反向特性和擊穿特性課件

1、1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.6* 集成電路中的元件集成電路中的元件1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.5* 單結(jié)晶體管和晶閘管單結(jié)晶體管和晶閘管內(nèi)容簡(jiǎn)介習(xí)題解答1.3 雙極性晶體管雙極性晶體管1.4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 半導(dǎo)體器件是現(xiàn)代電子電路的重要半導(dǎo)體器件是現(xiàn)代電子電路的重要組成部分。本章簡(jiǎn)要地介紹半導(dǎo)體的基組成部分。本章簡(jiǎn)要地介紹半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)，討論半導(dǎo)體的核心環(huán)節(jié)礎(chǔ)知識(shí)，討論半導(dǎo)體的核心環(huán)節(jié)PN結(jié)，結(jié)，闡述了半導(dǎo)體二極管、雙極性晶體管闡述了半導(dǎo)體二極管、雙極性晶體管（BJT）和場(chǎng)效應(yīng)管（）和場(chǎng)效應(yīng)管（FET）的工作原）的工作原理、特性曲線和主要參數(shù)以及二極管基理、特性曲

2、線和主要參數(shù)以及二極管基本電路和分析方法。對(duì)晶閘管和集成電本電路和分析方法。對(duì)晶閘管和集成電路中的元件也進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。路中的元件也進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。內(nèi)容簡(jiǎn)介1. 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 根據(jù)物體導(dǎo)電能力根據(jù)物體導(dǎo)電能力( (電阻率電阻率) )的不同，來(lái)劃分導(dǎo)體、絕的不同，來(lái)劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。緣體和半導(dǎo)體。 導(dǎo)導(dǎo) 體體：109cm 半導(dǎo)體半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間。：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間。 2. 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 典型的元素半導(dǎo)體有典型的元素半導(dǎo)體有硅硅Si和和鍺鍺Ge ，此外，還有化合物，此外，還有化合物半導(dǎo)體半導(dǎo)體砷化鎵砷化鎵GaAs等。等。3.本征半

3、導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：化學(xué)成分純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體。它化學(xué)成分純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能是由其原子結(jié)構(gòu)決定的，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能是由其原子結(jié)構(gòu)決定的，就元素半就元素半導(dǎo)體硅和鍺而言，其導(dǎo)體硅和鍺而言，其原子序數(shù)分別為原子序數(shù)分別為1414和和3232，但它們有一，但它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)：即原子最外層的電子（價(jià)電子）數(shù)均為個(gè)共同的特點(diǎn)：即原子最外層的電子（價(jià)電子）數(shù)均為4 4，其原子結(jié)構(gòu)和其原子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)如晶體結(jié)構(gòu)如圖圖圖圖圖圖1.1.11.1.11.1.1所示。所示。HomeNextBack 本征激發(fā)本征

4、激發(fā)(熱激發(fā)）熱激發(fā)）:受溫度、光照等環(huán)境因素的影響，受溫度、光照等環(huán)境因素的影響，半導(dǎo)體共價(jià)鍵中的價(jià)電子獲得足夠的能量而掙脫共價(jià)鍵的半導(dǎo)體共價(jià)鍵中的價(jià)電子獲得足夠的能量而掙脫共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子的現(xiàn)象，稱之為本征激發(fā)（熱激發(fā)）束縛，成為自由電子的現(xiàn)象，稱之為本征激發(fā)（熱激發(fā)）（見(jiàn)圖見(jiàn)圖1.1.21.1.2）。）。 電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)：由本征激發(fā)（熱激發(fā)）而產(chǎn)生：由本征激發(fā)（熱激發(fā)）而產(chǎn)生的自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的，稱為電子空的自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的，稱為電子空穴對(duì)。所以，在本征半導(dǎo)體中：穴對(duì)。所以，在本征半導(dǎo)體中： ni=pi （ni自由自由電子的濃度；電子的濃度；pi空穴

