ch1半导体二极管PPT学习教案

1、会计学1ch1半导体二极管半导体二极管第1页/共87页第2页/共87页第3页/共87页第4页/共87页第5页/共87页第6页/共87页第7页/共87页第8页/共87页+4惯性核惯性核价电子价电子图图4-1 (a) 硅和锗的简化原子模型硅和锗的简化原子模型第9页/共87页第10页/共87页图图4-1(b)晶体共价键结构平面示意图晶体共价键结构平面示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价共价键键第11页/共87页第12页/共87页第13页/共87页第14页/共87页第15页/共87页图4-1(b)晶体共价键结构平面示意图BA空穴空穴自由电子自由电子图图4-1(b)晶体共价键结构平面示意图晶体

2、共价键结构平面示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4C共价键共价键第16页/共87页第17页/共87页第18页/共87页第19页/共87页第20页/共87页第21页/共87页第22页/共87页图图4-2 N型半导体晶体结构示意图型半导体晶体结构示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键共价键l掺入五价原子掺入五价原子l掺入五价掺入五价原子占据原子占据Si原子位原子位置置在室温下在室温下就可以激发就可以激发成成自由电子自由电子第23页/共87页第24页/共87页空位空位A图图4-3 P型半导型半导体晶体结构示意体晶体结构示意图图+4+4+4+4+4+3+4+4+4共价共价键键空位吸引邻

3、近空位吸引邻近原子的价电子填原子的价电子填充，从而留下一充，从而留下一个空穴。个空穴。在在P型半导体型半导体中，中，空穴数等于空穴数等于负离子数与自由负离子数与自由电子数之和电子数之和，空，空穴带正电，负离穴带正电，负离子和自由电子带子和自由电子带负电，整块半导负电，整块半导体中正负电荷量体中正负电荷量相等，保持电中相等，保持电中性。性。第25页/共87页第26页/共87页第27页/共87页第28页/共87页第29页/共87页l扩散的结果形成自建电场。扩散的结果形成自建电场。空间电荷区也称作空间电荷区也称作“耗尽区耗尽区” “势垒势垒区区” 第30页/共87页l 动态平衡。动态平衡。 扩散扩散

4、=漂移漂移第31页/共87页l如图所示，如图所示，电源的正电源的正极接极接P区，负极接区，负极接N区，区，这种接法叫做这种接法叫做PN结加正结加正向电压或正向偏置。向电压或正向偏置。第32页/共87页第33页/共87页第34页/共87页PN结的反向电流很小，而且与反向电压的大小结的反向电流很小，而且与反向电压的大小基本无关。基本无关。PN结表现为很大的电阻，称之截止结表现为很大的电阻，称之截止。第35页/共87页第36页/共87页第37页/共87页) 1(kTqUSeII外加电压外加电压流过流过PN结结的电流的电流电子电荷量电子电荷量q =1.610-19C反向饱和电流反向饱和电流绝对温度绝对

5、温度(K)玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数k =1.3810-23J/K自然对数的底自然对数的底第38页/共87页)1( kTqUSeIITUqkT 在常温下，在常温下，T = 300K， 则则)1( TUUSeIImVqkTUT26106 . 13001038. 11923 当当U大于大于UT数倍数倍TUUSeII 1TUUe即正向电流随正向电压的增加以指数即正向电流随正向电压的增加以指数规律迅速增大。规律迅速增大。第39页/共87页 1TUUe)1( TUUSeIIIIS即加反向电压时，即加反向电压时，PN结只流过很小的反向饱和结只流过很小的反向饱和电流电流。第40页/共87页U（mV）I（mA）

6、0图图4-5 PN结的理论伏安特性结的理论伏安特性DT=25B-IS（V）0.25 50 75 100(uA)0.511.52l画出画出PN结的理论伏安特结的理论伏安特性曲线。性曲线。第41页/共87页UBRU（V）I（mA）0图图4-6 PN结反向击穿结反向击穿第42页/共87页第43页/共87页第44页/共87页第45页/共87页第46页/共87页 PN结面积小，结结面积小，结电容小，用于检波和电容小，用于检波和变频等高频电路。变频等高频电路。(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图第47页/共87页 PN结面积大，用于工结面积大，用于工频大电流整流电路。频大电流

7、整流电路。(c)(c)平面型平面型阴极阴极引线引线阳极阳极引线引线PNP 型支持衬底型支持衬底 往往用于集成电往往用于集成电路制造中。路制造中。PN 结面积结面积可大可小，用于高频整可大可小，用于高频整流和开关电路中。流和开关电路中。n (3) 平面型二极管平面型二极管n (2)面接触型二极管面接触型二极管n(4) 二极管的代表符号二极管的代表符号(b)(b)面接触型面接触型阳极阳极阴极阴极第48页/共87页第49页/共87页第50页/共87页第51页/共87页VmAVDRRW（a）测正向特性）测正向特性VmAVDRRW（b）测反向特性）测反向特性第52页/共87页n二极管的伏安特性曲线可用下

