半导体二极管及其基本电路

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第02章 半导体二极管及基本电路

第02章 半导体二极管及基本电路

一、N 型半导体:
N型
电子为多数载流子
+4 +4 +4
空穴为少数载流子
+4 +5 +4 自由电子
磷原子 施主原子
载流子数 电子数
N型杂质半导体的特点:
1、与本征激发不同,施主原子在提供多余电子的同时 并不产生空穴,而成为正离子被束缚在晶格结构 中,不能自由移动,不起导电作用。
2、在室温下,多余电子全部被激发为自由电子,故N
特性 符号及等效模型:
iD
uD
S
S
正向偏置时: 管压降为0,电阻也为0。 反向偏置时: 电流为0,电阻为∞。
正偏导通,uD = 0; 反偏截止, iD = 0 R =
二、二极管的恒压降模型
iD U (BR) URM O IF uD
iD UD(on) uD
uD = UD(on)
0.7 V (Si) 0.2 V (Ge)
iD 急剧上升
死区 电压
UD(on) = (0.6 0.8) V 硅管 0.7 V (0.1 0.3) V 锗管 0.2 V iD = IS < 0.1 A(硅) 几十 A (锗) 反向电流急剧增大 (反向击穿)
U(BR) U 0 U < U(BR)
反向击穿类型: 电击穿 — PN 结未损坏,断电即恢复。 热击穿 — PN 结烧毁。 反向击穿原因: 齐纳击穿: 反向电场太强,将电子强行拉出共价键。 (Zener) (击穿电压 < 6 V) 反向电场使电子加速,动能增大,撞击 雪崩击穿: 使自由电子数突增。 (击穿电压 > 6 V)
t
例: ui = 2 sin t (V),分析二极管的限幅作用。 1、 0.7 V < ui < 0.7 V

