半导体材料及二极管PPT讲稿.ppt

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1、半导体材料及二极管第1页，共79页，编辑于2022年，星期五1、本征半导体、本征半导体半导体材料半导体材料硅（硅（Si）、锗（）、锗（Ge）、砷化镓）、砷化镓（GaAs）纯净（纯净（7N）且具有完整晶格结构的半导体称为）且具有完整晶格结构的半导体称为本征半导体。本征半导体。一、半导体一、半导体基本基本特性特性第2页，共79页，编辑于2022年，星期五硅、锗的面心立方体套和晶格结构硅、锗的面心立方体套和晶格结构按立方体按立方体组成晶体点阵，任何一个原子都处在一个立方体组成晶体点阵，任何一个原子都处在一个立方体的中心，相邻的四个原子则位于立方体的四个顶的中心，相邻的四个原子则位于立方体的四个顶点。

2、点。第3页，共79页，编辑于2022年，星期五硅、锗晶体形成共价键结构硅、锗晶体形成共价键结构:+4+4+4+4+4价电子、束缚电子+4表示除去价电子后的原子第4页，共79页，编辑于2022年，星期五在一定的温度下，本征半导体内最重要的物理现在一定的温度下，本征半导体内最重要的物理现象是本征激发。象是本征激发。+4+4+4+4+4空穴自由电子第5页，共79页，编辑于2022年，星期五本征激发产生两种载流子（能够导电的电荷）本征激发产生两种载流子（能够导电的电荷）自由电子、空穴；自由电子、空穴；两种载流子导电的差异两种载流子导电的差异在外电场作用下，在外电场作用下，自由电子能在晶格中自由运动，是

3、真正的载自由电子能在晶格中自由运动，是真正的载流子；而空穴导电的本质是价电子依次填补流子；而空穴导电的本质是价电子依次填补晶格中的空位，价电子只在共价键间运动，晶格中的空位，价电子只在共价键间运动，宏观上我们将其看成空位的定向运动，空穴宏观上我们将其看成空位的定向运动，空穴是一种等效载流子。是一种等效载流子。第6页，共79页，编辑于2022年，星期五+4+4+4+4+4空穴的定向运动自由电子的定向运动第7页，共79页，编辑于2022年，星期五载流子的复合载流子的复合两种载流子在热运动中相遇，两种载流子在热运动中相遇，使一对自由电子和空穴消失。使一对自由电子和空穴消失。在一定温度下，载流子的产生

4、与复合会达到在一定温度下，载流子的产生与复合会达到动态平衡。动态平衡。平衡状态下单位体积内的自由电子（或空穴）平衡状态下单位体积内的自由电子（或空穴）数称为本征浓度，用数称为本征浓度，用ni表示。表示。第8页，共79页，编辑于2022年，星期五2、杂质半导体、杂质半导体在本征半导体中渗入微量在本征半导体中渗入微量5价元素（如磷）后形价元素（如磷）后形成成N型杂质半导体，简称型杂质半导体，简称N型半导体。型半导体。施主电离施主电离在很低温度下，在很低温度下，5价元素就会有价元素就会有一个不受共价键束缚的价电子成为自由电子。一个不受共价键束缚的价电子成为自由电子。第9页，共79页，编辑于2022年

5、，星期五价电子、束缚电子+5+4+4+4+4自由电子缺少一个价电子成为不能移动的带+q的正离子第10页，共79页，编辑于2022年，星期五虽然由施主虽然由施主“提供提供”了自由电子，但了自由电子，但N型半导型半导体仍呈电中性。体仍呈电中性。N型半导体在一定温度下既有施主电离产生的型半导体在一定温度下既有施主电离产生的自由电子，又有本征激发产生的自由电子和空自由电子，又有本征激发产生的自由电子和空穴；因此，自由电子是多数载流子，空穴是少穴；因此，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。数载流子。施主电离产生自由电子和正粒子，不会产生空穴；施主电离产生自由电子和正粒子，不会产生空穴；第11页，共7

