半导体二极管及其基本电路ppt.ppt

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1、半导体二极管及其基本电路ppt现在学习的是第1页，共34页基本要求基本要求 熟练掌握二极管、稳压管的伏安特熟练掌握二极管、稳压管的伏安特性及主要参数，二极管基本电路及分析性及主要参数，二极管基本电路及分析方法，正确理解方法，正确理解PN结的单向导电性。结的单向导电性。现在学习的是第2页，共34页2 2 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路2.1 半导体的基本知识半导体的基本知识2.3 半导体二极管半导体二极管2.4 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法2.5 特殊二极管特殊二极管2.2 PN结的形成及特性结的形成及特性现在学习的是第3页，共34页2.1 半导体的基本

2、知识半导体的基本知识 2.1.1 半导体特点半导体特点 2.1.2 本征半导体本征半导体 2.1.3 杂质半导体杂质半导体现在学习的是第4页，共34页 2.1.1 半导体特点半导体特点 根据物体导电能力根据物体导电能力( (电阻率电阻率) )的不同，来划分导的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅典型的半导体有硅Si和锗和锗Ge以及砷化镓以及砷化镓GaAs等。等。半导体特点：半导体特点：1、受光、热激发，导电性能、受光、热激发，导电性能 2、掺杂质、掺杂质 导电性能导电性能 现在学习的是第5页，共34页 2.1.2 本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体纯净的

3、、结构完整的半导体。纯净的、结构完整的半导体。空穴空穴共价键中的空位共价键中的空位。电子空穴对电子空穴对由热激发而产生由热激发而产生的自由电子和空穴对的自由电子和空穴对。空穴的移动空穴的移动空穴的运动是靠空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。空穴来实现的。现在学习的是第6页，共34页 2.1.3 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为要是三价或五价元素。掺

4、入杂质的本征半导体称为杂质半导体。杂质半导体。 N型半导体型半导体掺入五价杂质元素（如磷）的半掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。导体。 P型半导体型半导体掺入三价杂质元素（如硼）的半掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。导体。现在学习的是第7页，共34页 1. N型半导体型半导体 因五价杂质原子中只因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。而很容易形成自由电子。 在在N型半导体中型半导体中自由电子是多数载流子，自由电子是多数载

5、流子，它主要由杂质原子提供它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子空穴是少数载流子, 由热激发形成。由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子正离子，因此五价杂，因此五价杂质原子也称为质原子也称为施主杂质施主杂质。现在学习的是第8页，共34页 2. P型半导体型半导体 因三价杂质原子在因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴共价键中留下一个空穴。 在在P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子，空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成它主要由掺杂形成；自由电子是少数载

6、流子，自由电子是少数载流子， 由热激发形成。由热激发形成。 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。负离子。三三价价杂质杂质 因而也称为因而也称为受主杂质。受主杂质。现在学习的是第9页，共34页 掺入杂掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大的影响质对本征半导体的导电性有很大的影响，因此，在半导体内掺入微量的杂质，是提高半导体因此，在半导体内掺入微量的杂质，是提高半导体的导电能力的最有效的方法。的导电能力的最有效的方法。 3. 杂杂质对半导体导电性的影响质对半导体导电性的影响现在学习的是第10页，共34页 本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体 本节中的有

7、关概念本节中的有关概念end 自由电子、空穴自由电子、空穴 N型半导体、型半导体、P型半导体型半导体 多数载流子、少数载流子多数载流子、少数载流子 施主杂质、受主杂质施主杂质、受主杂质现在学习的是第11页，共34页2.2 PN结的形成及特性结的形成及特性 2.2.1 PN结的形成结的形成 2.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 2.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿现在学习的是第12页，共34页 2.2.1 PN结的形成结的形成图图2.2.1 PN结的形成结的形成现在学习的是第13页，共34页 在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质, ,分别形

8、成分别形成N型半导体和型半导体和P型半导体。此时将在型半导体。此时将在N型半型半导体和导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程型半导体的结合面上形成如下物理过程: : 因浓度差因浓度差空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。 对于对于P型半导体和型半导体和N型半导体结合面，离型半导体结合面，离子薄层形成的子薄层形成的空间电荷区空间电荷区称为称为PN结结。 在空间电荷区，由于缺少多子，所以也在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称称耗尽层耗尽

9、层。 多子的扩散运动多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区由杂质离子形成空间电荷区 现在学习的是第14页，共34页扩散扩散载流子由浓度大载流子由浓度大小运动（浓度差作用）小运动（浓度差作用）漂移漂移少子在内电场作用下的运动（内电场作用少子在内电场作用下的运动（内电场作用）内电场的作用：内电场的作用：1）阻碍多子的扩散；）阻碍多子的扩散； 2）帮助少子的漂移。）帮助少子的漂移。 扩散、飘移达动态平衡时：扩散、飘移达动态平衡时： PN结宽度：结宽度：10-610-4cm Si内电场电势：内电场电势：0.50.7V Ge内电场电势：内电场电势：0.10.3V现在学习的是第15页，共34页 2.2.2

10、 PN结的单向导电性结的单向导电性 当外加电压使当外加电压使PN结中结中P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为加正向区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之电压，简称正偏；反之称为加反向电压，称为加反向电压，简称反偏。简称反偏。 (1) PN结加正向电压时结加正向电压时PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 低电阻低电阻 大的正向扩散电流大的正向扩散电流iD/mA1.00.50.51.00.501.0 D/VPN结的伏安特性结的伏安特性现在学习的是第16页，共34页iD/mA1.00.50.51.00.501.0 D/VPN结的伏安特性结的伏安特性 2.2.2 PN结的单向导

