半导体二极管及基本电路课件.ppt
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1、第一章第一章 半导体二极管及基本电路半导体二极管及基本电路模拟电子技术基础1第一章第一章 半导体二极管及基本电路半导体二极管及基本电路1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识1.2 PNPN结的形成及特性结的形成及特性1.3 二极管及伏安特性二极管及伏安特性1.5 二极管基本电路及分析方法二极管基本电路及分析方法1.6 特殊二极管特殊二极管1.4 二极管的等效模型二极管的等效模型21.1 半导体的基本知识半导体的基本知识一、本征半导体一、本征半导体无杂质无杂质稳定的结构稳定的结构本征半导体本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。是纯净的晶体结构的半导体。1 1、半导体、半导体导电物质可分为:导电物
2、质可分为:导电物质可分为:导电物质可分为:导体:金属导体:金属导体:金属导体:金属绝缘体:惰性气体、橡皮、瓷等绝缘体:惰性气体、橡皮、瓷等绝缘体:惰性气体、橡皮、瓷等绝缘体:惰性气体、橡皮、瓷等半导体:介于以上两者之间,如硅、锗等半导体:介于以上两者之间,如硅、锗等半导体:介于以上两者之间,如硅、锗等半导体:介于以上两者之间,如硅、锗等半导体的导电特性:半导体的导电特性:半导体的导电特性:半导体的导电特性:1 1、半导体导电能力受环境影响很大半导体导电能力受环境影响很大半导体导电能力受环境影响很大半导体导电能力受环境影响很大(1 1 1 1)受温度:)受温度:)受温度:)受温度:当温度改变时,
3、其导电能力改变当温度改变时,其导电能力改变当温度改变时,其导电能力改变当温度改变时,其导电能力改变热敏元件热敏元件热敏元件热敏元件(2 2 2 2)受光照:)受光照:)受光照:)受光照:当光照强度改变时,其导电能力改变当光照强度改变时,其导电能力改变当光照强度改变时,其导电能力改变当光照强度改变时,其导电能力改变光敏元件光敏元件光敏元件光敏元件2 2、半导体中掺入杂质,其导电能力大大增强半导体中掺入杂质,其导电能力大大增强半导体中掺入杂质,其导电能力大大增强半导体中掺入杂质,其导电能力大大增强2 2、本征半导体(纯半导体)、本征半导体(纯半导体)SiSi:1414个电子个电子个电子个电子2 2
4、)8 8)4 4GeGe:3232个电子个电子个电子个电子2 2)8 8)1818)4 44 4价元素价元素价元素价元素价电子数可决定物价电子数可决定物质化学性质质化学性质(1 1)345(2 2 2 2)晶体结构晶体结构晶体结构晶体结构晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价健 Si Si Si Si Si Si Si Si自由电子自由电子空穴空穴本征激发产生成对的自由电子和空穴本征激发产生成对的自由电子和空穴本征激发产生成对的自由电子和空穴本征激发产生成对的自由
5、电子和空穴(3 3)本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 温度愈高或光照越强,晶体中产生的成温度愈高或光照越强,晶体中产生的成温度愈高或光照越强,晶体中产生的成温度愈高或光照越强,晶体中产生的成对的自由电子和空穴便愈多。对的自由电子和空穴便愈多。对的自由电子和空穴便愈多。对的自由电子和空穴便愈多。自由电子和空穴形成两种载流子自由电子和空穴形成两种载流子自由电子和空穴形成两种载流子自由电子和空穴形成两种载流子 在外电场的作用下,空穴吸引相邻原在外电场的作用下,空穴吸引相邻原在外电场的作用下,空穴吸引相邻原在外电场的作用下,空穴吸引相邻原子的价电子来填补
6、,而在该原子中出现一子的价电子来填补,而在该原子中出现一子的价电子来填补,而在该原子中出现一子的价电子来填补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴的运动(相当个空穴,其结果相当于空穴的运动(相当个空穴,其结果相当于空穴的运动(相当个空穴,其结果相当于空穴的运动(相当于正电荷的移动)。于正电荷的移动)。于正电荷的移动)。于正电荷的移动)。6注意:注意:注意:注意:(1)(1)(1)(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差;其导电性能很差;其导电性能很差;其导电性能很差;(2)(2)(2)(2)温度愈高,温
7、度愈高,温度愈高,温度愈高,载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。所以,所以,所以,所以,温度对半导体器件性能影响很大。温度对半导体器件性能影响很大。温度对半导体器件性能影响很大。温度对半导体器件性能影响很大。二、二、二、二、N N型半导体和型半导体和型半导体和型半导体和 P P 型半导体(杂质半导体)型半导体(杂质半导体)型半导体(杂质半导体)型半导体(杂质半导体)多余多余电子电子磷原子磷原子在本征半导体中掺入微量的在本征半导体中掺入微量的在本征半导体中掺入微量
8、的在本征半导体中掺入微量的5 5价元素价元素价元素价元素 ,形成,形成,形成,形成N N型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。Si Si Si Sip+在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子1 1、N N型半导体型半导体型半导体型半导体多数载流子:自由电子多数载流子:自由电子多数载流子:自由电子多数载流子:自由电子 少数载流子:空穴少数载流子:空穴少数载流子:空穴少数载流子:空穴 动画动画72 2、P P 型半导体型半导体型半导体型半导体 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴 注意:无论注意:无论注意:无论注意:无论N N型或型或型或型或P P型半导体都是中性的(其正负电荷