6、9页，编辑于2022年，星期五在本征半导体中渗入微量在本征半导体中渗入微量3价元素（如硼）后价元素（如硼）后形成形成P型杂质半导体，简称型杂质半导体，简称P型半导体。型半导体。受主电离：在很低温度下，受主电离：在很低温度下，3价元素的空位就会价元素的空位就会由价电子填补，从而形成空穴。由价电子填补，从而形成空穴。第12页，共79页，编辑于2022年，星期五+3+4+4+4+4增加一个价电子成为不能移动的带 -q的负离子价电子、束缚电子空穴第13页，共79页，编辑于2022年，星期五虽然由受主虽然由受主“接受接受”价电子形成了空穴，但价电子形成了空穴，但P型半导体仍呈电中性。型半导体仍呈电中性。

7、受主电离产生空穴和负粒子，不会产生自由受主电离产生空穴和负粒子，不会产生自由电子。电子。P型半导体在一定温度下既有受主电离产生的型半导体在一定温度下既有受主电离产生的空穴，又有本征激发产生的自由电子和空穴；空穴，又有本征激发产生的自由电子和空穴；因此，空穴是多数载流子，自由电子是少数因此，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。载流子。第14页，共79页，编辑于2022年，星期五平衡状态下多子浓度与少子浓度的乘积等于平衡状态下多子浓度与少子浓度的乘积等于同一温度时本征浓度的平方（同一温度时本征浓度的平方（n0p0=ni2）。）。它说明：掺杂使多子浓度提高的同时使少子它说明：掺杂使多子浓度提高的

8、同时使少子浓度降低；因此，浓度降低；因此，N型半导体的多子浓度型半导体的多子浓度n0 本征浓度本征浓度ni 少子浓度少子浓度p0；P型半导体的多子浓型半导体的多子浓度度p0 本征浓度本征浓度ni 少子浓度少子浓度n0。第15页，共79页，编辑于2022年，星期五杂质原子数的密度与半导体原子数的密度相比尽杂质原子数的密度与半导体原子数的密度相比尽管很小，但仍然远大于常温时的本征浓度，且常管很小，但仍然远大于常温时的本征浓度，且常温下杂质电离全部完成；因此，常温下多子浓度温下杂质电离全部完成；因此，常温下多子浓度基本等于杂质密度，远大于本征浓度，并基本与基本等于杂质密度，远大于本征浓度，并基本与温

9、度无关。温度无关。少子浓度是温度的函数。少子浓度是温度的函数。在相同掺杂条件下，硅的少子浓度远小于锗的少在相同掺杂条件下，硅的少子浓度远小于锗的少子浓度。子浓度。第16页，共79页，编辑于2022年，星期五3、半导体中的漂移电流与扩散电流、半导体中的漂移电流与扩散电流漂移电流漂移电流在外电场作用下，载流子作宏观定在外电场作用下，载流子作宏观定向运动所形成的电流。向运动所形成的电流。空穴沿电场力方向漂移，自由电子逆电场力空穴沿电场力方向漂移，自由电子逆电场力方向漂移，虽然两者漂移方向相反，但形成方向漂移，虽然两者漂移方向相反，但形成的漂移电流方向却相同，总的漂移电流为两的漂移电流方向却相同，总的

10、漂移电流为两者之和；者之和；漂移电流与电场强度和载流子浓度成正比；漂移电流与电场强度和载流子浓度成正比；杂质半导体的多子浓度远大于少子浓度，因而杂质半导体的多子浓度远大于少子浓度，因而多子漂移电流也远大于少子漂移电流。多子漂移电流也远大于少子漂移电流。第17页，共79页，编辑于2022年，星期五扩散电流扩散电流载流子因浓度差作宏观定向运动所载流子因浓度差作宏观定向运动所形成的电流。形成的电流。两种载流子均沿浓度梯度方向扩散，虽然两两种载流子均沿浓度梯度方向扩散，虽然两者扩散方向相同，但形成的扩散电流方向却者扩散方向相同，但形成的扩散电流方向却相反，总的扩散电流为两者之差；相反，总的扩散电流为两

