二极管详细介绍精.ppt

《二极管详细介绍精.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二极管详细介绍精.ppt（34页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、二极管详细介绍第1 页，本讲稿共34 页3.1 半导体的基本知识 根据导电能力(电阻率)的不同，物体可以划分为导体、绝缘体和半导体。一、半导体材料一、半导体材料（1）热敏特性 热敏特性：温度升高导电能力显著增强。（2）光敏特性 光敏特性：光线照射导电能力显著增强。（3）掺杂特性 掺杂特性：在本征半导体中掺入少量的有用的 杂质，导电能力显著增强。半导体导电性能具有多变特性第2 页，本讲稿共34 页二、二、半导体的共价键结构原子核价电子外层电子轨道 14 硅原子结构4除去价电子后的原子价电子第3 页，本讲稿共34 页硅晶体的空间排列 共价键结构 平面示意图通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。

2、化学成分纯净的半导体晶体本征半导体第4 页，本讲稿共34 页三、本征半导体及导电性能三、本征半导体及导电性能 当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可挣脱原子核的束缚，成为自由电子 自由电子 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴 空穴这一现象称为本征激发，也称热激发自由电子空穴第5 页，本讲稿共34 页因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电 电子空穴对 子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为

3、复合 复合本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡自由电子的定向运动形成了电子电流 电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流 空穴电流，它们的方向相反。显然空穴的导电能力不如自由电子相邻共价键中的价电子获得能量填充空穴，在新位置产生空穴，形成电荷迁移区别 区别：导体只有一种载流子即自由电子：导体只有一种载流子即自由电子第6 页，本讲稿共34 页1.1.本征半导体中自由电子和空穴的浓度相等本征半导体中自由电子和空穴的浓度相等2.2.本征半导体中载流子的浓度与环境温度有关本征半导体中载流子的浓度与环境温度有关温度T3.3.导电能力仍不如导体导电能力仍不如导体导电能力增强载流子的浓度第7 页，本讲稿

4、共34 页3、杂质半导体 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。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体 杂质半导体。P型半导体P型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质称为受主杂质受主杂质。本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成 PP型半导体型半导体 第8 页，本讲稿共34 页N型半导体在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成 NN型半导体型半导体。在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由热激

5、发形成。提供自由电子的五价杂质原子因自由电子脱离而带正电荷成为正离子，五价杂质原子被称为施主杂质施主杂质第9 页，本讲稿共34 页3.2 PN结的形成及特性一、PNPN结的形成载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动漂移运动，产生漂移电流漂移电流 将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层 PNPN结结。在半导体中，若载流子浓度分布不均匀，因为存在浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运扩散运动动，产生扩散电流扩散电流第10 页，本讲稿共34 页内电场 多子扩散 形成空间电荷区 产生内电场 阻止阻止 少子

6、漂移促使促使 扩散与漂移达到动态平衡 形成一定宽度的PN结第11 页，本讲稿共34 页二、PN结的导电特性正向特性PN结外加直流电压V：P区接高电位（正电位），N区接低电位（负电位）内电场 外电场变薄+P N+_内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。正偏正向电流正偏时，正偏时，PN PN结呈现 结呈现为一个小电阻 为一个小电阻第12 页，本讲稿共34 页反向特性 硅PN结的Is为 pA级 温度T增加Is增大内电场外电场PN结反偏：P区接低电位（负电位），N区接高电位（正电位）。NP+变厚_+内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的电流。反偏时

7、，反偏时，PN PN结呈现 结呈现为一个大电阻 为一个大电阻反偏反向电流单向导电性单向导电性PNPN结正向偏置时导通，反向偏置时截止结正向偏置时导通，反向偏置时截止第13 页，本讲稿共34 页正偏反偏PN结的伏安特性PN结所加端电压vD与流过它的电流I的关系为：门坎电压 Vth死区第14 页，本讲稿共34 页PN结的反向击穿特性 二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。击穿时对应的反向电压称为击穿电压，计为V(BR)。击穿形式分为两种：掺杂浓度较低，形成雪崩击穿高掺杂情况下，产生齐纳击穿PN结具有温度特

8、性T（）在电流不变情况下管压降Vth 反向饱和电流IS，V(BR)第15 页，本讲稿共34 页3.3 半导体二极管1、二极管的结构平面型二极管：用于集成电路中。面接触型二极管：PN结面积大，允许通过较高较大电流，但结电容大，适于低频工作。点接触型二极管：PN结面积小，结电容小，工作频率高，但不能承受较高反向电压和较大电流。PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管引线外壳线触丝线基片PN结P N符号第16 页，本讲稿共34 页2、二极管的VI特性VI死区电压 硅管0.6V,锗管0.2V。导通压降:硅管0.60.7V,锗管0.20.3V。反向击穿电压VBR第17 页，本讲稿共34 页3、二极管的