11、电性结的单向导电性 当外加电压使当外加电压使PN结中结中P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为加正向电压区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之，简称正偏；反之称为加反向电压，称为加反向电压，简称反偏。简称反偏。 (2) PN结加反向电压时结加反向电压时PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 高电阻高电阻 很小的反向漂移电流很小的反向漂移电流 在一定的温度条件下，由本征激发决定的少在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电的，基本上与所加反向电压的大小无关

12、，这个电流也称为流也称为反向饱和电流反向饱和电流。 iD/mA1.00.5iD=IS0.51.00.501.0 D/V现在学习的是第17页，共34页 PN结加正向电压时，呈现低电阻，结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；具有较大的正向扩散电流； PN结加反向电压时，呈现高电阻，具结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。有很小的反向漂移电流。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向结具有单向导电性。导电性。现在学习的是第18页，共34页 2.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 (3) PN结结V- I 特性表达式特性表达式其中其中iD/mA1.00.5

13、0.51.00.501.0 D/VPN结的伏安特性结的伏安特性iD/mA1.00.5iD=IS0.51.00.501.0 D/V)1(/SDD TVveIiIS 反向饱和电流反向饱和电流VT 温度的电压当量温度的电压当量且在常温下（且在常温下（T=300K）V026. 0 qkTVTmV 26 现在学习的是第19页，共34页 2.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿 当当PN结的反向电压增加结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为然快速增加，此现象称为PN结的结的反向击穿。反向击穿。iDOVBR D热击穿热击穿不可逆不可逆 雪崩击穿雪崩击穿 齐纳击

14、穿齐纳击穿 电击穿电击穿可逆可逆现在学习的是第20页，共34页2.3 半导体二极管半导体二极管 2.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 2.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 2.3.3 二极管的参数二极管的参数现在学习的是第21页，共34页 2.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。三大类。(1) 点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电容结面积小，结电容小，用于检波和变频等高小，用于检

15、波和变频等高频电路。频电路。(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图现在学习的是第22页，共34页(3) 平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造艺往往用于集成电路制造艺中。中。PN 结面积可大可小，用于高结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。频整流和开关电路中。(2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用于工结面积大，用于工频大电流整流电路。频大电流整流电路。(b)(b)面接触型面接触型(c)(c)平面型平面型阴极阴极引线引线阳极阳极引线引线PNP 型支持衬底型支持衬底(4) 二极管的代表符号二极管的代表符号(d) 代代表表符符号号k 阴阴极极阳

16、阳极极 a现在学习的是第23页，共34页 2.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线可用下式表示二极管的伏安特性曲线可用下式表示)1(/SDD TVveIi0 D/V0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 405101520 10 20 30 40iD/ AiD/mA死区死区VthVBR硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V V- -I I 特性特性0 D/V0.2 0.4 0.6 20 40 605101520 10 20 30 40iD/ AiD/mAVthVBR锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V V- -I I 特性特性+iDvD-R正向特性正

17、向特性反向特性反向特性反向击穿特性反向击穿特性现在学习的是第24页，共34页 2.3.3 二极管的参数二极管的参数(1) 最大整流电流最大整流电流IF(2) 反向击穿电压反向击穿电压VBR和最大反向工作电压和最大反向工作电压VRM(3) 反向电流反向电流I IR R(4) 正向压降正向压降VF(5) 极间电容极间电容end现在学习的是第25页，共34页半导体二极管图片现在学习的是第26页，共34页现在学习的是第27页，共34页end现在学习的是第28页，共34页2.4 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法 2.4.1 二极管二极管V- I 特性的建模特性的建模 2.4.2 应用

18、举例应用举例现在学习的是第29页，共34页 2.4.1 二极管二极管V- I 特性的建模特性的建模 1. 理想模型理想模型3. 折线模型折线模型 2. 恒压降模型恒压降模型现在学习的是第30页，共34页 4. 小信号模型小信号模型 二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。向特性可以等效成一个微变电阻。DDdivr 即即)1(/SDD TVveIi根据根据得得Q点处的微变电导点处的微变电导QdvdigDDd QVvTTeVI/SD TVID dd1gr 则则DIVT 常温下（常温下（T=300K）)mA()mV(26DDd

19、IIVrT 2.4.1 二极管二极管V- I 特性的建模特性的建模现在学习的是第31页，共34页2.5 特殊二极管特殊二极管 2.5.1 稳压二极管稳压二极管 2.5.2 变容二极管变容二极管 2.5.3 光电子器件光电子器件 1. 光电二极管光电二极管 2. 发光二极管发光二极管 3. 激光二极管激光二极管现在学习的是第32页，共34页(1) 稳定电压稳定电压VZ(2) 动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作在规定的稳压管反向工作电流电流IZ下，所对应的反向工下，所对应的反向工作电压。作电压。rZ = VZ / IZ(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流和最小稳定工作电流 IZmin(5)稳定电压温度系数稳定电压温度系数 VZ 2. 稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数 2.5.1 稳压二极管稳压二极管现在学习的是第33页，共34页 2.5.1 稳压二极管稳压二极管 3. 稳压电路稳压电路+R-IR+-RLIOVOVIIZDZ正常稳压时正常稳压时 VO =VZIZmin IZ IZmaxend现在学习的是第34页，共34页