5、的濃度）。空穴的濃度）。 空穴空穴：共價(jià)鍵中的空位。：共價(jià)鍵中的空位。)1 . 1 . 1()2/(2/31kTEiiGOeTKpn K1常數(shù)，硅為常數(shù)，硅為3.87 10-6K-3/2/cm3，鍺為，鍺為1.76 10-6 K-3/2/cm3 ；T熱力學(xué)溫度；熱力學(xué)溫度；EGO禁帶禁帶寬度，寬度，硅為硅為1.21eV，鍺為，鍺為0.785eV ；k波耳茲曼波耳茲曼常數(shù)，常數(shù)，8.63 10-5 eV/K。（。（e單位電荷，單位電荷，eV=J） 載流子載流子：能夠參與導(dǎo)電的帶電粒子。：能夠參與導(dǎo)電的帶電粒子?？瞻卓瞻装雽?dǎo)體中載流子的移動(dòng)半導(dǎo)體中載流子的移動(dòng) ：如圖：如圖1.1.3所示。從圖中可

6、以所示。從圖中可以看出，空穴可以看成是一個(gè)帶正電的粒子，和自由電子一樣，看出，空穴可以看成是一個(gè)帶正電的粒子，和自由電子一樣，可以在晶體中自由移動(dòng)，在外加電場(chǎng)下，形成定向運(yùn)動(dòng)，從可以在晶體中自由移動(dòng)，在外加電場(chǎng)下，形成定向運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生電流。所以，而產(chǎn)生電流。所以，在半導(dǎo)體中具有兩種載流子：自由電子在半導(dǎo)體中具有兩種載流子：自由電子和空穴。和空穴。 （1）兩種載流子的產(chǎn)生與復(fù)合，在一定溫度下達(dá)到動(dòng)）兩種載流子的產(chǎn)生與復(fù)合，在一定溫度下達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，則態(tài)平衡，則ni=pi的值一定；的值一定； （2）ni與與pi 的值與溫度有關(guān)，對(duì)于硅材料，大約溫度每的值與溫度有關(guān)，對(duì)于硅材料，大約溫度每升高升高

7、8oC，ni 或或pi 增加一倍；對(duì)于鍺材料，大約溫度每升高增加一倍；對(duì)于鍺材料，大約溫度每升高12 oC，ni 或或pi 增加一倍。增加一倍。4.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)體中參入微量的雜質(zhì)在本征半導(dǎo)體中參入微量的雜質(zhì)形成的半導(dǎo)體。根據(jù)參雜元素的性質(zhì)，雜質(zhì)半導(dǎo)形成的半導(dǎo)體。根據(jù)參雜元素的性質(zhì)，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為體分為P P型（空穴型）半導(dǎo)體和型（空穴型）半導(dǎo)體和N N型（電子型）半型（電子型）半導(dǎo)體。由于參雜的影響，會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能導(dǎo)體。由于參雜的影響，會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著的改變。發(fā)生顯著的改變。 ：在本征半導(dǎo)體中參入微量三價(jià)元在本征半導(dǎo)體中參入微量三價(jià)元

8、素的雜質(zhì)形成的半導(dǎo)體，其共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)如圖素的雜質(zhì)形成的半導(dǎo)體，其共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)如圖1.1.41.1.4所示。常用的三價(jià)元素的雜質(zhì)有硼、銦等。所示。常用的三價(jià)元素的雜質(zhì)有硼、銦等。P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)：因?yàn)槿齼r(jià)元素的雜質(zhì)在半導(dǎo)體中能因?yàn)槿齼r(jià)元素的雜質(zhì)在半導(dǎo)體中能夠接受電子，故稱之為受主雜質(zhì)或夠接受電子，故稱之為受主雜質(zhì)或P P型雜質(zhì)。型雜質(zhì)。 多子與少子多子與少子：P P型半導(dǎo)體在產(chǎn)生空穴的同時(shí)，并型半導(dǎo)體在產(chǎn)生空穴的同時(shí)，并不產(chǎn)生新的自由電子，所以控制參雜的濃度，便可不產(chǎn)生新的自由電子，所以控制參雜的濃度，便可控制空穴的數(shù)量。在控制空穴的數(shù)量。在P P型半導(dǎo)體中，空穴的濃度遠(yuǎn)大型