二极管基本电路与分析方法

二极管基本电路与分析方法

二极管基本电路与分析方法二极管是一种最简单的半导体器件,具有只能单向导电的特点。

在电子电路中,二极管通常用于整流、限流、调制和混频等功能。

本文将介绍二极管的基本电路和分析方法。

一、二极管基本电路1.正向偏置电路正向偏置电路是将二极管的P端连接到正电压,N端连接到负电压的电路。

这种电路可以使二极管处于导通状态,实现电流流动。

2.逆向偏置电路逆向偏置电路是将二极管的P端连接到负电压,N端连接到正电压的电路。

这种电路可以使二极管处于截止状态,即不导电。

二、二极管分析方法1.静态分析静态分析是指在稳态条件下分析二极管的工作状态。

在正向偏置电路中,如果二极管被接入电路且正向电压大于二极管的正向压降时,二极管处于导通状态;反之,二极管处于截止状态。

在逆向偏置电路中,无论接入电路与否,二极管都处于截止状态。

2.动态分析动态分析是指在变化条件下分析二极管的工作状态。

例如,当正向电压瞬时增加时,二极管可能处于导通状态。

此时,需要考虑二极管的导通压降和电流变化情况。

三、常见二极管电路1.整流电路整流电路是将交流信号转换为直流信号的电路。

常见的整流电路有半波整流电路和全波整流电路。

半波整流电路只利用了交流信号的一半,而全波整流电路则利用了交流信号的全部。

整流电路中的二极管起到了只允许电流在一个方向上流动的作用。

2.限流电路限流电路是通过限制电流的大小来保护其他元件不受损坏的电路。

常见的限流电路有稳压二极管电路和过载保护电路。

稳压二极管电路利用二极管的电流-电压特性,使得二极管具有稳定的电流输出能力;过载保护电路则通过限制电流大小来保护负载电路。

3.调制电路调制电路是将低频信息信号调制到高频载波信号上的电路。

常见的调制电路有调幅电路和调频电路。

在调制电路中,二极管起到了快速改变电流或电压的作用,实现信号的调制效果。

4.混频电路混频电路是将两个不同频率的信号进行混合,得到新的频率信号的电路。

在混频电路中,二极管可以起到信号选择和调谐的作用,实现频率混合。

二极管原理及其基本电路

二极管原理及其基本电路

二极管原理及其基本电路二极管是一种最简单的半导体器件,它具有非常重要的功能和应用。

本文将介绍二极管的原理以及其基本电路。

一、二极管的原理二极管是由一种带有p型半导体和n型半导体的材料组成的。

在p-n 结的区域内,因为半导体的材料特性,会形成一个电势垒。

当外加电压的极性与电势垒形成的方向相反时,电势垒将变得更大,称为反向偏置;当外加电压的极性与电势垒形成的方向一致时,电势垒将变得更小,称为正向偏置。

在二极管的工作中,主要有以下几个重要的特性。

1.正向电压特性:当二极管处于正向偏置状态时,在两端加上正向电压时,电势垒逐渐缩小,直到消失。

在这个过程中,二极管的导电性变得很好。

正向电压越大,二极管导通越好。

2.反向电压特性:当二极管处于反向偏置状态时,在两端加上反向电压时,电势垒逐渐增加。

当反向电压超过反向击穿电压时,二极管就会发生击穿,电流急剧增大,此时二极管就会损坏。

3.导通和截止特性:当二极管处于正向偏置状态时,正向电压不超过一定限制时,二极管会导通。

当正向电压超过这个限制时,二极管截止,不导通。

而当二极管处于反向偏置状态时,无论外加电压的大小,其表现都是开路状态,不导通。

二、二极管的基本电路二极管广泛地应用于各种电路中,下面介绍几个常见的二极管基本电路。

1.正向电压特性测试电路:这是一个测试二极管正向电压特性的电路。

它由一个电压源、一个限流电阻和一个二极管组成。

通过改变电压源的电压,可以测量二极管在不同电压下的电流。

当电压逐渐增加时,电流也逐渐增加,直到达到二极管的最大电流。

2.整流电路:整流电路主要用于将交流电转换为直流电。

它由一个二极管和负载组成。

当二极管处于正向偏置状态时,它允许正向电流通过,从而将正半周期的交流信号变为直流信号。

而当二极管处于反向偏置状态时,它阻止反向电流通过。

3.限流电路:限流电路主要用于限制电流的大小。

它由一个电压源、一个电阻和一个二极管组成。

二极管起到了稳压和限流的作用。

chap3半导体二极管及其基本电路

chap3半导体二极管及其基本电路
本征半导体的共价键结构
硅和锗是四价元素,在原子最外层轨道上的四个电子 (价电子)。它们分别与周围的四个原子的价电子形 成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有,并 为它们所束缚,在空间形成排列有序的晶体。
(c)
(a) 硅晶体的空间排列 (b) 共价键结构平面示意
硅图原子空间排列及共价键结构平面示意图
杂质 因而也称为受主杂质(接受电子)。P型半导体 的结构如图所示。
P型半导体的结构示意图
*3.1.5半导体的载流子运动和温度特性
载流子的运动
扩散运动:由于载流子浓度的差异,而形成浓 度高的区域向浓度低的区域扩散,产生扩散运 动。
漂移运动:两种载流子(电子和空穴)在电场 的作用下产生的运动。其运动产生的电流方向 一致。
4.96×1022/cm3
以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。
3.2 PN结
PN结的形成 PN结的单向导电性 PN结的击穿特性
3.2.2 PN结的形成
在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成 N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导 体的结合面上形成如下物理过程:
N型半导体结构示意图
3.1.4 杂质半导体
N型半导体
多数载流子:自由电子(它主要由杂质原子提供) 少数载流子:空穴( 本征激发形成) 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离
子,因此五价杂质原子也称为施主杂质(提供多余电 子)。N型半导体的结构示意图如图所示:
3.1.4 杂质半导体
因浓度差→多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷 区→空间电荷区形成内电场→
内电场促使少子漂移, 内电场阻止多子扩散
3.2.2 PN结的形成

chap2 半导体二极管及其基本电路

chap2 半导体二极管及其基本电路

2.3 半导体二极管
2.3.1 半导体二极管的结构类型 2.3.2 半导体二极管的伏安特性曲线 2.3.3 半导体二极管的参数
2.3 半导体二极管
2.3.1 半导体二极管的结构类型
在PN结上加上引线和封装,就成为一个二极管。二 极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大 PN结面积小,结电容小 类。它们的结构示意图如图所示。 (1) 点接触型二极管— 用于检波和变频等高频电路。
2.2 PN结
PN结加正向电压时的导电情况
外加的正向电压有一部分降落在PN结区,方向与PN结内 电场方向相反,削弱了内电场。于是,内电场对多子扩散 运动的阻碍减弱,扩散电流加大。扩散电流远大于漂移 电流,可忽略漂移电流的影响,PN结呈现低阻性。
PN结加正偏
2.2 PN结
PN结加反向电压时的导电情况
2.1.3 本征半导体及其导电性

