23第2章 二極管及其基本電路

第2章二極管及其基本電路2.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)2.2PN結(jié)2.3二極管2.4二極管基本應(yīng)用電路分析2.5特殊二極管2.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)2.1.1半導(dǎo)體2.1.2本征激發(fā)和復(fù)合2.1.3兩種載流子2.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體

自然界的物質(zhì)，按照導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，可分為（1）導(dǎo)體（2）半導(dǎo)體（3）絕緣體很多半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力在不同條件下變化很大（1）半導(dǎo)體如何導(dǎo)電呢？

（2）導(dǎo)電能力與什么有關(guān)？？2.1.1半導(dǎo)體材料

半導(dǎo)體材料可分：（1）本征半導(dǎo)體高度提純后的半導(dǎo)體經(jīng)過(guò)一定工藝過(guò)程制成的單晶體。（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體內(nèi)部摻入微量雜質(zhì)。目的：在室溫條件下增強(qiáng)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力2.1.1半導(dǎo)體材料－硅、鍺…2.1.1半導(dǎo)體材料柱狀硅晶體硅晶體切片2.1.1半導(dǎo)體材料晶體平面結(jié)構(gòu)示意圖（本征）2.1.1半導(dǎo)體材料晶體空間結(jié)構(gòu)示意圖（本征）2.1.2本征激發(fā)正電負(fù)電結(jié)果：自由電子和空穴成對(duì)出現(xiàn)我自由了！2.1.2本征激發(fā)電子—空穴對(duì)：本征激發(fā)：熱運(yùn)動(dòng)激發(fā)所產(chǎn)生的電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的本征半導(dǎo)體因熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電子—空穴對(duì)的現(xiàn)象2.1.2本征激發(fā)+4正離子+4？自由電子永遠(yuǎn)都自由嗎我自由了！2.1.3復(fù)合+4+4復(fù)合運(yùn)動(dòng)：本征半導(dǎo)體內(nèi)部自由電子填補(bǔ)空穴的現(xiàn)象。（空穴對(duì)自由電子吸引）結(jié)果：自由電子和空穴成對(duì)消失Comeon，baby！2.1.2復(fù)合說(shuō)明：（1）在一定溫度下，本征激發(fā)與復(fù)合運(yùn)動(dòng)同時(shí)存在，且達(dá)到運(yùn)動(dòng)平衡。（2）在一定溫度下，本征半導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子和空穴數(shù)目是一定的，且成對(duì)出現(xiàn)，因此呈中性。（3）溫度升高，自由電子和空穴數(shù)目隨之增加。半導(dǎo)體如何導(dǎo)電呢？解惑主角：

自由電子空穴載流子載流子：半導(dǎo)體內(nèi)部的導(dǎo)電物質(zhì)。2.1.3載流子載流子：半導(dǎo)體內(nèi)部的導(dǎo)電物質(zhì)。（1）自由電子。

導(dǎo)電原理：在外加電場(chǎng)的作用下，自由電子做定向運(yùn)動(dòng)而形成電流。（2）空穴。

2.1.3載流子－空穴導(dǎo)電2.1.3載流子載流子：半導(dǎo)體內(nèi)部的導(dǎo)電物質(zhì)。（1）自由電子。（2）空穴。導(dǎo)電原理：在外電場(chǎng)作用下，由于電子運(yùn)動(dòng)使空穴位置發(fā)生改變，且按一定方向（電源正極到負(fù)極）。

可近似認(rèn)為空穴在外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生了定向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)電性能（1）半導(dǎo)體能夠?qū)щ?。?）在室溫下本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力弱。（3）半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力會(huì)受溫度影響。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與哪些因素有關(guān)？（1）溫度

溫度越高，導(dǎo)電能力越強(qiáng)（2）半導(dǎo)體內(nèi)部所含的雜質(zhì)。解惑？雜質(zhì)如何影響2.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體

雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為：（1）N型（電子）半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中摻雜5價(jià)元素（如磷）。（2）P型（空穴）半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中摻雜3價(jià)元素（如硼）。2.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體－N型多子：自由電子電子半導(dǎo)體多子：主要導(dǎo)電的載流子2.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體－N型整體看呈中性不帶電2.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體－P型多子：空穴空穴半導(dǎo)體2.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體－P型整體看呈中性不帶電2.2.1PN結(jié)將N型和P型半導(dǎo)體放在一起，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在交界面處形成PN結(jié)12.2.1PN結(jié)－多子擴(kuò)散N區(qū)中多子的擴(kuò)散P區(qū)中多子的擴(kuò)散2載流子濃度差2.2.1PN結(jié)－內(nèi)電場(chǎng)出現(xiàn)3多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由N區(qū)指向P區(qū)2.2.1PN結(jié)－內(nèi)電場(chǎng)出現(xiàn)漂移運(yùn)動(dòng)：半導(dǎo)體中少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)的作用下從低濃度移動(dòng)高濃度的地方。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：載流子由濃度高的地方向濃度低的地方移動(dòng)。2.2.1PN結(jié)－內(nèi)電場(chǎng)出現(xiàn)（1）阻礙多子的擴(kuò)散。（受力與擴(kuò)散方向反）（2）促進(jìn)少子的漂移。多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成內(nèi)電場(chǎng)2.2.1PN結(jié)－空間電荷區(qū)穩(wěn)定4擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡2.2.1PN結(jié)形成過(guò)程總結(jié)多子擴(kuò)散內(nèi)電場(chǎng)出現(xiàn)擴(kuò)散繼續(xù)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)平衡2.2.1PN結(jié)形成過(guò)程總結(jié)(1)多數(shù)載流子首先擴(kuò)散；(2)擴(kuò)散導(dǎo)致內(nèi)電場(chǎng)出現(xiàn)（內(nèi)電場(chǎng)阻礙多子的擴(kuò)散，促進(jìn)少子的漂移）；(3)內(nèi)電場(chǎng)形成初期，場(chǎng)強(qiáng)較小，多子的擴(kuò)散為主，少子的漂移為次，擴(kuò)散繼續(xù)；(4)內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)（擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)減弱，漂移運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)）；(5)內(nèi)電場(chǎng)足夠強(qiáng)，維系擴(kuò)散和漂移兩種運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，PN結(jié)形成。2.2.2PN結(jié)的導(dǎo)電性－正向多子進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消負(fù)離子IF變窄2.2.2PN結(jié)的導(dǎo)電性－正向＋－擴(kuò)散電流正向擴(kuò)散電流=

