(周围)第01章_晶体二极管.ppt

1、讲师：周边教授/博士办公室：通信学院电工电子教学系(二、四楼)实验室：数字图书馆4031tel3360 62461417(办公室)62487954(真实)62460530(住宅)电子邮件3360，电子线路基础，-通信学院电工电子教学系，教材：电子线路(线性部分)(第四版)谢，高等教育出版社总编辑，1999模拟电子技术基础(第三版)高等教育出版社，2001(清华)2。电子技术基础(模拟部分)康主编，高等教育出版社，1999(华中科技)3。电子电路基础教程，王成华主编，科学出版社，2000年。电子电路：指包含电子设备并能实现一定电信号处理的功能电路。电路组成：电子器件的外围电路，包括二极管、三极管

2、、场效应晶体管和集成电路。外围电路：DC电源、电阻、电容、电流源电路等。1.1半导体物理基础知识，1.3晶体二极管电路的分析方法，1.2 PN结，1.4晶体二极管的应用，1.0概述，第1章晶体二极管，概述，晶体二极管结构和电路符号：PN结正向偏置(p连接，n连接)，d接通。晶体二极管的主要特点：单向导通，PN结反向偏置(N连接，P连接)，D截止。也就是说，它的主要用途是：它用于整流器、开关和检测器电路。半导体：导体和绝缘体之间具有导电性的物质。1.1半导体物理、原子结构和硅(硅)和锗(锗)简化模型的基本知识：硅和锗的单晶称为本征半导体。它们是制造半导体器件的基本材料。硅锗共价键结构示意图：1.

3、1.1本征半导体，共价键具有很强的结合力。当T=0K(没有外部影响)时，共价键中没有自由移动的电子。注：空穴的出现是区分半导体和导体的一个重要特征。内在激发。内在激发当原子中的价电子被激发成自由电子时，原子中会留下空位，由于价电子的损失，原子带正电。当相邻原子中的价电子不断填充这些空位时，就形成了一种运动，这种运动可以等效地看作空穴的运动。注：空穴的运动方向与价电子的填充方向相反。自由电子带负电荷，半导体中有两种导电载流子，空穴的运动和空穴的正电荷。当温度恒定时，激发和复合在一定的热平衡值下达到动态平衡。热平衡载流子浓度，热平衡载流子浓度：N型半导体：1.1.2杂质半导体，简化模型：掺杂少量五

4、价元素的本征半导体。p型半导体，简化模型：本征半导体由少量三价元素组成。杂质半导体中载流子浓度的计算、1.1.3两种传导机制漂移和扩散。载流子在电场作用下的运动称为漂移运动，形成的电流称为漂移电流。总漂移电流密度：漂移和漂移电流，电导率：半导体电导率，电阻：电压：V=E l，电流：I=S Jt，在浓度差下载流子运动称为扩散运动，形成的电流称为扩散电流。扩散电流密度：扩散和扩散电流、1.2 PN结、多重态、多重态、空穴、少数载流子、自由电子、少数载流子、N型半导体和P型半导体通过在本征半导体的两侧扩散不同的杂质而形成。此时，将在氮型半导体和磷型半导体的接合表面上形成以下物理过程：由于浓度不同，空

5、间电荷区形成内部电场，阻止多载流子扩散，促进少数载流子漂移，而少数载流子漂移会削弱内部电场。最后，多重、多重态的扩散运动、杂质离子形成空间电荷区、形成PN结、多重态：空穴、多重态：自由电子、少数载流子：空穴和空间电荷区(耗尽层)。注：掺杂浓度(钠、钕)越大，内置电位差VB越高，阻挡层宽度l0越小。内置电位差：阻挡层宽度：1 . 2 . 2PN结的伏安特性，PN结的单向导电特性，I，IR，结论：pn结具有单向导电特性。PN结的伏安特性方程和PN结的正反向特性可以用理想的指数函数来描述，其中：是反向饱和电流，其值与外加电压近似无关，但受温度影响很大。当温度升高10时，PN结的伏安特性曲线大约加倍。

6、当温度升高1时，电压降(开)降低约2.5毫伏。1 . 2 . 3pn结的击穿特性，因为平均自由程V(BR)为t载流子运动。雪崩击穿电压具有正温度系数。齐纳击穿电压具有负温度系数。因为能量V(BR)是由t价电子获得的。通过利用PN结的反向击穿特性，可以将齐纳二极管制成齐纳二极管。要求：izmin iz izmax，1 . 2 . 4pn结的电容特性和势垒区空间电荷随外加电压变化引起的电容效应。势垒电容CT、扩散电容CD、存储在势垒层(P区和N区)外部的不平衡电荷，以及随施加电压变化的电容效应。PN结电容，当PN结反向偏置时，CT CD，然后cjct，总PN结电容：CJ=ctcd，当pn结正向偏置

