模电第一章二极管课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章,半导体二极管,1,概况一,点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容,整体概述,概况三,点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容,概况二,点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容,2,1.1,半导体的基本知识,在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。,典型的半导体是,硅,Si,和,锗,Ge,，,它们都是,4,价元素,。,硅原子,锗原子,硅和锗最外层轨道上的四个电子称为,价电子,。,3,本征半导体的共价键结构,束缚电子,在绝对温度,T=0K,时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为,自由电子,，,因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。,一,.,本征半导体,本征半导体,化学成分纯净的半导体晶体。,制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到,99.9999999%,，常称为“九个,9”,。,4,这一现象称为,本征激发，,也称,热激发,。,当温度升高或受到光的照射时，束缚电子能量增高，有的电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为,自由电子,。,自由电子,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,空穴,自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为,空穴,。,5,可见本征激发同时产生电子空穴对。,外加能量越高,（,温度越高），产生的电子空穴对越多。,与本征激发相反的现象,复合,在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。,常温,300K,时：,电子空穴对的浓度,硅：,锗：,自由电子,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,空穴,电子空穴对,6,自由电子 带负电荷 电子流,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,自由电子,E,总电流,载流子,空穴 带正电荷 空穴流,本征半导体的导电性取决于外加能量：,温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。,导电机制,7,二,.,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杂质元素，例如磷，砷等，称为,N,型半导体,。,8,N,型半导体,多余电子,磷原子,硅原子,多数载流子,自由电子,少数载流子,空穴,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,N,型半导体,施主离子,自由电子,电子空穴对,9,在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。,空穴,硼原子,硅原子,多数载流子,空穴,少数载流子,自由电子,P,型半导体,受主离子,空穴,电子空穴对,2.,P,型半导体,模拟电子技术绪论,.ppt,10,杂质半导体的示意图,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,N,型半导体,多子,电子,少子,空穴,P,型半导体,多子,空穴,少子,电子,少子浓度,与温度有关,多子浓度,与温度无关,+,N,型硅表示,P,型硅表示,11,小结：,1.,掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。,3.,杂质半导体总体上保持电中性。,4.,杂质半导体的表示方法如下图所示。,2.,杂质半导体,载流子的数目,要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。,(,a,),N,型半导体,(,b,),P,型半导体,图 杂质半导体的的简化表示法,12,内电场,E,因多子浓度差,形成内电场,多子的扩散,空间电荷区,阻止多子扩散，促使少子漂移。,PN,结合,空间电荷区,多子扩散电流,少子漂移电流,耗尽层,三,.,PN,结及其单向导电性,1 . PN,结的形成,13,少子飘移,补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，,E,多子扩散,又失去多子，耗尽层宽，,E,内电场,E,多子扩散电流,少子漂移电流,耗尽层,动态平衡：,扩散电流 漂移电流,总电流,0,势垒,U,O,硅,0.5V,锗,0.1V,14,2. PN,结的单向导电性,(1),加正向电压（正偏）,电源正极接,P,区，负极接,N,区,外电场的方向与内电场方向相反。,外电场削弱内电场,耗尽层变窄,扩散运动漂移运动,多子,扩散形成正向电流,I,F,(forward current),正向电流,15,(2),加反向电压,电源正极接,N,区，负极接,P,区,外电场的方向与内电场方向相同。,外电场加强内电场,耗尽层变宽,漂移运动扩散运动,少子漂移形成反向电流,I,R,(reverse current),P,N,在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故,I,R,基本上与外加反压的大小无关,，,所以称为,反向饱和电流,。但,I,R,与温度有关。,16,PN,结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，,PN,结导通；,PN,结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，,PN,结截止。,由此可以得出结论：,PN,结具有单向导电性。