半导体基础知识PN结的特性

1、123提纯的硅材料可形成单晶单晶单晶硅单晶硅相邻原子由外层电子形成共价键共价键共价键共价键+4+4+4+4+4本征激发6+5+4+4+4+4+3+4+4+4+4 + -7问题一问题一 P P型和型和N N型半导体型半导体是如何形成的？是如何形成的？89+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 当N与P区杂质浓度相同时，耗尽层在两个区内的宽度相等 对称结对称结不对称结不对称结杂质浓度较高的一侧耗尽层宽度小于低的一侧11-+012反向特性反向特性60 40 200.4 0.8

2、 U (V)40302010I (mA)0正向特性正向特性uAABRRAAIUrUIAArRAAAIURCABrrr13PNPN结结正向偏置正向偏置时，载时，载流子扩散产生的电容。流子扩散产生的电容。PNPN结结反向偏置反向偏置时，耗时，耗尽层宽度变化产生的尽层宽度变化产生的电容。电容。UCj0cjrj 几至几十几至几十 几十几十pF至至0.01F rjcj 几百几百k 几个几个pF QjImVr26 14 (1) 耗尽层电容耗尽层电容CT 由由空间电荷区空间电荷区的离子薄的离子薄层形成（层形成（反偏时反偏时） 电压变化，电荷变化（充放电）电压变化，电荷变化（充放电） 由由多子扩散（多子扩散（

3、正偏正偏）在在PN结另一侧结另一侧积累积累形成形成(2) 扩散电容扩散电容CD(Diffusion)15Uth(on)IsUBRTurn-on Voltage Uth(on)Reverse-saturation Current IsBreakdown Voltage UBR016作业作业P15 1.1，1.31.4，1.617-+-+18半导体二极管图片19半导体二极管图片20二极管二极管 = PN结结 + 引线引线 + 管壳。管壳。 类型：类型：点接触型、面接触型点接触型、面接触型和和平面型平面型(1) 点接触型点接触型(a)(a)点接触型点接触型 A、结构类型、结构类型21(c)(c)平面

4、型平面型(3) 平面型平面型(2) 面接触型面接触型(b)(b)面接触型面接触型B、符号、符号旧符号旧符号新符号新符号阳极阳极(Anode)阴极阴极(Cathode)标记标记D1D2Diode22Turn-on Voltage Uth(on)Si 0.60.8VGe 0.20.3VReverse-saturation Current IsSi nA级级Ge A级级I(mA)U(V)02324正向偏置时：正向电阻正向偏置时：正向电阻=0=0，正向导通电压，正向导通电压U Uth(th(onon) )=0=0 具有短路特性具有短路特性反向偏置时：反向电阻反向偏置时：反向电阻=，反向饱和电流，反向饱

5、和电流I Is s=0 =0 具有开路特性具有开路特性u0，二极管导通，二极管导通，uD=0u0，二极管截止，二极管截止，iD=0uDiD025加入正向电压，二极管导加入正向电压，二极管导通，通，Uo=0+-Uo+-Uo二极管二极管VD1导通导通二极管二极管VD2截止截止Uo= -3V26 Uth(on)忽略二极管导通电阻 即rD=0斜率1/rDIdeal Diode Uth(on)+-rD外加电压大于Uth(on)，可略去去Uth(on) 的影响，即Uth(on) =0uDiD斜率1/rD0uDiD Uth(on)0uDiD027加入正向电压，二极管导加入正向电压，二极管导通，通，Uo=0.

6、7V+-Uo+-Uo二极管二极管VD1导通导通二极管二极管VD2截止截止Uo= -2.7V28红红 几几至几百至几百29 大于几百大于几百KK红红30输入输出VD Half-Wave Rectifier CircuitRectifier Circuits31 Full-Wave Rectifier Circuitui为正半周时，二极管为正半周时，二极管VD1、VD3导通，导通，VD2、VD4截止。此时截止。此时电流的路径为：电流的路径为：AVD1RLVD3B， RL上的上的电流如图中红色箭头所示。电流如图中红色箭头所示。 u+- u+-VD1VD2VD3VD4RLABui为负半周时，二极管为负

7、半周时，二极管VD2、VD4导通，导通，VD1、VD3截止。此时截止。此时电流的路径为：电流的路径为：BVD2RLVD4A， RL上的上的电流如图中兰色箭头所示。电流如图中兰色箭头所示。iio0032 Clipper Circuits上限幅电路上限幅电路当当 时，二极管时，二极管VDVD导通，此时导通，此时u uo o=2V=2VVEui2当当 时，二极管时，二极管VDVD截止，此时截止，此时u uo o= =u ui i VEui2 E E、VDVD倒置可得下限幅倒置可得下限幅 VD输出2 2输入33VD1VD2+- -+- -双向限幅器2V2V+- -+- -Vui2 当输入信号为负半周时

8、，二极管当输入信号为负半周时，二极管VDVD1 1始终截止，而二极管始终截止，而二极管VDVD2 2在在 时导通，此时时导通，此时 ；在在 时时截止，此时截止，此时 。Vui2Vuo2 Vui2 iouu 选择不同的直流电压，可获得不同的限幅电平。选择不同的直流电压，可获得不同的限幅电平。 2V - 2V0输入输出波形输入输出波形当输入信号为正半周时，当输入信号为正半周时，二极管二极管VDVD2 2始终截止，而始终截止，而二极管二极管VDVD1 1在在 时时导通，此时导通，此时 ；在在 时截止，此时截止，此时时Vui2 Vuo2 iouu 034735736 稳压二极管及稳压二极管及 其特性曲

9、线其特性曲线 主要参数主要参数v稳定电压U UZ Zv稳定电流I IZ Zv动态电阻v额定功率P PZ Zv最大稳定电流I IZMZM v温度系数 ZZMZUIP IUrZ TU 稳压二极管是一种用特殊工艺制造的半导体二稳压二极管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，利用极管，利用PNPN结反向击穿时，具有稳结反向击穿时，具有稳压特性。压特性。 ZenerZener Diode Circuits Diode CircuitsVoltage Regulator CircuitR R 为限流电阻为限流电阻R RL L为负载电阻为负载电阻 稳压是指稳压是指U UI I , ,R RL L 变化时，变化

10、时，U UO O保持不变，保持不变，为使为使U UO O= =U UZ Z基本不变基本不变，稳压管的电流，稳压管的电流I IZ Z应应在在I IZminZmin和和I IZmaxZmax之间。之间。 + UI + Uo RLVDZ + UZ R + UR Io IZ IR + UI + Uo RLVDZ + UZ R + UR Io IZ IR RIUURIoRLIR UO IR IO IZOZRIIIUI不变RL不变UIUO IIR IZ UO 稳压是指稳压是指UI、RL变化时，输出电压变化时，输出电压UO基本不变。基本不变。402. 2. Light-emitting 413. 3. Photoelectric 42UCj04. 4. Capacity-Variable 在高频电路中，变容二极管作为变频器的核心元件，是信号发射机中不可缺少的器件。 电容变化范围电容变化范围5-300pF5-300pF43发射相干单色光的特殊发光二极发射相干单色光的特殊发光二极管。主要用于小功率光电设备，管。主要用于小功率光电设备，如光驱、激光打印头等。如光驱、激光打印头等。符号见图符号见图B图图B将电信号转换为光信号的器件，将电信号转换为光信号的器件，常用于显示，或做光