9、半導(dǎo)體中，空穴的濃度遠(yuǎn)大于自由電子的濃度，稱之為于自由電子的濃度，稱之為多數(shù)載流子多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱多子多子；而自由電子為而自由電子為少數(shù)載流子少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱少子少子。 ：既然：既然P P型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子是空型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是自由電子，所以，穴，少數(shù)載流子是自由電子，所以，P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體帶正電。此說(shuō)法正確嗎？帶正電。此說(shuō)法正確嗎？思考題思考題 ：在本征半導(dǎo)體中參入微量五價(jià)元在本征半導(dǎo)體中參入微量五價(jià)元素的雜質(zhì)形成的半導(dǎo)體，其共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)如圖素的雜質(zhì)形成的半導(dǎo)體，其共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)如圖1.1.51.1.5所示。常用的三價(jià)元素的雜質(zhì)有磷、砷和銻等。所示。常用的

10、三價(jià)元素的雜質(zhì)有磷、砷和銻等。N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)：因?yàn)槲鍍r(jià)元素的雜質(zhì)在半導(dǎo)體中能因?yàn)槲鍍r(jià)元素的雜質(zhì)在半導(dǎo)體中能夠產(chǎn)生多余的電子，故稱之為施主雜質(zhì)或夠產(chǎn)生多余的電子，故稱之為施主雜質(zhì)或N N型雜質(zhì)。型雜質(zhì)。 在在N N型半導(dǎo)體中，自由電子為多數(shù)載流子，而型半導(dǎo)體中，自由電子為多數(shù)載流子，而空穴為少數(shù)載流子?？昭樯贁?shù)載流子。 綜上所述，在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，因?yàn)閰㈦s，載流子的綜上所述，在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，因?yàn)閰㈦s，載流子的數(shù)量比本征半導(dǎo)體有相當(dāng)程度的增加，盡管參雜的含量數(shù)量比本征半導(dǎo)體有相當(dāng)程度的增加，盡管參雜的含量很小，但對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力影響卻很大，使之成為提很小，但對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)

11、電能力影響卻很大，使之成為提高半導(dǎo)體導(dǎo)電性能最有效的方法。高半導(dǎo)體導(dǎo)電性能最有效的方法。 摻雜摻雜 對(duì)本征半導(dǎo)體的對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性的影響，其典型數(shù)據(jù)如下導(dǎo)電性的影響，其典型數(shù)據(jù)如下: T=300 K室溫下室溫下,本征硅的電子和空穴濃度本征硅的電子和空穴濃度: ni = pi =1.41010/cm3 摻雜后摻雜后 N 型半導(dǎo)體中的自由電子濃度型半導(dǎo)體中的自由電子濃度: ni=51016/cm3 本征硅的原子濃度本征硅的原子濃度: 4.961022/cm3 以上三個(gè)濃度基本上依次相差以上三個(gè)濃度基本上依次相差106/cm3 。HomeNextBack 本講主要介紹了下列半導(dǎo)體的基本概念：本講

12、主要介紹了下列半導(dǎo)體的基本概念： 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 本征激發(fā)、空穴、載流子本征激發(fā)、空穴、載流子 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 P P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 受主雜質(zhì)、施主雜質(zhì)、多子、少子受主雜質(zhì)、施主雜質(zhì)、多子、少子二二.PN.PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?正偏與反偏正偏與反偏：當(dāng)外加電壓使：當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中結(jié)中P區(qū)的電位區(qū)的電位高于高于N區(qū)的電位，稱為加區(qū)的電位，稱為加正向電壓正向電壓，簡(jiǎn)稱正偏；反，簡(jiǎn)稱正偏；反之之稱為加反向電壓，稱為加反向電壓，簡(jiǎn)稱反偏。簡(jiǎn)稱反偏。 一一.PN.PN結(jié)的形成結(jié)的形成 在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過(guò)擴(kuò)散不同的雜質(zhì)在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通

13、過(guò)擴(kuò)散不同的雜質(zhì), ,分別形成分別形成P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。此時(shí)將在型半導(dǎo)體。此時(shí)將在P型型半導(dǎo)體和半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成的物理過(guò)程示型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成的物理過(guò)程示意圖如意圖如圖圖圖圖圖圖1.1.61.1.61.1.61.1.61.1.61.1.6所示。所示。5. PN結(jié)結(jié) 1.1.PNPN結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓 PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正結(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，向擴(kuò)散電流， PN結(jié)導(dǎo)通。其示意圖如結(jié)導(dǎo)通。其示意圖如 圖圖圖圖圖圖1.1.71.1.71.1.7所示。所示。Home2. PN2. PN結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電

