半导体二极管及基本电路.ppt

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1、第一章半导体二极管及基本电路模拟电子技术基础第一章半导体二极管及基本电路1.1半导体的基本知识1.2PN结的形成及特性1.3二极管及伏安特性1.5二极管基本电路及分析方法1.6特殊二极管1.4二极管的等效模型1.1半导体的基本知识一、本征半导体无杂质稳定的结构本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。1、半导体导电物质可分为：导体：金属绝缘体：惰性气体、橡皮、瓷等半导体：介于以上两者之间，如硅、锗等半导体的导电特性：1、半导体导电能力受环境影响很大（1）受温度：当温度改变时，其导电能力改变热敏元件（2）受光照：当光照强度改变时，其导电能力改变光敏元件2、半导体中掺入杂质，

2、其导电能力大大增强2、本征半导体（纯半导体）Si：14个电子2）8）4Ge：32个电子2）8）18）44价元素价电子数可决定物质化学性质（1）（2）晶体结构晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健SiSiSiSiSiSiSiSi自由电子空穴本征激发产生成对的自由电子和空穴（3）本征半导体的导电机理温度愈高或光照越强，晶体中产生的成对的自由电子和空穴便愈多。自由电子和空穴形成两种载流子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。注意：(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；(

3、2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。二、N型半导体和P型半导体（杂质半导体）多余电子磷原子在本征半导体中掺入微量的5价元素，形成N型半导体。SiSiSiSip+在常温下即可变为自由电子1、N型半导体多数载流子：自由电子少数载流子：空穴动画2、P型半导体SiSiSiSiB–硼原子空穴注意：无论N型或P型半导体都是中性的（其正负电荷数相等），对外不显电性、不带电。在本征半导体中掺入微量的3价元素，形成P型半导体。多数载流子：空穴少数载流子：自由电子动画杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导

4、电性越强，实现导电性可控。1.在杂质半导体中多子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量（a.减少、b.不变、c.增多）。abc4.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是，N型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）ba1.2PN结及单向导电性一、PN结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P型半导体N型半导体扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称PN结－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－

5、形成空间电荷区1、扩散运动由于浓度不同，多子运动，形成内电场，阻碍了多子继续扩散。2、漂移运动少子在内电场的作用下形成漂移运动。动画又称为耗尽层二、PN结的单向导电性1、PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄P接正、N接负外电场I外电场克服内电场，使多子不断扩散，形成较大的扩散电流，此时PN结呈现低阻，处于导通状态内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++动画+–PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。2、PN结加反向电压（反向偏置）外电场P接负、N接正内电场PN+++－－－－－－+++

6、++++++－－－－－－－－－++++++－－－动画–+PN结变宽IS外电场加强内电场，使多子不能扩散，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。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。热击穿——不可逆雪崩击穿齐纳击穿——可逆电击穿PN结的电流方程常温下的电压当量UT：IS：PN结反向饱和电流3、PN结的电容效应1.势垒电容PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相

7、同，其等效电容称为势垒电容CB。2.扩散电容PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容CD。结电容：结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！1.3半导体二极管及伏安特性一、基本结构、符号金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(a)点接触型二极管就是一个PN结。1、结构：P区为正（阳）极，N区为负（阴）极铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(b)面接触型阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅(c)平面型阴极阳极D2、符号：将PN结封装，引出两个