7、时，CD CT，然后Cj CD，因此，当pn结正向偏置时，CD占优势。因此，当PN结反向偏置时，电流互感器占主导地位。通常为：光盘数万枚。通常：几十皮法几十皮法。1.3晶体二极管电路的分析方法晶体二极管的内部结构是一个PN结。就其伏安特性而言，它有不同的表示方法或不同形式的模型：适用于任何工作状态的通用曲线模型、便于计算机辅助分析的数学模型、伏安特性方程的数学模型、理想模型、修正模型、rS体电阻引线接触电阻引线电阻。注：考虑到阻挡层中产生的自由电子和空穴对表面漏电流的影响，实际的信息系统是理想的信息系统。1.3.1晶体二极管的模型、曲线模型和伏安特性曲线通常通过实际测量得到。简化电路模型，折线

8、等效：在电路中主要采用二极管单向导通，实际二极管的伏安特性。理想状态：当VD(开)和RD与外部电路相比可以忽略不计时，二极管的伏安特性和电路符号。开关状态：与外部电路相比，RD可忽略时的伏安特性。简化电路模型：折叠线等效时二极管的简化电路模型。小信号电路型号：是二极管增量结电阻。(室温)，PN结串联电阻，值很小。CJ: pn结电容，由镉和电流互感器组成。注：在高频电路中，应考虑Cj的影响。当工作在高频时，Cj的容抗很小，并且由于Cj的交流旁路效应，PN结的单向导电性会变差。图解法和二极管电路分析主要包括图解法、简化分析法和小信号等效电路法。(侧重于简化分析方法)，并写出外部电路的DC负载线方程

9、。1.3.2晶体二极管电路的分析方法，利用二极管曲线模型和管外电路确定的负载线，用作图法求解。要求：了解二极管的伏安特性曲线和外围电路元件的值。分析步骤：作为DC载重线。分析DC操作点。优点：直观。它可以分析DC和AC。例1:了解电路参数和二极管伏安特性曲线，试着找出电路的静态工作点电压和电流。q，DC负载线的方程可以从图中写出：V=VDD-IR，取DC负载线上的任意两点，将关闭二极管开路，打开二极管用DC简化电路模型代替，然后分析求解。(1)判断二极管是开还是关的估计方法。假设电路中的所有二极管都开路，分析两端的电位。理想二极管：如果V0，管是导电的；否则，它就结束了。实际二极管：如果VVD

10、(开)，管是打开的；否则，它就结束了。当电路中有多个二极管时，正向偏置电压最大的管将优先导通。其他管道需要重新分析它们的工作条件。例2:让二极管理想，并找到VAO值。在图(a)中，假设d开路，d两端的电压为：VD=V1V2=6 12=18 0V，解为：因此d被切断。VAO=12V .在图(b)中，假设D1和D2开路，d两端的电压为：VD1=V2 0=9V 0V，VD2=V2(V1)=15V 0V。由于VD2 VD1，D2优先开启。此时，VD1=6V 0V，因此D1被切断。VAO=V1=6V .(2)根据输入信号的大小判断二极管的通断，找出vO和vI之间的关系，画出输出信号波形。例3:让二极管理

11、想，vi=6sint(V)，试着画出vO波形。解决方案：当v1 2V时，D为开，然后vO=VI，当v1 2V时，D为关，然后vO=2V，这样就可以画出vO的波形。小信号分析是指用小信号电路模型代替电路中的二极管，用得到的小信号等效电路来分析电压或电流的变化。分析步骤：短路DC电源并画出交流路径。用小信号电路模型代替二极管，得到小信号等效电路。用小信号等效电路分析电压和电流的变化。1.4晶体二极管的应用，电源设备框图：1.4.1整流稳压电路，u2(t)正半周时，D导通，uo(t)=u2(t)，(1)单相半波整流电路，输出电压uo的平均值：u2(t)正半周时，u2(t)正半周时，D1和D3导通，D

12、2和D4关断，uo(t)和u2(t)正半周波形相同，电流相同当u2(t)处于负半周时，D2和D4导通，D1和D3关断，电流i0仍来自BC、uo(t)和u2，全波整流，(2)单相桥式整流电路(全波整流)，输出电压uo的DC分量：原因相同：Io=0.9U2/RL，(两次半波整流)，二极管参数要求：(每个二极管仅导通半周)，1。符号和稳压特性，稳压二极管和稳压电路，(。rZ=UZ /IZ，(3)最大稳定工作电流IZmax和最小稳定工作电流IZmin，(4)*稳定电压温度系数：定义为=UZ /T，2。齐纳二极管的主要参数，rZ越小，稳压效果越好。稳压电路，uo=uz在正常稳压期间，(1)，b .让Ui

13、保持不变，RL变化。如果R1、U0、IZ、红外、UR、U0相反，如果R1减小，则变化过程相反。综上所述，电压稳定后U0基本稳定在UZ值。#什么是电压稳定条件？#不添加r可以吗？#上述电路Ui是振幅大于UZ的正弦波。它能稳定电压吗？不能。r称为限流电阻，其功能是确保电压调节器在反向击穿区可靠工作。2.限流电阻的选择：当电网电压最高，负载电流最小时，IZ最大，但不应超过Izmax。当电网电压最低，负载电流最大时，IZ最小，但不应小于Izmin。例如：如上所示，U2=10V，C=100F，稳压值UZ=6V，Izmin=6mA，Izmax=40mA，如果：(1)R1在200600之间变化；(2)电网电压波动为10%。尽量选择限流电阻的r值。(1)根据下面的框图，因为I0=UZ/R1，i 0m