模电半导体二极管及其应用电路.ppt

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1、模电半导体二极管及其应用电路模电半导体二极管及其应用电路现在学习的是第1页，共33页模拟电子技术基础模拟电子技术基础第第1章章 绪论第第2章章 半半导体二极管及其体二极管及其应用用电路路第第3章章 半半导体三极管及其放大体三极管及其放大电路基路基础第第4章章 多多级放大放大电路及模路及模拟集成集成电路基路基础第第5章章 信号运算信号运算电路路第第6章章 负反反馈放大放大电路路第第7章章 信号信号处理与理与产生生电路路第第8章章 场效效应管及其放大管及其放大电路路第第9章章 功率放大功率放大电路路第第10章章 集成运算放大器集成运算放大器第第11章章 直流直流电源源2现在学习的是第2页，共33页

2、2 2 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路2.1 PN结的基本知的基本知识2.2 半半导体二极管体二极管2.3 二极管二极管应用用电路路2.4 特殊二极管特殊二极管2 2 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路现在学习的是第3页，共33页2.1 PN结的基本知识结的基本知识2.1.1 本征半本征半导体及其体及其导电性性2.1.2 杂质半半导体体2.1.3 PN结及其及其单向向导电性性2.1.4 PN结电容容半半导体体:导电特性介于特性介于导体和体和绝缘体之体之间典型的半典型的半导体有体有硅硅Si和和锗Ge以及以及砷化砷化镓GaAs等。等。导电导电的的的的重要特点重要特点

3、重要特点重要特点1、其能力容易受、其能力容易受环境因素影响（境因素影响（温度温度、光照等）、光照等）2、掺杂可以可以显著提高著提高导电能力能力原子原子结构构简化模型化模型4现在学习的是第4页，共33页图2.1.1 本征半本征半导体的共价体的共价键结构构2.1.1 本征半本征半导体及其体及其导电性性2.1 PN结的基本知识结的基本知识1.本征半本征半导体体 完全完全纯净、结构完整的半构完整的半导体晶体。体晶体。在在T=0K和无外界激和无外界激发时，没有，没有载流子流子，不，不导电原子原子结构构简化模型化模型5现在学习的是第5页，共33页温度温度 光照光照自由自由电子子空穴空穴本征激本征激发空穴空

4、穴 共价共价键中的空位中的空位空穴的移空穴的移动空穴的运空穴的运动是是靠相靠相邻共价共价键中的价中的价电子依次充填子依次充填空穴来空穴来实现的。的。由由热激激发或光照而或光照而产生生自由自由电子和空穴子和空穴对。温度温度 载流子流子浓度度 2.1.1 本征半本征半导体及其体及其导电性性2.1 PN结的基本知识结的基本知识2.本征激本征激发复合复合本征激本征激发的逆的逆过程程载流子流子:自由移自由移动带电粒子粒子6现在学习的是第6页，共33页图2.1.3 N型半型半导体的共价体的共价键结构构 2.1.2 杂质半半导体体2.1 PN结的基本知识结的基本知识图2.1.4 P型半型半导体的共价体的共价

5、键结构构1.N型半型半导体体 掺入少量的五价元素磷入少量的五价元素磷P2.P型半型半导体体 掺入少量的三价元素硼入少量的三价元素硼B 自由自由电子是多数子是多数载流子（流子（简称多子）称多子）空穴是少数空穴是少数载流子（流子（简称少子）称少子）空穴是多数空穴是多数载流子流子自由自由电子子为少数少数载流子。流子。空空间电荷荷7现在学习的是第7页，共33页 掺入入杂 质对本征半本征半导体的体的导电性有很大性有很大的影响，一些典型的数据如下的影响，一些典型的数据如下:T=300 K室温下室温下,本征硅的本征硅的电子和空穴子和空穴浓度度:n=p=1.41010/cm31 本征硅的原子本征硅的原子浓度度

6、:4.961022/cm3 3以上三个以上三个浓度基本上依次相差度基本上依次相差106/cm3。2掺杂后后 N 型半型半导体中的自由体中的自由电子子浓度度:n=51016/cm3杂质对半半导体体导电性的影响性的影响8现在学习的是第8页，共33页 本征半本征半导体、本征激体、本征激发本本节中的有关概念中的有关概念自由自由电子子空穴空穴N型半型半导体、施主体、施主杂质(5价价)P型半型半导体、受主体、受主杂质(3价价)多数多数载流子、少数流子、少数载流子流子杂质半半导体体复合复合*半半导体体导电特点特点1：其能力容易受温度、光照等其能力容易受温度、光照等环境因素影响境因素影响温度温度载流子流子浓度

