晶体二极管及应用电路教学

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1、第一章晶体二极管及应用电路§1-1半导体基础知识（一）半导体一半导体：其导电能力介于导体和绝缘体之间。半导体具有某些特殊性质：如压敏热敏及掺杂特性，导电能力改变。二半导体材料：用于制造半导体器件的材料。半导体管又称晶体管。本征半导体：纯净的且具有完整晶体结构的半导体。天然的硅和锗经提纯（99.999%以上）即为本征半导体。本征激发：价电子因热运动获得能量，争脱共价键的束缚，成为自由电子，同时在共价键上留下空位，这一现象成为本征激发。图1-3温度越高，本征激发越强，产生的自由电子和空穴越多。两种载流子★载流子：能够导电的电荷。半导体中的两种载流子：自由电子，空穴★两种载流子导电的差异：图

2、1-4●自由电子在晶格中自由运动●空穴运动即价电子的填补空穴的运动，始终在原子的共价键间运动。载流子的复合和平衡载流子的复合：自由电子与空穴在热运动中相遇，使一对自由电子空穴对消失。动态平衡：当温度T一定时，单位时间内产生的自由电子空穴对数目与单位时间内因复合而消失掉的自由电子空穴对数目相等，称为载流子的动态平衡。本征浓度ni：平衡状态下本征半导体单位体积内的自由电子数（空穴数）。（二）杂质半导体杂质半导体：在本征半导体中人为掺入某种“杂质”元素形成的半导体。分为N型半导体和P型半导体。一N型半导体：在本征Si和Ge中掺入微量V族元素后形成的杂质半导体称为N型半导体。所掺入V族元素称为

3、施主杂质，简称施主（能供给自由电子）。图1-5二P型半导体：在本征Si和Ge中掺入微量Ⅲ族元素后形成的杂质半导体称为N型半导体。所掺入Ⅲ族元素称为受主杂质，简称受主（能供给自由电子）。图1-6P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子。三杂质半导体的载流子浓度：少量掺杂，平衡状态下：ni2=n0·p0其中，ni为本征浓度，n0为自由电子浓度，p0为空穴浓度图1-7杂质半导体的电荷模型，图中少子未画出来。温度T增加，本征激发加剧，但本征激发产生的多子远小杂质电离产生的多子。★半导体工作机理：杂质是电特性。★Si半导体比Ge半导体有更高的温度。因为同温度时，Si半导体比Ge半导体本征激发弱，

4、更高的温度时Si半导体才会失去杂质导电特性。（三）漂移电流和扩散电流1漂移电流：载流子受外电场力作用做宏观定向运动形成漂移电流。漂移电流与电场强度、载流子浓度成正比。2扩散电流：因扩散运动形成的电流，称为扩散电流。扩散运动：因载流子浓度差而产生的载流子宏观定向运动。物理现象：半导体（N型P型）内的载流子浓度分布不规则，无规则热运，载流子从高浓度向低浓度方向净迁移。§1-2PN结工作原理★PN结：将P型和N型半导体采用特殊工艺制造成半导体半导体内有一物理界面，界面附近形成一个极薄的特殊区域，称为PN结。一PN结的形成：▼内建电场：由N区指向P区的电场E。阻止两区多子的扩散。电场E产生的两

5、区少子越结漂移电流将部分抵消因浓度差产生的使两区多子越结的扩散电流。扩散进一步进行，空间电荷区内的暴露离子数增多，电场E增强，漂移电流增大，当扩散电流=漂移电流时，达到平衡状态，形成PN结。无净电流流过PN结。二PN结的特点：1空间电荷区是非线性中性区，内建电场和内建电位差φ0（内建电压）。2PN结又称耗尽层。3PN结又称阻挡层：内建电场E阻止两区多子越结扩散。PN结又称势垒区：4不对称PN结。三PN结的单向导电特性：无外接电压的PN结→开路PN结，平衡状态PN结PN结外加电压时→外电路产生电流1正向偏置（简称正偏）PN结：图1-10PN结外加直流电压V：P区接高电位（正电位），N区接

6、低电位（负电位）→正偏→正向电流2反向偏置（简称反偏）PN结：图1-11反偏：P区接低电位（负电位），N区接高电位（正电位）。＊硅PN结的Is为pA级＊温度T增大→Is3PN结的伏安特性①伏安特性方程：②PN结的伏安特性曲线：图1-12§1-3晶体二极管二极管的结构和符号：图1-13（a）为结构，（b）为符号。一二极管的伏安特性：1单向导电特性：2导通电压VON：3锗管的Is比硅管的Is大三个数量级；4Is随温度升高而增大：图1-145锗管与硅管伏安特性的差异：图1-15二极管的RD和rd1直流电阻RD：二极管的伏安特性为曲线→二极管为非线性电阻器件。结论：①Q点处的电流越大，二极管的

7、直流电阻RD越小；②二极管的正反向直流电阻相差很大。2交流电阻rd二极管工作点Q处的微变电压增量dvD和微变电流增量diD之比，称为该点处的交流电阻rd。图1-18。3二极管的参数：最大平均整流电流：最大反向工作电压VR反向电流IR：最高工作频率fm：二极管的模型：器件模型：由理想元件构成的能近似反映电子器件特性的等效电路。1二极管的伏安特性的分段线性近似模型⑴理想开关模型：二极管→理想开关正偏时正向电压=0，反偏时反向电流=0图1-19⑵恒压