二极管及其基本电路

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1、3二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识3.3半导体二极管3.4二极管基本电路及其分析方法3.5特殊二极管3.2PN结的形成及特性典型的半导体材料元素硅（Si）、锗（Ge）化合物砷化镓（GaAs）掺杂元素硼（B）、磷（P）3.1半导体的基本知识半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间，当受外界光和热刺激或加入微量掺杂,导电能力显著增加。本征半导体本征半导体——化学成分纯净（99.99999％）的半导体单晶体。须在单晶炉中提炼得到。它在物理结构上呈单晶体形态,绝对零度时，价电子无法挣脱本身原子核束缚，此时本征半导体呈现绝

2、缘体特性。本征半导体的导电机制：本征激发＋外电场使自由电子导电杂质半导体杂质半导体：为了提高半导体的导电能力，人为掺入某些微量的有用元素作为杂质，称为杂质半导体。在提炼单晶的过程中一起完成。掺杂是为了显著改变半导体中的自由电子浓度或空穴浓度，以明显提高半导体的导电性能。三价元素掺杂——P型半导体五价元素掺杂——N型半导体半导体材料－本征半导体结构－半导体掺杂半导体的导电机制－自由电子、空穴多数载流子（多子）、少数载流子（少子）本节中的有关概念掺杂半导体－N型半导体、P型半导体小结P型半导体中含有受主杂质，在室温下，受

3、主杂质电离为带正电的空穴和带负电的受主离子。N型半导体中含有施主杂质，在室温下，施主杂质电离为带负电的电子和带正电的施主离子。半导体的正负电荷数是相等的,他们的作用互相抵消,因此保持电中性。掺杂产生的是多子，本征激发产生的是少子。3.2PN结的形成及特性3.2.2PN结的形成3.2.3PN结的单向导电性3.2.4PN结的反向击穿3.2.5PN结的电容效应*3.2.1载流子的漂移与扩散3.2.1载流子的漂移与扩散漂移运动：在电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。

4、（1）两边的浓度差引起载流子的扩散运动（2）复合形成内电场：阻挡扩散，促使漂移（3）扩散和漂移动态平衡：PN结（空间电荷区、耗尽层、势垒区）3.2.2PN结的形成外加电压才显示出来外加正向电压：P区接电源正极，或使P区的电位高于N区。P(＋)N(－)外加反向电压：N区接电源正极，或使得N区的电位高于P区。P(－)N(＋)3.2.3PN结的单向导电性PN结的单向导电性PN结正偏时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻；PN结导通PN结反偏时，仅有很小的反向漂移电流，呈现高电阻。PN结截止∴PN结具有单向导电性。3.3半导

5、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半导体二极管图片二极管的代表符号k阴极阳极a二极管的伏安特性及电流方程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µA开启电压反向饱和电流击穿电压温度的电压当量最大整流电流（平均值）IF：是指管子长期运行时允许通过的最大正向平均电流，电流太大会烧坏。如2AP1最大整流电流为16mA。反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM:VRM约为击穿电压的一半。反向电流IR：指管

6、子未击穿时的反向电流,其值愈小,则管子的单向导电性愈好。最高工作频率fM：当频率大到一定程度时，二极管的单向导电性将明显地变差。3.3.3二极管的主要参数二极管应用问题种类、型号选择－－查器件手册。正负极判断（P723.3.2）3.4二极管基本电路及其分析方法3.4.1简单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

7、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特性的建模将指数模型分段线性化，得到二极管特性的等效模型。（1）理想模型（a）V-I特性（b）代表符号（c）正向偏置时的电路模型（d）反向偏置时的电路模型在实际电路中,当电源电压远比二极管的管压降大时,利用此法是可行的。3.4.2

8、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（2）恒压降模型（a）V-I特性（b）电路模型（3）折线模型（a）V-I特性（b）电路模型典型值是0.7V只有当二极管的电流iD近似等于或大于1mA时才是正确的。Vth约为0.5V；（a）V-I特性（b）电路模型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（4）小信号模型