14、壓 PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反結(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，向漂移電流，PN結(jié)截止。其示意圖如結(jié)截止。其示意圖如 圖圖圖圖圖圖1.1.81.1.81.1.8所示。所示。3. PN3. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)加正向電壓（正偏）時(shí)導(dǎo)通；加反向電壓結(jié)加正向電壓（正偏）時(shí)導(dǎo)通；加反向電壓（反偏）時(shí)截止的特性，稱為（反偏）時(shí)截止的特性，稱為PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?。三?PN.PN結(jié)的特性曲線結(jié)的特性曲線 1. PN1. PN結(jié)的結(jié)的V-I V-I 特性表達(dá)式特性表達(dá)式)2 .1 .1()1(/SDD TnVveIi式中，式中，IS 反向

15、飽和電流；反向飽和電流； n 發(fā)射系數(shù)，與發(fā)射系數(shù)，與PN結(jié)的的尺寸、材料等有關(guān)，其值為結(jié)的的尺寸、材料等有關(guān)，其值為12；VT 溫溫度的電壓當(dāng)量，且在常溫下（度的電壓當(dāng)量，且在常溫下（T=300K）:VT = kT/q = 0.026V =26mV2. PN2. PN結(jié)的正向特性結(jié)的正向特性HomeNextBack 死區(qū)電壓死區(qū)電壓Vth硅材料為硅材料為0.5V左右；鍺材料左右；鍺材料為為0.1V左右。左右。 導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓Von硅材料為硅材料為0.60.7V左右；左右；鍺材料為鍺材料為0.20.3V左右。左右。Is=10-8AVT=26mVn =2死區(qū)電壓死區(qū)電壓導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓圖圖1.

16、1.9 PN結(jié)的正向特性結(jié)的正向特性3. PN3. PN結(jié)的反向特性結(jié)的反向特性HomeNextBack 反向電流：反向電流： 在一定溫度下，在一定溫度下，少子的濃度一定，少子的濃度一定，當(dāng)反向電壓達(dá)到當(dāng)反向電壓達(dá)到一定值后，反向一定值后，反向電流電流IR 即為反向即為反向飽和電流飽和電流IS，基，基本保持不變。本保持不變。 反向電流受溫反向電流受溫度的影響大。度的影響大。-IS圖圖1.1.10 PN結(jié)結(jié)的反向特性的反向特性鍺管鍺管硅管硅管4. PN4. PN結(jié)的反向擊穿特性結(jié)的反向擊穿特性HomeNextBack 反向擊穿反向擊穿：當(dāng)當(dāng)反向電壓達(dá)到一反向電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，反向定數(shù)值時(shí)，反向

17、電流急劇增加的電流急劇增加的現(xiàn)象稱為反向擊現(xiàn)象稱為反向擊穿（穿（電擊穿電擊穿）。）。若不加限流措施，若不加限流措施，PN結(jié)將過(guò)熱而損結(jié)將過(guò)熱而損壞，此稱為壞，此稱為熱擊熱擊穿穿。電擊穿是可。電擊穿是可逆的，而熱擊穿逆的，而熱擊穿是不可逆的，應(yīng)是不可逆的，應(yīng)該避免。該避免。圖圖1.1.11 PN結(jié)的結(jié)的反向擊穿特性反向擊穿特性VBRHomeNextBack 反向擊穿分為雪崩擊穿和齊納擊穿兩種類型。反向擊穿分為雪崩擊穿和齊納擊穿兩種類型。 雪崩擊穿雪崩擊穿：當(dāng)反向電壓增加時(shí)，空間電荷區(qū)的電場(chǎng)隨之當(dāng)反向電壓增加時(shí)，空間電荷區(qū)的電場(chǎng)隨之增強(qiáng)，使通過(guò)空間電荷區(qū)的電子和空穴獲得的能量增大，增強(qiáng)，使通過(guò)空間