空穴擴(kuò)散電流+自由電子擴(kuò)散電流PN結(jié)呈現(xiàn)電阻很小2.2.2PN結(jié)的導(dǎo)電性－反向變寬2.2.2PN結(jié)的導(dǎo)電性－反向－＋反向電流PN結(jié)呈現(xiàn)電阻很大2.2.3PN結(jié)的伏安特性（1）PN結(jié)的正向特性死區(qū)電壓硅:0.5V鍺:0.1V工作電壓硅:0.6～0.7V鍺:0.1～0.2V（2）PN結(jié)的反向特性擊穿電壓幾十伏（3）PN結(jié)的伏安特性2.2.4PN結(jié)的反向擊穿－雪崩2.2.4PN結(jié)的反向擊穿－齊納2.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)－擴(kuò)散2.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)－勢(shì)壘二極管常見(jiàn)結(jié)構(gòu)二極管的伏—安特性二極管的主要參數(shù)二極管的等效電路模型二極管的電路分析特殊二極管1.2.4二極管極性的簡(jiǎn)易判別法二極管2.3二極管2.3二極管2.3二極管二極管的伏安特性硅二極管鍺二極管二極管主要參數(shù)(1)最大整流電流(2)最大

反向工作電壓(3)反向電流(4)最高工作頻率……2.4.1二極管電路模型－折線2.4.1二極管電路模型－恒壓降2.4.1二極管電路模型－理想2.4.2二極管電路分析(1)整流電路(2)限幅電路(3)開關(guān)電路(4)穩(wěn)壓電路……2.4.2二極管電路分析(1)整流電路(2)限幅電路(3)開關(guān)電路(4)穩(wěn)壓電路……理想模型2.4.2二極管電路分析(1)整流電路(2)限幅電路(3)開關(guān)電路(4)穩(wěn)壓電路……理想模型2.4.2二極管電路分析(1)整流電路(2)限幅電路(3)開關(guān)電路(4)穩(wěn)壓電路……恒壓降模型2.4.2二極管電路分析(1)整流電路(2)限幅電路(3)開關(guān)電路(4)穩(wěn)壓電路……恒壓降模型XX2.4.2二極管電路分析(1)整流電路(2)限幅電路(3)開關(guān)電路(4)穩(wěn)壓電路……恒壓降模型XXX2.4.2二極管電路分析(1)整流電路(2)限幅電路(3)開關(guān)電路(4)穩(wěn)壓電路……恒壓降模型X2.4.2二極管電路分析(1)整流電路(2)限幅電路(3)開關(guān)電路(4)穩(wěn)壓電路……恒壓降模型2.4.2二極管電路分析(1)整流電路(2)限幅電路(3)開關(guān)電路(4)穩(wěn)壓電路……數(shù)字邏輯（與）2.4.2二極管電路分析(1)整流電路(2)限幅電路(3)開關(guān)電路(4)穩(wěn)壓電路……恒壓降模型X例題:求如圖所示電路的輸出電壓Vab的值。根據(jù)偏置來(lái)判斷關(guān)鍵:判斷二極管VD1和VD2的通、斷狀態(tài)找出電路的最高和最低電位點(diǎn)觀察這些點(diǎn)與二極管正極、負(fù)極的連接情況可確定二極管的偏置狀態(tài)例題:求如圖所示電路的輸出電壓Vab的值。找出電路的最高和最低電位點(diǎn)觀察這些點(diǎn)與二極管正極、負(fù)極的連接情況可確定二極管的偏置狀態(tài)最高電位點(diǎn)最低電位點(diǎn)設(shè)二極管導(dǎo)通的電壓為0.7V，則Vab=-6+0.7=-5.3V2.5特殊二極管—穩(wěn)壓管(1)特點(diǎn)穩(wěn)壓管(2)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管(3)穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)假設(shè)DZ1和DZ2兩只穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值分別為5V和8V，正向電壓都為0.5V，試設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路，輸出電壓分別為：0.5V、5V、8V、5.5V、8.5V、13V、3V2.5特殊二極管—光電二極管光電二極管是一種遠(yuǎn)紅外線接收管，它利用光敏特性，將所