,17,3. PN,结的伏安特性曲线及表达式,根据理论推导，,PN,结的伏安特性曲线如图,正偏,I,F,（多子扩散）,I,R,（少子漂移）,反偏,反向饱和电流,反向击穿电压,反向击穿,热击穿,烧坏,PN,结,电击穿,可逆,18,1.2,半导体二极管,在,PN,结上加上引线和封装，就成为一个二极管。,二极管按结构分有,点接触型、面接触型和平面型,图,1.2.1,二极管的几种,外形,19,半导体二极管,二极管,= PN,结,+,管壳,+,引线,N,P,结构,符号,阳极,+,阴极,-,20,二极管按结构分三大类：,(1),点接触型二极管,PN,结面积小，结电容小，,用于检波和变频等高频电路。,21,(3),平面型二极管,用于集成电路制造工艺中。,PN,结面积可大可小，用,于高频整流和开关电路中。,(2),面接触型二极管,PN,结面积大，用,于工频大电流整流电路。,22,半导体二极管的型号,国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：,2AP9,用数字代表同类器件的不同规格。,代表器件的类型，,P,为普通管，,Z,为整流管，,K,为开关管。,代表器件的材料，,A,为,N,型,Ge,，,B,为,P,型,Ge,，,C,为,N,型,Si,，,D,为,P,型,Si,。,2,代表二极管，,3,代表三极管。,23,1.2.2,二极管的伏安特性,二极管的伏安特性曲线可用下式表示,硅二极管,2CP10,的,伏安,特性,正向特性,反向特性,反向击穿特性,开启电压：,0.5V,导通电压：,0.7,一、伏安特性,锗二极管,2AP15,的,伏安,特性,U,on,U,(BR),开启电压：,0.1V,导通电压：,0.2V,24,二、温度对二极管伏安特性的影响,在环境温度升高时，二极管的正向特性将左移，反向特性将下移。,二极管的特性对温度很敏感，,具有负温度系数。, 50,I,/ mA,U,/ V,0.2,0.4, 25,5,10,15,0.01,0.02,0,温度增加,25,半导体二极管图片,26,半导体二极管图片,27,半导体二极管图片,28,二,.,二极管的模型及近似分析计算,例：,I,R,10V,E,1k,D,非线性器件,i,u,RLC,线性器件,29,二极管的模型,D,U,串联电压源模型,U,D,二极管的导通压降。硅管,0.7V,；锗管,0.3V,。,理想二极管模型,正偏,反偏,导通压降,二极管的,VA,特性,30,二极管的近似分析计算,I,R,10V,E,1k,I,R,10V,E,1k,例：,串联电压源模型,测量值,9.32mA,相对误差,理想二极管模型,R,I,10V,E,1k,相对误差,0.7V,31,例：,二极管构成的限幅电路如图所示，,R,1k,，,U,REF,=2V,，输入信号为,u,i,。,(1),若,u,i,为,4V,的直流信号，分别采用理想二极管模型、理想二极管串联电压源模型计算电流,I,和输出电压,u,o,解：,（,1,）采用理想模型分析。,采用理想二极管串联电压源模型分析。,32,（,2,）如果,u,i,为幅度,4V,的交流三角波，波形如图（,b,）所示，分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形。,解：,采用理想二极管,模型分析。波形如图所示。,0,-4V,4V,u,i,t,2V,2V,u,o,t,33,0,2.7V,u,o,t,0,-4V,4V,u,i,t,2.7V,采用理想二极管串联电压源模型分析，波形如图所示。,34,二极管：死区电压,=0 .5V,，正向压降,0.7V(,硅二极管,),理想二极管：死区电压,=0,，正向压降,=0,R,L,u,i,u,O,u,i,u,o,t,t,二极管半波整流,35,电路如图所示，已知,u,i,5sin,t,(V),，二极管导通电压,U,D,0.7V,。试画出,u,i,与,u,O,的波形，并标出幅值。,36,二极管基本应用,V,a,、,V,b,有一个是低电平（,0V,）：,V,O,为低电平,V,a,、,V,b,为高电平（,5V,）：,V,O,为高电平,所以,F=AB,开关电路：,V,a,(A),V,b,(B),V,O,(F),D,1,D,2,5V,37,三,.,二极管的主要参数,(1),最大整流电流,I,F,二极管长期连续工,作时，允许通过二,极管的最大整流,电流的平均值。,(2),反向击穿电压,U,BR,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,U,BR,。,(3),反向电流,I,R,在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。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。,38,39,当稳压二极管工作在反向击穿状态下,工作电流,I,Z,在,I,zmax,和,I,zmin,之间变化时,其两端电压近似为常数,稳定电压,四、稳压二极管,稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管,正向同二极管,反偏电压,U,Z,反向击穿,U,Z,限流电阻,40,稳压二极管的主要 参数,(1),稳定电压,U,Z,(2),动态电阻,r,Z,在规定的稳压管反向工作电流,I,Z,下，所对应的反向工作电压。,r,Z,=,U,/,I,r,Z,愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。,(3),最小稳定工作 电流,I,Zmin,保证稳压管击穿所对应的电流，若,I,Z,I,Zmin,则不能稳压。,(4),最大稳定工作电流,I,Zmax,超过,I,zmax,稳压管会因功耗过大而烧坏。,41,例：稳压二极管的应用,R,L,u,i,u,O,R,D,Z,i,i,z,i,L,U,Z,稳压二极管技术数据为：稳压值,U,ZW,=10V,，,I,zmax,=12mA,，,I,zmin,=2mA,，负载电阻,R,L,=2k,，输入电压,u,i,=12V,，限流电阻,R=200 ,。若,负载电阻,变化范围为,1.5,k, 4,k,，是否还能稳压？,42,Q|A,您的问题是？,善于提问,勤于思考,问答环节,43,添加标题,添加,标题,添加,标题,添加标题,此处结束语,点击此处添加段落文本,.,您的内容打在这里，或通过,复制您的文本后在此框中选择粘贴并选择只保留文字,44,感谢观看,The user can demonstrate on a projector or computer, or print the presentation and make it into a film,45,