11、者之差；扩散电流与载流子的浓度梯度成正比。扩散电流与载流子的浓度梯度成正比。第18页，共79页，编辑于2022年，星期五1、PN结的形成及特点结的形成及特点用某种工艺将本征半导体掺杂为两个区：一用某种工艺将本征半导体掺杂为两个区：一个区为个区为P型半导体，另一个区为型半导体，另一个区为N型半导体。型半导体。二、二、PN结结导电特性导电特性在两者的界面附近会形成一个特殊的薄层在两者的界面附近会形成一个特殊的薄层PN结。结。第19页，共79页，编辑于2022年，星期五PN结的形成：结的形成：界面两侧的多子向对方扩散界面两侧的多子向对方扩散越界后相当于对越界后相当于对方的少子被复合；方的少子被复合；

12、+第20页，共79页，编辑于2022年，星期五+从而在从而在P区一侧留下受主负离子、在区一侧留下受主负离子、在N区一侧区一侧留下施主正离子，形成一个电偶层即由留下施主正离子，形成一个电偶层即由N区指区指向向P区的内建电场区的内建电场进一步扩散进入内建电进一步扩散进入内建电场的多子被漂移回来，最终达到扩散与漂移场的多子被漂移回来，最终达到扩散与漂移的动态平衡。的动态平衡。内建电场PN结P型半导体N型半导体第21页，共79页，编辑于2022年，星期五PN结的特点：结的特点：空间电荷区空间电荷区结内形成内建电场（非电中结内形成内建电场（非电中性），内建电压的典型值为性），内建电压的典型值为0.7V（

13、Si）或）或0.35V（Ge）；）；耗尽层耗尽层结内的载流子在结内的载流子在PN结形成过程中已结形成过程中已经耗尽；经耗尽；阻挡层（势垒区）阻挡层（势垒区）阻止两侧多子越结扩散。阻止两侧多子越结扩散。若掺杂密度不同，则形成不对称若掺杂密度不同，则形成不对称PN结，空间电结，空间电荷区向低掺杂区延伸。荷区向低掺杂区延伸。第22页，共79页，编辑于2022年，星期五2、PN结的单向导电特性结的单向导电特性偏置偏置在半导体器件上所加的直流电压（偏压）在半导体器件上所加的直流电压（偏压）和电流（偏流）。和电流（偏流）。由于由于PN结是耗尽层，相对于结外的结是耗尽层，相对于结外的P区和区和N区区而言是高

14、阻区，偏压几乎完全作用在结层上。而言是高阻区，偏压几乎完全作用在结层上。正向偏压的正向偏压的PN结：结：第23页，共79页，编辑于2022年，星期五正偏电压削弱结电场，动态平衡被打破，正偏电压削弱结电场，动态平衡被打破，（由（由于外电路的强制行为，建立原有动态平衡的趋势于外电路的强制行为，建立原有动态平衡的趋势被遏止！）被遏止！）PN结变薄，有利于扩散，从而使多子结变薄，有利于扩散，从而使多子扩散大于漂移，在外电路形成正向电流。扩散大于漂移，在外电路形成正向电流。（内部（内部存在两种载流子运动而外电路只有电子运动！）存在两种载流子运动而外电路只有电子运动！）对外电路而言，相当于对外电路而言，相

15、当于PN结导通。结导通。第24页，共79页，编辑于2022年，星期五+外电场正向偏压结电场被削弱内建电场PN结变薄第25页，共79页，编辑于2022年，星期五反向偏压的反向偏压的PN结结反偏电压增强结电场，反偏电压增强结电场，PN结变宽，多子扩散受到更强的阻挡，对外结变宽，多子扩散受到更强的阻挡，对外电路而言，相当于电路而言，相当于PN结截止。结截止。显然，正偏电压越大，显然，正偏电压越大，PN结越薄，越有利于结越薄，越有利于扩散，相应外电路的正向电流也越大。扩散，相应外电路的正向电流也越大。第26页，共79页，编辑于2022年，星期五+外电场反向偏压内建电场结电场被增强PN结变宽第27页，共