9、主要参数1）最大整流电流IFM2）反向击穿电压VBR3）反向电流IR 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流 二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压VWRM一般是VBR的一半 二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流越小，管子的单向导电性越好。温度越高反向电流越大。硅管的反向电流小于锗管以上均是二极管的直流参数，主要利用二极管的单向导电性，应用于整流、限幅、保护等等第18 页，本讲稿共34 页iDvDIDVQQiDvDrD 是二极管特性曲线上工作点Q 附近电压的变化与电流的变化之比：显然，rd是对Q

10、附近的微小变化区域内的电阻。4）微变电阻 rD第19 页，本讲稿共34 页二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容CT和扩散电容CD。势垒电容CT：偏置电压变化时，空间电荷区相应变化，结区中的正负离子数量也发生改变，即存在电荷的增减，这相当于电容的充放电，PN结显出电容效应，称为势垒电容。5）极间电容扩散电容：扩散电容CD：正偏时，多数载流子的扩散运动加强，多子从一个区进入另一区后继续扩散，一部分复合掉了，这样形成一定浓度分布，结的靠P区一侧集结了电子，另一侧集结了空穴，即形成了电荷的积累，这种效应用扩散电容表示。CD=kD(I+Is)电容参数限制二极管的最高工作频率fM第20 页

11、，本讲稿共34 页3.4 二极管基本电路及分析方法1、指数模型2、理想模型适应于电源电压远大于二极管的管压降时特性模型电路模型一、二极管的基本模型第21 页，本讲稿共34 页3、恒压降模型电源电压不是很大，可与二极管的导通压降比拟时，应考虑二极管的管压降硅二极管管压降常取为0.7V，锗管压降取0.2V。恒压降模型特性模型第22 页，本讲稿共34 页4、折线模型当二极管导通时，端电压很小的变化将引起电流的很大变化，在一些应用场合，不能忽略这个变化。折线电路模型特性模型第23 页，本讲稿共34 页5、小信号模型当外加信号工作在特性曲线的某一小范围内时，二极管的电流将与外加电压的变化成线性关系，可用

12、小信号模型来进行等效。二极管体电阻小信号模型高频小信号模型特性模型IQ为静态电流VQ为静态电压第24 页，本讲稿共34 页二、二极管电路的分析方法1、图解法静态工作点的图解线性电路方程二极管电流方程据电路原理，两者端电压和电流相等。两线交点Q为静态工 静态工作点 作点，对应的IQ为静态电流 静态电流，VQ为静态电压 静态电压直流负载线第25 页，本讲稿共34 页交流信号的图解线性电路方程第26 页，本讲稿共34 页2、工程近似法1）整流电路第27 页，本讲稿共34 页2）限幅电路限幅电路常来选择预置电平范围内的信号。作用是把输出信号幅度限定在一定的范围内，亦即当输入电压超过或低于某一参考值后，

13、输出电压将被限制在某一电平（称作限幅电平），且再不随输入电压变化。若二极管具有理想的开关特性，那么，当v低于E时，D截止，voE；当v高于E以后，D导通，vo v。串联下限幅电路限幅特性思考：若将二极管极性反转，将得到什么效果？第28 页，本讲稿共34 页3）开关电路例:电路如图，求：VAB忽略二极管正向压降，二极管D2可看作短路D6V12V3k BAD2V VAB AB+取 B 点作参考点，V1 阳=6 V，V2 阳=0 V，V1 阴=V2 阴，由于V2 阳电压高，因此D2导通VAB=0 V，D1截止第29 页，本讲稿共34 页4）低电压稳压电路 当电路工作时，若电源出现波动或者负载发生改变

14、，将引起输出电压的变化，为稳定输出电压，可利用二极管的正向压降特性构成二极管稳压电路。第30 页，本讲稿共34 页3.5 特殊二极管1、稳压二极管(a)符号(b)2CW17 伏安特性利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态，反向电压应大于稳压电压DZ反向击穿电压即稳压值第31 页，本讲稿共34 页稳压管的主要参数(1)稳定电压VZ(2)动态电阻rZ在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压rZ=VZ/IZ(3)最大耗散功率 PZM(4)最稳定工作电流 IZmax 和最大小稳定工作电流 IZmin(5)温度系数VZ第32 页，本讲稿共34 页简单稳压电路问题：问题：1）不加R可以吗？2）上述电路VI为正弦波，且幅值大于VZ，VO的波形是怎样的？（1 1）设电源电压波动）设电源电压波动(负载不变 负载不变)VI VOVZ IZVOVR IR（2 2）设负载变化）设负载变化(电源不变 电源不变)略 略第33 页，本讲稿共34 页2、变容二极管3、光电二极管发光二极管 光敏二极管 光电耦合器件第34 页，本讲稿共34 页