18、電荷區(qū)的電子和空穴獲得的能量增大，當(dāng)它們與晶體中的原子發(fā)生碰撞時(shí)，足夠大的能量將導(dǎo)致當(dāng)它們與晶體中的原子發(fā)生碰撞時(shí)，足夠大的能量將導(dǎo)致碰撞電離。而新產(chǎn)生的電子碰撞電離。而新產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)在電場(chǎng)的作用下，同樣空穴對(duì)在電場(chǎng)的作用下，同樣會(huì)與晶體中的原子發(fā)生碰撞電離，再產(chǎn)生新的電子會(huì)與晶體中的原子發(fā)生碰撞電離，再產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)，空穴對(duì)，形成載流子的形成載流子的倍增效應(yīng)倍增效應(yīng)。當(dāng)反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，。當(dāng)反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，這種情況就象發(fā)生雪崩一樣，載流子增加得多而快，使反這種情況就象發(fā)生雪崩一樣，載流子增加得多而快，使反向電流急劇增加，于是導(dǎo)致了向電流急劇增加，于是導(dǎo)致了PN結(jié)

19、的雪崩擊穿。結(jié)的雪崩擊穿。 齊納擊穿齊納擊穿：齊納擊穿的機(jī)理與雪崩擊穿不同。在較高的齊納擊穿的機(jī)理與雪崩擊穿不同。在較高的反向電壓作用下，空間電荷區(qū)的電場(chǎng)變成強(qiáng)電場(chǎng)，有足夠反向電壓作用下，空間電荷區(qū)的電場(chǎng)變成強(qiáng)電場(chǎng)，有足夠的能力破壞共價(jià)鍵，使束縛在共價(jià)鍵中的電子掙脫束縛而的能力破壞共價(jià)鍵，使束縛在共價(jià)鍵中的電子掙脫束縛而形成電子形成電子-空穴對(duì)，造成載流子數(shù)目的急劇增加，從而導(dǎo)致空穴對(duì)，造成載流子數(shù)目的急劇增加，從而導(dǎo)致了了PN結(jié)的齊納擊穿。結(jié)的齊納擊穿。四四. PN. PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)HomeNextBack 1. 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容Cb圖圖1.1.12 勢(shì)壘電容示意圖勢(shì)壘電容示意

20、圖 PN結(jié)外加電壓變化，空結(jié)外加電壓變化，空間電荷區(qū)的寬度將隨之變化，間電荷區(qū)的寬度將隨之變化，即耗盡層的電荷量隨外加電即耗盡層的電荷量隨外加電壓增加或減少，呈現(xiàn)出電容壓增加或減少，呈現(xiàn)出電容充放電的性質(zhì)，其等效的電充放電的性質(zhì)，其等效的電容稱之為勢(shì)壘電容容稱之為勢(shì)壘電容Cb。當(dāng)。當(dāng)PN結(jié)加反向電壓時(shí)，結(jié)加反向電壓時(shí)， Cb明明顯隨外加電壓變化，利用該顯隨外加電壓變化，利用該特性可以制成各種變?nèi)荻O特性可以制成各種變?nèi)荻O管。管。2.擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容Cd圖圖1.1.13 1.1.13 擴(kuò)散電容示意圖擴(kuò)散電容示意圖HomeNextBack PN結(jié)外加正向電壓結(jié)外加正向電壓變化，擴(kuò)散區(qū)的非平衡少變

21、化，擴(kuò)散區(qū)的非平衡少子的數(shù)量將隨之變化，擴(kuò)子的數(shù)量將隨之變化，擴(kuò)散區(qū)內(nèi)電荷的積累與釋放散區(qū)內(nèi)電荷的積累與釋放過(guò)程，呈現(xiàn)出電容充放電過(guò)程，呈現(xiàn)出電容充放電的性質(zhì)，其等效的電容稱的性質(zhì)，其等效的電容稱之為擴(kuò)散電容之為擴(kuò)散電容Cd。 結(jié)電容結(jié)電容Cj= Cb+ Cd 反偏時(shí)，勢(shì)壘電容反偏時(shí)，勢(shì)壘電容Cb為主；正偏時(shí)，擴(kuò)散電容為主；正偏時(shí)，擴(kuò)散電容Cd為主。低頻時(shí)忽略，為主。低頻時(shí)忽略，只有頻率較高時(shí)才考慮結(jié)只有頻率較高時(shí)才考慮結(jié)電容的作用。電容的作用。本講主要介紹了以下基本內(nèi)容：本講主要介紹了以下基本內(nèi)容： PNPN結(jié)形成：擴(kuò)散、復(fù)合、空間電荷區(qū)（耗盡層、勢(shì)結(jié)形成：擴(kuò)散、復(fù)合、空間電荷區(qū)（耗盡層、勢(shì)

