模拟电子技术-二极管课件

第二章半导体二极管及其基本电路2.1半导体的基本知识

物质导电:

导体、绝缘体和半导体。

半导体:电阻率为10-3～109cm。

常见半导体:硅Si、锗Ge、砷化镓GaAs等。1本征半导体及其导电性

本征半导体：纯净的半导体。

纯度99.9999999%，常称为“九个9”。

单晶体形态——例如：“单晶硅”。

(3)两种载流子

1）电子：价电子。定向运动形成了电子流，带负电；

2）空穴：价电子离开后所留下的空位。它的运动方向与电子流相反，带正电。（动画2-2）图2.03空穴在晶格中的移动2

杂质半导体杂质半导体：本征半导体中掺入某些微量元素——杂质，所形成的半导体。两种杂质半导体：N型半导体P型半导体杂质：一般是三价或五价元素（硼，磷）。掺杂目的：改变半导体的导电性能。

N型半导体：电子型半导体。

(1）N型半导体

N型半导体：本征半导体中掺入五价元素磷形成。

N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,

由热激发形成。五价杂质原子，因提供自由电子成为带正电荷的正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。图2.04。(2)P型半导体

P型半导体：本征半导体中掺入三价元素硼形成。

P型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；

电子是少数载流子，由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。如图2.05所示。P型半导体：空穴型半导体2.1.3杂质对半导体导电性的影响掺杂质对半导体导电性的影响：

T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征硅的原子浓度:

4.96×1022/cm3

3以上三个浓度基本上依次相差106/cm3

。

2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:

n=5×1016/cm3结论：百万分之一的掺杂，导电性能提高百万倍！

将N型半导体和P型半导体合在一起。2.2PN结的形成及特性（动画2-3）图2.06PN结的形成过程1、PN结的形成

将N型半导体和P型半导体合在一起。2.2PN结的形成及特性（动画2-3）图2.06PN结的形成过程1、PN结的形成

浓度差

多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区

空间电荷区形成内电场

内电场促使少子漂移

内电场阻止多子扩散

最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。交界面形成空间电荷区——PN结。E内2

PN结的导电特性

(1)PN结正向特性图2.07PN结加正向电压时的导电情况及特性

（动画2-4）PN结的正向伏安特性正向导通

(2)PN结反向导电特性

图2.08PN结加反向电压时的导电情况及特性

（动画2-5）反向截止

P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏，PN结导电；

P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏，PN结不导电。结论：PN结具有单向导电性!（3）PN结的导电特性3PN结的电容效应

(1)势垒电容CB

它由空间电荷区的离子薄层形成。当PN结上压降变化时，该薄层的厚度也随之改变，这相当于PN结中存储的电荷量在变，犹如电容的充放电。图2.09势垒电容示意图－＋(2)扩散电容CDCD是由多子扩散后，在结附近形成的多子浓度梯度分布而形成的，浓度梯度的变化，相当与电容的充放电。

图2.10扩散电容示意图+-Cd(3)电容效应对高频信号，PN结的单向导电性受到影响。Cd＝CD＋CB（几个～十几个pf）1二极管的结构类型

PN结加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有三大类。(1)点接触型二极管

PN结面积小，结电容小，用于高频电路。(a)点接触型图2.11二极管的结构示意图2.3半导体二极管

图2.11二极管的结构示意图(c)平面型(3)平面型二极管常用于集成电路工艺中。PN结面积可大可小。(2)面接触型二极管

PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型（4）、二极管的符号2半导体二极管的伏安特性曲线第一象限:正向特性；第三象限：反向特性。图2.12二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线的近似表达。IS：反向饱和电流；V：二极管两端的电压；VT=kT/q室温下VT=26mV。(1)正向特性硅二极管的死区电压Vth=0.5V左右，

锗二极管的死区电压Vth=0.1V左右。

1)0＜V＜Vth时，正向电流为零，二极管截止;正向区又分为两段：2)V＞Vth时，正向电流，并按指数规律增长。(2)反向特性当V＜0时，处于反向特性区域。反向区也分两个区域：

1)当VBR＜V＜0时，出现反向饱和电流IS,很小，基本不随反向电压的变化而变化。2)当V<VBR时，反向电流急增——反向击穿。VBR称为反向击穿电压。3半导体二极管的参数几个主要参数：

(1)最大整流电流IF——二极管连续工作时，允许通过的最大电流的平均值。(2)反向击穿电压VBR———

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。

(3)反向电流IR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。

(4)正向压降VF硅二极管的正向压降约0.6～0.8V；锗二极管约0.2～0.3V。4半导体二极管的温度特性温度与反向电流呈指数规律。硅管每增加8℃，反向电流翻一翻；锗管每增加12℃，反向电流翻一翻。每增加1℃，正向压降VF(VD)大约减小2mV，具有负的温度系数。（1）反向情形（2）正向情形

图2.13温度对二极管特性的影响5、二极管电路分析（1）理想模型

正向导通压降VD=0。反向截止IR=0（2）恒压模型正向导通压降VD=0.7V，反向截止IR=0。（3）折线模型正向导通压降：VD=0.5V+ID*rD。0.7V0.5V（4）电路举例1）整流电路2）限幅电路10v5V10v~5VVo10v5V~Vo

试画出输出Vo的波形。

试画出输出Vo的波形。6、稳压(齐纳)二极管

稳压二极管是工作在反向击穿区的特殊硅二极管。(b)

图2.15稳压二极管的伏安特性

(a)符号(b)伏安特性(c)应用电路(c)用于稳定它两端的输出电压。稳压二极管主要参数

(1)稳定电压VZ——(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。动态电阻是从它的反向特性上求取的。rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。

rZ=VZ/IZ

(3)最大耗散功率

PZM

最大功率损耗取决于PN结的散热等条件。反向时PN结的功耗为

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。VzminViVL=VZIZVLIRVRIZRRLVLViVZI