电子第4章二极管及其基本电路课件

第4章二极管及其基本电路物体导电性能分类：

导体、半导体和绝缘体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。4.1半导体的基本知识半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强4.1.1半导体材料共价键共用电子对（束缚电子）+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，绝对零度时束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。4.1.2半导体(硅和锗)的共价键结构2)本征半导体的导电机理+4+4+4+4

*

空穴吸引附近的电子来填补,相当于空穴的迁移，可以认为空穴是载流子。空穴带正电荷，空穴移动形成电流。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。

*

电子带负电荷，电子移动形成电流（和电流规定的方向相反）。

*温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强本征半导体导电能力很弱,且随环境温度而变化。在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。4.1.4杂质半导体+4+4+5+4多余电子磷原子N型半导体中的载流子：1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。在本征半导体中掺入少量的五价元素磷（或锑），外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子五价元素磷称为施主原子。一、N型半导体三、杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。4.2PN结的形成及特性PN结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P型半导体N型半导体扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称PN结扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空间电荷区

内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。1.PN结加正向电压（即正偏）PN结变窄

P区接正极、N区接负极外电场IF

内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。

PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–☆PN结的单向导电性☆PN结单向导电性在半导体器件中的重要性：⑴二极管、三极管、场效应管、可控硅管等元器件的特性都与此有关。⑵电子电路必须具有直流电源才能工作。阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅(

c

)平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(

a)点接触型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(

b)面接触型图3.3.1半导体二极管的结构和符号4.3.1二极管的结构阴极阳极(

d

)符号D4.3二极管4.3.2二极管的V--I特性硅管0.5V,锗管0.1V。反向击穿电压U(BR)导通压降

外加电压大于反向击穿电压，二极管被击穿，（雪崩击穿、齐纳击穿）失去单向导电性。正向特性反向特性特点：非线性硅0.6~0.8V锗0.2~0.3VUI死区电压PN+–PN–+反向电流在一定电压范围内保持常数。VT＝26mV(温度电压当量）伏安特性：4.二极管的极间电容二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容CB和扩散电容CD。势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。4.二极管的极间电容扩散电容：为了形成正向电流（扩散电流），注入P区的少子（电子）在P

区有浓度差，越靠近PN结浓度越大，即在P区有电子的积累。同理，在N区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容CD。势垒电容CB：在正向和反向偏置时均不能忽略。PN结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散电容的综合效应rd扩散电容CD：在反向偏置时，由于载流子数目很少，可以忽略。例4.4.1电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD。解：由电路的KVL方程，可得即是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线

Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点

4.4.2二极管V-I特性的建模1.理想模型2.恒压降模型

4.4.2二极管V-I特性的建模3.折线模型（a）V-I特性（b）电路模型

RLuiuouiuott例1：二极管半波整流判断二极管导通与否的方法：假想断开二极管，再分析二极管阳极和阴极的电位实际二极管：死区电压=0.5V，正向压降0.7V(锗管≈0.2V);理想二极管：死区电压=0，正向压降=0。☆4.4.3二极管的应用举例例2静态工作情况分析理想模型（R=10k）当VDD=10V时，恒压模型（硅二极管典型值）折线模型（硅二极管典型值）设当VDD=1V时，（自看）（a）简单二极管电路（b）习惯画法

两个二极管的阴极接在一起取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。分析：U1阳=－6V，U2阳=0V，U1阴=U2阴=－12VUD1=6V，UD2=12V

D1承受反向电压为－6V根据所给电路,求UAB的值

在这里，D2起钳位作用，D1起隔离作用。BD16V12V3kAD2UAB+–例2当D2优先导通时，则D1截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB

=0V。（4）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗稳压二极管的参数:（1）稳定电压

UZ（2）电压温度系数U（%/℃）稳压值受温度变化影响的的系数。（3）动态电阻例

IR

IZ

Io稳压管的稳压过程。VIVoIZVo∴VO能够稳定IRVR⑴用于光电信号