模电第一章半导体基础及二极管电路

电子电路基础第一章半导体基础及二极管电路1参考书目《模拟电子技术基础》，董诗白等，高等教育出版社，面向21世纪课程教材《电子技术基础》,康华光,高教出版社《电子线路基础》,高文焕,高教出版社2主要内容1.1半导体及其特性1.2PN结及其特性1.3半导体二极管1.4半导体三极管及其工作原理1.5三极管的共射特性曲线及主要参数3本征半导体及其特性导体(Conductor)电导率＞105

铝、金、钨、铜等金属，镍铬等合金。半导体(Semiconductor)电导率10-9~102硅、锗、砷化镓、磷化铟、碳化镓、重掺杂多晶硅绝缘体(Insulator)电导率10-22~10-14二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等42、半导体性能半导体三大特性搀杂特性热敏特性光敏特性本征半导体晶格完整（金刚石结构）纯净（无杂质）的半导体51、硅、锗原子的简化模型半导体元素：均为四价元素GeSi+46半导体结构的描述两种理论体系共价键结构能级能带结构7共价键结构（平面图）+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴价电子形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体8半导体中的载流子载流子(Carrier)指半导体结构中获得运动能量的带电粒子。有温度环境就有载流子。绝对零度（-2730C）时晶体中无自由电子。9热激发（本征激发）本征激发

和温度有关会成对产生电子空穴对---自由电子(FreeElectron)---空穴(Hole)两种载流子（带电粒子）是半导体的重要概念。10本征激发与复合合二为一一分为二本征激发复合11杂质半导体(ImpuritySemiconductor)杂质半导体：在纯净半导体中掺入杂质所形成。杂质半导体分两大类：N型(Ntype)半导体P型(Ptype)半导体121、N型半导体施主杂质(Donorimpurities)

：掺入五价元素，如磷(P)、砷(As)、锑(Sb)。正离子状态：失去多余电子后束缚在晶格内不能移动。13图示：N型半导体结构示意图五价原子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5141、N型半导体自由电子数=空穴数+施主杂质数少子(Minority)：空穴(Hole)多子(Majority)：自由电子(FreeElectron)N型半导体：电子型半导体152、P型半导体受主杂质(Acceptorimpurities)

：掺入三价元素，如硼(B)、铝(Al)、铟(In)。负离子状态：易接受其它自由电子16图示：P型半导体结构示意图三价原子+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3空穴空位17P型半导体空穴数=自由电子数+受主杂质数少子(Minority：自由电子(FreeElectron)多子(Majority)：空穴(Hole)P型半导体：空穴型半导体18杂质半导体的载流子浓度杂质半导体少子浓度主要由本征激发决定的杂质半导体多子浓度由搀杂浓度决定（是固定的）几乎与温度无关对温度变化敏感杂质半导体就整体来说还是呈电中性的19半导体中的电流是由电场力引起的载流子定向运动漂移电流(DriftCurrent)扩散电流(DiffusionCurrent)由载流子浓度、迁移速度、外加电场强度等决定是由载流子浓度不均匀（浓度梯度）造成的扩散电流与浓度本身无关20PN结及其特性

PN结是构成半导体器件的核心结构。PN结是指使用半导体工艺使N型和P型半导体结合处所形成的特殊结构。PN结是半导体器件的心脏。21P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++

扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。势垒区，也称耗尽层。PN结的形成22说明：（1）空间电荷区（耗尽层、势垒区、高阻区）内几乎没有载流子，其厚度约为0.5μｍ（2）内电场的大小硅半导体：锗半导体：（3）当两边的掺杂浓度相等时，PN结是对称的当两边的掺杂浓度不等时，PN结不对称（4）从宏观上看，自由状态下，PN结中无电流23－－－－++++PN－－－－++++E+_R1、PN结正向偏置——P区加正、N区加负电压内电场外电场变薄内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。正向电流正向导通24内电场外电场+_RE2、PN结反向偏置——P区加负、N区加正电压－－－－++++PN－－－－++++－－－－++++变厚内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子的漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。反向截止25三、半导体二极管

PN伏安曲线两种电击穿：（1）齐纳击穿掺杂高，击穿电压小于6V（2）雪崩击穿（碰撞激发）UI死区电压硅管0.4V锗管0.1V反向击穿电压UBR导通电压:硅管0.7V锗管0.3V开启电压:硅管0.6V锗管0.2V热击穿26二极管特性的解析式

伏安表达式：常温下则当时，，反向电流基本不变当时，27二极管的温度特性温度升高时，反向电流增大温度升高时，正向伏安特性左移工程上可近似认为电流保持不变时，温度每增加1摄氏度，二极管压降约减小28二极管的电容效应二极管电容是一种等效效应势垒电容扩散电容均为非线性电容29二极管的电容效应二极管电容是一种等效效应势垒电容扩散电容均为非线性电容正偏时以扩散电容为主反偏时以势垒电容为主PN结的电容效应将影响晶体管的响应速度和高频特性30二极管的等效电阻直流等效电阻也称静态电阻：交流等效电阻：T=300K时温度的电压当量工作点电流31二极管的模型数学模型理想化模型恒压降模型分段线性模型交流小信号32模型二极管的主要参数

最大整流电流IF：IF是二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流反向击穿电压VR：VR是二极管反向电流明显增大，超过某个规定值时的反向电压反向电流IR：IR是二极管未击穿时的反向饱和电流。IR愈小，二极管的单向导电性最高工作频率fM：fM是二极管工作的上限频率愈好，IR对温度非常敏感33二极管电路基本分析方法及流程选择模型，变换电路通常采用理想模型或者恒压降模型分析直流电路和大信号工作电路先静态分析算Q点交流模型参数，再动态分析求电路交流参数，最后叠加得完整结果34二极管电路分析例题35二极管电路的工作状态解法通过比较二极管两个电极的电位高低来判定可首先假定二极管截止设图中二极管性能理想，试判断二极管的工作状态，并求36二极管整流电路：半波整流37二极管整流电路：全波整流38二极管整流电路：全波整流39稳压二极管正常情况下，工作于反向击穿区。反向电流在很大范围内变化时，端电压变化很小，从而具有稳压作用反向击穿电压最小允许电流最大允许电流在使用时应串接限流电阻以保证反向电流值在合适范围内，管工作在稳压区40二极管模拟电路：稳压电路限流电阻41#不加R可以吗？当不变时：当不变时：二极管模拟电路：限幅电路（一）限幅：按照规定的范围，将输入信号波形的一部分传送到输出端、而将其余部分消去。一般利用器件的开关特性实现线性区限幅区：下门限：上门限双向限幅电路：单