电子模拟技术61课件

第六章半导体二极管和三极管

6.1半导体基础知识

导体：电阻率小于10-4Ωcm绝缘体：电阻率大于1010Ωcm半导体：电阻率介于10-4~1010Ωcm之间6.1.1本征半导体

二个电子的共价键二个电子的共价键+4电子——空穴对的产生共价键中原来位置留下一个空位受热挣脱共价键束缚形成自由电子形成电子——空穴对在外电场作用下空穴电流两部分电流：本征激发的自由电子形成电子电流；空穴移动产生的空穴电流自由电子与空穴都称为载流子，在本征半导体中，自由电子和空穴的数目相同电子运动空穴运动束缚电子：x2→x1，x3→x2；相当于空穴：x1→x2→x3外电场E6.1.3PN结

1．PN结的形成空穴扩散电子扩散载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动当扩散和漂移达到动态平衡时，空间电荷区的宽度就稳定下来。PN结就处于相对稳定的状态电位壁垒UD的大小，硅材料为0.6~0.8V，锗材料为0.2~0.3V

多数载流子的扩散→空间电荷区→内电场2．PN结的单向导电性(1)外加正向电压外加电压P→N，外电场削弱内电场，PN结的动态平衡被破坏，在外电场的作用下，P区中的空穴进入空间电荷区，与一部分负离子中和，N区中的自由电子进入空间电荷区与一部分正离子中和，于是整个空间电荷区变窄，从而使多子的扩散运动增强，形成较大的扩散电流，这个电流称为正向电流，其方向是从P区指向N区。这种外加电压接法称为正向偏置

(2)外加反向电压外加电压N→P，这种情况称为PN结反向偏置。这时，外电场增强内电场的作用。在外电场的作用下，P区中的空穴和N区中的自由电子各自背离空间电荷区运动，使空间电荷变宽，从而抑制了多子的扩散，加强了少子的漂移，形成反向电流。由于少子的浓度很低，因此这个反向电流非常小，反向电流又称为反向饱和电流，通常用Is表示。结论

PN结具有单向导电性：PN结正向偏置时，回路中有较大的正向电流，PN结呈现的电阻很小，PN结处于导通状态；当PN结反向偏置时，回路中的电流非常小，PN结呈现的电阻非常高，PN结处于截止状态。2.特性二极管的伏安特性曲线二极管方程UT=kT/q为温度电压当量。在常温（T=300K）下，UT≈26mV。当二极管加正向电压时，若U>>UT，则，，电流与电压基本上为指数关系。当二极管加反向电压时，U<0，若|U|>>UT，则，，I≈Is。Uth称为死区电压或门坎电压。Uth的大小与材料和温度有关，通常硅管约为0.5V，锗管约为0.1V；二极管导通时的正向压降，硅管为0.6~0.8V，锗管为0.2~0.3V。UBR称为反向击穿电压6.2.2二极管的主要参数

1．最大整流电流IF最大整流电流是指二极管长时间工作时，允许流过二极管的最大正向平均电流，它由PN结的结面积和散热条件决定。2．最大反向工作电压UR它是二极管加反向电压时为防止击穿所取的安全电压，一般将反向击穿电压UBR的一半定为最大反向工作电压UR。3．反向电流IRIR是指二极管加上最大反向工作电压UR时的反向电流。IR愈小，二极管的单向导电性就愈好。此外，由于反向电流是由少数载流子形成的，所以，温度对IR的影响很大4．最高工作频率fMfM主要由PN结电容的大小决定，结电容愈大，则fM就越低。若工作频率超过fM，则二极管的单向导电性就变差，甚至无法使用。二极管主要是利用其单向导电性，通常用于整流、检波、限幅、元件保护等，在数字电路中常作为开关元件。例6.2.1在图示电路中，输入电压ui=10sinωtV，试画出电路的输出电压波形。设二极管为理想二极管，正向导通时压降为零，反向偏置时，反向电流为零。解：对图a所示电路，由于二极管具有单向导电性，在ui的正半周，D导通，uo1=ui；在ui的负半周，D截止，i=0，uo1=0。对图b所示电路，当ui>5V时，D导通，uo2=5V；当ui<5V时，D截止，i=0,uR=0，故u