二极管及其基本电路.ppt

,3 二极管及其基本电路,3.1 半导体的基本知识,3.3 半导体二极管,3.4 二极管基本电路及其分析方法,3.5 特殊二极管,3.2 PN结的形成及特性,典型的半导体材料,元素 硅（Si）、锗（Ge） 化合物 砷化镓（GaAs） 掺杂元素 硼（B）、磷（P）,3.1 半导体的基本知识,半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间，当受外界光和热刺激或加入微量掺杂,导电能力显著增加。,本征半导体,本征半导体化学成分纯净（99.99999）的半导体单晶体。须在单晶炉中提炼得到。它在物理结构上呈单晶体形态, 绝对零度时，价电子无法挣脱本身原子核束缚，此时本征半导体呈现绝缘体特性。,本征半导体的导电机制： 本征激发外电场使自由电子导电,杂质半导体,杂质半导体：为了提高半导体的导电能力，人为掺入某 些微量的有用元素作为杂质，称为杂质半导体。在提炼单 晶的过程中一起完成。掺杂是为了显著改变半导体中的自 由电子浓度或空穴浓度，以明显提高半导体的导电性能。 三价元素掺杂P 型半导体 五价元素掺杂N 型半导体,半导体材料本征半导体结构半导体掺杂,半导体的导电机制自由电子、空穴,多数载流子（多子）、少数载流子（少子）,本节中的有关概念,掺杂半导体N型半导体、P型半导体,小结,P型半导体中含有受主杂质，在室温下，受主杂质电离为带正电的空穴和带负电的受主离子。 N型半导体中含有施主杂质，在室温下，施主杂质电离为带负电的电子和带正电的施主离子。 半导体的正负电荷数是相等的,他们的作用互相抵消,因此保持电中性。 掺杂产生的是多子，本征激发产生的是少子。,3.2 PN结的形成及特性,3.2.2 PN结的形成,3.2.3 PN结的单向导电性,3.2.4 PN结的反向击穿,3.2.5 PN结的电容效应*,3.2.1 载流子的漂移与扩散,3.2.1 载流子的漂移与扩散,漂移运动： 在电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。,扩散运动： 由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。,（1）两边的浓度差引起载流子的扩散运动 （2）复合形成内电场：阻挡扩散，促使漂移 （3）扩散和漂移动态平衡：PN结（空间电荷区、耗尽层、势垒区）,3.2.2 PN结的形成,外加电压才显示出来 外加正向电压： P 区接电源正极，或使 P 区的电位高于N 区。P() N() 外加反向电压 ： N 区接电源正极，或使得 N 区的电位高于 P 区。P() N(),3.2.3 PN结的单向导电性,PN结的单向导电性,PN结正偏时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻； PN结导通 PN结反偏时，仅有很小的反向漂移电流，呈现高电阻。 PN结截止 PN结具有单向导电性。,3.3 半导体二极管,3.3.1 半导体二极管的结构,3.3.2 二极管的伏安特性,3.3.3 二极管的主要参数,半导体二极管图片,二极管的代表符号,二极管的伏安特性及电流方程,开启电压,反向饱和电流,击穿电压,温度的 电压当量,最大整流电流（平均值）IF：是指管子长期运行时允许通过的最大正向平均电流，电流太大会烧坏。如2AP1最大整流电流为16mA。 反向击穿电压 VBR和最大反向工作电压VRM :VRM约为击穿电压的一半 。 反向电流IR：指管子未击穿时的反向电流,其值愈小,则管子的单向导电性愈好 。 最高工作频率fM ：当频率大到一定程度时，二极管的单向导电性将明显地变差。,3.3.3 二极管的主要参数,二极管应用问题,种类、型号选择查器件手册。 正负极判断（P72 3.3.2）,3.4 二极管基本电路及其分析方法,3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法,二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V -I 特性曲线。,例3.4.1 电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD 。,解：由电路的KVL方程，可得,即,是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线,Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,1.二极管V-I 特性的建模,将指数模型 分段线性化，得到二极管特性的等效模型。,在实际电路中,当电源电压远比二极管 的管压降大时,利用此法是可行的。,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,1.二极管V-I 特性的建模,典型值是0.7V 只有当二极管的电流iD 近似等于或大于1mA时 才是正确的。,Vth约为0.5V；,（a）V-I特性 （b）电路模型,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,1.二极管V-I 特性的建模,（4）小信号模型,过Q点的切线可以等效成一个微变电阻,即,常温下（T=300K）,交流电路,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,2模型分析法应用举例,（1）整流电路（理想模型）,（a）电路图 （b）vs和vo的波形,半波整流电路,2模型分析法应用举例,开关电路（理想模型）,电路如图所示，求AO的电压值,解：,先断开D，以O为基准电位， 即O点为0V。,则接D阳极的电位为-6V，接阴极的电位为-12V。,阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。,导通后，D的压降等于零，即A点的电位就是D阳极的电位。,所以，AO的电压值为-6V。,开关电路,1.在开关电路中，利用二极管的单向导电性以接通或 断开电路。,2.在分析这种电路时，即判断电路中二极管处于导通状态还是截止状态，应掌握一条基本原则：,可以先将二极管断开，确定零电位点，然后观察（或经过计算）阳、阴两极间是正向电压还是反向电压，若是前者则二极管导通，否则二极管截止。,3.如果有多个二极管，则正向电压最大者优先导通，导通后