模电四版康华光教学课件

3.1半导体的基本知识半导体的基本知识3.1.2 半导体的共价键半导体的共价键+43.1.1 半导体材料半导体材料电阻率：电阻率：103 109 cm 4价元素：价元素：硅（硅（14）Si 锗（锗（32）Ge 3、5族化合物：族化合物：砷化镓砷化镓GaAs3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体、空穴及其导电作用两种载流子：两种载流子：（1）自由电子）自由电子（2）空）空 穴：穴：3.1.4 杂质半导体杂质半导体 多数载流子：空穴多数载流子：空穴 少数载流子：电子少数载流子：电子1.P型半导体型半导体2.N型半导体型半导体 多数载流子：电子多数载流子：电子 少数载流子：空穴少数载流子：空穴3.2 PN结的形成及其特性结的形成及其特性多子扩散：浓度差多子扩散：浓度差少子漂移：内电场少子漂移：内电场动态平衡形成动态平衡形成:PN结结1.PN结的形成结的形成2.PN2.PN结的单向导电性结的单向导电性外加正向电压使内电场减弱，外加正向电压使内电场减弱，多子扩散运动形成较大的正向多子扩散运动形成较大的正向电流电流I IF FI IF F随增加随增加V VF F而增加而增加 （mAmA级）级）等效为正向电阻小等效为正向电阻小（1）外加正向电压）外加正向电压 VF（2 2）外加反向电压）外加反向电压外加反向电压使内电场增外加反向电压使内电场增强，少子的漂移运动形成强，少子的漂移运动形成较小的反向电流较小的反向电流I IR RI IR R具有饱和特性（具有饱和特性（A A级）级）等效为反向电阻大等效为反向电阻大（3 3）PNPN结结V-IV-I特性的表达式特性的表达式i id d=Is(exp(v=Is(exp(vd d/V/VT T)-1)-1)VT=kT/q 当T=300K时，VT=26mV3.PN结的反向击穿结的反向击穿（1）雪崩击穿）雪崩击穿（2）齐纳击穿）齐纳击穿3.3 3.3 二极管二极管 二极管二极管 ：一个一个PNPN结就是一个二极管。结就是一个二极管。单向导电：单向导电：二极管正极接电源正极，负极接电源二极管正极接电源正极，负极接电源负极时电流可以通过。反之电流不能通过。负极时电流可以通过。反之电流不能通过。符号：符号：(1)(1)点接触型二极管点接触型二极管(2)(2)面接触型二极面接触型二极管管3.3.1 3.3.1 二极管的结构二极管的结构PNPN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。PNPN结面积大，用结面积大，用于大电流整流电路。于大电流整流电路。3.3.2 3.3.2 二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线 式中式中I IS S 为反向饱和电流为反向饱和电流，V VD D 为二极管两端的为二极管两端的电压降电压降，V VT T=kT/qkT/q 称为温度的电压当量称为温度的电压当量，k k为玻为玻耳兹曼常数，耳兹曼常数，q q 为电子电荷量，为电子电荷量，T T 为热力学温度。为热力学温度。对于室温（相当对于室温（相当T T=300 K=300 K），则有），则有V VT T=26 mV=26 mV。(1)(1)正向特性正向特性 硅硅二极管的死区电压二极管的死区电压V Vthth=0.50.8V=0.50.8V左右，左右，锗锗二极管的死区电压二极管的死区电压V Vthth=0.20.3 V=0.20.3 V左右。左右。当当0 0V VV Vthth时，正时，正向电流为零，向电流为零，V Vthth称死称死区电压或开启电压。区电压或开启电压。正向区分为两段：正向区分为两段：当当V V V Vthth时，开始时，开始出现正向电流，并按出现正向电流，并按指数规律增长。指数规律增长。当当V VBRBRV V0 0时，时，反向电流很小，且基反向电流很小，且基本不随反向电压的变本不随反向电压的变化而变化，此时的反化而变化，此时的反向电流也称向电流也称反向饱和反向饱和电流电流I IS S 。(2)(2)反向特性反向特性 硅二极管硅二极管的反向击的反向击穿特性比较硬、比较穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也陡，反向饱和电流也很小；很小；锗二极管锗二极管的反的反向击穿特性比较软，向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。饱和电流较大。(3)(3)反向击穿特性反向击穿特性 当当VVVVBRBR时，反向电流急剧增加，时，反向电流急剧增加，V VBRBR称为称为反向击穿电压反向击穿电压 。3.3.3 3.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数(1)(1)最大整流电流最大整流电流I IF F(2)(2)反向击穿电压反向击穿电压V VBRBR(3)(3)反向电流反向电流I IR R(4)(4)正向压降正向压降V VF F在室温，规定的反向电压下，最大反向工作电压下的反向在室温，规定的反向电压下，最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)(nA)级；锗二极级；锗二极管在微安管在微安(A)A)级。