壓二極管及電路分析方法 第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)111.1 1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)按物體的導(dǎo)電性能，可將物體分為導(dǎo)體、絕緣體按物體的導(dǎo)電性能，可將物體分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三類。和半導(dǎo)體三類。1.1.導(dǎo)體：導(dǎo)體：電阻率很低、電流易通過、導(dǎo)電性強(qiáng)的電阻率很低、電流易通過、導(dǎo)電性強(qiáng)的物體。物體。2.2.絕緣體：絕緣體：電阻率

10、很高、電流不通過、無導(dǎo)電能電阻率很高、電流不通過、無導(dǎo)電能力的物體。力的物體。 3.3.半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體。的物體。半導(dǎo)體是如何導(dǎo)電的？怎樣提高其導(dǎo)電能力？半導(dǎo)體是如何導(dǎo)電的？怎樣提高其導(dǎo)電能力？ 第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體12 半導(dǎo)體經(jīng)高度提純并制成晶體后，原子間組成半導(dǎo)體經(jīng)高度提純并制成晶體后，原子間組成某種形式的晶體點(diǎn)陣，這種半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)某種形式的晶體點(diǎn)陣，這種半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。也就是體。也就是完全純凈的、具有晶體結(jié)

11、構(gòu)的半導(dǎo)體。完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。一一. . 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體(a) 鍺鍺Ge 的原子結(jié)構(gòu)的原子結(jié)構(gòu) (b) 硅硅Si 的原子結(jié)構(gòu)的原子結(jié)構(gòu)第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體13本征半導(dǎo)體導(dǎo)電方式本征半導(dǎo)體導(dǎo)電方式 以硅（以硅（SiSi）元素為例討論、分析）元素為例討論、分析 硅單晶中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅單晶中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體14 1）自由電子和空穴的形成）自由電子和空穴的形成 在

12、外界的影響下在外界的影響下（如熱、光、電場(chǎng)、（如熱、光、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等），使得其磁場(chǎng)等），使得其共價(jià)鍵中的價(jià)電子共價(jià)鍵中的價(jià)電子獲得一定能量后，獲得一定能量后，電子受到激發(fā)脫離電子受到激發(fā)脫離共價(jià)鍵，成為自由共價(jià)鍵，成為自由電子（帶負(fù)電），電子（帶負(fù)電），共價(jià)鍵中留下一個(gè)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空位，稱為“空空穴穴”。價(jià)電子價(jià)電子空穴空穴 自由電子自由電子第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體15 2 2）載流子的形成）載流子的形成在外電場(chǎng)的作用下，價(jià)電子填補(bǔ)空穴，就好像在外電場(chǎng)的作用下，價(jià)電子填補(bǔ)空穴，就好像

13、空穴在運(yùn)動(dòng)。而空穴運(yùn)動(dòng)的方向與價(jià)電子運(yùn)動(dòng)空穴在運(yùn)動(dòng)。而空穴運(yùn)動(dòng)的方向與價(jià)電子運(yùn)動(dòng)的方向相反，空穴運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于正電荷的運(yùn)動(dòng)。的方向相反，空穴運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于正電荷的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)加上一定方向的電場(chǎng)后，就會(huì)不斷有激發(fā)、當(dāng)加上一定方向的電場(chǎng)后，就會(huì)不斷有激發(fā)、復(fù)合過程，出現(xiàn)兩部分的電流，即復(fù)合過程，出現(xiàn)兩部分的電流，即 電子電流：電子電流：自由電子作定向運(yùn)動(dòng)所形成的電；自由電子作定向運(yùn)動(dòng)所形成的電； 空穴電流：空穴電流：被原子核束縛的價(jià)電子遞補(bǔ)空穴所被原子核束縛的價(jià)電子遞補(bǔ)空穴所形成的電流。形成的電流。自由電子和空穴是運(yùn)載電荷的粒子，稱為自由電子和空穴是運(yùn)載電荷的粒子，稱為載流載流子子第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及

14、基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體16二二. .雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入微在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)量的雜質(zhì)( (某種元素），而形成的半導(dǎo)體。某種元素），而形成的半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體17在硅（或鍺）的晶體中摻人少量的五價(jià)元素（如在硅（或鍺）的晶體中摻人少量的五價(jià)元素（如磷元素），如圖所示，多余的第五個(gè)價(jià)電子很容磷元素），如圖所示，多