电子空穴对 当导体处于热力学温度0K时,导体中没有自 由电子。当温度升高或受到光的照射时,价 电子能量增高,有的价电子可以挣脱原子核 的束缚,而参与导电,成为自由电子。(这 一现象称为本征激发) 自由电子产生的同时,在其原来的共价键中 就出现了一个空位,原子的电中性被破坏, 呈现出正电性,其正电量与电子的负电量相 等,人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。
P型半导体的结构示意图
2.1.4 杂质半导体
P型半导体
多数载流子:空穴(掺杂形成)
少数载流子:自由电子( 本征激发形成) 空穴很容易俘获电子,使杂质原子成为负离子。三价 杂质 因而也称为受主杂质(接受电子)。P型半导体 的结构如图所示。
P型半导体的结构示意图
*2.1.5半导体的载流子运动和温度特性

第01章 半导体二极管及基本电路

第01章  半导体二极管及基本电路

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分析:
• 1)正向特性:
• OA段:当 UF < UT (死区电压)时外电场不 足
以克服结内电场对多数载流子扩散运动的阻力,故 正向电流 IF 很小(I F ≈0), D处于截止状态。
• 硅(Si):U T ≈0.5V; 锗(Ge): U T ≈0.1V。 • AB段:当 U F >U T后, Ed↓↓→扩散运动↑ ↑ → I
N 型半导体示意图
第一章 半导体二极管及基本电路/1.1 半导体的基础知识/杂质半导体
26

2. P 型半导体






硼原子的结构
空 穴
• 自由电子数 << 空穴数
少数载流子 多数载流子
• 以空穴导电作为主要导电方式的半导体,称为空
穴半导体或 P型半导体 (P —type semiconductor ) 。
4)PN结的电容效应
•加在PN结上的电压的变化可影响空间电荷区电荷的
变化,说明PN结具电容效应。PN结的结电容的数 值一般很小,故只有在工作频率很高的情况下才考 虑PN结的结电容作用。
第一章 半导体二极管及基本电路/1.1 半导体的基础知识/P N 结
Байду номын сангаас
35
1.2 半导体二极管
一. 点接触式和面接触式二极管的结构
1、理想二极管模型 2、理想+串联恒压降模型 3理想+串联+折线模型
30
1. PN结的形成 扩散运动
随Ed
漂移运动
达到动态平衡
形成稳定的PN 结
Ed 不变化
注意:
1)空间电荷区的正负离子虽带电,但它们不能移 动,不参与导电。因区域内的载流子极少,所 以空间电荷区的电阻率很高。

二极管及其基本电路

二极管及其基本电路

vD
nV T
指数 关系
D
当加反向电压时: v
vD<0,当|vD|>>|V T |时 e 则 iD IS
常数
nV T
1
4、PN结的反向击穿
二极管处于反向偏置时,在一定的电压范围内,流过 PN结的电流很小,但电压超过某一数值(反向击穿电压)时, 反向电流急剧增加,这种现象就称为PN结的反向击穿。
+4 +4 +4
+4
+3
+4
+4
+4
+4
自 由 电 子 空 穴 对
P型半导体的示意方法
空穴 受 主 离 子
- - -
- - -
- - -
- -

2.N型半导体
在硅(或锗)的晶体中掺入少量的五价元素杂质。(磷、锑)
硅原子
多余电子
+4
+4
+4
磷原子多余的电子易受 热激发而成为自由电子, 使磷原子成为不能移动的 正离子。 磷→施主杂质、N型杂质
正偏时,结电容较大,CJ≈CD 反偏时,结电容较小,CJ≈CB
§1.2 二极管
1.2.1 二极管的结构
PN 结加上管壳和引线,就成为半导体二极管。
(Anode)
1、二极管的电路符号:
2、分类
(Kathode)
按结构分:点接触型,面接触型,平面型。
按用途分:整流二极管,检波二极管,稳压二极管,„„。 按材料分:硅二极管,锗二极管。
(3)PN结的V--I 特性及表达式
i D I S (e
vD
nV T
1)
vD :PN结两端的外加电压

半导体二极管及其基本应用电路(12)

半导体二极管及其基本应用电路(12)