7、度导电能力能力*半半导体体导电特点特点2：掺杂可以可以显著提高著提高导电能力能力9现在学习的是第9页，共33页1.浓度差度差多子的多子的扩散散运运动2.扩散散空空间电荷区荷区内内电场3.内内电场少子的少子的漂移漂移运运动 阻止阻止多子的多子的扩散散4、扩散与漂移达到散与漂移达到动态平衡平衡载流子的运流子的运动：扩散散运运动浓度差度差产生的生的载流子移流子移动漂移漂移运运动在在电场作用下，作用下，载流子的移流子的移动P区区N区区扩散：空穴散：空穴电子子漂移：漂移：电子子空穴空穴形成形成过程可分成程可分成4步步(动画画)内电场内电场2.1.3 PN结及其及其单向向导电性性1.PN结的形成的形成 1

8、0现在学习的是第10页，共33页PN结形成的物理形成的物理过程：程：因因浓度差度差 空空间电荷区形成内荷区形成内电场 内内电场促使少子漂移促使少子漂移 内内电场阻止多子阻止多子扩散散 最后最后,多子的多子的扩散散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡平衡。多子的多子的扩散运散运动杂质离子形成空离子形成空间电荷区荷区 对于于P型半型半导体和体和N型半型半导体体结合面，离子薄合面，离子薄层形成形成的的空空间电荷区荷区称称为PN结。在空在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽耗尽层。扩散散 漂移漂移否否是是宽11现在学习的是第11页，共33页2.PN结的的单向向导电性性

9、只有在外加只有在外加电压时才才 扩散与漂移的散与漂移的动态平衡将平衡将定定义：加加正向正向电压，简称称正偏正偏加加反向反向电压，简称称反偏反偏 扩散散 漂移漂移 大的正向大的正向扩散散电流（多子）流（多子）低低电阻阻 正向正向导通通 漂移漂移 扩散散 很小的反向漂移很小的反向漂移电流（少子）流（少子）高高电阻阻 反向截止反向截止12现在学习的是第12页，共33页 图2.1.6 外加正向外加正向电压时的的PN结 图2.1.7 外加反向外加反向电压时的的PN结2.PN结的的单向向导电性性 2.1.3 PN结及其及其单向向导电性性13现在学习的是第13页，共33页图2.1.8 PN结伏安特性伏安特性

10、3.PN结的伏安特性的伏安特性 正向特性正向特性 反向特性反向特性 反向反向击穿特性穿特性 倍增效倍增效应 雪崩雪崩击穿穿 齐纳击穿穿 2.1.3 PN结及其及其单向向导电性性14现在学习的是第14页，共33页图2.1.10 扩散散电容效容效应(1)势垒电容容CB(2)扩散散电容容CD 2.1.4 PN结电容容2.1 PN结的基本知识结的基本知识 用来描述用来描述势垒区的空区的空间电荷随荷随外加外加电压变化而化而变化的化的电容效容效应 多数多数载流子的流子的扩散运散运动是形成是形成扩散散电容的主要因素容的主要因素 图2.1.9 势垒电容与外加容与外加电压关系关系15现在学习的是第15页，共33

11、页2.2 半导体二极管半导体二极管2.2.1 二极管的二极管的结构构2.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性2.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数2.2.4 二极管模型二极管模型PN结加上引加上引线和封装和封装 二极管二极管按按结构分构分类点接触型点接触型 面接触型面接触型平面型平面型16现在学习的是第16页，共33页点接触型点接触型 面接触型面接触型平面型平面型 2.2.1 二极管的二极管的结构构17现在学习的是第17页，共33页图2.2.2 硅二极管的硅二极管的2CP10的伏安特性的伏安特性 图2.2.3 锗二极管二极管2AP15的伏安特性的伏安特性 2.2.2 二极管的伏安特性