15、余的第五個(gè)價(jià)電子很容易掙脫磷原子核的束縛而成為自由電子易掙脫磷原子核的束縛而成為自由電子。1.1. N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體磷原子的結(jié)構(gòu)磷原子的結(jié)構(gòu)硅晶體中摻磷出現(xiàn)自由電子硅晶體中摻磷出現(xiàn)自由電子第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體18N 型半導(dǎo)體示意圖型半導(dǎo)體示意圖半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大量增加，于是有：量增加，于是有：自由電子數(shù)自由電子數(shù) 空穴數(shù)空穴數(shù) 多數(shù)載流子多數(shù)載流子 少數(shù)載流子少數(shù)載流子以自由電子導(dǎo)電作為主要導(dǎo)以自由電子導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體電方式的半導(dǎo)體，稱為稱為電子電

16、子半導(dǎo)體半導(dǎo)體或或 N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（N type semiconductor ) 。第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體19自由電子數(shù)自由電子數(shù) 空穴數(shù)空穴數(shù) 少數(shù)載流子少數(shù)載流子 多數(shù)載流子多數(shù)載流子以空穴導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體，稱為空以空穴導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體，稱為空穴半導(dǎo)體或穴半導(dǎo)體或 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 (P type semiconductor ) 。硅硅晶晶體體摻摻硼硼出出現(xiàn)現(xiàn)空空穴穴硼原子的結(jié)構(gòu)硼原子的結(jié)構(gòu)2. P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二

17、極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體20摻雜濃度摻雜濃度溫度溫度N 型、型、P 型半導(dǎo)體示意圖型半導(dǎo)體示意圖N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體中多數(shù)載流子濃度取決于雜質(zhì)半導(dǎo)體中多數(shù)載流子濃度取決于 少數(shù)載流子濃度取決于少數(shù)載流子濃度取決于第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體21 半導(dǎo)體中存在著兩種載流子半導(dǎo)體中存在著兩種載流子-自由電子和空穴。自由電子和空穴。因此，半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理明顯區(qū)別于導(dǎo)體。因此，半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理明顯區(qū)別于導(dǎo)體。 在本征半導(dǎo)體中

18、摻微量雜質(zhì)可以控制半導(dǎo)體的導(dǎo)在本征半導(dǎo)體中摻微量雜質(zhì)可以控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力和參加導(dǎo)電的主要載流子的類型。電能力和參加導(dǎo)電的主要載流子的類型。 環(huán)境的改變對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能有很大的影響。例環(huán)境的改變對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能有很大的影響。例如當(dāng)溫度增加或受到光照時(shí)，半導(dǎo)體導(dǎo)電能力都如當(dāng)溫度增加或受到光照時(shí)，半導(dǎo)體導(dǎo)電能力都有所增加。半導(dǎo)體熱敏器件和光敏器件都是利用有所增加。半導(dǎo)體熱敏器件和光敏器件都是利用這一特性制造的。這一特性制造的。半導(dǎo)體的特點(diǎn)：半導(dǎo)體的特點(diǎn)： 第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/P N 結(jié)結(jié)22三三. . P N 結(jié)結(jié)

19、多數(shù)載流子要從濃度大多數(shù)載流子要從濃度大的的 區(qū)域擴(kuò)散到濃度小區(qū)域擴(kuò)散到濃度小的區(qū)域，形成的區(qū)域，形成空間電荷空間電荷區(qū)區(qū)-PNPN結(jié)結(jié)，產(chǎn)生電場(chǎng)，產(chǎn)生電場(chǎng)，稱為內(nèi)電場(chǎng)稱為內(nèi)電場(chǎng) E Ed d ；內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載的內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載的擴(kuò)散擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，對(duì)少起阻擋作用，對(duì)少數(shù)載流子又起推動(dòng)作用，數(shù)載流子又起推動(dòng)作用，這種少數(shù)載流子在內(nèi)電這種少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為稱為漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)。第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/P N 結(jié)結(jié)23注意：注意：1）空間電荷區(qū)的正負(fù)離子雖帶電，但它們不能移

20、空間電荷區(qū)的正負(fù)離子雖帶電，但它們不能移動(dòng)，動(dòng)，不參與導(dǎo)電不參與導(dǎo)電。因區(qū)域內(nèi)的載流子極少，所。因區(qū)域內(nèi)的載流子極少，所以空間電荷區(qū)的電阻率很高。以空間電荷區(qū)的電阻率很高。2）內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子的內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，起阻擋作用，所以所以空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)-PN結(jié)結(jié)又稱為又稱為阻擋層阻擋層或或耗盡層耗盡層。1. PN1. PN結(jié)的形成結(jié)的形成隨隨Ed擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡Ed 不變化不變化形成穩(wěn)定的形成穩(wěn)定的PN 結(jié)結(jié)第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/P N 結(jié)結(jié)2

