《直流稳压》课件

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1、模拟电子技术基础第1章二极管及其基本电路第1章二极管及其基本电路学习重点：PN结的基本知识半导体二极管的结构、伏安特性、应用电路。学习内容:PN结的基本知识、半导体二极管、半导体二极管。第1章二极管及其基本电路1.1半导体基础理论知识半导体材料（semiconductormaterial）导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感，在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。硅（Si）和

2、锗（Ge）是主要的半导体材料，其中硅（Si）是占据了90％以上的半导体材料份额。硅和锗材料在电子、冶金、化工、军事、航天等领域有广泛的用途。第1章二极管及其基本电路本征半导体本征半导体——完全纯净的、结构完整的半导体材料称为本征半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。本征激发（热激）：当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。本征半导体的原子结构及共价键共价键内的

3、两个电子由相邻的原子各用一个价电子组成，称为束缚电子。图1.1所示为硅和锗的原子结构和共价键结构。第1章二极管及其基本电路本征半导体的两种载流子温度越高，半导体材料中产生的自由电子便越多。束缚电子脱离共价键成为自由电子后，在原来的位置留有一个空位，称此空位为空穴。本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，数目相同。图1.1所示为本征激发所产生的电子空穴对。图1.1本征激发产生电子空穴对第1章二极管及其基本电路N型和P型杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。

4、掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质后的本征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，可形成N型半导体,也称电子型半导体。因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而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。N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由热激发形成。如图1.2所示。第1章二极管及其基本电路N型半导体图1.2N型半导体的共价键结构第1章二极管及其基本电路P型半导体本征半导体

5、中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成P型半导体，也称为空穴型半导体。因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。P型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。P型半导体的结构示意图如图1.3所示。图1.3P型半导体共价键结构第1章二极管及其基本电路PN结的行成及其单向导电性将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一

6、个特殊的薄层→PN结。半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。形成如下物理过程:因浓度差多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区内电场内电场促使少子漂移,内电场阻止多子扩散。最后多子扩散和少子的漂移达到动态平衡。如图1.4所示。第1章二极管及其基本电路图1.4P型和N型半导体交界处载流子的扩散第1章二极管及其基本电路由于空穴和

7、自由电子均是带电的粒子，所以扩散的结果使P区和N区原来的电中性被破坏，在交界面的两侧形成一个不能移动的带异性电荷的离子层，称此离子层为空间电荷区，这就是所谓的PN结，如图1.5所示。在空间电荷区，多数载流子已经扩散到对方并复合掉了，或者说消耗了，因此又称空间电荷区为耗尽层。图1.5PN结的形成第1章二极管及其基本电路PN结单向导电性PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。如果外加电压使PN结中：P区的电位高于N区的电位，称为加正向电

8、压，简称正偏；P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏。PN结加正向电压时的导电情况PN结加正向电压时的导电情况如图1.6所示。外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响,PN结呈现低阻性。第1章二极管及其基本电路图1.6PN结加正向电压时的导电情况第1章二极管及其基本电路PN结加反向电压时的导电情况PN结加反向电压时的导电情况如图1.7所示。外加的反向电压有