半导体二极管及其电路分析备精选PPT.ppt
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1、半导体二极管及其电路分析备第1页,此课件共75页哦温故知新温故知新内容:回路总电压和为零。内容:回路总电压和为零。方法:方法:1、选择合适回路。、选择合适回路。2、标出回路中各元件电压方向、标出回路中各元件电压方向3、若元件电压方向和回路绕行方向相、若元件电压方向和回路绕行方向相同则电压为正,反之为负。同则电压为正,反之为负。4、列回路方程解题。、列回路方程解题。5、学会用工程观点解决问题(估算法)、学会用工程观点解决问题(估算法)第2页,此课件共75页哦第一章第一章 半导体二极管及其电路分析半导体二极管及其电路分析 半导体器件是构成电路的基本元半导体器件是构成电路的基本元件,构成半导体器件的
2、材料是经过加件,构成半导体器件的材料是经过加工的半导体材料,因此半导体材料的工的半导体材料,因此半导体材料的性质在很大程度上决定了半导体器件性质在很大程度上决定了半导体器件的性能。的性能。新语新知新语新知第3页,此课件共75页哦1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识1.2 1.2 半导体二极管及其特性半导体二极管及其特性1.3 1.3 二极管基本应用电路二极管基本应用电路及其分析方法及其分析方法1.4 1.4 特殊二极管特殊二极管第4页,此课件共75页哦1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识 自然界中的物体,根据导电能力自然界中的物体,根据导电能力(电阻率电阻率)可可分为:
3、导体、绝缘体、半导体。分为:导体、绝缘体、半导体。常见的半导体材料为硅(常见的半导体材料为硅(SiSi)和锗()和锗(GeGe)。)。价电子价电子价电子价电子惯性核惯性核第5页,此课件共75页哦1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体共价键:共价键:半导体的基础知识半导体的基础知识对电子束缚较强对电子束缚较强电子电子 -空穴空穴 载流子载流子1 1、本征半导体中电子空穴成对出现,且、本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少数量少 结论:结论:2 2、半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电、半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电3 3、本征半导体导电能力、本征半导体导电能力弱弱,并与,并与光照
4、和温度光照和温度有关有关。第6页,此课件共75页哦 制造半导体器件的材料不是本征半制造半导体器件的材料不是本征半导体,而是人为的掺入杂质的半导体,导体,而是人为的掺入杂质的半导体,目的是为了提高半导体的导电能力目的是为了提高半导体的导电能力 1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体1 1、掺入、掺入5 5价元素(价元素(磷、砷、锑磷、砷、锑)2 2、掺入、掺入3 3价元素(价元素(硼、铝、铟硼、铝、铟)第7页,此课件共75页哦1 1 掺入掺入5 5价元素(磷)价元素(磷)自由电子电子电子为多数载流子为多数载流子多多子子空穴空穴为少数载流子为少数载流子少少子子掺杂磷掺杂磷产生的自由电子数产生
5、的自由电子数本征激发本征激发产生产生 的电子数的电子数自由电子数自由电子数空穴数空穴数N N型半导体型半导体载流子数载流子数 电子数电子数磷原子:磷原子:施主原子施主原子杂质半导体杂质半导体第8页,此课件共75页哦N N型半导体的简化图示型半导体的简化图示多子少子第9页,此课件共75页哦2 2 掺入掺入3 3价元素(硼)价元素(硼)掺杂硼产生的空穴数掺杂硼产生的空穴数热激发产生的空穴热激发产生的空穴空穴数空穴数自由电子自由电子空穴空穴为为多子多子电子电子为为少子少子P P型半导体型半导体硼原子:硼原子:受主原子受主原子载流子数载流子数 空穴数空穴数第10页,此课件共75页哦P P型半导体的简化
