第2章 半导体二极管与其基本应用电路.ppt

* */35 * * */35 * 2.1半导体的基础知识 2.3 半导体二极管 2.2 PN结的形成及其单向导电性 2.4 稳压二极管 2.5 其它类型的二极管 2.1半导体的基础知识 根据导电能力的不同，物质可分为导体、半导体和绝缘体。 半导体材料具有与导体和绝缘体不同的导电特性： 1.热敏特性 2.光敏特性 2.1.1半导体材料及其导电特性 3.掺杂特性 2.1.2本征半导体 2.1半导体的基础知识 本征半导体是完全纯净的、晶格结构完整的半导体。 硅原子结构示意图 锗原子结构示意图 硅原子和锗原子结构简化模型。 1. 本征半导体中的共价键结构 2.1.2本征半导体 2.1半导体的基础知识 空穴——共价键中的空位。 电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。 2. 本征半导体中的两种载流子 自由电子——电子挣脱共价键的束缚，参与导电成为自由电子。 本征半导体中有两种载流子——带负电的自由电子和带正电的空穴，它们均参与导电。这是半导体导电区别与导体导电的一个重要特点。 2.1.2本征半导体 2.1半导体的基础知识 N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。 2.1.3 杂质半导体 2.1半导体的基础知识 1. N型半导体 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。 2.1.3 杂质半导体 2.1半导体的基础知识 2. P型半导体 在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。 2.2.1 PN结的形成 2.2 PN结的形成及其单向导电性 在内电场的作用下产生的漂移运动 由载流子浓度差产生的扩散运动 2.PN结的形成 空穴的漂移速度 ： 电子的漂移速度： 1. 载流子的扩散运动和漂移运动 2.2.2 PN结的单向导电性 2.2 PN结的形成及其单向导电性 1. PN结外加正向电压 将PN结的P区接电源正极， N区接电源负极，这种连接方式称为PN结外加正向电压，又称PN结正向偏置。 PN结正向偏置时，呈现低阻特性，此时称PN结导通。 2.2.2 PN结的单向导电性 2.2 PN结的形成及其单向导电性 2. PN结外加反向电压 将PN结的P区接电源负极，N区接电源正极，这种连接方式称为PN结外加反向电压，又称PN结反向偏置。 PN结反向偏置时，呈现高阻特性，此时称PN结截止。 2.2.3 PN结的伏安特性 2.2 PN结的形成及其单向导电性 1. PN结的电流方程 其中 IS ——反向饱和电流 UT ——温度的电压当量其表达式为 2. PN结的伏-安特性曲线 2.2.4 PN结的电容效应 2.2 PN结的形成及其单向导电性 1. 势垒电容Cb 这种由空间电荷区的宽度随外加电压变化所等效的电容称为势垒电容，通常用Cb表示。 2.2.4 PN结的电容效应 2.2 PN结的形成及其单向导电性 2. 扩散电容Cd 这种非平衡少子的浓度随外加正向电压的变化所等效的电容效应称为扩散电容，通常用Cd表示。 PN结的结电容是势垒电容和扩散电容之和： 2.3.1 二极管的结构 2.3 半导体二极管 半导体二极管按其结构的不同，可分为点接触型、面接触型和平面型。 点接触型二极管 面接触型二极管 平面型二极管 2.3.2 二极管的伏-安特性 2.3 半导体二极管 二极管的伏安特性曲线 硅二极管和锗二极管伏安特性曲线对比 温度对二极管伏安特性曲线的影响 2.3.3 二极管的主要参数 2.3 半导体二极管 最大整流电流IF —允许通过二极管的最大正向平均电流. 2. 最高反向工作电压URM —二极管安全工作时所能承受的最大反向电压. 3. 反向电流IR —二极管未击穿时的反向电流。 4. 最高工作频率fM —二极管工作的上限频率。 2.3.4 二极管的等效电路 2.3 半导体二极管 理想模型 2.恒压降模型 3. 折线模型 2.3.4 二极管的等效电路 2.3 半导体二极管 4.小信号模型 vs =0 时, Q点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。 vs =Vmsin?t 时（VmVDD）, 将Q点附近小范围内的V-I 特性线性化，得到小信号模型，即以Q点为切点的一条直线。 过Q点的切线可以等效成一个微变电阻 即 根据 得Q点处的微变电导 则 常温下（T