22、壘區(qū)、阻擋層、內(nèi)建電場(chǎng)）、動(dòng)態(tài)平衡壘區(qū)、阻擋層、內(nèi)建電場(chǎng)）、動(dòng)態(tài)平衡 PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通、反偏截止結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通、反偏截止 PNPN結(jié)的特性曲線：結(jié)的特性曲線： 正向特性：死區(qū)電壓、導(dǎo)通電壓正向特性：死區(qū)電壓、導(dǎo)通電壓 反向特性：反向飽和電流、溫度影響大反向特性：反向飽和電流、溫度影響大 擊穿特性：電擊穿（雪崩擊穿、齊納擊穿）、熱擊穿擊穿特性：電擊穿（雪崩擊穿、齊納擊穿）、熱擊穿 PNPN結(jié)的電容效應(yīng)：勢(shì)壘電容、擴(kuò)散電容結(jié)的電容效應(yīng)：勢(shì)壘電容、擴(kuò)散電容HomeNext1. 1.半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 在在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極結(jié)上加

23、上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。三大類。一一. 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電波和變頻等高頻電路。路。(a)(a)點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 圖圖1.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖HomeNext二二. 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，結(jié)面積大，用于工頻大電流用于工頻大電流整流電路。整流電路。(b)(b)面接觸型面接觸型圖圖1.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖BackHomeNext三三. 平面型二極管平面型

24、二極管 往往用于往往用于集成電路制造藝集成電路制造藝中。中。PN 結(jié)面積結(jié)面積可大可小，用于可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。電路中。(c)(c)平面型平面型圖圖1.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖陰極陰極引線引線陽(yáng)極陽(yáng)極引線引線PNP 型支持襯底型支持襯底BackHomeNext四四. 二極管的圖形符號(hào)二極管的圖形符號(hào)Back 圖圖1.2.2 二極管的符號(hào)二極管的符號(hào)k k陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極a a2. 2.半導(dǎo)體二極管的半導(dǎo)體二極管的V-I特性特性 二極管的特性與二極管的特性與PN結(jié)的特性基本相同，也分正向特性、結(jié)的特性基本相同，也分正向特性、反向特性和擊穿特性。其

25、差別在于二極管存在體電阻和引反向特性和擊穿特性。其差別在于二極管存在體電阻和引線電阻，在電流相同的情況下，其壓降大于線電阻，在電流相同的情況下，其壓降大于PN結(jié)的壓降。結(jié)的壓降。在此不再贅述在此不再贅述。HomeNextBack圖圖1.2.3 半導(dǎo)體二極管圖片半導(dǎo)體二極管圖片3.3.半導(dǎo)體二極管的參數(shù)半導(dǎo)體二極管的參數(shù) (1) 最大整流電流最大整流電流IF(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓VBR和最大和最大反向工作電壓反向工作電壓VR(3) 反向電流反向電流IR(4) 正向壓降正向壓降VF(5) 最高工作頻率最高工作頻率fM(6)結(jié)電容結(jié)電容Cj圖圖1.2.4 二極管的高頻二極管的高頻等效道路等

26、效道路HomeNextBack ：如何用萬(wàn)用表的：如何用萬(wàn)用表的“ ”檔來(lái)辨別一檔來(lái)辨別一只二極管的陽(yáng)極、陰極以及二極管的好壞只二極管的陽(yáng)極、陰極以及二極管的好壞？思考題思考題4. 4. 二極管的等效模型電路二極管的等效模型電路（1）理想模型）理想模型圖圖1.2.5 二極管的理想等效模型二極管的理想等效模型正偏時(shí)：正偏時(shí)：uD=0,RD=0;反偏時(shí)：反偏時(shí)：iD=0, RD= 。 相當(dāng)于一理相當(dāng)于一理想電子開(kāi)關(guān)。想電子開(kāi)關(guān)。HomeNextBackHomeNext（2）恒壓降模型）恒壓降模型Back 正偏時(shí)：正偏時(shí)：uD=Uon,RD=0; 反偏時(shí)：反偏時(shí)：iD=0, RD= 。 相當(dāng)于一理相