6、图示型半导体的简化图示多子少子第11页,此课件共75页哦3 3 半导体的导电性半导体的导电性 空空 穴穴 自由电子I=IP+IN本征半导体电流很弱。本征半导体电流很弱。N N型半导体:型半导体:IINP P型半导体:型半导体:IIP第12页,此课件共75页哦 掺入杂质对本征半导体的导电性有很大掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。的影响。一些典型的数据如下一些典型的数据如下:T T=300K=300K室温下室温下,本征硅的电子和空穴浓度本征硅的电子和空穴浓度:n n=p p=1.410=1.4101010/cm/cm3 3掺杂后掺杂后 N N 型半导体中的自由电子浓度型半导体中的自由电子浓
7、度:n=n=5105101616/cm/cm3 3以上两个浓度基本上依次相差以上两个浓度基本上依次相差10106 6/cm/cm3 34 4杂质对半导体导电性的影响杂质对半导体导电性的影响第13页,此课件共75页哦 N N型半导体:电子为多子,空穴为少子型半导体:电子为多子,空穴为少子 载流子数载流子数自由电子数自由电子数 施主原子提供电子,不能移动,带正电。施主原子提供电子,不能移动,带正电。总结:总结:P P型半导体:空穴为多子,电子为少子型半导体:空穴为多子,电子为少子 载流子数载流子数空穴数空穴数 受主原子提供空穴,不能移动,带负电。受主原子提供空穴,不能移动,带负电。第14页,此课件
8、共75页哦1.1.3 PN1.1.3 PN结及其单向导电性结及其单向导电性一一 PNPN结的结的形成形成PN电子电子空穴空穴由于载流子的由于载流子的浓度差浓度差引起多子的引起多子的扩散运动扩散运动由于由于复合复合使交界面形成使交界面形成空间电荷区(空间电荷区(耗尽区耗尽区)空间电荷区空间电荷区内建电场内建电场阻碍多子的扩散运动阻碍多子的扩散运动有利于少子的漂移运动有利于少子的漂移运动第15页,此课件共75页哦引起载流子定向移动的类型引起载流子定向移动的类型1 1、扩散电流扩散电流:载流子的浓度差引起:载流子的浓度差引起2 2、漂移电流漂移电流:由于电场引起的定向移动:由于电场引起的定向移动在在
9、PNPN结中扩散和漂移最后达到结中扩散和漂移最后达到动态平衡动态平衡即扩散电流漂移电流,总电流即扩散电流漂移电流,总电流0 0PNPN结结第16页,此课件共75页哦PNPN结结二、二、PN PN 结的单向导电性结的单向导电性1 1 正向偏置正向偏置(P P区接电源正极,区接电源正极,N N区接电源负极)区接电源负极)内电场内电场外电场外电场 外电场的作用使空间电荷区变外电场的作用使空间电荷区变窄窄,扩散运动,扩散运动加剧,漂移运动减弱,从而形成加剧,漂移运动减弱,从而形成正向电流正向电流。此时此时PNPN结呈现低阻态,结呈现低阻态,PNPN结处于结处于导通导通状态,理想模状态,理想模型为闭合开
10、关。型为闭合开关。第17页,此课件共75页哦PNPN结结2 2 反向偏置反向偏置(P P区接电源负极,区接电源负极,N N区接电源正极)区接电源正极)内电场内电场外电场外电场 外电场的作用使空间电荷区变外电场的作用使空间电荷区变宽宽,扩散运,扩散运动变弱,漂移运动加强,从而形成动变弱,漂移运动加强,从而形成反向电流,反向电流,也称为漂移电流也称为漂移电流。此时此时PNPN结呈现高阻态,漂移电流很小,此时结呈现高阻态,漂移电流很小,此时PNPN结处于结处于截止截止状态,模型相当于开关打开。状态,模型相当于开关打开。第18页,此课件共75页哦结论结论 PNPN结结反向偏置反向偏置时,呈现高电阻,具
11、有很时,呈现高电阻,具有很小的小的反向漂移电流反向漂移电流,且和温度有关。且和温度有关。PNPN结结正向偏置正向偏置时,呈现低电阻,具有较时,呈现低电阻,具有较大的大的正向扩散电流正向扩散电流;由此可以得出结论:由此可以得出结论:PNPN结具有单向导电结具有单向导电性性。PNPN结结第19页,此课件共75页哦1 1、N N型半导体带负电,型半导体带负电,P P型半导体带正电。这种说法型半导体带正电。这种说法是否正确?是否正确?3 3、N N型半导体的多子是(),型半导体的多子是(),P P型半导体的多子是型半导体的多子是()。()。4 4、PNPN结中扩散电流的方向是从(结中扩散电流的方向是从
