模电四版康华光教学课件

3.1半导体的基本知识3.1.2半导体的共价键+43.1.1半导体材料电阻率：103~109

cm

4价元素：硅（14）Si

锗（32）Ge

3、5族化合物：砷化镓GaAs3.1.3本征半导体、空穴及其导电作用两种载流子：（1）自由电子（2）空穴：3.1.4杂质半导体

多数载流子：空穴少数载流子：电子1.P型半导体2.N型半导体

多数载流子：电子少数载流子：空穴3.2PN结的形成及其特性多子扩散：浓度差少子漂移：内电场动态平衡形成:PN结1.PN结的形成2.PN结的单向导电性外加正向电压使内电场减弱，多子扩散运动形成较大的正向电流IFIF随增加VF而增加（mA级）等效为正向电阻小（1）外加正向电压VF（2）外加反向电压外加反向电压使内电场增强，少子的漂移运动形成较小的反向电流IRIR具有饱和特性（A级）等效为反向电阻大（3）PN结V-I特性的表达式id=Is(exp(vd/VT)-1)VT=kT/q当T=300K时，VT=26mV3.PN结的反向击穿（1）雪崩击穿（2）齐纳击穿3.3二极管

二极管：一个PN结就是一个二极管。单向导电：二极管正极接电源正极，负极接电源负极时电流可以通过。反之电流不能通过。符号：(1)点接触型二极管(2)面接触型二极管3.3.1二极管的结构PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。PN结面积大，用于大电流整流电路。3.3.2二极管的伏安特性曲线

式中IS为反向饱和电流，VD

为二极管两端的电压降，VT=kT/q

称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q

为电子电荷量，T为热力学温度。对于室温（相当T=300K），则有VT=26mV。(1)正向特性

硅二极管的死区电压Vth=0.5~0.8V左右，

锗二极管的死区电压Vth=0.2~0.3V左右。

当0＜V＜Vth时，正向电流为零，Vth称死区电压或开启电压。正向区分为两段：

当V＞Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。

当VBR＜V＜0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

。(2)反向特性

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。

(3)反向击穿特性

当V≥VBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压。3.3.3二极管的主要参数(1)最大整流电流IF(2)反向击穿电压VBR(3)反向电流IR(4)正向压降VF在室温，规定的反向电压下，最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。硅二极管约0.6～0.8V；锗二极管约0.2～0.3V。二极管连续工作时，允许流过的最大整流电流的平均值。二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。二极管基本电路分析3.4二极管的基本电路及其分析方法二极管模型正向偏置时：管压降为0，电阻也为0。反向偏置时：电流为0，电阻为∞。当iD≥1mA时，vD=0.7V。1.理想模型2.恒压降模型3.折线模型（实际模型）4.小信号模型二极管电路分析1.静态分析例1：求VDD=10V时，二极管的电流ID、电压VD

值。解：1.理想模型正向偏置时：管压降为0，电阻也为0。反向偏置时：电流为0，电阻为∞。2.恒压降模型3.实际模型当iD≥1mA时，vD=0.7V。2.限幅电路VRVmvit0Vi>VR时，二极管导通，vo=vi。Vi<VR时，二极管截止，vo=VR。例2：理想二极管电路中vi=VmsinωtV，求输出波形v0。解：3.开关电路利用二极管的单向导电性可作为电子开关vI1vI2二极管工作状态D1D2v00V0V导通导通导通截止截止导通截止截止0V5V5V0V5V5V0V0V0V5V例：求vI1和vI2不同值组合时的v0值（二极管为理想模型）。解：例3：

二极管限幅电路:已知电路的输入电压为vi,二极管的VD

为0.6伏，试画出其输出波形。解：Vi>3.6V时，二极管导通，vo=3.6V。Vi<3.6V时，二极管截止，vo=Vi。例4：

正半周：

负半周求整流电路的输出波形。解：例5：理想二极管电路中vi=VmsinωtV，求输出波形v0。V1vit0VmV2Vi>V1时，D1导通、D2截止，Vo=V1。Vi<V2时，D2导通、D1截止，Vo=V2。V2<Vi<V1时，D1、D2均截止，Vo=Vi。解:例6：画出理想二极管电路的传输特性（Vo~VI）。当VI<0时D1导通D2截止当VI>0时D1截止D2导通0VIVO-5V+5V+5V-5V+2.5V-2.5V3.5特殊二极管1.稳压二极管

稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。电阻起限流作用，保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。(2)动态电阻rZ

在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。

rZ=VZ/IZ，

rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。

(3)

最大耗散功率

PZM

最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向工作时PN结的功率损耗为

PZ=VZIZ，由

PZM和VZ可以决定IZmax。

(4)

最大稳定工作电流

IZmax和最小稳定工作电流IZmin

最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax=VZIZmax。而Izmin对应VZmin。若IZ＜IZmin则不能稳压。