9、型半导体都是中性的(其正负电荷型半导体都是中性的(其正负电荷型半导体都是中性的(其正负电荷数相等),对外不显电性、不带电。数相等),对外不显电性、不带电。数相等),对外不显电性、不带电。数相等),对外不显电性、不带电。在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入微量微量微量微量的的的的3 3价元素价元素价元素价元素 ,形成,形成,形成,形成P P型半导体型半导体型半导体型半导体。多数载流子:空穴多数载流子:空穴多数载流子:空穴多数载流子:空穴 少数载流子:自由电子少数载流子:自由电子少数载流子:自由电子少数载流子:自由电子 动画动画 杂质半导体主要靠多数载流子导电。
10、掺入杂质越多,杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多,多子浓度越高,导电性越强,实现导电性可控。多子浓度越高,导电性越强,实现导电性可控。8 1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 (a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度)有关。温度)有关。温度)有关。温度)有关。2.2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 (a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度)有关。温度)有关。温度)有关。温度)有关。3.3.当温
11、度升高时,少子的数量当温度升高时,少子的数量当温度升高时,少子的数量当温度升高时,少子的数量 (a.a.减少、减少、减少、减少、b.b.不变、不变、不变、不变、c.c.增多)。增多)。增多)。增多)。a ab bc c 4.4.在外加电压的作用下,在外加电压的作用下,在外加电压的作用下,在外加电压的作用下,P P 型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是主要是主要是 ,N N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。(a.a.电子电流、电子电流、电子电流、电子电流、b.b.空穴电流)空穴电流)空穴电流)空穴
12、电流)b ba a91.2 PN1.2 PN1.2 PN1.2 PN结及单向导电性结及单向导电性结及单向导电性结及单向导电性一、一、一、一、PNPNPNPN结的形成结的形成结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P P 型半导体型半导体型半导体型半导体N N 型半导体型半导体型半导体型半导体扩散的结果使空间扩散的结果使空间扩散的结果使空间扩散的结果使空间电荷区变宽电荷区变宽电荷区变宽电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称空间电荷区也称空间电荷区也称 PN PN PN PN 结结结结+形成空间电荷区形成空间电荷区形成空间电荷区形成空间电荷
13、区1 1 1 1、扩散运动、扩散运动、扩散运动、扩散运动 由于浓度不同,多子由于浓度不同,多子由于浓度不同,多子由于浓度不同,多子运动,形成内电场,阻运动,形成内电场,阻运动,形成内电场,阻运动,形成内电场,阻碍了多子继续扩散。碍了多子继续扩散。碍了多子继续扩散。碍了多子继续扩散。2 2 2 2、漂移运动、漂移运动、漂移运动、漂移运动 少子在内电场的作用少子在内电场的作用少子在内电场的作用少子在内电场的作用下形成漂移运动。下形成漂移运动。下形成漂移运动。下形成漂移运动。动画动画又称为又称为耗尽层耗尽层10二、二、二、二、PNPN结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性 1 1、
14、PN PN 结加正向电压结加正向电压结加正向电压结加正向电压(正向偏置)(正向偏置)(正向偏置)(正向偏置)PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场I 外电场克服内电场,使多子不断扩散,形成较大的扩散电流,外电场克服内电场,使多子不断扩散,形成较大的扩散电流,外电场克服内电场,使多子不断扩散,形成较大的扩散电流,外电场克服内电场,使多子不断扩散,形成较大的扩散电流,此时此时此时此时PNPN结呈现低阻,处于导通状态结呈现低阻,处于导通状态结呈现低阻,处于导通状态结呈现低阻,处于导通状态内电场内电场PN+动画动画+PN PN 结加正向电压时,结加正向电压时,结加正向电压时,结加正
15、向电压时,PNPN结变窄,正向电流较大,正向电阻较小,结变窄,正向电流较大,正向电阻较小,结变窄,正向电流较大,正向电阻较小,结变窄,正向电流较大,正向电阻较小,PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。112 2、PN PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压(反向偏置)(反向偏置)(反向偏置)(反向偏置)外电场外电场外电场外电场 P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 内电场内电场内电场内电场P PN N+动画动画+PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽IS 外电场加强内电场,使多子不能扩散,少子的漂移加外电场加强内电场,使多子不能扩
16、散,少子的漂移加强,由于少子数量很少,形成很小的反向电流。强,由于少子数量很少,形成很小的反向电流。PN PN 结加反向电压时,结加反向电压时,结加反向电压时,结加反向电压时,PNPN结变宽,反向电流较小,结变宽,反向电流较小,结变宽,反向电流较小,结变宽,反向电流较小,反向电阻较大,反向电阻较大,反向电阻较大,反向电阻较大,PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。12PN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,反向电流到一定数值时,反向电流突然快速增加,此现象称突然快速增加,此现象称为为PN结的结的反向击穿反向击穿。热击
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