16、79页，编辑于2022年，星期五结电场的增强有利于少子的越结漂移，从而结电场的增强有利于少子的越结漂移，从而在外电路形成反向电流；在外电路形成反向电流；（同样，内部是两（同样，内部是两种载流子运动，外电路只有电子运动！）种载流子运动，外电路只有电子运动！）由于由于少子数量有限，即使全漂也只能形成很小的反向少子数量有限，即使全漂也只能形成很小的反向饱和电流，若忽略不计，仍可认为饱和电流，若忽略不计，仍可认为PN结是截止结是截止的。的。综上，综上，可以得到可以得到PN结最重要的特性结最重要的特性单向单向导电特性。导电特性。第28页，共79页，编辑于2022年，星期五PN结的伏安特性结的伏安特性由理

17、论分析得到由理论分析得到式中：式中：IS为为PN结的反向饱和电流，该值很小，结的反向饱和电流，该值很小，一般硅一般硅PN结结IS的值仅的值仅pA级；级；VT为热电压，常温为热电压，常温（T=300K）下一般取）下一般取VT26mV。可以验证，只有当可以验证，只有当vD的值取到的值取到0.52V以上时，以上时，硅硅PN结的结的iD值才能达到值才能达到mA级；因此，即使正级；因此，即使正向偏压的向偏压的PN结也存在一个导通电压结也存在一个导通电压VON，只，只有当有当vD大于大于VON时，时，PN结才有明显的正向电结才有明显的正向电流流iD。第29页，共79页，编辑于2022年，星期五vD(V)i

18、D(mA)VONPN结的伏安特性曲线：结的伏安特性曲线：第30页，共79页，编辑于2022年，星期五二极管的特性与二极管的特性与PN结的特性基本相同。结的特性基本相同。1、二极管的伏安特性、二极管的伏安特性形式上，二极管的伏安特性与形式上，二极管的伏安特性与PN结的伏安特结的伏安特性相同：性相同：二极管的核心是二极管的核心是PN结。结。三、二极管的特性及模型三、二极管的特性及模型式中：式中：IS为二极管的反向饱和电流，比为二极管的反向饱和电流，比PN结的结的略大一点。略大一点。第31页，共79页，编辑于2022年，星期五二极管的单向导电特性二极管的单向导电特性二极管正偏时，其伏安特性可近似为：

19、二极管正偏时，其伏安特性可近似为：二极管反偏时，其伏安特性可近似为：二极管反偏时，其伏安特性可近似为：正偏二极管存在一个导通电压正偏二极管存在一个导通电压VON，小功率硅，小功率硅二极管导通电压的典型值二极管导通电压的典型值VON=0.7V，小功率，小功率锗二极管导通电压的典型值锗二极管导通电压的典型值VON=0.3V。第32页，共79页，编辑于2022年，星期五二极管反偏时，锗管的反向饱和电流至少比硅二极管反偏时，锗管的反向饱和电流至少比硅管大三个数量级以上。管大三个数量级以上。温度增加时，二极管的反向饱和电流明显增大。温度增加时，二极管的反向饱和电流明显增大。二极管的反向击穿导电特性二极管

20、的反向击穿导电特性反向击穿现象反向击穿现象PN结的反偏电压大到一定值结的反偏电压大到一定值时，反向电流会急剧增大。时，反向电流会急剧增大。反向击穿原因：反向击穿原因：第33页，共79页，编辑于2022年，星期五雪崩击穿雪崩击穿价电子被碰撞电离，发生于低掺价电子被碰撞电离，发生于低掺杂杂PN结；击穿电压一般在结；击穿电压一般在6V以上；以上；齐纳击穿齐纳击穿价电子被场致激发，发生于高掺价电子被场致激发，发生于高掺杂杂PN结；击穿电压一般在结；击穿电压一般在6V以下。以下。只要保证击穿时平均管耗不超过允许值，二极管只要保证击穿时平均管耗不超过允许值，二极管的反向击穿是一种可逆的电击穿。的反向击穿是