21、42. P N 2. P N 結(jié)的單向?qū)щ娊Y(jié)的單向?qū)щ娦孕?）PN 結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) EdPN 結(jié)變窄結(jié)變窄多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移運(yùn)動(dòng)少子漂移運(yùn)動(dòng) PN 結(jié)導(dǎo)通結(jié)導(dǎo)通（ PN 結(jié)呈現(xiàn)結(jié)呈現(xiàn) R )形成正向電流形成正向電流 I 第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/P N 結(jié)結(jié)252） PN 結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/P N 結(jié)結(jié)26PN 結(jié)變寬結(jié)變寬多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移運(yùn)動(dòng)少子漂移運(yùn)動(dòng) PN

22、 結(jié)截止結(jié)截止 （PN 結(jié)呈現(xiàn)反向結(jié)呈現(xiàn)反向R ） 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) Ed形成反向電流形成反向電流 I P區(qū)接負(fù)極區(qū)接負(fù)極N區(qū)接正極區(qū)接正極加反向電壓加反向電壓2） PN 結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓結(jié)論結(jié)論：P N 結(jié)具有結(jié)具有單向?qū)щ妴蜗驅(qū)щ娦?。性。加加正向正向電壓，電壓，PN結(jié)結(jié)導(dǎo)通導(dǎo)通，正向電流較大，結(jié)電阻，正向電流較大，結(jié)電阻很低。很低。加加反向反向電壓，電壓，PN 結(jié)結(jié)截止截止，反向電流很小，結(jié)電阻，反向電流很小，結(jié)電阻很高很高。第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)/P N 結(jié)結(jié)273） PN 擊穿擊穿當(dāng)加在當(dāng)加在PNPN結(jié)的

23、反向電壓超過某一數(shù)值（結(jié)的反向電壓超過某一數(shù)值（U UBRBR）時(shí)，反）時(shí)，反向電流會(huì)急劇增加，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。只要向電流會(huì)急劇增加，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。只要PNPN結(jié)不因電流過大產(chǎn)生過熱而燒毀，反向電擊穿與結(jié)不因電流過大產(chǎn)生過熱而燒毀，反向電擊穿與反向截止兩種狀態(tài)都是可逆的。反向截止兩種狀態(tài)都是可逆的。4 4）PNPN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)加在加在PNPN結(jié)上的電壓的變化可影響空間電荷區(qū)電荷的結(jié)上的電壓的變化可影響空間電荷區(qū)電荷的變化，說明變化，說明PNPN結(jié)具電容效應(yīng)。結(jié)具電容效應(yīng)。PNPN結(jié)的結(jié)電容的數(shù)值結(jié)的結(jié)電容的數(shù)值一般很小，故只有在工作頻率很高的情況下才考慮一般很小，故只

24、有在工作頻率很高的情況下才考慮PNPN結(jié)的結(jié)電容作用。結(jié)的結(jié)電容作用。第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路281.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管一一. 點(diǎn)接觸式和面接觸式二極管的結(jié)構(gòu)點(diǎn)接觸式和面接觸式二極管的結(jié)構(gòu)D 陰極陰極陽極陽極二極管符號(hào)二極管符號(hào)第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/ 1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管29二二. 伏安特性（伏安特性（VA特性特性)硅二極管的伏安特性硅二極管的伏安特性二極管的伏安特性二極管的伏安特性將二極管分為三種將二極管分為三種狀態(tài)狀態(tài)截止截止、導(dǎo)導(dǎo)通通和和擊穿擊穿。第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體

25、二極管及基本電路/ 1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管/伏安特性伏安特性30 硅二極管的伏安特性硅二極管的伏安特性 鍺二極管的伏安特性鍺二極管的伏安特性第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/ 1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管/伏安特性伏安特性311）正向特性：正向特性： OA段：段：當(dāng)當(dāng) UF UT （死區(qū)電壓）時(shí)外電場(chǎng)不（死區(qū)電壓）時(shí)外電場(chǎng)不 足足以克服結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻力，故以克服結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻力，故正向電流正向電流 IF 很小很小(I F 0)， D處于截止?fàn)顟B(tài)處于截止?fàn)顟B(tài)。 硅硅(Si)：U T 0.5V; 鍺鍺(Ge): U T 0.1