级。在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。硅二极管约在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。硅二极管约0.60.60.8V0.8V；锗二极管约；锗二极管约0.20.20.3V0.3V。二极管连续工作时，允许流过的最大整流电流的平均值。二极管连续工作时，允许流过的最大整流电流的平均值。二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压穿电压V VBRBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压V VRMRM一般只按反向击穿电压一般只按反向击穿电压V VBRBR的一半计算。的一半计算。二极管基本电路分析二极管基本电路分析3.4 3.4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法二极管模型二极管模型二极管模型二极管模型正向偏置时：正向偏置时：管压降为管压降为0 0，电阻也为，电阻也为0 0。反向偏置时：反向偏置时：电流为电流为0 0，电阻为，电阻为。当当i iD D11m mA A时，时，v vD D=0.7V=0.7V。1.1.1.1.理想模型理想模型理想模型理想模型2.2.2.2.恒压降模型恒压降模型恒压降模型恒压降模型3.3.3.3.折线模型折线模型折线模型折线模型（实际模型）（实际模型）4.4.4.4.小信号模型小信号模型小信号模型小信号模型二极管电路分析二极管电路分析二极管电路分析二极管电路分析1.1.静态分析静态分析例例1 1：求VDD=10V时，二极管二极管的电流ID、电压VD 值。解：解：1.1.1.1.理想模型理想模型理想模型理想模型正向偏置时：管压降为0，电阻也为0。反向偏置时：电流为0，电阻为。2.2.2.2.恒压降模型恒压降模型恒压降模型恒压降模型3.3.3.3.实际模型实际模型实际模型实际模型当iD1mA时，vD=0.7V。2.2.限幅电路限幅电路VRVmvit0V Vi i V VR R时，二极管导通，时，二极管导通，v vo o=v=vi i。V Vi i V 3.6V 3.6V时，二极管导通，时，二极管导通，v vo o=3.6V=3.6V。V Vi i 3.6VVV1 1时，时，D D1 1导通、导通、D D2 2截止，截止，V Vo o=V=V1 1。V Vi iVV2 2时，时，D D2 2导通、导通、D D1 1截止，截止，V Vo o=V=V2 2。V V2 2 V Vi iVV1 1时，时，D D1 1、D D2 2均均截止，截止，V Vo o=V=Vi i。解:例例6 6：画出理想二极管电路的传输特性（画出理想二极管电路的传输特性（V Vo o V VI I）。）。当VI0时D1截止D2导通0VIVO-5V+5V+5V-5V+2.5V-2.5V3.5 3.5 特殊二极管特殊二极管1.1.稳压二极管稳压二极管 稳压二极管在工作时应反稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。接，并串入一只电阻。电阻起限流作用，保护稳电阻起限流作用，保护稳压管；其次是当输入电压或压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。电流，从而起到稳压作用。(2)动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流I IZ Z下，下，所对应的反向工作电压。所对应的反向工作电压。r rZ Z=V VZ Z/I IZ Z，r rZ Z愈小，反映稳愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。压管的击穿特性愈陡。(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM 最大功率损耗取决于最大功率损耗取决于PNPN结的面积和散热等条件。反向工作结的面积和散热等条件。反向工作时时PNPN结的功率损耗为结的功率损耗为 P PZ Z=V VZ Z I IZ Z，由，由 P PZMZM和和V VZ Z可以决定可以决定I IZmaxZmax。(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流和最小稳定工作电流IZmin 最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即P PZmax Zmax=V VZ ZI IZmax Zmax。而而I Izminzmin对应对应V VZminZmin。若若I IZ ZI IZminZmin则不能稳压。则不能稳压。(1)稳定电压稳定电压VZ主要参数主要参数:例：例：IR IZ Io稳压管的稳压过程。稳压管的稳压过程。RLIoIRVoIZIRVo 正向电流通过正向电流通过PNPN结时，电子与空穴复合释放能结时，电子与空穴复合释放能量产生光子。量产生光子。2.2.发光二极管（发光二极管（LEDLED）作业作业:P97:P973.4.13.4.23.5.2谢谢你的阅读v知识就是财富v丰富你的人生