21、一种可逆的电击穿。第34页，共79页，编辑于2022年，星期五二极管的反向击穿特性曲线：二极管的反向击穿特性曲线：vDiD稳压二极管（稳压管）是一种专门工作在反稳压二极管（稳压管）是一种专门工作在反向击穿状态的二极管。向击穿状态的二极管。第35页，共79页，编辑于2022年，星期五2、二极管的直流电阻和交流电阻、二极管的直流电阻和交流电阻二极管的伏安特性表明其为非线性电阻。二极管的伏安特性表明其为非线性电阻。二极管的直流电阻二极管的直流电阻一般将二极管的直流一般将二极管的直流电压电压VD和直流电流和直流电流ID称为二极管的工作点称为二极管的工作点Q，将该工作点将该工作点Q 处直流电压直流与电流

22、的比值处直流电压直流与电流的比值定义为直流电阻定义为直流电阻RD，即：，即：第36页，共79页，编辑于2022年，星期五二极管的交流电阻二极管的交流电阻将二极管工作点将二极管工作点Q 处微变处微变电压增量与微变电流增量的比值定义为交流电阻电压增量与微变电流增量的比值定义为交流电阻rd，即：，即：第37页，共79页，编辑于2022年，星期五3、二极管模型、二极管模型分析含二极管的电路时，由于涉及二极管伏安特分析含二极管的电路时，由于涉及二极管伏安特性（也称为二极管方程）这样的非线性方程，工性（也称为二极管方程）这样的非线性方程，工程上一般不采取直接计算的方法。程上一般不采取直接计算的方法。工程上

23、常用的一种方法是图解法，又称负载线工程上常用的一种方法是图解法，又称负载线法；法；第38页，共79页，编辑于2022年，星期五vDiDiDvD+-3003V例例1：用图解法求图示电路的：用图解法求图示电路的vD和和iD。0.727.6第39页，共79页，编辑于2022年，星期五工程上常用的另一种方法是模型法工程上常用的另一种方法是模型法用理用理想元件构成的等效电路来近似非线性器件。想元件构成的等效电路来近似非线性器件。二极管的大信号模型二极管的大信号模型理想开关模型：理想开关模型：恒压源模型：恒压源模型：vDiDvDiD第40页，共79页，编辑于2022年，星期五折线近似模型折线近似模型vDi

24、D例例1.1(p18)：用模型法求图示电路的：用模型法求图示电路的vD 和和iD。iDvD+-3003V二极管用恒压源模型二极管用恒压源模型vD=0.7V,iD 0第41页，共79页，编辑于2022年，星期五iDvD=0.7V+-3003V二极管的小信号模型二极管的小信号模型一般情况下一般情况下iD=ID+id、vD=VD+vd，若，若id、vd足足够小，在工作点够小，在工作点Q（ID、VD）附近二极管可以）附近二极管可以线性化，根据叠加原理，可以分别进行线性化，根据叠加原理，可以分别进行ID、VD 及及id、vd 分析。分析。第42页，共79页，编辑于2022年，星期五计算计算ID、VD称为

25、求工作点称为求工作点Q，需画出只反映，需画出只反映ID、VD的电路的电路直流通路；直流通路；计算计算id、vd称为交流小信号分析，需画出只反映称为交流小信号分析，需画出只反映id、vd的电路的电路交流通路，相应需要二极管的小交流通路，相应需要二极管的小信号模型。信号模型。二极管的小信号模型就是二极管在工作点二极管的小信号模型就是二极管在工作点Q处处的交流电阻的交流电阻rd。第43页，共79页，编辑于2022年，星期五例例2：图示电路中：图示电路中v=2sin(2104t)mV，C=200mF，求，求id。iDvD+_3003V+_vC解：画出直流通路解：画出直流通路VDID+_3003V第44