26、V。 AB段：段：當(dāng)當(dāng) U F U T后，后， Ed擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) I F D 導(dǎo)通。D導(dǎo)通時(shí)的正向壓降，硅管約為導(dǎo)通時(shí)的正向壓降，硅管約為(0.60.7)V，鍺管，鍺管約為約為(0.20.3)V。分析：分析：第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/ 1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管/伏安特性伏安特性322） 反向特性反向特性O(shè)C段段：當(dāng)當(dāng) U R U BR （擊穿電壓）時(shí)擊穿電壓）時(shí)， CD段：當(dāng)段：當(dāng) U R U BR 后，后， PN結(jié)被擊穿，結(jié)被擊穿，I R隨隨 U D 失去單向?qū)щ娦?。失去單向?qū)щ娦?。擴(kuò)散擴(kuò)散漂移漂移Ed I R 很小很小D 截止。截止。一般情況下，

27、鍺管反向電流一般情況下，鍺管反向電流I R硅管硅管I R反向電流。反向電流。第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/ 1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管/伏安特性伏安特性33綜述：綜述：1）二極管的）二極管的 VA 特性為非線性；特性為非線性；2）當(dāng)）當(dāng) 時(shí)，且時(shí)，且 U F U T ，則，則 D 導(dǎo)通；導(dǎo)通；3）當(dāng)）當(dāng) U T U D U BR ，有，有I R 0，則，則D 截截 止；止；4）當(dāng)）當(dāng) 時(shí)，且時(shí)，且 U R U BR ，則反向擊，則反向擊穿燒壞穿燒壞。第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/ 1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管34三三. 主要參數(shù)

28、主要參數(shù) 1）最大整流電流）最大整流電流 I F M 二極管長(zhǎng)時(shí)間可靠工作時(shí)，允許流過二極二極管長(zhǎng)時(shí)間可靠工作時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。管的最大正向平均電流。 2）最高反向工作電壓）最高反向工作電壓 U R M 保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓壓。 U R M=（擊穿電壓（擊穿電壓）/ 2 3）最大反向電流）最大反向電流 I R M 當(dāng)二極管加上反向工作峰值電壓時(shí)所對(duì)應(yīng)當(dāng)二極管加上反向工作峰值電壓時(shí)所對(duì)應(yīng)的反向電流。的反向電流。 I R M越小，單向?qū)щ娦院?。越小，單向?qū)щ娦院?。第一章第一?半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路35

29、 二極管的應(yīng)用很廣，其基本電路有整流電路、二極管的應(yīng)用很廣，其基本電路有整流電路、開關(guān)電路、限幅電路等。由于二極管是非線性器開關(guān)電路、限幅電路等。由于二極管是非線性器件，分析電路時(shí)常采用模型分析法。件，分析電路時(shí)常采用模型分析法。 理想模型理想模型 恒壓模型恒壓模型 1.3 二極管基本電路及分析方法二極管基本電路及分析方法第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.3二極管基本電路及分析方法二極管基本電路及分析方法36 例例 1. 當(dāng)輸入電壓為當(dāng)輸入電壓為 ui ，試?yán)L出輸出電壓試?yán)L出輸出電壓 uo 波波形。設(shè)形。設(shè)U c ( 0+ ) = 0，tp RC ，D為理想二為理

30、想二極管。極管。整流作用整流作用微分電路微分電路第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.3二極管基本電路及分析方法二極管基本電路及分析方法37 例例 2. 開關(guān)電路如圖所開關(guān)電路如圖所示，當(dāng)輸入示，當(dāng)輸入端端 UA = 3V ， UB = 0 V,試求試求 輸輸出端出端 Y 的電位的電位 UY。 解：解： UA = 3V， UB = 0V DA優(yōu)先導(dǎo)通，優(yōu)先導(dǎo)通， DB 截止；截止；則則 UY = UAUD =30.7(0.3)= 2.3( 2.7) V例例 2圖圖UA UB U3 0 2.30 3 2.33 3 2.30 0 -0.71 0 10 1 11 1 10 0 0電路的邏輯關(guān)系為電路的邏輯關(guān)系為或邏輯或邏輯二極管具有二極管具有鉗位作用鉗位作用第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路/1.3二極管基本電路及分析方法二極管基本電路及分析方法38 例例 3. 限幅（削波）限幅（削波）作用電路如圖所示，作用電路如圖所示，求求 uo 及畫出波形。及畫出波形。解：解：1）當(dāng)）當(dāng) ui E 時(shí)，時(shí)， D導(dǎo)通；導(dǎo)通； uo = UD + E E 2) 當(dāng) ui E 時(shí), D截止， uo = uitUuisin2第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路391. 4 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)