电气器件及电子电路基础 第一章 半导体二极管及其电路分析课件.ppt

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1、第一篇电子器件与电子电路基础第一章半导体二极管及其电路分析1.1.0PN结的机理和特性半导体材料：硅(Si)，锗(Ge)，砷化锗(GaAs)半导体的导电特性**导电能力:介于导体和绝缘体之间****电阻率:10-3-----10-9Ohm.cm****PN结是理解半导体器件的基础**纯净（本征）SI原子晶体结构载（电）流子：空穴，电子载流子浓度（室温：三万亿分子一）载流子浓度与温度关系*T每升10度，浓度增一倍*本征激发1本征激发2掺5价元素（磷等）多数载流子（施主原子）：电子少数载流子子：空穴N（Negative）型掺杂半导体*掺杂浓度百万分之一**多数载流子

2、主要由掺杂浓度决定，热激发可忽略不计*杂质半导体的电子空穴浓度关系掺3价元素（硼、砷等）多数载流子（施主原子）：空穴少数载流子子：电子P（Positive）型掺杂半导体*掺杂浓度百万分之一**多数载流子主要由掺杂浓度决定，热激发可忽略不计*杂质半导体的电子空穴浓度关系载流子的运动方式扩散运动（截流子浓度不平衡产生）漂移运动外电场作用引起PN结（PNJunction）将P型半导体和N型半导体“焊接”在一起（1）多子扩散产生内建电场**扩散与漂移达到动态平衡**（2）内建电场阻止多子扩散（3）内建电场促进少子漂移PN结空间电荷层阻挡层耗尽层不对称PN结（PNJunc

3、tion）PN结的导电特性1、正偏（Forward-Biased）（1）外建电场削弱内电场，空间电荷区变薄（2）多子扩散增强，少子漂移作用减弱。多子占优PN结正向特性（3）正偏时PN结有较强导电能力，相当于一个小电阻（低阻）2、反偏（Reverse-Biased）（1）外建电场与内电场一致空间，空间电荷区变厚（2）多子扩散减弱，少子漂移增强。少子占优（3）少子浓度很低，导电能力弱，PN结反偏时等效大电阻（高阻）（4）少子浓度与与温度密切，反向导电能力随T变化PN结反向特性3、PN结伏安特性的理论公式（T=25度时VT=26mv）**IS常温下的反向电流**正向电

4、特性特点（V较大时）**正向电流增加十倍，电压才增60mV（近似恒压）**反向电特性特点**反向偏置时电流很小，且几乎恒定不变**（1）温度每升10度，IS增一倍（2）正偏电压具负温度系数（3）极限温度（SI=150~200度）PN结上述电气特性不再存在3、温度对PN结电气特性的影响**反偏电流由少子决定，而少子浓度受温度影响较大****本征激发少子浓度或能超过杂质原子提供的多子浓度**（1）反偏电压超过反向击穿电压VBR电流急剧增（恒压）（2）击穿时PN结功率=VZ*IBR防止烧坏需限流雪崩击穿（AvalancheBreakdown）齐纳击穿（ZenerBre

5、akdown）4、PN结的反向击穿特性（3）击穿分类**VZ较小，且温度系数负*****VZ较大，且温度系数正***（1）势垒电容CB（BarrierPotentialCap）**空间电荷层随外加电压产生厚薄变化造成电荷增减，等效电容1~100pF，正偏时值较大***（2）扩散电容CD（DiffusionCap）**势垒区两侧非平衡载流子的积累引起，等效电容反偏时约为0，正偏时10至100PF***（3）PN结电容CJ=CD+CB***非线性电容，正偏CD为主，反偏CB为主***5、PN结的电容效应6、PN结的等效电特性**非线性电阻的伏安特性****PN结可等

6、效成一个非线性电阻与一个非线性电容并联**1.1.1半导体二极管1、二极管结构和符号**将PN结的P和N端引出并封装后形成的器件Device**(1)典型二极管的结构**点接触型**(1)典型二极管的结构(2)二极管的电路符号**面接触型****平面接触型**2、二极管的伏安特性**与PN结的伏安特性基本相同**A点：开启（阀值，门坎）电压VthSi=0.5V,Ge=0.1VBC段：恒压区*Si=0.6~0.8VGe=0.2~0.3Vv<0段反向电流:Si=纳安级Ge=微安级***二极管主要伏安特性总结***(1)正向偏置时电流较大,具备正向导电特性****二极

7、管的最主要电气特性---单向导电性****(2)反向偏置时电流约等于反向饱和电流IS≈0,近似断开(3)反偏时,温度每升10度，反向饱和电流IS增一倍(4)正偏时,二极管两端电压具负温度系数3、二极管主要参数（1）最大整流电流IF（2）反向电流IR（3）反向击穿电压VBR（4）结电容Cj或关断时间或最高工作频率fMAX***P=VD×IF***1.1.2二极管基本应用电路分析举例1、二极管伏安特性的简化(1)中低频(1MHz以内)信号只考虑二极管电阻特性(2)中低频时二极管相当于一个非线性电阻(3)根据不同应用,对该非线性电阻进行不同的简化处理理想二极管模型(1

8、)v大于0时导通且二极管