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3
1.1 半导体二极管
1)本征半导体中的两种载流子——电子和空穴
在室温下,本征半导体中少数价电子因受热而获得能量 ,摆脱原子核的束缚,从共价键中挣脱出来,成为自由电 子。与此同时,失去价电子的硅或锗原子在该共价键上留 下了一个空位,这个空位称为空穴。由于本征硅或锗每产 生一个自由电子必然会有一个空穴出现,即电子与空穴成 对出现,称为电子空穴对。
• 1.4.5 激光二极管
• 激光是英文Laser的意译,音译为“镭射”。激光是 由激光器产生的。激光器有固体激光器、气体激光 器、半导体激光器等。半导体激光器是所有激光器 中效率最高、体积最小的一种,而比较成熟且实用 的半导体激光器是砷化镓激光器,即激光二极管。
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• 图1-3-10为倍压整流电路,该电路是用n个整流二极管和n 个电容组成n倍压整流电路。从图1-3-10中a、c两端取出电 压为nU2 ,其中n为偶数;而从b、d两端取出电压为nU2 , 其中n为奇数。可以根据需要选择输出电压。在电路中,除 了电容C1承受电压为U2外,其他电容上承受的电压均为 2U2,每个整流管的反向电压为2U2。该电路虽可得到较高 的直流输出电压,但它的输出特性很差,所以只适用于负 载电流很小,且负载基本上不变的场合。
• 二极管的主要特性是单向导电。二极管的特性可用伏安特性曲线来描 述。
• 1.二极管的伏安特性曲线 • 二极管的种类虽然很多,但它们都具有相似的伏安特性。所谓二极管
伏安特性曲线就是流过二极管的电流I与加在二极管两端电压U之间的
关系曲线。图1-1-13 所示为硅和锗二极管伏安特性曲线,
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第 1章
半导体二极管及其基本应用电路

第二章 半导体二极管及其应用电路

第二章 半导体二极管及其应用电路
由于半导体的电阻率对温度特别灵敏,利用这种特性就可以做 成各种热敏元件。
2.光敏特性 许多半导体受到光照辐射,电阻率下降。利
用这种特性可制成各种光电元件。
3.掺杂特性 在纯净的半导体中掺入微量的某种杂质后,
它的导电能力就可增加几十万甚至几百万倍。利用这种特性就 可制成各种不同用途的半导体器件,如半导体二极管、三极管 晶闸管、场效应管等。
直流工作电流 I D
ID
US1 U F RS(6 Nhomakorabea0.7)V 1k
5.3mA
二极管的动态电阻
26mV 26mV
rd
ID
4.9
5.3mA
再令 US1 0 ,利用二极管的微变模型,求出流过二极管的交
流电流 id
id
us2 RD rd
0.2sin 3140 tV (1 4.9 10 3 )kΩ
2. P型半导体
在四价晶体中掺入微量的三价元素,这种杂质半导体中, 空穴浓度远大于自由电子浓度,空穴为多子,自由电子为少子。 这种半导体的导电主要依靠空穴,称其为P型半导体(P-type semiconductor)或空穴型半导体。
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需要指出的是:
不论是N型还是P型半导体,整个晶体仍然呈中性。
描述稳压管特性的主要参数为稳定电压值 U Z 和
最大稳定电流 2021/3/2
I Zmax。
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参数简介:
是指稳压管正常工作时的额定电压值。由
稳定电压U Z : 于半导体生产的离散性,手册中的往往给出的
是一个电压范围值。
最大稳定电
是稳压管的最大允许工作电流。在使用时,
流 I Zmax:
实际工作电流不得超过该值,超过此值时,稳压 管将出现热击穿而损坏。

第一章二极管及其基本电路

第一章二极管及其基本电路

PN结方程
iD I S ( e
v D / nVT
1)
PN结的伏安特性 非线性
其中: IS ——反向饱和电流
VT ——温度的电压当量 常温下(T=300K) kT VT 0.026V 26 mV q n —发射系数 vD —PN结两端的外加电压
v D / nVT i I e 近似 正向: D S 估算 反向: i I D S
1 掺杂性:在纯净的半导体中掺入某些杂质,导电能力明显改变。
§1.1 半导体的基本知识
电子器件中,用的最多的半导体材料是硅和锗。
Ge
Si
+4
通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体。
2
二、本征半导体 本征半导体 — 完全纯净、结构完整的半导体晶体。
半导体的共价键结构
§1.1 半导体的基本知识
+4
⑴PN结加正向电压:P区接正,N区接负
变薄
- - - - - + + + + +

