通信原理大综合课件低频

1.2PN结与晶体二极管1.2.1PN结的基本原理1.2.2晶体二极管1.2.3晶体二极管应用电路举例1.2.1PN结的基本原理利用掺杂工艺，把P型半导体和N型半导体在原子级上紧密结合，P区与N区的交界面处的空间电荷区就是PN结。N型P型PN结（1）多数载流子扩散形成空间电荷区N型P型开始因浓度差产生空间电荷区引起多子扩散1、PN结的形成1.2.1PN结的基本原理（2）内建电场使少子产生漂移N型P型内建电场阻止多子扩散出现内建电场利于少子漂移最终达动态平衡（3）动态平衡漂移运动=扩散运动时，PN结形成且处于动态平衡状态。PN结没有电流通过。在一定温度下，平衡时，空间电荷区的宽度、电荷量、内建电场强度都维持为一定的常数，取决于半导体材料及掺杂浓度。N型P型内建电场空间电荷区为高阻区，P区、N区为低阻区。空间电荷区又称为：耗尽区阻挡层势垒区XpoXnUΦUNDNA（4）势垒电压与PN结宽度UφUΦ=0.6~0.8V(硅）

0.2~0.3V（锗）P+NITID2.PN结的特性（1）单向导电性（2）击穿特性（3）电容特性(1)单向导电特性PN结加正向电压（正向偏置或称正偏）

（指P区接高电位端，N区接低电位端条件下。）ID内建电场被削弱；势垒高度下降；空间电荷区宽度变窄。UΦUΦ–U合成电场加偏压时的耗尽层未加偏压时的耗尽层扩散>漂移：PN结外加正向电压时：能越过势垒的多数载流子数量很多，形成较大的扩散电流。ID流过PN结的电流随外加电压U的增加而迅速上升，PN结呈现很小的电阻，该状态称：PN结正向导通状态IDPN结加反向电压（反向偏置或称反偏）

（指P区接低电位端，N区接高电位端条件下）ID加反向偏压时的耗尽层UΦUΦ+U合成电场未加偏压时的耗尽层IDPN外加反向电压时：内建电场被增强；势垒升高；空间电荷区宽度变宽。漂移>扩散扩散电流趋于零；漂移电流由少数载流子构成，由于少子数量很少。∴反向电流很小。在一定范围内反向电流不随反向电压变化，又称为反向饱和电流(即IS)，PN结呈现为大电阻。该状态称：PN结反向截止状态ID小结：PN结加正向电压时：电压增大，电流急剧上升，PN结呈现小电阻，PN结导通。PN结加反向电压时：仅有很小的反向饱和电流IS，电压增大，电流几乎不变，考虑到IS0，则认为PN结截止。PN结正向导通、反向截止的特性称PN结的单向导电特性。(2)击穿特性只要限制PN结电流，击穿不一定导致损坏。利用PN结击穿特性可以制作稳压管。击穿电压UzPN结外加反向电压且电压值超过一定限度时，反向电流随反向电压的增加而急剧增加，称为PN结反向击穿。击穿分为两种：

雪崩击穿反向电压足够高时：空间电荷区的合成电场较强；通过空间电荷区的载流子作加速运动获得很大的动能；运动中有可能将共价键中的价电子撞出，使载流子数量像雪崩一样增加。所以反向电流急剧增加。这种击穿就称为雪崩击穿或碰撞击穿。当反向电压足够高，空间电荷区中的电场强度达到105V／cm以上时，可把共价键中的电子拉出来，产生电子-空穴对，使载流子突然增多，产生击穿现象，称为齐纳击穿。掺入杂质浓度小的PN结中，雪崩击穿是主要的，击穿电压一般在6V以上；在掺杂很重的PN结中，齐纳击穿是主要的，击穿电压一般在6V以下。击穿电压在6V左右的PN结常兼有两种击穿现象。

齐纳击穿(电场击穿)

势垒电容CT由势垒区内电荷存储效应引起。势垒区相当于介质，它两边的P区和N区相当于金属。当外加电压改变时，势垒区的电荷量改变引起的电容效应，称为势垒电容。(3)电容特性

CT值随外加电压的改变而改变，为非线性电容。

扩散电容CDPN结正向电压时，由载流子扩散造成的电荷变化所呈现出的电容效应称为扩散电容。CD

值与PN结的正向电流I成正比。小结PN结正向运用时CT、CD同时存在，CD起主要作用PN结反向运用时，只有CT

。结电容影响PN杰的单向导电性。点接触型面结合型平面型符号1.结构与符号1.2.2晶体二极管伏安特性图

2.伏安特性小于门限电压：电流近似呈指数规律，电流很小。存在门限电压Ur

锗管Ur

0.2V

硅管Ur

0.6V

（1）正向特性：电流较大时：电流电压近似成线性关系。正常电流范围内：锗管0.2～0.3V

硅管0.6～0.8V

伏安特性图

反向饱和电流IS锗管：（10-6～10-9）A硅管：（10-9～10-16）A曲线近似呈水平线，略有倾斜

（2）反向特性：伏安特性图

击穿时：反向电压稍有增加，反向会电流会急剧增加。若限制电流的数值，二极管并不损坏。若电流过大二极管会过热损坏。（3）击穿特性伏安特性的温度特性：(c)击穿特性

(b)反向特性(a)正向特性T

则Ur

T

则IS

T

则UZ(雪崩击穿)T

则UZ(齐纳击穿)（4）温度对伏安特性的影响Δu/ΔT≈-(2~2.5)mV/℃正向特性近似（u≥0.1V)反向特性近似（u≤-0.1V)3、伏安特性数学表达式式中：mVT=300K时称为热电压4.主要参数表征性能性能参数表征安全工作范围极限参数参数直流电阻RD

：定义RD=U/I

|Q点处

RD是u

或i

的函数

（1）性能参数定义rd=du/di

|Q点处计算

rd=UT/IQ

交