第1章半导体二极管及其应用电路ppt课件.ppt

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1、模拟电子技术基础第1章半导体二极管及其应用电路半导体基础知识1.1半导体二极管1.2二极管组成的基本应用电路1.31.1.1本征半导体1.1半导体基础知识导电性能介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，如硅、锗、硒、砷化镓等。常用的半导体材料是硅（Si）和锗（Ge），它们都是4价元素，原子的最外层轨道上都有4个价电子，完全纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子。自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴。共价键一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的

2、浓度加大。动态平衡本征激发复合运载电荷的粒子称为载流子，半导体中有两种载流子参与导电。外加电场时，自由电子作定向运动形成电子电流。价电子递补空穴的运动形成空穴电流。总电流是电子电流和空穴电流之和。1.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为杂质半导体。1.N型半导体在本征半导体中掺入五价元素，例如磷，砷等，称为N型半导体。磷（P）多数载流子——自由电子少数载流子——空穴施主原子N型半导体主要靠电子导电，掺入杂质越多，电子浓度越高，导电性越强。2.P型半导体在本征半导体中掺入三价元素，例如硼、镓等，称为P型半导体。多数载流子——空穴少数载流子——自由电子硼（

3、B）受主原子P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强。少子浓度——与温度有关多子浓度——由掺杂决定1.1.3PN结1.PN结的形成物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。扩散运动P区空穴浓度远高于N区。N区自由电子浓度远高于P区。扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场。因内电场作用所产生的运动称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。漂移运动由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N区运

4、动。也称“耗尽层”2.PN结的单向导电性（1）PN结外加正向电压PN结加正向电压导通：耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。2.PN结的单向导电性（2）PN结外加反向电压PN结加反向电压截止：耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。3.PN结的电容效应PN结具有电容效应，与之等效的电容，称为结电容。结电容一般都很小，结面积小的约1pF左右，结面积大的大约几十至几百pF。对于低频信号呈现很大的容抗，其作用可以忽略不计，只有在信号频率较高时才考虑结电容的影响。若PN结外加电压频率高到一定程度，则

5、失去单向导电性！考虑结电容时的等效电路1.2半导体二极管1.2.1二极管的结构和类型将PN结加上两个电极引线和管壳，就成为半导体二极管。小功率二极管大功率二极管稳压二极管发光二极管点接触型：它的PN结面积很小，因此不能通过较大电流，但由于结电容小，能在高频下工作，故一般适用于高频检波和小功率的工作，也用作数字电路中的开关元件。面接触型：结面积大，结电容大，故可通过较大电流，适用于低频及大功率整流电路中。平面型：它用二氧化硅作保护层，使PN结不受污染，从而大大减小了PN结两端的漏电流。因此，它的质量较好，批量生产中产品性能比较—致。其中PN结面积大的可用作大功率整流和调整管，PN结

6、面积小的可作高频管或高速开关管。材料开启电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.5~0.8V1µA以下锗Ge0.1V0.1~0.3V几十µA1.2.2二极管的伏安特性曲线二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。开启电压反向饱和电流击穿电压二极管的电流方程：常温下（T=300K），≈26mV。从二极管的伏安特性可以看出：1.单向导电性正向特性为指数曲线反向特性为横轴的平行线2.伏安特性受温度影响性T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓→反向饱和电流IS↑，U(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移增大1倍/10℃1.2.3二极管的主要参数(1)最大整流电流IFM二极管长

7、期连续工作时，允许通过的最大正向平均电流。(2)最高反向工作电压VRM保证二极管不被反向击穿而允许外加的最大反向电压。(3)反向饱和电流IS——是管子未击穿时的反向电流值。IS越小，二极管的单向导电性越好。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。(4)最高工作频率fM——fM是二极管工作的上限频率。超过此值，由于结电容的作用，二极管的单向导电性将不能很好的体现。C+-当f很高时，很小，电容近似短路，二极管失去单向导电作用。C？1.2.4二极管的等效模型1