模電0半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路3課件

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電子教案V1.0陳大欽主編1模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第1章緒論第2章半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路第3章半導(dǎo)體三極管及其放大電路基礎(chǔ)第4章多級放大電路及模擬集成電路基礎(chǔ)第5章信號運(yùn)算電路第6章負(fù)反饋放大電路第7章信號處理與產(chǎn)生電路第8章場效應(yīng)管及其放大電路第9章功率放大電路第10章集成運(yùn)算放大器第11章直流電源22半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路2.1PN結(jié)的基本知識2.2半導(dǎo)體二極管2.3二極管應(yīng)用電路2.4特殊二極管2半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路3圖2.1.1本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)2.1.1本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性2.1PN結(jié)的基本知識1.本征半導(dǎo)體—完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。在T=0K和無外界激發(fā)時(shí)，沒有載流子，不導(dǎo)電原子結(jié)構(gòu)簡化模型5溫度光照自由電子空穴本征激發(fā)空穴—共價(jià)鍵中的空位空穴的移動——空穴的運(yùn)動是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空穴來實(shí)現(xiàn)的。由熱激發(fā)或光照而產(chǎn)生自由電子和空穴對。溫度

載流子濃度＋2.1.1本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性2.1PN結(jié)的基本知識2.本征激發(fā)復(fù)合－本征激發(fā)的逆過程載流子:自由移動帶電粒子61.N型半導(dǎo)體摻入少量的五價(jià)元素磷P2.P型半導(dǎo)體2.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體2.1PN結(jié)的基本知識圖2.1.4P型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)摻入少量的三價(jià)元素硼B(yǎng)自由電子是多數(shù)載流子（簡稱多子）空穴是少數(shù)載流子（簡稱少子）空穴是多數(shù)載流子自由電子為少數(shù)載流子。空間電荷7本征半導(dǎo)體、本征激發(fā)本節(jié)中的有關(guān)概念自由電子空穴N型半導(dǎo)體、施主雜質(zhì)(5價(jià))P型半導(dǎo)體、受主雜質(zhì)(3價(jià))多數(shù)載流子、少數(shù)載流子雜質(zhì)半導(dǎo)體復(fù)合*半導(dǎo)體導(dǎo)電特點(diǎn)1： 其能力容易受溫度、光照等環(huán)境因素影響 溫度↑→載流子濃度↑→導(dǎo)電能力↑*半導(dǎo)體導(dǎo)電特點(diǎn)2：摻雜可以顯著提高導(dǎo)電能力91.濃度差多子的擴(kuò)散運(yùn)動2.擴(kuò)散空間電荷區(qū)內(nèi)電場3.內(nèi)電場少子的漂移運(yùn)動

阻止多子的擴(kuò)散4、擴(kuò)散與漂移達(dá)到動態(tài)平衡載流子的運(yùn)動：擴(kuò)散運(yùn)動——濃度差產(chǎn)生的載流子移動漂移運(yùn)動——在電場作用下，載流子的移動P區(qū)N區(qū)擴(kuò)散：空穴電子漂移：電子空穴形成過程可分成4步(動畫)內(nèi)電場2.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.PN結(jié)的形成10PN結(jié)形成的物理過程：因濃度差

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散

最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動態(tài)平衡。多子的擴(kuò)散運(yùn)動雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)對于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。擴(kuò)散>漂移否是寬11

圖2.1.6外加正向電壓時(shí)的PN結(jié)圖2.1.7外加反向電壓時(shí)的PN結(jié)2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?3圖2.1.8PN結(jié)伏安特性3.PN結(jié)的伏安特性正向特性反向特性反向擊穿特性倍增效應(yīng)雪崩擊穿齊納擊穿2.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?4用來描述勢壘區(qū)的空間電荷隨外加電壓變化而變化的電容效應(yīng)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動是形成擴(kuò)散電容的主要因素(1)勢壘電容CB(2)擴(kuò)散電容CD2.1.4PN結(jié)電容2.1PN結(jié)的基本知識圖2.1.9勢壘電容與外加電壓關(guān)系15點(diǎn)接觸型面接觸型平面型2.2.1二極管的結(jié)構(gòu)17正向特性2.2半導(dǎo)體二極管Vth=0.5V（硅）Vth=0.1V（鍺）2.2.2二極管的伏安特性反向特性反向擊穿特性注意1.死區(qū)電壓（門坎電壓）2.反向飽和電流 硅：0.1A；鍺：10A3.PN結(jié)方程（近似）18圖2.2.4溫度對二極管特性曲線的影響示意圖溫度對二極管特性的影響19圖2.2.5理想模型（a）伏安特性曲線（b）代表符號（c）正向偏置時(shí)的電路模型（d）反向偏置時(shí)的電路模型2.2.4二極管模型2.2半導(dǎo)體二極管21

圖2.2.6恒壓降模型圖2.2.7折線模型(a)伏安特性曲線(b)代表符號(a)伏安特性曲線(b)代表符號22圖2.2.8小信號模型(a)伏安特性曲線(b)代表符號232.3.1整流電路

（a）（b）圖2.3.1單向半波整流電路（a）電路圖（b）vI和vO的波形2.3二極管應(yīng)用電路25

（a）（b）圖2.3.2單向全整流電路（a）電路圖（b）v2和vo的波形26

圖2.3.5二極管鉗位電路

(a）電路圖（b）輸入電壓波形（c）電容兩端電壓波形（d）輸出電壓波形(a)(c)2.3.3鉗位電路2.3二極管應(yīng)用電路292.4特殊二極管2.4.1穩(wěn)壓二極管2.4.2光電二極管2.4.3發(fā)光二極管2.4.4激光二極管301.穩(wěn)壓管及其穩(wěn)壓作用2.穩(wěn)壓管的主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓VZ

(2)穩(wěn)定電流IZ

(3)動態(tài)電阻rZ

（a） （b）圖2.4.1穩(wěn)壓管電路符號與伏安特性

（a）電路符號（b）伏安特性(4)額定功耗PZ

(5)穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)K

2.4.1穩(wěn)壓二極管2.4特殊二極管3