12、二极管的伏安特性2.2 半导体二极管半导体二极管正向特性正向特性反向特性反向特性反向反向击穿特性穿特性Vth=0.5V（硅）（硅）Vth=0.1V（锗）注注意意1.死区死区电压（门坎坎电压）2.反向反向饱和和电流流 硅：硅：0.1 A；锗：10 A3.PN结方程（近似）方程（近似）18现在学习的是第18页，共33页图2.2.4 温度温度对二极管特性曲二极管特性曲线的影响示意的影响示意图温度温度对二极管特性的影响二极管特性的影响 19现在学习的是第19页，共33页1.最大整流最大整流电流流IF 2.最高反向工作最高反向工作电压VRM 3.反向反向电流流IR 4.极极间电容容Cd5.最高工作最高工

13、作频率率fM 2.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数2.2 半导体二极管半导体二极管图2.2.3 锗二极管二极管2AP15的伏安特性的伏安特性20现在学习的是第20页，共33页图2.2.5 理想模型理想模型（a）伏安特性曲）伏安特性曲线 （b）代表符号）代表符号 （c）正向偏置）正向偏置时的的电路模型路模型 （d）反向偏置）反向偏置时的的电路模型路模型 2.2.4 二极管模型二极管模型2.2 半导体二极管半导体二极管21现在学习的是第21页，共33页 图2.2.6 恒恒压降模型降模型 图2.2.7 折折线模型模型(a)伏安特性曲伏安特性曲线 (b)代表符号代表符号 (a)伏安特性曲伏安特

14、性曲线 (b)代表符号代表符号22现在学习的是第22页，共33页图2.2.8 小信号模型小信号模型(a)伏安特性曲伏安特性曲线 (b)代表符号代表符号23现在学习的是第23页，共33页2.3 二极管应用电路二极管应用电路2.3.1 整流整流电路路2.3.2 限幅限幅电路路2.3.3 钳位位电路路24现在学习的是第24页，共33页 2.3.1 整流整流电路路 （a）（b）图2.3.1 单向半波整流向半波整流电路路（a）电路路图 （b）vI和和vO的波形的波形2.3 二极管应用电路二极管应用电路25现在学习的是第25页，共33页 （a）（b）图2.3.2 单向全整流向全整流电路路（a）电路路图 （

15、b）v2和和vo的波形的波形26现在学习的是第26页，共33页 （a）（b）（c）图2.3.3 二极管限幅二极管限幅电路路（a）电路路图 （b）viVB时的等效的等效电路路 （c）viVB时的等效的等效电路路 2.3.2 限幅限幅电路路2.3 二极管应用电路二极管应用电路27现在学习的是第27页，共33页图2.3.4 二极管限幅二极管限幅电路波形路波形图28现在学习的是第28页，共33页 图2.3.5 二极管二极管钳位位电路路(a）电路路图 （b）输入入电压波形波形 （c）电容两端容两端电压波形波形 （d）输出出电压波形波形(a)(c)2.3.3 钳位位电路路2.3 二极管应用电路二极管应用电

16、路29现在学习的是第29页，共33页2.4 特殊二极管特殊二极管2.4.1 稳压二极管二极管2.4.2 光光电二极管二极管 2.4.3 发光二极管光二极管 2.4.4 激光二极管激光二极管 30现在学习的是第30页，共33页1.稳压管及其管及其稳压作用作用 2.稳压管的主要参数管的主要参数(1)稳定定电压VZ(2)稳定定电流流IZ(3)动态电阻阻rZ（a）（b）图2.4.1 稳压管管电路符号与伏安特性路符号与伏安特性（a）电路符号路符号 （b）伏安特性）伏安特性(4)额定功耗定功耗PZ(5)稳定定电压的温度系数的温度系数K 2.4.1 稳压二极管二极管2.4 特殊二极管特殊二极管31现在学习的是第31页，共33页图2.4.3 光光电二极管二极管（a）电路符号路符号 （b）等效）等效电路路 （c）特性曲）特性曲线 2.4.2 光光电二极管二极管2.4 特殊二极管特殊二极管32现在学习的是第32页，共33页图2.4.4 发光二极管的光二极管的电路符号路符号 图2.4.5 光隔离器光隔离器电路路 2.4.3 发光二极管光二极管2.4 特殊二极管特殊二极管33现在学习的是第33页，共33页