26、页，共79页，编辑于2022年，星期五二极管用恒压源模型二极管用恒压源模型求出工作点求出工作点Q 的交流电阻的交流电阻IDVD=0.7V3003V第45页，共79页，编辑于2022年，星期五画出交流通路+_vidrd300+_vidvd300+_二极管用小信号模型作业作业(p38-39)：1.4、1.6、1.7第46页，共79页，编辑于2022年，星期五半波整流电路半波整流电路1、整流电路、整流电路当当vi(t)0时，时，D导通；当导通；当vi(t)0时，时，D1导通、导通、D2截止；截止；当当vi(t)0时，时，D1D3导通、导通、D2D4截止；当截止；当vi(t)V1时，时，D1导通、导通

27、、D2截止；截止；vi(t)vi(t)-V2时，时，D1、D2均截止。均截止。+_vo(t)+_vi(t)D1D2V1V2第52页，共79页，编辑于2022年，星期五vi(t)tV1-V2vo(t)第53页，共79页，编辑于2022年，星期五vi(t)vo(t)-V2V1V1-V2其传输特性曲线：其传输特性曲线：第54页，共79页，编辑于2022年，星期五串联型双向限幅电路串联型双向限幅电路+_vo(t)+_vi(t)D1D2V1V2R1R2V2 V1假定状态分析法：假定状态分析法：第55页，共79页，编辑于2022年，星期五a假定状态假定状态1D1、D2均截止：此时均截止：此时vo(t)=V

28、2，va(t)=V1；由于；由于vo(t)va(t)，D2导通，与假定导通，与假定状态矛盾，故状态状态矛盾，故状态1不成立；不成立；+_vo(t)+_vi(t)D1D2V1V2R1R2V2 V1第56页，共79页，编辑于2022年，星期五假定状态假定状态2D1导通、导通、D2截止：此时截止：此时vo(t)=V2，va(t)=vi(t)；只有当；只有当vi(t)V2(V1)时，状时，状态态2成立；成立；a+_vo(t)+_vi(t)D1D2V1V2R1R2V2 V1第57页，共79页，编辑于2022年，星期五假定状态假定状态3D1截止、截止、D2导通：此时导通：此时vo(t)=va(t)=；只有

29、当；只有当vi(t)V1第58页，共79页，编辑于2022年，星期五假定状态假定状态4D1、D2均导通：此时均导通：此时vo(t)=vi(t)；只有当；只有当 vi(t)V1第59页，共79页，编辑于2022年，星期五vi(t)tV1V2vo(t)第60页，共79页，编辑于2022年，星期五其传输特性曲线：其传输特性曲线：vi(t)vo(t)V2V2第61页，共79页，编辑于2022年，星期五3、钳位电路、钳位电路+_vo(t)+_vi(t)DCvc(t)+_分析钳位电路时二极管可以用理想开关模型，分析钳位电路时二极管可以用理想开关模型，也可以用恒压源模型。也可以用恒压源模型。第62页，共79

30、页，编辑于2022年，星期五vi(t)t-VVvc(t)vo(t)+_vo(t)+_vi(t)DCvc(t)+_第63页，共79页，编辑于2022年，星期五4、逻辑电路、逻辑电路分析逻辑电路时二极管一般用恒压源模型。分析逻辑电路时二极管一般用恒压源模型。VD1V1V2RVoD2第64页，共79页，编辑于2022年，星期五假定状态分析法：假定状态分析法：假定状态假定状态1D1、D2均截止：此时均截止：此时Vo=V；只；只有当有当V1、V2V而而V1V而而V2V时，状态时，状态4成成立；虽然立；虽然V1、V2V 但但V1V2时，状态时，状态4不成立。不成立。VD1V1V2RVoD2第67页，共79

