半导体器件基础第2讲

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1、小结本讲主要介绍了以下基本内容：PN结形成：扩散、复合、空间电荷区（耗尽层、势垒区、阻挡层、内建电场）、动态平衡PN结的单向导电性：正偏导通、反偏截止PN结的特性曲线：正向特性：死区电压、导通电压反向特性：反向饱和电流、温度影响大击穿特性：电击穿（雪崩击穿、齐纳击穿）、热击穿PN结的电容效应：势垒电容、扩散电容1.2.4半导体二极管及其参数二极管(Diode)=PN结+管壳+引线结构：分类：1.半导体二极管的结构及分类按材料分：硅二极管、锗二极管按结构分：点接触型、面接触型和平面型(1)点接触型二极管PN结面积小，结电

2、容小，用于检波和变频等高频电路。(2)面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(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。NP半导体二极管的符号：ak阳极阴极电流方向由P区引出的电极称为阳极（正极）由N区引出的电极称为阴极（负极）+-U二、半导体二极管的伏安特性反向饱和电流电子电量玻尔兹曼常数当T=300K：UT=26mv温度的电压当量PN结两端的电压降流过PN结的电流当u>0u>>UT时当u<0

3、u

4、>>

5、UT

6、时(1)正向特性(2)反向特性伏安特性曲线：uEi

7、VmAuEiVuA硅：0.5V导通压降反向饱和电流死区电压击穿电压UBR硅：0.6~0.8V典型值为0.7V锗硅/mA/µA锗：0.1~0.3V锗：0.1V2.半导体二极管的伏安特性PN结的伏安特性曲线在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。3.半导体二极管的主要参数（1）直流电阻RD：指二极管两端所加直流电压与流过它的直流电流之比。RD不是恒定值，在正向工作区域，RD随UD增大而减小，在反向工作

8、区域，RD随UD增大而增大。（2）交流电阻rd：指二极管在其工作点Q（UDQ,IDQ)处的电压微变量与电流微变量之比。rd几何意义：指二极管伏安特性曲线上Q点处切线斜率的倒数。据伏安特性方程，可得(3)最大整流电流IFM—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。(4)反向击穿电压UBR——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UBR。最大反向工作电压URM为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压URM一般只按反向击穿电压UBR的一半计算。(5)反向电流IS——在室温下，在规定的反向

9、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。(6)最高工作频率fM——由PN结的结电容大小决定，二极管的工作频率超过fM时，单向导电性变差。1.2.5二极管的电路模型1.理想模型理想模型是指在正向偏置时，其管压降为零，相当于开关的闭合。当反向偏置时，其电流为零，阻抗为无穷，相当于开关的断开。具有这种理想特性的二极管也叫做理想二极管。在实际电路中当电源电压远远大于二极管的管压降时，利用此模型分析是可行的。2.定压降模型定压降模型是指二极管在正向导通时，其管压降为恒定值；截止时反向

10、电流为零。硅管的管压降0.7V，锗管的管压降为0.3V。3.分段线性模型二极管正向电压大于UD(ON)后其电流I与U成线性关系，直线斜率为1/RD。二极管截止时反向电流为零。二极管的应用举例例1钳位电路电路如图所示，若UA、UB两点电位分别为0V、3V不同组合时，计算输出电压UO值，并分析二极管的工作状态。设二极管为硅二极管，导通压降为0.7V。(1)UA=0VUB=0VVD1、VD2均正向导通UO＝0.7V(2)UA=3VUB=3VVD1、VD2均正向导通UO＝3.7V(3)UA=0VUB=3VVD1正向导通VD2截

11、止UO＝0.7V二极管VD1两端电位差大而优先导通(4)UA=3VUB=0VVD2正向导通VD1截止UO＝0.7V二极管VD2优先导通如何判断二极管是否导通：判断二极管工作状态时，可先将二极管断开，然后比较两极电位。如果处于正偏，则二极管导通；否则截止。电位差大的优先导通。例2：写出图示各电路的输出电压值，设二极管导通电压UD=0.7V。UO1=1.3VUO2=0VUO3=-1.3V例3ui=2sint(V)，画出输出电压uo的波形。ui较小，宜采用恒压降模型0.7v

12、.7vui0.7vu2导通u1截止ui<0.7vu1导通u2截止uO=0.7vOtuO/v0.7Otui/v20.7思考题:v1、v2支路各串联恒压源，输出波形如何？ui=5sint(V)，画出输出电压uo的波形。二极管是理想的。++--uiuoRD1D22V2V练习估算图示电路中流过二极管的电流ID和U，二极管是理想的