I : 扩散电流 + + + + + - - - - - P区 N区
- - - - - + + + + +

IF
外电场 小 内电场被削弱,多子的扩散加 结 强,形成较大的扩散电流I。 VF
16
内电场
3.PN结的单向导电性
b.恒压降模型
当二极管导通后,认 为其管压降vD=VON。 常取vD硅=VON=0.7V vD锗=VON=0.2V
适用
只有当二极管的电流iD近似 等于或大于1mA时才正确。
恒压降模型
应用较广泛。

1-半导体基础知识及二极管

1-半导体基础知识及二极管

2-5
元素周 期表
2-6
1、电子半导(Negative) ——N型半导体 、电子半导 型半导体 +5价元素磷 、砷(As )、锑(Sb)等在硅晶体中 价元素磷(P)、 价元素磷 、 等在硅晶体中 给出一个多余电子,故叫施主原子。 给出一个多余电子,故叫施主原子。 电子数目 = 空穴数 + 正离子数
空穴 +4
+4 自由电子
+4
+4
+4
自由电子 空穴
挣脱共价键的束缚自由活动的电子 束缚电子成为自由电子后, 束缚电子成为自由电子后,在共 价键中所留的空位。 价键中所留的空位。
2-4
二、杂质半导体
电子半导体 (Negative) 杂质半导体 空穴半导体 (Positive ) 加+3价元素硼 价元素硼 (B )、铝(Al )、铟 、 、 (In)、钙(Ga ) 、 价元素磷(P)、 加+5价元素磷 、 价元素磷 砷(As )、锑(Sb) 、
2AP 2CP
2CZ54 (c)
2CZ13
2CZ30
二极管外形
2-22
二、二极管的V—I特性 二极管的 特性
二极管两端加正向电压时,就产生 二极管两端加正向电压时 就产生 二极管两端加上反向电压时,在开 当正向电压超过门槛电压时,正向 二极管两端加上反向电压时 在开 当正向电压超过门槛电压时 正向 二极管反向电压加到一定数值时, 二极管反向电压加到一定数值时 正向电流,当正向电压较小时 当正向电压较小时,正向 正向电流 当正向电压较小时 正向 iV / mA 始很大范围内,二极管相当于非常 电流就会急剧地增大,二极管呈现 始很大范围内 二极管相当于非常 电流就会急剧地增大 二极管呈现 反向电流急剧增大,这种现象称 反向电流急剧增大 这种现象称 电流极小(几乎为零) 这一部分 电流极小(几乎为零),这一部分 大的电阻,反向电流很小 。 这时 很小电阻而处于导通状态。 反向电流很小,且不随反 大的电阻 反向电流很小 且不随反 很小电阻而处于导通状态 为反向击穿。 为反向击穿。此时对应的电压称 B′ 称为死区,相应的 相应的A(A′)点的电压称 称为死区 相应的 点的电压称 15 向电压而变化。 用U 表示 如图 硅管的正向导通压降约为0.6~0.7V, 向电压而变化。此时的电流称之为 硅管的正向导通压降约为 为反向击穿电压,用 BR表示,如图 为反向击穿电压 为死区电压或门槛电压(也称阈值 为死区电压或门槛电压 也称阈值 反向饱和电流IR 。如图中 ( OC′) 锗管约为0.2~0.3V,如图中 见图中OC( 如图中AB(A′B′) 反向饱和电流 段,见图中 锗管约为 ) 中CD(C′D′)段 见图中 电压),硅管约为 硅管约为0.5V,锗管约为 锗管约为0.1V, 10 电压 硅管约为 锗管约为 段。 段。 如图中OA(OA′)段。 如图中 段 5