31、页，编辑于2022年，星期五如果如果V1、V2只取只取V或或V的两种数值，且所取的的两种数值，且所取的数值相等，将数值相等，将V的数值的数值记为逻辑记为逻辑1，则该电路为有，则该电路为有1为为1的的“或或”逻辑电逻辑电路。路。第68页，共79页，编辑于2022年，星期五5、稳压电路、稳压电路限流电阻限流电阻R保证稳压管正常工作保证稳压管正常工作(电击穿电击穿而不是热击穿而不是热击穿)的必备措施。的必备措施。稳压管主要参数：稳压管主要参数：VZ、rZ、IZMAX、IZMIN；+_+_VIDZVIRRLRLVO+VO第69页，共79页，编辑于2022年，星期五限流电阻限流电阻R的选取：的选取：第7

32、0页，共79页，编辑于2022年，星期五稳压管的恒压源模型稳压管的恒压源模型稳压管的折线近似模型稳压管的折线近似模型VZDZDZrZVZ第71页，共79页，编辑于2022年，星期五例例1.3(p27)：图示电路中稳压管：图示电路中稳压管2DW3的的VZ=9V，rZ=4；如果输入电压的波动；如果输入电压的波动VI/VI=10%，求输出电压的波动，求输出电压的波动VO/VO。+_+_15VDZVI60180 VO+VO第72页，共79页，编辑于2022年，星期五解：用折线近似模型代替稳压管解：用折线近似模型代替稳压管+_+_15VVI60180VO+VO9V4第73页，共79页，编辑于2022年，

33、星期五实际上，正向导通的二极管也可以当作稳实际上，正向导通的二极管也可以当作稳压管使用。压管使用。作业作业(p39-42)：1.10、1.11、1.15、1.16、1.17第74页，共79页，编辑于2022年，星期五在频率很高时，二极管会失去单向导电特性，其在频率很高时，二极管会失去单向导电特性，其原因是原因是PN结存在电容效应。结存在电容效应。1、PN结的势垒电容结的势垒电容势垒电容势垒电容外加电压改变时，空间电荷区外加电压改变时，空间电荷区（PN结）内的电荷量随之改变所产生的电容结）内的电荷量随之改变所产生的电容效应。效应。五、五、PN结的电容效应及应用结的电容效应及应用第75页，共79页

34、，编辑于2022年，星期五正偏电压增大时，空间电荷区变窄，势垒电容正偏电压增大时，空间电荷区变窄，势垒电容增大；反偏电压增大时，空间电荷区变宽，势增大；反偏电压增大时，空间电荷区变宽，势垒电容减小。垒电容减小。2、PN结的扩散电容结的扩散电容扩散电容扩散电容外加正偏电压改变时，外加正偏电压改变时，PN结外扩结外扩散区的非平衡载流子数量改变所产生的电容效应。散区的非平衡载流子数量改变所产生的电容效应。反偏时扩散电容为零；反偏时扩散电容为零；扩散电容与正向电流近似成正比。扩散电容与正向电流近似成正比。第76页，共79页，编辑于2022年，星期五3、二极管高频小信号模型、二极管高频小信号模型势垒电容

35、和扩散电容分别与偏压和偏流有关，势垒电容和扩散电容分别与偏压和偏流有关，它们都不是常数，均属于非线性电容。它们都不是常数，均属于非线性电容。在工作点定义增量电容（增量电容是线性的）在工作点定义增量电容（增量电容是线性的）：第77页，共79页，编辑于2022年，星期五记增量势垒电容为记增量势垒电容为CT，增量扩散电容为，增量扩散电容为CD，则，则二极管高频小信号模型为：二极管高频小信号模型为：CTCDrd第78页，共79页，编辑于2022年，星期五4、变容二极管、变容二极管如果使二极管反偏，则扩散电容如果使二极管反偏，则扩散电容CD=0，交流电，交流电阻阻rd很大，高频时起主导作用的就剩下势垒电容很大，高频时起主导作用的就剩下势垒电容CT；因此，反偏二极管在高频时可以当作压控电容因此，反偏二极管在高频时可以当作压控电容来使用。来使用。变容二极管变容二极管专门制造当作压控电容来使用的专门制造当作压控电容来使用的二极管。二极管。第79页，共79页，编辑于2022年，星期五