27、當(dāng)于一理想電子開(kāi)關(guān)想電子開(kāi)關(guān)和恒壓源的和恒壓源的串聯(lián)。串聯(lián)。圖圖1.2.6 二極管的恒壓降等效模型二極管的恒壓降等效模型HomeNext（3）折線型模型）折線型模型Back 正偏時(shí)：正偏時(shí)：uD=iDrD+UTH; 反偏時(shí)：反偏時(shí)：iD=0, RD= 。 相當(dāng)于一理相當(dāng)于一理想電子開(kāi)關(guān)、想電子開(kāi)關(guān)、恒壓源和電恒壓源和電阻的串聯(lián)。阻的串聯(lián)。圖圖1.2.7 二極管的折線型等效模型二極管的折線型等效模型HomeNext（4 4）小信號(hào)模型）小信號(hào)模型 二極管工作在正向特二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí)，其性的某一小范圍內(nèi)時(shí)，其正向特性可以等效成一個(gè)正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。微變電阻。Bac

28、kDDdivr 即即)1(/SDD TVveIi根據(jù)根據(jù)得得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)點(diǎn)處的微變電導(dǎo)QdvdigDDd QVvTTeVI/SD dd1gr 則則DIVT 常溫下常溫下（T=300K）)mA()mV(26DDdIIVrT 圖圖1.2.8 二極管的小信號(hào)等效模型二極管的小信號(hào)等效模型HomeNext5. 5.二極管基本電路及模型分析法二極管基本電路及模型分析法（1）二極管的靜態(tài)工作情況分析二極管的靜態(tài)工作情況分析BackID+VD-R 10K +VDD20VID+VD-R 10K +VDD20VID+VD-R 10K +VDD20V+Von(a) 原電路原電路(b) 理想模型電路理想模型電路

29、(c) 恒壓降模型電路恒壓降模型電路圖圖1.2.9 例例1.2.1的電路圖的電路圖解：解：（1）理想模型，）理想模型，VD=0，則則mAKRVVIDDDD210020（2）恒壓降模型，）恒壓降模型，VD=0.7V，則則mAKRVVIDDDD93. 1107 . 020例例1.2.1 求圖求圖1.2.9（a）所示電路的硅二極管電流）所示電路的硅二極管電流ID和電壓和電壓VD。HomeNext（2）二極管限幅電路二極管限幅電路Back解：請(qǐng)觀看仿真波形解：請(qǐng)觀看仿真波形!ID+vo-R 10K +vi20V圖圖1.2.10 例例1.2.2 電路圖電路圖VREF 例例1.2.2 如圖如圖1.2.10

30、 所示電路。所示電路。試畫出試畫出VREF分別為分別為0、10V時(shí)時(shí)的波的波形。其中形。其中vi=10sin tV。（3） 二極管開(kāi)關(guān)電路二極管開(kāi)關(guān)電路 例例1.2.3 如圖如圖1.2.11 所示電路。所示電路。試求試求VI1、VI2為為0和和+5V時(shí)時(shí)V0的值的值 。R 10K V0Vcc +5V圖圖1.2.11 例例1.2.3 電路圖電路圖VI1VI2D1D2000+5V0 0 0 +5V +5V 0 +5V +5VV0VI1 VI2 HomeNext（1）穩(wěn)壓二極管的伏安特性穩(wěn)壓二極管的伏安特性Back 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓VZ 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ（ IZmin 、IZmin ） 額定功耗

31、額定功耗PZM 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZ 溫度系數(shù)溫度系數(shù) 圖圖1.2.12 穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓管的 伏安特性伏安特性6. 6.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管（2）穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)）穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù) 利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)。其伏安特性如圖向電擊穿狀態(tài)。其伏安特性如圖1.2.12所示。所示。HomeNext（3）穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路Back 例例1.2.4 設(shè)計(jì)如圖設(shè)計(jì)如圖1.2.13 所示所示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，已知穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，已知VO=6V， 輸入電壓輸入電壓VI 波動(dòng)波動(dòng) 10%， RL=1k 。 + R - IR + - RL IL VO VI IZ DZ 圖圖1.2.13 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路解：解：（1）選擇）選擇DZ ：mAARVIIVVVLLZOZ)1812(10006)32()32()32(