电子技术基础--第一章--半导体二极管及其基本电路

电子技术基础--第一章--半导体二极管及其基本电路

(二)P型半导体
在本征半导体中掺入三价元素如B
+4
++34
+4
+4
+4
+4
因留下的空穴很容易俘获 电子,使杂质原子成为负 离子。三价杂质 因而也
称为受主杂质。
+4
+43
+4
空穴是多子 (杂质、热激发) 自由电子是少子(热激发)
本节中的有关概念
• 本征半导体、杂质半导体 • 施主杂质、受主杂质 • 自由电子、空穴 • 多数载流子、少数载流子 • N型半导体、P型半导体
(b)锗二极管2AP15的伏安特性曲线
iDIS(euD/UT 1)
• 死区电压Uth
– 硅二极管的死区电压一般为0.5V,锗二极管 的死区电压一般为0.1V。
• 硅二极管正向导通电压约为0.7V,锗二 极管正向导通电压约为0.2V。
• 反向击穿电压UBR 。
三、温度对二极管的伏安特性的 影响
N区空穴(少子)向P区漂移 同时进行
P区自由电子(少子)向N区漂移 4. 刚开始,扩散运动大于漂移运动,
最后,扩散运动等于漂移运动,达到动态平衡
扩散运动 漂移运动
多子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动 扩散运动产生扩散电流。扩散电流的真实方向是 从P区指向N区的 。
少子在电场的作用下向对方漂移,称漂移运动。 漂移运动产生漂移电流。漂移电流的真实方向是从 N区指向P 区的 。
本征半导体中的自由电子和空穴成对出现
四、本征半导体的特性
(1)热敏特性 (2)光敏特性 (3)搀杂特性
三种方式都可使本征半导体中的载流子数目增加,导电 能力增强,但是并不是当做导体来使用,因为与导体相 比,导电能力还差得远。

半导体二极管及其应用电路

半导体二极管及其应用电路
半导体二极管是一种电子元 件由两个PN结组成
具有开关特性可以用于控制 电路的开关状态
具有整流特性可以用于将交 流电转换为直流电
半导体二极管的结构
半导体材料:硅、锗等 结构类型:PN结、PIN结等 工作原理:利用半导体材料的单向导电性 应用领域:电子、通信、电力等
半导体二极管的特性
单向导电性:二极管只允许电流在一个方向通过
汽车安全系统:用于安全气 囊、防抱死系统(BS)、 电子稳定程序(ESP)等
汽车辅助驾驶系统:用于自 适应巡航控制(CC)、车道 保持辅助系统(LKS)等
电动汽车充电系统:用于电 动汽车的充电控制和保护
06
半导体二极管的发展趋 势和挑战
发展趋势
技术进步:半导 体二极管性能不 断提高功耗降低 可靠性增强
通信领域
半导体二极管在通 信领域的应用广泛 如手机、电脑、路 由器等设备中都有 使用。
半导体二极管在通 信领域中主要起到 信号放大、调制解 调、滤波等作用。
半导体二极管在通 信领域中的主要应 用包括:射频电路、 功率放大器、调制 解调器等。
半导体二极管在通 信领域中的发展趋 势是朝着更高频率、 更大功率、更小体 积的方向发展。
反向击穿:当二极管两端电压大于击穿电压时二极管被击穿电流急剧增大
温度影响:温度升高二极管正向导通电压降低反向截止电压升高反向击穿 电压降低
半导体二极管的温度特性
温度对半导体二极管特性的影响 温度对半导体二极管导通电压的影响 温度对半导体二极管反向漏电流的影响 温度对半导体二极管开关速度的影响
04
限幅电路的组成: 二极管、电阻、电 容等
限幅电路的工作原 理:利用二极管的 单向导电性将信号 限制在一定范围内
限幅电路的应用: 音频放大器、电源 保护电路、信号处 理电路等

