最新模电全套课件2教学讲义PPT.ppt

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1、模电全套课件2内容各种电子线路最重要的组成部分是半导体器件。本章讨论半导体的特性和PN结的单向导电性，然后介绍半导体二极管的物理结构、工作原理、特性曲线、主要参数以及二极管基本电路及其分析方法与应用。要求熟练掌握二极管及稳压管的特性、参数，二极管基本电路及分析方法；正确理解PN结单向导电性能，PN结方程，PN结电容，载流子的浓度、扩散、漂移、PN结的形成；了解选管原则，二极管在模拟电路中的主要应用。3.1半导体的基本知识3.1.1半导体材料3.1.2半导体的共价键结构3.1.3本征半导体3.1.4

2、杂质半导体若T，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴。T自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为电子-空穴对。由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升高，基本按指数规律增加。空穴自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+43.1.4杂质半导体杂质半导体是在本征半导体中掺入微量的

3、杂质所形成的半导体。杂质半导体有N型和P型两大类。在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体。3价杂质原子称为受主原子。P型半导体空穴受主原子+3N型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成N型半导体。施主原子5价杂质原子称为施主原子。杂质半导体中的载流子浓度在P（N）型半导体中，空穴（自由电子）浓度多于自由电子（空穴）浓度，即p>>n（n>>p）。空穴（自由电子）为多数载流子，自由电子（空穴）为少数载流子。杂质半导体中多数载流子的浓度远大

4、于少数载流子的浓度，杂质半导体中的电流基本上是多数载流子的电流；杂质半导体的导电能力远大于本征半导体的导电能力，半导体中掺入微量的杂质可以大大提高其导电能力。3.2PN结的形成及特性3.2.1载流子的漂移与扩散3.2.2PN结的形成3.2.3PN结的单向导电性3.2.4PN结的反向击穿3.2.5PN结的电容效应3.2.1载流子的漂移与扩散漂移——载流子在内电场作用下的运动。扩散——由浓度差而产生的运动。在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个

5、特殊的薄层，称为PN结。3.2.2PN结的形成PNPN结耗尽层空间电荷区PN扩散运动——耗尽层。PN电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。2.扩散运动形成空间电荷区3.空间电荷区产生内电场PN内电场空间电荷区vD空间电荷区正负离子之间电位差vD——内电场；内电场阻止多子的扩散——阻挡层。4.漂移运动内电场有利于少子运动——漂移。少子的运动与多子运动方向相反阻挡层5.扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，P

6、N结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。电压vD，硅材料约为（0.6∼0.8）V,锗材料约为（0.2∼0.3）V。空间电荷区的宽度约为几微米∼几十微米；3.2.3PN结的单向导电性当PN结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN结处于导通状态；当PN结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，PN结处于截止状态。PN结具有单向导电性。空间电荷区外电场方向VRI1.PN外加正向电压外电场与内电场方向相反耗尽区变窄，内电场削弱有利于扩散，扩散电流

7、远大于漂移电流正向电流很大。内电场方向PN当PN结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN结处于导通状态。空间电荷区PN外电场方向内电场方向VRIS2.PN外加反向电压外电场与内电场方向相同耗尽区变宽，内电场增强阻止扩散运动，扩散电流和漂移电流均很小反向电流很小。当PN结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，PN结处于截止状态。当PN结两端加正向偏置时，电压vD为正值，当vD比nVT大几倍时，二极管的电流iD与电压vD成指数关系。3.PN结伏安特性的表达式当PN结两端加反向

8、偏置时，电压vD为负值，当

9、vD

10、比nVT大几倍时，二极管的电流iD是个常数。IS：反向饱和电流；n：发射系数，其值在12之间；VT：温度的电压当量，在常温(300K)下，VT26mV。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50I/mAU/V正向特性死区电压击穿电压U(BR)4.PN结的伏安特性在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，I=f(U)之间的关系曲线。反向特性击穿特性死区电压60402000.40.8I/mAU/Va.正向特性当正向电压比较小时