[信息与通信]第4章 半导体二极管及其基本电路.ppt

第4章 半导体二极管及其基本电路,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。,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,本征半导体中的自由载流子,4.1.2 杂质半导体,(1) N型半导体 (2) P型半导体,4.1.2 杂质半导体,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。,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,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,4.1.3 PN结的形成及特性 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,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。,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。,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，若外加电压使电流从P区流到N区， PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。 如果外加电压使PN结中： P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏； P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏。,4.1.3 PN结的形成及特性 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。,4.1.3 PN结的形成及特性 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,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,4.2 半导体二极管,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,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,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,4.3.1 二极管的等效电路,理想二极管模型 恒压降模型 折线模型 交流小信号等效模型,理想二极管模型,恒压降模型,折线模型,交流小信号等效模型,解,采用二极管的恒压降模型分析,4.3.2 晶体二极管电路的应用,整流电路 稳压管稳压电路 二极管限幅电路,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,稳压二极管,二极管限幅电路,在电子电路中，常用限幅电