二极管及其基本电路.ppt

《二极管及其基本电路.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二极管及其基本电路.ppt（27页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识3.3 半导体二极管半导体二极管3.4 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3.5 特殊二极管特殊二极管3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性典型的半导体材料典型的半导体材料 元素元素硅（硅（Si）、锗（锗（Ge）化合物化合物砷化镓（砷化镓（GaAs）掺杂元素掺杂元素 硼（硼（B）、磷（磷（P）3.1 3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识半半导导体体：导电能力介于导体和绝缘体之间，当受外界光和热刺激或加入微量掺杂,导电能力显著增加。本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体化学成分纯净（化学成分纯净（99.9999999.99999）

2、的）的半导体单晶体。须在单晶炉中提炼得到。半导体单晶体。须在单晶炉中提炼得到。它在物理它在物理它在物理它在物理结构上呈单晶体形态结构上呈单晶体形态结构上呈单晶体形态结构上呈单晶体形态,绝对零度时，价电子无法挣绝对零度时，价电子无法挣脱本身原子核束缚，此时本征半导体呈现绝缘体特脱本身原子核束缚，此时本征半导体呈现绝缘体特性性。本征半导体的导电机制：本征半导体的导电机制：本征激发外电场使自由电子导电本征激发外电场使自由电子导电杂质半导体杂质半导体杂质半导体：杂质半导体：为了提高半导体的导电能力，人为掺入某些微量的有用元素作为杂质，称为杂质半导体。在提炼单晶的过程中一起完成。掺杂是为了显著改变半导体

3、中的自由电子浓度或空穴浓度，以明显提高半导体的导电性能。三价元素掺杂三价元素掺杂P 型半导体型半导体五价元素掺杂五价元素掺杂N 型半导体型半导体 半导体材料本征半导体结构半导体掺杂半导体材料本征半导体结构半导体掺杂 半导体的导电机制自由电子、空穴半导体的导电机制自由电子、空穴 多数载流子（多子）、少数载流子（少子）多数载流子（多子）、少数载流子（少子）本节中的有关概念本节中的有关概念 掺杂半导体掺杂半导体N型半导体、型半导体、P型半导体型半导体小结P型半导体中含有受主杂质，在室温下，受主型半导体中含有受主杂质，在室温下，受主杂质电离为带正电的空穴和带负电的受主离子。杂质电离为带正电的空穴和带负

4、电的受主离子。N型半导体中含有施主杂质，在室温下，施主型半导体中含有施主杂质，在室温下，施主杂质电离为带负电的电子和带正电的施主离子。杂质电离为带负电的电子和带正电的施主离子。半导体的正负电荷数是相等的半导体的正负电荷数是相等的,他们的作用互他们的作用互相抵消相抵消,因此保持电中性。因此保持电中性。掺杂产生的是多子，本征激发产生的是少子。掺杂产生的是多子，本征激发产生的是少子。3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性 PN结的形成结的形成 PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结的反向击穿结的反向击穿 PN结的电容效应结的电容效应*载流子的漂移与扩散载流子的漂移与扩散 3.2.1 载流子的漂移

5、与扩散载流子的漂移与扩散漂移运动：漂移运动：在电场作用引起的载流子的运动称为在电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动漂移运动。扩散运动：扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散扩散运动运动。（1 1）两边的浓度差引起载流子的）两边的浓度差引起载流子的扩散扩散运动运动（2 2）复合形成内电场：阻挡扩散，促使）复合形成内电场：阻挡扩散，促使漂移漂移（3 3）扩散和漂移动态平衡：）扩散和漂移动态平衡：PNPN结结（空间电荷区、耗尽层、势垒区空间电荷区、耗尽层、势垒区）3.2.2 PN结的形成结的形成外加电压才显示出来外加正向电压：P 区接电源正极，区接电

6、源正极，或使或使 P 区的区的电位高于电位高于N 区。区。P()N()外加反向电压：N 区接电源正极，区接电源正极，或使得或使得 N 区区的电位高于的电位高于 P 区。区。P()N()3.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性PN结的单向导电性结的单向导电性PN结正偏时，具有较大的正向扩散电流，结正偏时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻；呈现低电阻；PN结导通结导通PN结反偏时，仅有很小的反向漂移电流，结反偏时，仅有很小的反向漂移电流，呈现高电阻。呈现高电阻。PN结截止结截止 PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。3.3 半导体二极管半导体二极管 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 二

7、极管的伏安特性二极管的伏安特性 二极管的主要参数二极管的主要参数半导体二极管图片二极管的代表符号二极管的代表符号k阴极阴极阳极阳极a二极管的伏安特性及电流方程二极管的伏安特性及电流方程材料材料开启电压开启电压导通电压导通电压反向饱和电流反向饱和电流硅硅Si0.5V0.50.8V1A以下锗锗Ge0.1V0.10.3V几十A开启开启电压电压反向饱反向饱和电流和电流击穿击穿电压电压温度的温度的电压当量电压当量最大整流电流（平均值）最大整流电流（平均值）I IF F：是指管子长期运行时允许通过是指管子长期运行时允许通过的最大正向平均电流，电流太大会烧坏。如的最大正向平均电流，电流太大会烧坏。如2AP1