8、式表示二极管的伏安特性曲线可用下式表示)1(/ TDUUSDeIi(a)二极管理论伏安特性二极管理论伏安特性CDoBAUBRuDiD（b b）2CP10-202CP10-20的的伏安特性曲伏安特性曲线线iD（mA）uD（V）012-100-20020406080-20-10-30（uA）7520（c c）2AP152AP15的的伏安特性曲线伏安特性曲线iD（mA）uD（V）00.4-40-80204080-0.2-0.1-0.3600.8第53页/共87页(a)二极管理论伏安特性二极管理论伏安特性正向正向特性特性CDoBAUBRuDiD第54页/共87页(a)二极管理论伏安特性二极管理论伏安特

9、性反向击反向击穿特性穿特性CDoBAUBRuDiD反向反向特性特性第55页/共87页第56页/共87页第57页/共87页uDiDoDK理想二极管等效电路理想二极管等效电路第58页/共87页第59页/共87页uDiDoDUD考虑正向压降的等效电路考虑正向压降的等效电路KUD第60页/共87页第61页/共87页)(sin2sinVtUtUum u 2 34touo+_u+_RLD4D2 D1D3ioAB（a）第62页/共87页l、D3导通，相当于开关闭合；导通，相当于开关闭合；D2、D4截止，相当于开关断开，如截止，相当于开关断开，如图图 (b)所示。因此输出电压所示。因此输出电压uO = u。u

10、o+_u+_RLD4D2 D1D3ioAB（a）uuo+_RLD4D2 D1D3ioAB（b）+-第63页/共87页uo+_u+_RLD4D2 D1D3ioAB（a）uou+_RLD4D2 D1D3ioAB（c）+-第64页/共87页 u 2 34to uo（io） 2 34to iD 2 34to iD1 iD3 iD2 iD4 （d）第65页/共87页UUttdUUmO9 . 022sin10 n式中式中U为交流电源为交流电源u的有效值。的有效值。n负载电阻负载电阻RL中流过的电流中流过的电流iO的平均值的平均值IO为为LLOORURUI9 . 0 第66页/共87页n从图从图 (b)、(

11、c)中可见，每个二极管在截止时，它中可见，每个二极管在截止时，它的两端承受的最大反向电压就是交流电源电压的两端承受的最大反向电压就是交流电源电压u的峰值。记为的峰值。记为LOD45. 021RUIIUU2DR第67页/共87页n如果要精确考虑二极管的正向压降及导通时的如果要精确考虑二极管的正向压降及导通时的正向电阻、截止时的反向电阻的影响，那么图正向电阻、截止时的反向电阻的影响，那么图 (d)中的波形还要进行修正。中的波形还要进行修正。UUURUII245. 0DRRLDF第68页/共87页（a）t 第69页/共87页（a）（b）第70页/共87页（b）第71页/共87页（b）t （c）第72

12、页/共87页第73页/共87页n特性称为稳压特性，稳压管特性称为稳压特性，稳压管就是利用这一特性工作的。就是利用这一特性工作的。UIOUZIZ UZ IZIZM（b）阴极阴极阳极阳极（a）第74页/共87页5. 稳压二极管稳压二极管第75页/共87页ZZZIUrnrZ越小，表示稳压作用越好。一个稳压管越小，表示稳压作用越好。一个稳压管rZ的大小与工作电流有关，工作电流越大，的大小与工作电流有关，工作电流越大，rZ越越小。小。5. 稳压二极管稳压二极管第76页/共87页I(mA)04812164812rZ()2CW1 稳压管rZI曲线5. 稳压二极管稳压二极管第77页/共87页5. 稳压二极管稳压二极管第78页/共87页5. 稳压二极管稳压二极管第79页/共87页V168. 88)2050(1000071 5. 稳压二极管稳压二极管第80页/共87页5. 稳压二极管稳压二极管第81页/共87页123具有温度补偿的稳压管图具有温度补偿的稳压管图n工作时一个管子处于正工作时一个管子处于正向，有负温度系数，另向，有负温度系数，另一个管子处于反向，有一个管子处于反向，有正温度系数，二者互相正温度系数，二者互相补偿，将补偿，将1、2两端的电两端的电压温度系数减到很小的压温度系数减到很小的程度。程度。5. 稳压二极管稳压二极管第82页/共87页RzUzDzI+-U