模拟电子技术 例题

模拟电子技术 例题
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当vi>2.5V 时,D1 导通,假设此时D2 尚未导通,则 Vo=(2/3).(Vi-2.5)+2.5V; 令vo=10V,则vi=13.75V,可见当vi>13.25V 时,D1、D2 均导通,此时 Vo=10V。传输特性曲线略。
例 3.试判断图中二极管是导通还是截止?并求出 AO 两端电压VA0。设二极管 为理想的。
8
解:(1)Vc2=Vcc/2=6V,调 R1 或 R3 可以满足。 (2)交越失真,可以增大 R2。 (3)由于 T1,T2 的静态功耗 PT1=PT2=βIBVCE=β(Vcc-2|V
BE|)/(R1+R3)-Vcc/2=1156mV>>PCM, 所以会烧坏功放管。 例 3.图为某收音机的输出电路 (1)说明电路的名称; (2)简述 C2、C3、R4、R5 的作用; (3)已知电路的最大输出功率 Pmax=6.25w, 计算对称功率管 T2、T3 的饱和压 降|Vces|。
例 4.两个稳压管的稳压值VZ1=5V,VZ2=7V,它们的正向导通压降均为 0.6V, 电路在以下二种接法时,输出电压Vo 为多少?若电路输入为正弦信号V I=20sinωt(V),画出图(a)输出电压的波形。
2
解:图(a)中 D1、D2 都承受反向偏压,所以输出电压Vo=VZ1+VZ2=5V+7V=12V 若输入正弦信号VI=20sinωt(V):
答:(1)OTL 功率放大电路。
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(2)C2、C3组成的自举电路,可增大输出幅度。C3使加到 T2、T3 管 的交流信号相等,有助于使输出波形正负对称。R4为 T2、T3提供偏置电压, 克服交越失真。R5 通过直流负反馈的方式为 T1提供偏置且稳定静态工作点。 调节 R5可使 K 点电位达到0.5Vcc。 (3)|Vቤተ መጻሕፍቲ ባይዱES|=2V
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第三章
半导体二极管及其基本电路
半导体基本知识 PN结及其特性 半导体二极管特性及其应用 稳压二极管
2012年3月13日
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§2.1 半导体基础知识
I
W
homogeneous sample
V
+
_
t
L
电阻:
V L R I Wt
–电阻率
(Units: ) (Units: -cm)
intrinsic semiconductor: “undoped” semiconductor—本征半导体
electrical properties are native to the material
extrinsic semiconductor: doped semiconductor—杂质半导体
acceptor: impurity atom that increases the hole concentration
group III elements (B, In)—受主杂质
n-type material: semiconductor containing more electrons than holes p-type material: semiconductor containing more holes than electrons majority carrier: the most abundant carrier in a semiconductor sample—多数载流子 minority carrier: the least abundant carrier in a semiconductor sample—少数载流子
空间电荷区
因浓度差 多子扩散 与复合 促使少子漂移 形成空间电荷区 阻止多子扩散
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2012年3月13日
PN结的形成



扩散到对方的载流子在P区和N区的交界处相互复合,使P区因 失去空穴而留下不能移动的负离子,N区因失去电子而留下不 能移动的正离子 两种半导体交界处形成由不能移动的正、负离子组成的空间电 荷区(耗尽层) P区带负电,N区带正电,形成方向由N区指向P区的内电场 扩散和漂移达到平衡后, 耗尽层 空间电荷区的宽度和内 电场电位就相对稳定, 流过PN结的电流为0
iD/mA 1.0
0.5
内电场方向
0 0.5 1.0 D/V
– 1.0
– 0.5
2012年3月13日
PN结的伏安特性
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PN结加正向电压 时的导电情况(动画)
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PN结加正向电压(正偏)
2012年3月13日
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PN结加反向电压(反偏)
外加的反向电压方向与PN结内电场方向相同,加强了内电场。
2012年3月13日
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硅、锗简化原子结构模型

硅和锗都是4价元素,它们的外层电子都是4个 原子结构模型
价电子

硅 锗 外层电子受原子核的束缚力最小,称为价电子 物质的性质是由价电子决定的
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2012年3月13日
本征半导体的共价键结构
本征硅晶体中各原子之间靠得很近,使原分属于各原子的四 个价电子同时受到相邻原子的吸引,分别与周围的四个原子的 价电子形成共价键 共价键中的价电子为这些原子所共有,并为它们所束缚,在 空间形成排列有序的晶体
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2012年3月13日
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2.1.1 基本概念

低电阻率Low resistivity =>导体“conductor” 高电阻率High resistivity => 绝缘体“insulator” 中等电阻率Intermediate resistivity => 半导体 “semiconductor” 集成电路中使用的半导体材料呈晶体状 非晶体状半导体材料商业价值越来越高
electrical properties are controlled by the added impurity atoms
donor: impurity atom that increases the electron concentration
group V elements (P, As)—施主杂质

硅晶体的空间排列
2012年3月13日
共价键结构平面示意图
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共价键性质




