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文档简介
模拟电子电路基础11第一页,共35页。1.1半导体材料及导电特性返回第二页,共35页。1.1.1
本征半导体返回第三页,共35页。1.1.1
本征半导体(intrinsicsemiconductor)返回第四页,共35页。E
g(二)本征激发和两种载流子a:空穴带正电量b:空穴是半导体中所特有的带单位正电荷的粒子,与电子电量相等,符号相反c:空穴在价带内运动,也是一种载流子。在外电场作用下可在晶体内定向移动空穴:自由电子载流子:带单位负电空穴载流子:带单位正电返回第五页,共35页。(三)本征载流子(intrinsiccarrier)浓度
本征激发电子空穴E
g1电子空穴随机碰撞复合(自由电子释放能量)电子空穴对消失23本征激发动态平衡复合是电子空穴对的两种矛盾运动形式。返回第六页,共35页。1.1.2
杂质半导体(donorandacceptorimpurities)
3.3X1012分之一返回第七页,共35页。(一)N型半导体(NTypesemiconductor)
室温T=300k+++++5返回第八页,共35页。(二)P型半导体(Ptypesemiconductor)----返回第九页,共35页。(三)杂质半导体中的载流子浓度本征半导体中载流子由本征激发产生:ni=pi掺杂半导体中(NorP)→掺杂越多→多子浓度↑→少子浓度↓杂质半导体载流子由两个过程产生:杂质电离→多子
本征激发→少子由半导体理论可以证明,两种载流子的浓度满足以下关系:1
热平衡条件:温度一定时,两种载流子浓度积之,等于本征浓度的平方。N型半导体:若以nn表示电子(多子),pn表示空穴(少子)则有nn.pn=ni2P型半导体:pp表示空穴(多子),np表示电子浓度(少子)
Pp.np=ni22
电中性条件:整块半导体的正电荷量与负电荷量恒等。
N型:
No表示施主杂质浓度,则:nn=No+pn
P型:NA表示受主杂质浓度,
Pp=NA+np由于一般总有No>>pnNA>>np所以有N型:nn≈No
且:
pn≈ni2/ND
P型:pp≈NA
np≈ni2/NA
多子浓度等于掺杂浓度少子浓度与本征浓度ni2有关,与温度无关
随温度升高而增加,是半导体 元件温度漂移的主要原因多子浓度少子浓度返回第十页,共35页。1.1.3
漂移电流与扩散电流半导体中有两种载流子:电子和空穴,这两种载流子的定向运动会引起导电电流。引起载流子定向运动的原因有两种:由于电场而引起的定向运动――漂移运动。(漂移电流)由于载流子的浓度梯度而引起的定向运动――扩散运动(扩散电流)(一)漂移电流(driftcurrent)
在电子浓度为n,空穴浓度为p的半导体两端外加电压V,在电场E的作用下,空穴将沿电场方向运动,电子将沿与电场相反方向运动:EV●●●●●○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●返回第十一页,共35页。(二)扩散电流(diffusioncurrent)光照
N型半导体x●●●●●●●○○○○○●●●n
(x)p
(x)载流子浓度热平衡值热平衡值x●●●●●●●○○○○○●●●●●●●●●●○○○○○●●●●●●●●●●○○○○○●●●返回第十二页,共35页。§1.2PN结原理1.2.2空间电荷区特点:1.2.1PN结的形成及特点返回第十三页,共35页。NP++++++++++++++++----------------§1.2PN结原理ENP++++++++++++++++----------------返回1.2.1PN结的形成及特点第十四页,共35页。一PN结的动态平衡过程和接触电位消弱内建电场ENP++++++++++++++++----------------ENP++++++++++++++++----------------热平衡(动态平衡)返回第十五页,共35页。1.2.2空间电荷区特点:NP++++++++++++++++----------------Eρ电荷密度E电场强度φ电位qUФ内建电位势垒(电子势能)qUФPN返回第十六页,共35页。1.3晶体二极管及应用1.3.2二极管的电阻1.3.3二极管的交流小信号等效模型1.3.4二极管应用电路1.3.1晶体二极管的伏安特性引言返回1.3.5稳压管1.3.6PN结电容1.3.7PN结的温度特性1.3.8二极管主要参数第十七页,共35页。1.3晶体二极管及应用NP++++++++++++++++----------------E1.3.1
晶体二极管的伏安特性返回第十八页,共35页。1.正向偏置,正向电流RUNP++++++++++++++++----------------UiDUφUφ-U扩散iDiDiDiD++__返回第十九页,共35页。NP++++++++++++++++----------------2.反向偏置,反向电流RUUiRNP++++++++++++++++----------------UФUФ+UiRiRiRiR++__返回第二十页,共35页。Si(二)伏安特性Ge
1.0iDuD●UON●UON返回第二十一页,共35页。Si(二)伏安特性iR=-IsGeSiGeU(BR)U(BR)
1.0iDuD返回第二十二页,共35页。Si(二)伏安特性iR=-IsSiGeGeU(BR)U(BR)
1.0iDuD二极管击穿后端电压几乎不变,具有稳压特性。返回第二十三页,共35页。IDQ●UDiDuDuD(忽略R上的电压)1.3.2二极管的电阻返回第二十四页,共35页。rdCJSi
1.0iDuD●●在低频工作时,CJ可忽略。电路仿真1.3.3二极管的交流小信号等效模型返回第二十五页,共35页。uiui1.3.4二极管应用电路1整流电路ui<0,二级管截止,iD=0,uo=0+uo-iDui>0,二级管导通,,uo=ui电路仿真2二极管限幅电路右图为双向的限幅电路如果设:二极管的开启电压UON=0.7V则有:|ui|<UON时,D1和D2都截止,回路中的电流iD=0,uo=ui。iD如果,ui>UON,D1导通D2截止,回路中的电流,利用二极管正向稳压特性,uo=UON
。如果,ui<-UON,D1截止D2导通,回路中的电流,uo=-UON
。uDiDUON电路仿真+uo-返回第二十六页,共35页。ui1.3.4二极管应用电路3二极管钳位电路钳位电路是一种能改变信号的直流电压成分的电路,下图是一个简单的二级管钳位电路的例子。uc=2.5Vuo设输入信号ui为幅度+2.5V的方波信号,ui2.5V-2.5V当ui<0时,D导通,回路中的电流iD对电容C充电,由于rd较小,充电时间常数=C
rd很小,充电迅速,使:uc=ui=2.5V,uo=ui–uc=ui–2.5V=0而当ui>0时,D截止,iD=0,回路无法放电,使电容C的电压保持uc=ui=2.5V,而输出电压:uo=ui+uc=ui+2.5V=5VVo5V电路仿真返回第二十七页,共35页。IZminIZmax●UZIZΔUZ1.3.5稳压管返回第二十八页,共35页。UiUZUDIZminIZmax●UZIZΔUZ电路仿真返回第二十九页,共35页。IZminIZmax●UZIZΔUZrzIzUZUZ返回第三十页,共35页。返回第三十一页,共35页。1.3.6PN结电容++++++++++++++++----------------RUU++__iR++++++++++++++++----------------C·CTUDuDrTCT返回第三十二页,共35页。载流子浓度。。。。。。。。。。。。。。。。ΔQpΔQn.................
PNU+ΔU⊕⊕⊕⊕⊕⊕------。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
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