12、()区指向()区指向()区,)区,漂移电流的方向是(漂移电流的方向是()区指向()区指向()区。)区。温故知新温故知新2 2、SiSi参杂(参杂()形成)形成N N型半导体,掺杂(型半导体,掺杂()形)形成成P P型半导体。型半导体。第20页,此课件共75页哦5 5、解释、解释PNPN结结正向偏置正向偏置。9 9、PNPN结单向导电性是指什么?结单向导电性是指什么?PNPN结结温故知新温故知新6 6、PNPN结结正向偏置正向偏置后所具有的特点后所具有的特点。7 7、解释、解释PNPN结结反向偏置反向偏置。8 8、PNPN结结反向偏置反向偏置后所具有的特点。后所具有的特点。第21页,此课件共75
13、页哦1.2.1 1.2.1 二极管的结构与类型二极管的结构与类型构成:构成:PN PN 结结 +管壳管壳 +引线引线=二极管二极管(Diode)(Diode)1.2 1.2 半导体二极管及其特性半导体二极管及其特性第22页,此课件共75页哦二极管的符号:二极管的符号:正极(阳极)正极(阳极)负极(阴极)负极(阴极)半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管第23页,此课件共75页哦分类:分类:按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型半导体二极管的类型半导体二极管的类型稳压二极管稳压二极管按用途分按用途分整流二极管整流二极
14、管开关二极管开关二极管检波二极管检波二极管第24页,此课件共75页哦点接触型点接触型 PNPN结面积小,结电容小,用于检结面积小,结电容小,用于检波和变频等波和变频等高频小电流高频小电流电路。电路。半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管第25页,此课件共75页哦面接触型面接触型 PNPN结面积大,结面积大,用于工频大电流用于工频大电流整流电路。整流电路。半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管第26页,此课件共75页哦平面型二极管平面型二极管 往往用于集成往往用于集成电路制造工艺中。电路制造工艺中。PN PN 结面积可大可小,结面积可大可小,用于高频整流和开用于高频整流和开关
15、电路中。关电路中。半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管第27页,此课件共75页哦tiaotiao第28页,此课件共75页哦1.2.2 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管二极管的伏安特性曲线可用下式表示二极管的伏安特性曲线可用下式表示正向特性正向特性Uth死区电压反向特性反向特性ISOuD/ViD/mA-U(BR)反反向向击击穿穿U第29页,此课件共75页哦一一 正向特性正向特性iD=0Uth=0.5V 0.1V(硅管硅管)(锗管锗管)U Uthi iD D 急剧上升急剧上升0 U UthUD(on)=(0.6 0.8)V硅管
16、硅管0.7V(0.1 0.3)V锗管锗管0.2VOuD/ViD/mA正向特性正向特性Uth反向特性反向特性IS-U(BR)反反向向击击穿穿第30页,此课件共75页哦-U(BR)U 0iD=IS(硅硅)0.1 0.1 A A (锗锗)几十几十 A AU-U(BR)反向电流急剧增大反向电流急剧增大(反向击穿反向击穿)二二 反向特性反向特性OuD/ViD/mA正向特性正向特性Uth反向特性反向特性IS-U(BR)反反向向击击穿穿第31页,此课件共75页哦硅管的伏安特性硅管的伏安特性锗管的伏安特性锗管的伏安特性6040200.020.040 0.4 0.82550iD/mAuD/ViD/mAuD/V0
17、.20.42550510150.010.020第32页,此课件共75页哦三三 反向击穿特性:反向击穿特性:电击穿电击穿热击穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因:齐纳击穿齐纳击穿:(Zener)(Zener)反向电场太强,将电子强行拉出共价键。反向电场太强,将电子强行拉出共价键。(击穿电压击穿电压 6 V 6 V 6 V)第33页,此课件共75页哦四四 温度对二极管特性的影响:温度对二极管特性的影响:606040402020 0.02 0.020 00.40.425255050i iD D /mA/mAu uD D/V/V2020 C C9090 C C随着温度的升高,随着温度的升高,正向正向特性曲
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