共价键上的两个电子是由相邻 原子各用一个电子组成的,这 两个电子被成为束缚电子 束缚电子同时受两个原子的约 束,如果没有足够的能量,不 易脱离轨道 在绝对温度T=0K(-273 C) 时,由于共价键中的电子被束 缚着,本征半导体中没有自由 电子,不导电 只有在激发下,本征半导体才 能导电
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2012年3月13日
本征激发
当温度升高或受到光的照射时,价电子
能量增高,有的价电子可以挣脱原子核的 束缚,而参与导电,成为自由电子--本征 激发或热激发 自由电子产生的同时,在其原来的共价 键中就出现了一个空位,原子的电中性 被破坏,呈现出正电性,其正电量与电子的负电量相等,呈现正 电性的这个空位被称为空穴 因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的,称为电 子空穴对 游离的部分自由电子也可能回到空穴中去,称为复合 本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡
PN结的形成过程(动画)
2012年3月13日 SIST,SWJTU BTR
2.
PN结的单向导电性
PN结具有单向导电性,若外加电压使电流从P区 流到N区, PN结呈低阻性,所以电流大;反之是高 阻性,电流小。 如果外加电压使PN结中: P区的电位高于N区的电位,称为加正向电压, 简称正偏; P区的电位低于N区的电位,称为加反向电压, 简称反偏。
施主Donors: 磷P, 砷As, 锑Sb
2012年3月13日
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1. N型半导体

本征半导体中掺入五价杂质元素,例如 磷,形成 N型半导 体,(电子型半导体) 因五价杂质原子中只有 四个价电子能与周围四个 半导体原子中的价电子形 成共价键,多余的一个价 电子因无共价键束缚而很 容易形成自由电子 N型半导体中自由电子是多数载流子majority carrier,主要由 杂质原子提供 硅晶体由于热激发会产生少量的电子空穴对,所以空穴是少 数载流子minority carrier
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空穴的移动

由于共价键中出现了空穴,在外加能源的激发下,邻近的价 电子有可能挣脱束缚补到这个空位上,而这个电子原来的位 置又出现了空穴,其它电子又有可能转移到该位置上。这样 一来在共价键中就出现了电荷迁移—电流。

电流的方向与电子移动的方向相反,与空穴移动的方向相同。 本征半导体中,产生电流的根本原因是由于共价键中出现了 空穴。由于空穴数量有限,所以其电阻率很大。
2012年3月13日
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P型半导体结构

P型半导体中,硼原子很容易由于俘获一个电子而成为一个 带单位负电荷的负离子,三价杂质 因而也称为受主杂质 acceptor ; 而硅原子的共价键由于失去一个电子而形成空 穴。
空穴 硼原子核
P型半导体中:空穴是多数载流子,主要由掺杂形成; 电子是少数载流子,由热激发形成。
0.5 1.0 D/V
内电场方向
0.5 iD=– IS
– 1.0
– 0.5
0
PN结加反向电压时的导电 情况(动画)
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PN结的伏安特性
2012年3月13日 SIST,SWJTU
PN结加反向电压(反偏)
2012年3月13日
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Байду номын сангаасN结的伏安特性
PN结加正向电压时,呈现低电阻,具有较大的正向扩散 电流;PN结加反向电压时,呈现高电阻,具有很小的反向漂 移电流。 由此可以得出结论:PN结具有单向导电性。
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2012年3月13日
N型半导体的结构

提供自由电子的五价杂质原子因失去一个电子而带单位正 电荷而成为正离子,因此五价杂质原子也称为施主杂质 donor 。
自由电子 磷原子核
所以,N型半导体中的导电粒子有两种: 自由电子—多数载流子(由两部分组成) 空穴——少数载流子
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2012年3月13日
2.1.3

杂质半导体

在本征半导体中掺入某些微量元素(杂质),可使半导体的导 电性发生显著变化 掺入的杂质主要是三价(受主)或五价(施主)元素。掺入 杂质的本征半导体称为杂质半导体extrinsic semiconductor
受主Acceptors: 硼B, 铝Al, 镓Ga, 铟In
2012年3月13日 SIST,SWJTU BTR
2.2
PN结及其特性
PN结的形成 PN结的单向导电性 PN结的电容效应
2012年3月13日
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1.

PN结的形成
在一块本征半导体在两侧扩散不同的杂质,分别形成 N型半导体和P型半导体。在N型半导体和P型半导 体的结合面上形成如下物理过程:
内电场对多子扩散运动的阻碍增强,扩散电流大大减小。此时 PN结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大于扩散电流 ,可忽略扩散电流,PN结呈现高阻性。
• 高电阻 • 很小的反向漂移电流
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