模电课件-第三章二极管及其基本电路

《模电课件-第三章二极管及其基本电路》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章二极管及其基本电路信息学院专业基础部模拟电子技术－康华光3.1半导体的基本知识3.1.1半导体材料3.1.2半导体的共价键结构3.1.3本征半导体3.1.4杂质半导体3.1.1半导体材料根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导体：能导电的物质，如金属：铜、铝、铁等。绝缘体：不导电的物质，如橡皮、陶瓷和石英等。半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间，典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等3.1.2半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构3.1.3本征半导体本征半导体——纯净的半导体。T=0K时本征半导体中没有可以自

2、由移动的带电粒子（即载流子），处于不导电状态，相当于绝缘体。当半导体受光和热的激发时，价电子脱离原子核和共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，被称为空穴。这种产生自由电子和空穴对的现象称为本征激发。半导体里的载流子有两种：自由电子和空穴。3.1.4杂质半导体在本征半导体中掺入三价或五价元素称为杂质半导体。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。N型半导体五价杂质原子多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。多数载流子（多子）－－自由电子(主要由掺杂形成)少数载流子（少子）－－空穴(

3、本征激发形成，受温度影响较大)提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。P型杂质半导体三价杂质原子与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由本征激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。3.2PN结的形成及特性3.2.1PN结的形成3.2.2PN结的单向导电性3.2.1PN结的形成在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。对于P型半导体和N型半导体结合面，形成的空间电荷区称为PN结（耗尽层）

4、。N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:因浓度差空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区3.2.3PN结的单向导电性当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。(1)PN结加正向电压时加入正向外电场内电场被消弱多子的扩散增强形成一个较大的扩散电流3.2.3PN结的单向导电性(2)PN结加反向电压时外电场增强了内电场，使空间电荷区变得更宽，进一步抑制了多子的扩散，加强了少子的漂移，形成

5、漂移电流，在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。结论：PN结具有单向导电性。(3)PN结V-I特性表达式其中PN结的伏安特性IS——反向饱和电流VT——温度的电压当量且在常温下（T=300K）(4)PN结的反向击穿当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。3.3半导体二极管3.3.1半导体二极管的结构3.3.2二极管的伏安特性3.3.3二极管的主要参数3.3.1半导体二极管的结构在PN结上加上引线和封装，就成为一个

6、二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型两大类。(1)点接触型二极管点接触型特点：PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。面接触型(2)面接触型二极管(b)面接触型特点：PN结面积大，用于工频大电流整流电路。二极管的符号3.3.2二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线可用下式表示锗二极管2AP15的V-I特性硅二极管2CP10的V-I特性3.3.3二极管的主要参数P71页(1)最大整流电流IF(2)反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM(3)反向电流IR(4)正向压降VF(5)极间电容CJ（CB、CD）3.4二极管基本电路及其分析方法3.4.1简单

7、二极管电路的图解分析方法3.4.2二极管电路的简化模型分析方法3.4.1简单二极管电路的图解分析方法二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V-I特性曲线。例3.4.1电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD。解：由电路的KVL方程，可得即是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点3.4.2二极管电路的简化模型分析方法1.二极管V-I特性的建模（1）理想模型（a

8、）V-I特性（b）代表符