模拟电子技术 第1-2章.ppt

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1、+4+4+4+4第1章半导体二极管（SemiconductorDiode）1.1半导体的基础知识1.1.1本征半导体半导体—导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体—纯净的半导体。如硅、锗单晶体。载流子—自由运动的带电粒子。共价键—相邻原子共有价电子所形成的束缚。硅（锗）的原子结构Si284Ge28184简化模型+4惯性核硅（锗）的共价键结构价电子自由电子（束缚电子）第1章半导体二极管本征激发：在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位（空穴）的过程。复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。漂移：自由电子和空

2、穴在电场作用下的定向运动。两种载流子电子（自由电子）空穴两种载流子的运动自由电子（在共价键以外）的运动空穴（在共价键以内）的运动结论:1.本征半导体的电子空穴成对出现,且数量少；2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关。第1章半导体二极管1.1.2杂质半导体一、N型半导体和P型半导体N型+5+4+4+4+4+4磷原子自由电子电子数>空穴数电子为多数载流子(多子)空穴为少数载流子(少子)载流子数=电子数+空穴数电子数P型+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴数>电子数空穴—多子电子—少子载流子数空穴数施主离子施主原子受主离子受主原

3、子第1章半导体二极管二、杂质半导体的导电作用IIPINI=IP+INN型半导体IINP型半导体IIP三、P型、N型半导体的简化图示负离子多数载流子少数载流子正离子多数载流子少数载流子第1章半导体二极管1.1.3PN结一、PN结(PNJunction)的形成1.载流子的浓度差引起多子的扩散2.复合使交界面形成空间电荷区(耗尽层)空间电荷区特点:无载流子阻止扩散进行利于少子的漂移3.扩散和漂移达到动态平衡扩散电流=漂移电流总电流=0第1章半导体二极管内建电场二、PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)—forwardbiasP区N区内电场+UR外电场外电场使多子向P

4、N结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄IFIF=I多子I少子I多子限流电阻2.外加反向电压（反向偏置)—reversebiasP区N区+UR内电场外电场外电场使少子背离PN结移动空间电荷区变宽IRIR=I少子0PN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大反偏截止，电阻很大，电流近似为零第1章半导体二极管扩散运动加强形成正向电流IF漂移运动加强形成反向电流IR1.2半导体二极管的结构及特性1.2.1半导体二极管的结构和类型构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)符号：A(anode)C(cathode)分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型点

5、接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线负极引线面接触型N型锗PN结正极引线铝合金小球底座金锑合金平面型正极引线负极引线集成电路中平面型pNP型支持衬底第1章半导体二极管1.2.2二极管的伏安特性一、PN结的伏安方程UT=26mV反向饱和电流IR温度的电压当量玻尔兹曼常数电子电量当T=300（27C）二、二极管的伏安特性第1章半导体二极管OuD/ViD/mA正向特性Uth死区电压iD=0Uth=0.5V0.1V(硅管)(锗管)UUthiD急剧上升0UUthUD(on)=0.60.8V硅管0.7V0.10.3V锗管0.2V反向特性ISU(BR)反向击穿U（BR

6、)U0iD=IS<0.1A(硅)几十A(锗)U6V,正温度系数)击穿电压在6V左右时，温度系数趋近零。第1章半导体二极管iD/mAuD/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.02锗管的伏安特性0604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD/mAuD/V硅

7、管的伏安特性1.2.3温度对二极管特性的影响604020–0.02O0.4–25–50iD/mAuD/V20C90CT升高时，UD(on)以22.5mV/C下降第1章半导体二极管1.2.4二极管的主要参数1.IF—最大整流电流（最大正向平均电流）2.URM—最高反向工作电压，为U（BR）/23.IR—反向电流（越小单向导电性越好）影响工作频率的原因—4.fM—最高工作频率（超过时单向导电性变差）PN结的电容效应iDuDU(BR)IFURM第1章半导体二极管结论：1.低频时，因结电容很小，对PN结影响很小。