医学影像学完整-PN结ppt课件

.,1,三、PN结,PN结：在P型和N型半导体的交界面附近，形成一个具有独特的物理特性的结。,1、PN结的形成,N型半导体：,整体电中性（磷正离子、电子带负电），载流子中电子浓度高于空穴。,P型半导体：,整体电中性（硼负离子、空穴带正电），载流子中空穴浓度高于电子。,P,N,.,2,1)两种载流子的运动,扩散运动：高浓度载流子向低浓度载流子一侧的扩散运动，使耗尽层变宽。,漂移运动：低浓度载流子向高浓度载流子一侧的漂移运动，使耗尽层变窄。,动画演示1-2,.,3,PN结的形成,.,4,2)空间电荷区（耗尽层）：,由于扩散运动，在P型和N型半导体的交接面附近，形成了空间电荷区（电子、空穴复合），它是个高阻区，又称阻挡层，内部无载流子。,.,5,3)内电场的形成：,由于扩散运动形成了空间电荷区，电荷区两侧的正负离子形成了内电场如上图所示。在电场力作用下，少数载流子发生漂移。,特点：,内电场阻碍了扩散运动，加强了漂移运动。,.,6,4）PN结形成：,PN结中扩散运动和漂移运动相互依存，相互矛盾，开始时，扩散运动占优势，空间电荷区不断加宽，内电场不断增强，扩散运动不断减弱，漂移运动却逐渐增强，当二者趋于平衡时，空间电荷区的厚度不再变化，形成了PN结。,动画再次演示,.,7,PN结的形成,.,8,PN结形成小结,1)PN型半导体特点,2)两种载流子及两种运动形式,3)空间电荷区形成,4)内电场,5)PN结形成,.,9,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P区的电位高于N区的电位称为加正向电压，简称正偏；PN结P区的电位低于N区的电位称为加反向电压，简称反偏。,PN结单向导电性引言：,.,10,2、PN结的单向导电性,1）PN结加正向电压时：,P区接电源正端，N区接电源负端,耗尽层,外电场,内电场,PN结正偏,内电场,耗尽层,减弱,变窄,扩散运动,加强,漂移运动,减弱,结平衡,破坏,动画演示,.,11,2、PN结的单向导电性,.,12,外电路形成极小反向电流反向饱和电流,2）PN结加反向电压时：,P区接电源负端，N区接电源正端,耗尽层,内电场外电场,PN结反偏,内电场,耗尽层,加强,变宽,扩散运动,难于进行,漂移运动,加强,结平衡,破坏,动画演示,.,13,反偏总结：外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。,在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。,.,14,PN结的单向导电性：,PN结的单向导电性是由耗尽层的宽窄决定的，PN结加正向电压时，耗尽层变窄，呈现很小的正向电阻，正向电流较大：加反向电压时，耗尽层变宽，呈现很大的反向电阻，反向电流很小。PN结的这种正向导电性能良好，而反向导电性能很差的特点，称为PN结的单向导电性。,3、PN结的伏安特性曲线：（PN结外接电压时）,理论公式,.,15,OA:正向特性,OB:反向特性,IS:反向饱和电流,击穿特性,.,16,4、PN结的击穿,当反向电压超过一定值时,PN结会出现击穿,此时反向电流剧增，反向电流开始剧增的电压称为反向击穿电压.,1)齐纳击穿:内电场的强作用下,束缚电子被直接从共价键中拉出来,形成电子空穴对,而产生大量的载流子,加强了漂移运动,出现击穿.本质是场致激发.8v,注意：,出现击穿，PN结并不一定坏了，只有超过允许值时，才烧毁。,.,17,第二节半导体二极管,一、二极管的结构和符号,构成：,以PN结为核心，两端加上电极引线、管壳。,结构：,点接触型、面结合型、平面型,面结合型,点接触型,平面型,.,18,二、二极管的伏安特性,二极管的伏安特性同PN结的伏安特性：正向特性、反向特性、击穿特性。且随温度而变化。,锗管,硅管,0.7v,0.2V,.,19,1）.正向特性当U0，即处于正向特性区域。正向区又分为两段：当0UUth时，正向电流为零，Uth称为死区电压或开启电压。当UUth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。,硅二极管的死区电压Uth0.5V左右，锗二极管的死区电压Uth0.1V左右。,U,.,20,2）.反向特性当U0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：当UBRU0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。当UUBR时，反向电流急剧增加，UBR称为反向击穿电压。,.,21,在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。,从击穿的机理上看，硅二极管若|UBR|7V时，主要是雪崩击穿；若UBR4V则主要是齐纳击穿，当在4V7V之间两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。,.,22,三、二极管的主要参数,1、最大整流电流：是指二极管在长期工作时，允许通过的最大正向电流。,2、最高反向工作电压：是指二极管在长期工作时，允许通过的最大反向电压。,3、反向电流：是指二极管未击穿时反向电流值,4、最高工作频率：是指二极管具有单向导电性的最高工作频率。,四、二极管的应用-限幅器,利用二极管的单向导电性达到各种限幅的目的。,正向导通：反向截止：,电阻很小，近似为接通的开关,电阻很大，近似为断开的开关,.,23,.,24,国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：,2AP9,用数字代表同类型器件的不同型号.,用字母代表器件的类型，P代表普通管.,用字母代表器件的材料，A代表N型Ge.B代表P型Ge，C代表p型Si，D代表N型Si,2代表二极管，3代表三极管.,.,25,五、稳压管,1、稳压管：,具有稳定电压的特点，实质上是一个二极管，它具有陡峭的反向击穿特性，工作在反向击穿状态的一个二极管。,2、符号：,3、原理：,二极管反向击穿时，当反向电压增大到一定值时，反向电流突然上升，此后当反向电压有极微小变化时，反向电流就会有很大的增加。稳压管利用了二极管的反向击穿特性，来达到稳压目的。,.,26,4、稳压管的伏安特性：,.,27,5、稳压管主要参数,1）稳定电压,2）工作电流,3）耗散功率,不被烧毁的最大耗散功率,4）动态电阻,动态电阻越小越好,5）