模电基础入门ppt课件.ppt

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1、第一章晶体二极管及其应用§1-1半导体基础知识§1-2PN结与晶体二极管§1-3二极管与运用§1-4二极管应用§1-1半导体基础知识半导体的特性本征半导体杂质半导体半导体特性半导体特性掺入杂质则导电率增加几百倍掺杂特性半导体器件温度增加使导电率大为增加温度特性热敏器件光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照特性光敏器件光电器件本征半导体本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯度：99.9999999%，“九个9”它在物理结构上呈单晶体形态。常用的本征半导体Si+14284Ge+3228184+4本征半导体1.本征半导体中有两种载流子—自由电子和空穴它们是成对出现的2.在外电场的

2、作用下，产生电流—电子流和空穴流电子流自由电子作定向运动形成的与外电场方向相反自由电子始终在导带内运动空穴流价电子递补空穴形成的与外电场方向相同始终在价带内运动杂质半导体杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电率大为提高掺入的三价元素如硼B、Al、铟In等，形成P型半导体，也称空穴型半导体掺入的五价元素如磷P、砷Se等，形成N型半导体，也称电子型半导体N（Negative负）型半导体（电子型半导体）掺杂：特点：多数载流子：自由电子（主要由杂质原子提供）少数载流子：空穴（由热激发形成）少量掺入五价杂质元素（如：磷，砷等）P（Positive正）型半导体（空穴型半导体）掺杂：少量掺入

3、三价杂质（如硼、镓和铟等）特点：多子：空穴（主要由杂质原子提供）少子：电子（由热激发形成）§1-2PN结原理PN结PN结单向导电特性VPN结的接触电位内电场的建立，使PN结中产生电位差。从而形成接触电位V/导通电压UON/开启电压UT接触电位V/导通电压UON/开启电压UT决定于材料及掺杂浓度硅：V=0.7V锗：V=0.2-0.3V由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。PN结的单向导电性PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。45PN结的实质PN结=空间电荷区=耗尽层=阻挡层=势垒层=内电场=电阻PN结

4、的单向导电性单向导电性：PN结正偏时导通（大电流），PN结反偏时截止（小电流）。式中Is反向饱和电流;UT=kT/q温度电压当量。k波尔兹曼常数（1.38×10-23J/K)；T=300k（室温）时UT=26mv（很重要）PN结电流方程由半导体物理可推出：当加反向电压时：当加正向电压时：(U>>UT)PN结两端的电压与流过PN结电流的关系式§1-3二极管及应用二极管伏安特性二极管模型二极管应用一.二极管的结构与伏安特性：(一).二极管的结构（实质为一个PN结）。旧符号新符号阳极(Anode)阴极(Cathode)器件模型：由理想元件构成的能近似反映电子器件特性的等效电路。二极管的

5、伏安特性的分段线性近似模型⑴理想开关模型(用于UON<<外加电压）二极管→理想开关（如下图）正偏时正向电压=0，反偏时反向电流=0IDUUD三.二极管的模型⑵恒压源模型（用于UON和外加电压可比拟时5-10倍）：图1-20（P13）相当于一个理想二极管和一个恒压源串联，注意方向。结论：二极管反偏或正偏电压小于导通电压UON时，二极管截止，电流为零；正偏电压大于导通电压UON时，二极管导通，二极管的端电压不随电流变化→为UON恒压特性。⑶折线近似模型(自学）图1-21例1-1：P13～14解法1：图解法或负载线法。解法2：估算法。4二极管的交流小信号模型(用于工作在二极管伏安特性近似线性的正

6、偏区域时）→工作点Q处的交流电阻rd正向电压时：(1).OQ斜率的倒数是正向电阻R。(2).R与Q有关，Q不同,R也不同反向电压时：I很小，R很大。IDUDD0IUQUDID为非线性电阻：用静态电阻和动态电阻描述(一).直流电阻：四.晶体二极管的电阻：定义为：RD=UD/ID;静态工作点tg=ID/UD=1/R二极管的正向伏安特性(2).MN的斜率:tg=I/U=-1/RL0UIIDEDDRLUDEDMED/RLN(1).MN为直流负载线。UD=ED-IDRL;ID=f(UD)两条曲线的交点为静态工作点Q：(二).静态工作点：Q(3).直流电阻:RD=UD/IDQUDID作Q的切线，

7、则有:rd=U/I;或rd=dU/dI因为：I=IseU/UT;交流电导：g=dI/dU=I/(UT)交流电阻：r=1/g=UT/I室温（300K)下：UT=26mv交流电阻：rd=26mV/ID(mA)（很重要）IQ0UUI二极管工作时既有直流，又有交流。(三).交流电阻：五.二极管工作状态的判断方法：(重点)首先假定二极管截止（或将二极管断开），然后确定二极管两端的电位差，如果阳--阴极的电位差为正且大于VO