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1、1,第4章 半导体二极管及其基本电路,半导体的基本知识 半导体二极管 二极管的等效电路及其应用,2,4.1 半导体的基础知识,根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。,导体：容易导电的物体。如：铁、铜等,绝缘体：几乎不导电的物体。如：橡胶等,半导体：是导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。在一定条件下可导电。,典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。,本征半导体,3,4.1.1 本征半导体,纯净且晶格完整的半导体称为本征半导体。,硅和锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个。其简化原子结构模型如下图：,本征半导体的共价键结构平面示意图,4,本征半导体的共价键结构平面
2、示意图,本征半导体中的自由载流子,5,本征半导体中的自由载流子,杂质半导体,6,4.1.2 杂质半导体,(1)N型半导体(2)P型半导体,在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。,N型半导体,7,1N型半导体,在半导体硅中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成 N型半导体,N型半导体的共价键结构,8,N型半导体的共价键结构,P型半导体,9,2P型半导体,在本征半导体硅中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了P型半导体,P型半导体晶体的共价键结构,10,P型半导体晶体的共价键结构,PN结的形成及特性,11,4.1.3 PN结的形成及特
3、性载流子的运动,漂移运动,当有电场作用时，半导体中的载流子将产生定向运动，称为漂移运动。载流子的漂移运动形成的电流称为漂移电流，由电子逆电场方向运动所形成的电流与空穴顺电场运动所形成的电流来合成。,扩散运动,由于浓度差而引起的载流子的定向运动称为扩散运动。载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。,PN结的形成,12,4.1.3 PN结的形成及特性PN结的形成,若将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，则它们的交界面就形成了PN结。,PN结的形成,13,PN结的形成,PN结的单向导电性,14,4.1.3 PN结的形成及特性PN结的单向导电性,PN结具有单向导电性如果外加电压使P区的电位高于N
4、区的电位，称为正向偏置，简称正偏；此时，PN结呈低阻性，所以电流大。如果外加电压使P区的电位低于N区的电位，称为反向偏置，简称反偏；此时，PN结呈高阻性，所以电流很小。,PN结的伏安特性,15,PN结的伏安特性,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。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。,PN结方程,16,PN结方程,根据理论分析，PN结两端的电压V与流过PN结的电流I之间的关系为,当PN结的反偏电压增大到一定数值时，共价键遭到破坏，产生电子-空穴对，反向电流急剧增加，这种现象称为PN结的反向击穿。,PN结的电容效应,
5、17,4.1.3 PN结的形成及特性PN结的电容效应,势垒电容CT 扩散电容CD,18,4.2 半导体二极管,二极管的基本结构,19,4.2.1 二极管的基本结构,将PN结用外壳封装起来，并装上电极引线就构成了半导体二极管。,常用二极管的符号、结构示意图,二极管的伏安特性,20,4.2.2 二极管的伏安特性,正向特性,反向特性,反向击穿特性,二极管的主要参数,21,4.2.3 二极管的主要参数,(1)最大整流电流IF,(2)最高反向工作电压 UR,(3)反向电流 IR,(4)最高工作频率 fM,理想二极管模型,22,4.3.1 二极管的等效电路理想二极管模型,恒压降模型,23,4.3.1 二极
6、管的等效电路恒压降模型,折线模型,24,4.3.1 二极管的等效电路折线模型,交流小信号等效模型,25,4.3.1 二极管的等效电路交流小信号等效模型,例,26,解,采用二极管的恒压降模型分析,整流电路,27,4.3.2 晶体二极管电路的应用整流电路,利用二极管的单向导电性将交流电转换为直流电的电路，称为整流电路。在整流电路中，由于电源电压远大于二极管的正向压降，因此用理想二极管模型来分析电路。,稳压管稳压电路,28,4.3.2 晶体二极管电路的应用稳压管稳压电路,稳压二极管,思考题,29,二极管限幅电路,30,4.3.2 晶体二极管电路的应用二极管限幅电路,在电子电路中，常用限幅电路对各种信号进行处理。它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输信号波形的一部分,半导体器件型号命名及方法,31,4.4 半导体器件型号命名及方法,半导体器件的型号命名由5部分组成,32,正向偏置的PN结,33,反向偏置的PN结,
