模拟电子技术项目式教程 教学课件 作者 张惠荣 学习单元1.ppt

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1、学习单元1半导体二极管的分析与应用任务1.1半导体二极管的认知任务1.2半导体二极管基本应用电路的分析任务1.3特种二极管的认知学习目的要知道：N型和P型半导体的区别、PN结的导电特性、硅和锗二极管阈值电压和正向导通电压值、温度对二极管特性和参数的影响、常用特种二极管以及倍压整流使用要点。会计算：用等效电路法计算二极管电路参数；单相桥式整流电路、单相桥式整流电容滤波电路的输出电压、输出电流。会画出：单相桥式整流电容滤波电路、二极管限幅电路的输出波形。会确定：选用二极管、滤波电容、变压器所依据的主要参数。会分析：单相桥式整流电容滤波电路中故障原因。会

2、判断：用万用表判断二极管管脚极性和质量好坏。任务1.1半导体二极管的认知1.1.1PN结1．本征半导体几乎不含杂质的纯净半导体称为本征半导体。目前用于制造半导体器件的材料有硅（Si）、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、磷化铟(InP)等，其中以硅和锗最为常用。硅和锗制成单晶体后，都是共价键结构。硅和锗的原子最外层有4个价电子。图1-1表示了硅或锗晶体的共价键结构。图1-1硅或锗晶体共价键结构示意图1）本征半导体中的两种载流子——电子和空穴在本征半导体中，原子外层价电子所受到原子核的束缚力没有绝缘体里价电子那么大，因此在室温下，

3、总有少数价电子因受热而获得能量，摆脱原子核的束缚，从共价键中挣脱出来，成为自由电子。与此同时，失去价电子的硅或锗原子在该共价键上留下了一个空位，这个空位称为空穴。由于本征硅或锗每产生一个自由电子必然会有一个空穴出现，即电子与空穴成对出现，称为电子空穴对。如图1-2所示。在室温下，本征半导体内产生的电子空穴对数目是很少的。图1-2本征硅或锗中电子和空穴成对出现表示自由电子表示空穴由此可见，在本征半导体中，有自由电子和空穴两种带电粒子，它们在半导体中均可自由运动，不过这种杂乱自由运动不会使本征半导体呈现电性。当本征半导体处在外界电场作用下，其内部自由

4、电子逆外电场方向定向运动，形成电场作用下的漂移电子流，空穴顺外电场方向定向运动，形成电场作用下的漂移空穴流，因为在电场作用下，自由电子带负电荷，空穴带正电荷，它们都对形成电流做出贡献，因此称自由电子为电子载流子，空穴为空穴载流子。在本征半导体中，既有电子载流子，又有空穴载流子，存在两种载流子是半导体导电的一个重要特征。本征半导体在外电场作用下，其电流应为电子流与空穴流之和。2）本征半导体的热敏特性和光敏特性当温度升高或光照增强，本征半导体内原子运动加剧，有较多的电子获得能量成为自由电子，即电子空穴对增多，与此同时，又使复合的机会相应增多，最后达到一

5、个新的相对平衡，这时电子空穴对的数目自然比原先多，所以本征半导体中电子空穴对的数目与温度或光照有密切关系。温度越高或光照越强，本征半导体内载流子数目越多，导电性能越好，这就是本征半导体的热敏特性和光敏特性。2．杂质半导体掺入杂质的半导体称为杂质半导体。杂质半导体有P型半导体和N型半导体两大类。1）P型半导体如果在本征半导体中掺入微量三价元素，如硼(B)、铟(Iｎ)等，在半导体内就产生许多空穴，这样就形成了P型半导体，也叫空穴型半导体。图1-3P型半导体结构示意图在P型半导体中，有因掺入三价杂质而产生的空穴和本征激发所产生的电子空穴对，从而空穴载流子

6、数远大于电子数，所以P型半导体中空穴是多数载流子，简称“多子”，电子是少数载流子，简称“少子”。掺入的杂质原子由于产生空穴便可以接受一个电子，三价杂质原子由于接受一个电子成为一个负离子，即每掺入一个三价杂质原子便形成一个空穴和相应形成一个负离子，但整个P型半导体呈现电中性。如图1-4所示。P型半导体中多子浓度取决于所掺杂质的多少，少子由于是本征激发形成的，它的浓度与温度有密切的关系。图1-4P型半导体中的载流子P型半导体在外界电场作用时，多子空穴形成的空穴电流远大于少子电子形成的电子电流，P型半导体是一种以多子空穴导电为主的半导体，所以它又称为空穴

7、型半导体。2）N型半导体如果在本征半导体中掺入微量五价元素，如磷（P），砷（As）等，在半导体内产生许多电子，这样就形成了Ｎ型半导体，也叫电子型半导体。图1-5N型半导体结构示意图在N型半导体中，有因掺入五价杂质而产生的电子与本征激发所产生的电子空穴对，从而电子载流子数远大于空穴数，所以电子是N型半导体中的多子，空穴是N型半导体中的少子。掺入的杂质原子由于给出一个电子便成为一个杂质正离子，每掺入一个五价杂质原子便贡献一个自由电子，而且相应形成一个正离子，但整个N型半导体呈现电中性。如图1-6所示。N型半导体中多子的浓度取决于掺入杂质的多少，少子由于

8、是本征激发形成的，它的浓度与温度有密切的关系。图1-6N型半导体中的载流子N型半导体处在外界电场作用时，由多子电子形成电子