模拟电路详尽课件(第5章).ppt

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1、第五章半导体二极管及其应用电路5.1半导体基础知识5.2半导体二极管5.3单相整流滤波电路5.4稳压二极管及其稳压电路5.1半导体基础知识5.1.1导体、绝缘体和半导体5.1.2本征半导体5.1.3杂质半导体5.1.4PN结的形成及特性常温下，人们根据自然界中物质的导电性能的优劣将其分成三类：第一类是导电性能良好的物质，如铜、铁、铝等金属，称之为导体。第二类是几乎不导电的物质，如橡胶、玻璃、陶瓷等，称之为绝缘体。第三类是导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅、锗、硒等，称之为半导体。半导体的应用十分广泛，主要是制

2、成有特殊功能的元器件，如晶体管、集成电路、整流器、激光器以及各种光电探测器件、微波器件等。5.1.1导体、绝缘体和半导体硅原子结构模型简化模型5.1.2本征半导体1.晶体的共价键结构锗原子结构模型2.本征半导体中的载流子晶体的共价键结构本征半导体中的自由电子和空穴本征激发时电子与空穴的产生及移动动画演示5.1.3杂质半导体本征半导体中载流子的浓度与原子浓度相比仍很小，所以其导电性能还很差，不能用来制造半导体管。为了提高半导体的导电性能，就必须提高载流子的浓度，为此只要在本征半导体中掺入微量三价元素（如硼或铝）或五价元素

3、（如磷或砷），就能产生大量的载流子。根据掺入杂质的性质不同，将杂质半导体分为电子型（或称N型）半导体和空穴型（或称P型）半导体两大类。在本征半导体（硅）中掺入微量五价元素磷后，可形成N型半导体。磷原子顶替掉一个硅原子而与周围的四个硅原子以共价键结合起来，五个价电子中多余的一个价电子不在共价键中，仅受磷原子核的引力作用，以至在室温条件下，就能挣脱磷原子核而成为自由电子，原来的中性磷原子成为不能移动的正离子，此过程称为电离。1.N型半导体五价元素给出多余的价电子，被称为施主杂质。施主杂质只产生自由电子而不产生空穴，这是与本

4、征激发的区别。N型半导体中自由电子的浓度远大于空穴浓度，所以称自由电子为多数载流子（简称多子），空穴为少数载流子（简称少子）。N型半导体在本征半导体（硅）中掺入微量三价元素铝后，可形成P型半导体。铝原子顶替掉一个硅原子而与周围的四个硅原子以共价键结合起来。三价元素只有三个价电子而在共价键中留下一个空位，即空穴。当邻近的电子填补到该空位，则使铝原子成为不能移动的负离子。2.P型半导体三价元素能够接收电子，被称为受主杂质。受主杂质只提供空穴不产生电子。P型半导体中空穴的浓度远大于自由电子浓度，所以称空穴为多数载流子（简称多

5、子），自由电子为少数载流子（简称少子）。P型半导体5.1.4PN结的形成及特性当多子扩散运动和少子漂移运动达到动态平衡时，在界面两侧形成的正负离子区称为空间电荷区，这就是PN结。1.PN结的形成动画演示2.PN结的单向导电性正向偏置的PN结反向偏置的PN结PN结正向偏置时正向电流较大，反向偏置时反向电流很小，这就是结的单向导电性。3.PN结的其它特性(1)温度特性(2)击穿特性a.雪崩击穿b.齐纳击穿(3)电阻特性(4)电容特性a.扩散电容b.势垒电容4.PN结的高频等效电路及最高工作频率PN结的高频等效电路PN结既表

6、现出非线性电阻的特性，又表现出非线性电容的特性，总效果相当于结电容CJ与结电阻r并联。为保证PN结的单向导电性不被破坏，所允许加在PN结上的交变电压的最高频率，称为PN结的最高工作频率。5.2半导体二极管5.2.1半导体二极管的结构5.2.2半导体二极管的伏安特性及其参数5.2.3半导体二极管的等效电路5.2.1半导体二极管的PN结构二极管是由一个结加上相应的电极引线和管壳做成的。二极管的类型很多,按制造二极管的材料分,有硅二极管和锗二极管。从管子的结构来分,分为点接触型、面接触型和平面型三种。5.2.2半导体二极管的

7、伏安特性及其参数描述二极管的性能，一般用伏安特性。伏安特性是指二极管两端的电压与流过二极管的电流之间的关系。锗二极管的伏安特性曲线硅二极管的伏安特性曲线比较硅管与锗管的特性曲线可知：共同点:硅二极管与锗二极管都具有单向导电性。2.在反向区域，硅管反向电流比锗管小得多，通常硅管为几微安到几十微安，而锗管可达几百微安。不同点：1.在正向区域，锗管大约在0.2～0.4伏左右，电流就开始显著增长了；而硅管则在0.6～0.8伏左右，电流才开始显著增大。可是锗管电流上升的曲线不如硅管的陡，这说明硅管一经导通后电流便迅速增加。2.二

8、极管的主要参数(1)最大整流电流ＩＦM它是二极管允许通过的最大正向平均电流。工作时应使平均工作电流小于ＩFM,如超过ＩＦM,二极管将过热而烧毁。此值取决于ＰＮ结的面积、材料和散热情况。外加反向电压时，二极管有反向电流通过。随后反向电压继续增加时，反向电流几乎不变，这个电流称反向饱和电流ＩS。(2)反向特性与反向电流ＩS(3)反向