8、最大整流电流为最大整流电流为16mA。反向击穿电压反向击穿电压 V VBRBR和最大反向工作电压和最大反向工作电压V VRMRM:VRM约为击穿约为击穿电压的一半电压的一半。反反向向电电流流I IR R：指指管管子子未未击击穿穿时时的的反反向向电电流流,其其值值愈愈小小,则则管管子子的的单向导电性愈好单向导电性愈好。最最高高工工作作频频率率fM：当当频频率率大大到到一一定定程程度度时时，二二极极管管的的单单向向导导电性将明显地变差。电性将明显地变差。3.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数二极管应用问题种类、型号选择查器件手册。正负极判断（）3.4 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路

9、及其分析方法 3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法简单二极管电路的图解分析方法 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法简单二极管电路的图解分析方法 二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V V-I I 特性曲线。特性曲线。例例3.4.1 电路如图所示，已知二极管的电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源特性曲

10、线、电源VDD和电阻和电阻R，求二极管两端电压，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流和流过二极管的电流iD。解：由电路的解：由电路的KVLKVL方程，可得方程，可得 即即 是一条斜率为是一条斜率为-1/R的直线，称为的直线，称为负载负载线线 Q的坐标值（的坐标值（VD，ID）即为所求。）即为所求。Q点称为电路的点称为电路的工作点工作点 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V V-I I 特性的建模特性的建模 将指数模型将指数模型 分段线性化，得到二极分段线性化，得到二极管特性的等效模型。管特性的等效模型。（1 1）理想模型）理想模型 （a

11、a）V V-I I特性特性 （b b）代表符号）代表符号 （c c）正向偏置时的电路模型）正向偏置时的电路模型 （d d）反向偏置时的电路模型）反向偏置时的电路模型 在实际电路中,当电源电压远比二极管的管压降大时,利用此法是可行的。3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V V-I I 特性的建模特性的建模（2 2）恒压降模型）恒压降模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型（3 3）折线模型）折线模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 典型值是0.7V只有当二极管的电流iD近似等于或大于1mA时才是正确的。Vth约为0.5V

12、；（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V V-I I 特性的建模特性的建模（4 4）小信号模型）小信号模型 过过Q点的切线点的切线可以等效成可以等效成一个微变电阻一个微变电阻即即常温下（常温下（T T=300K=300K）特别注意：特别注意：小信号模型中的微变电阻小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点与静态工作点Q有关。有关。该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且vDVT。交流电路交流电路 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法

13、2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（1 1）整流电路（）整流电路（理想模型理想模型）（a）电路图）电路图 （b）vs和和vo的波形的波形半波整流电路2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例开关电路（开关电路（理想模型理想模型）电路如图所示，求电路如图所示，求AO的电压值的电压值解：解：先断开先断开D，以，以O为基准电位，为基准电位，即即O点为点为0V。则接则接D阳极的电位为阳极的电位为-6V，接阴，接阴极的电位为极的电位为-12V。阳极电位高于阴极电位，阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。接入时正向导通。导通后，导通后，D的压降等于零，即的压降等于零，即A点的电位就是点的电位就是

14、D阳极的电位。阳极的电位。所以，所以，AO的电压值为的电压值为-6V。开关电路1.在开关电路中，利用二极管的单向导电性以接通或在开关电路中，利用二极管的单向导电性以接通或断开电路。断开电路。2.在分析这种电路时，即判断电路中二极管处于导在分析这种电路时，即判断电路中二极管处于导通状态还是截止状态，应掌握一条基本原则：通状态还是截止状态，应掌握一条基本原则：可以先将二极管断开，确定零电位点，然后观察（或可以先将二极管断开，确定零电位点，然后观察（或经过计算）阳、阴两极间是正向电压还是反向电压，经过计算）阳、阴两极间是正向电压还是反向电压，若是前者则二极管导通，否则二极管截止。若是前者则二极管导通，否则二极管截止。3.3.如果有多个二极管，则正向电压最大者优先导通，导通如果有多个二极管，则正向电压最大者优先导通，导通后压降为后压降为0 0，对其他的二极管两端的电压可能产生影响。，对其他的二极管两端的电压可能产生影响。AO15V12V3kD1D2D1阳极：阳极：0VVAO=0V不是不是15VD1阴极：阴极：-12V不是不是-15V还不能判断还不能判断D1导通导通D2阳极：阳极：-15VD2阴极：阴极：-12V判断判断D2截止截止判断判断D1导通导通不是不是-12VP97练习