模拟电子教案01__ch01----半导体基础知识---二极管
《模拟电子技术基础》教案三篇
《模拟电子技术基础》教案三篇篇一:《模拟电子技术基础》教案1、本课程教学目的:本课程是电气信息类专业的主要技术基础课。
其目的与任务是使学生掌握常用半导体器件和典型集成运放的特性与参数,掌握基本放大、负反馈放大、集成运放应用等低频电子线路的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法和工程计算方法;使学生具有一定的实践技能和应用能力;培养学生分析问题和解决问题的能力,为后续课程和深入学习这方面的内容打好基础。
2、本课程教学要求:1.掌握半导体器件的工作原理、外部特性、主要参数、等效电路、分析方法及应用原理。
2.掌握共射、共集、共基、差分、电流源、互补输出级六种基本电路的组成、工作原理、特点及分析,熟悉改进放大电路,理解多级放大电路的耦合方式及分析方法,理解场效应管放大电路的工作原理及分析方法,理解放大电路的频率特性概念及分析。
3.掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法,理解负反馈对放大电路性能的影响,熟练掌握深度负反馈条件下闭环增益的近似估算,了解负反馈放大电路产生自激振荡的条件及其消除原则。
4.了解集成运算放大器的组成和典型电路,理解理想运放的概念,熟练掌握集成运放的线性和非线性应用原理及典型电路;掌握一般直流电源的组成,理解整流、滤波、稳压的工作原理,了解电路主要指标的估算。
3、使用的教材:绪论本章的教学目标和要求:要求学生了解放大电路的基本知识;要求了解放大电路的分类及主要性能指标。
本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体教学)§1-1电子系统与信号0.5§1-2放大电路的基本知识0.5本章重点:放大电路的基本认识;放大电路的分类及主要性能指标。
本章教学方式:课堂讲授本章课时安排:1本章的具体内容:1节介绍本课程目的,教学参考书,本课程的特点以及在学习中应该注意的事项和学习方法;介绍放大电路的基本认识;放大电路的分类及主要性能指标。
重点:放大电路的分类及主要性能指标。
第1章半导体二极管及其基本电路本章的教学目标和要求:要求学生了解半导体基础知识;理解PN结的结构与形成;熟练掌握普通二极管和稳压管的V-I特性曲线及其主要参数,熟练掌握普通二极管正向V-I特性的四种建模。
(完整版)电子技术教案——半导体二极管
课题1.1 半导体二极管课型新课授课班级授课时数 2 教学目标1.熟识二极管的外形和符号。
2.掌握二极管的单向导电性。
3.理解二极管的伏安特性、理解二极管的主要参数。
教学重点二极管的单向导电性。
教学难点二极管的反向特性。
学情分析教学效果教后记新课A.引入自然界中的物质,按导电能力的不同,可分为导体和绝缘体。
人们又发现还有一类物质,它们的导电能力介于导体和绝缘体之间,那就是半导体。
B.新授课1.1半导体二极管1.1.1什么是半导体1.半导体:导电能力随着掺入杂质、输入电压(电流)、温度和光照条件的不同而发生很大变化,人们把这一类物质称为半导体。
2.载流子:半导体中存在的两种携带电荷参与导电的“粒子”。
(1)自由电子:带负电荷。
(2)空穴:带正电荷。
特性:在外电场的作用下,两种载流子都可以做定向移动,形成电流。
3.N型半导体:主要靠电子导电的半导体。
即:电子是多数载流子,空穴是少数载流子。
4.P型半导体:主要靠空穴导电的半导体。
即:空穴是多数载流子,电子是少数载流子。
1.1.2PN结1.PN结:经过特殊的工艺加工,将P型半导体和N型半导体紧密地结合在一起,则在两种半导体的交界面就会出现一个特殊的接触面,称为PN结。
2.实验演示(1)实验电路(2)现象所加电压的方向不同,电流表指针偏转幅度不同。
(3)结论PN结加正向电压时导通,加反向电压时截止,这种特性称为PN结的单向导电性。
3.反向击穿:PN结两端外加的反向电压增加到一定值时,反向电流急剧增大,称为PN结的反向击穿。
4.热击穿:若反向电流增大并超过允许值,会使PN结烧坏,称为热击穿。
5.结电容(讲解)(引入实验电路,观察现象)PN结存在着电容,该电容称为PN结的结电容。
1.1.3半导体二极管利用PN结的单向导电性,可以用来制造一种半导体器件——半导体二极管。
1.半导体二极管的结构和符号(1)结构:由于管芯结构不同,二极管又分为点接触型(如图a)、面接触型(如图b)和平面型(如图c)。
半导体的基本知识教案
半导体的基本知识教案第一篇:半导体的基本知识教案电工电子技术教案第一章半导体二极管§1-1 教学目的:1、了解半导体导电性及特点。
2、初步掌握PN结的基本特性及非线性的实质。
3、熟悉二极管外形和电路符号,伏安特性和主要参数。
4、了解特殊功能的二极管及应用。
半导体的基本知识教学重点、难点:教学重点:1)半导体导电性及特点。
2)PN结的基本特性及非线性的实质3)二极管外形和电路符号,伏安特性和主要参数。
教学难点:二极管外形和电路符号,伏安特性和主要参数一、半导体的基本概念人们按照物质导电性能,通常将各种材料分为导体、绝缘体和半导体三大类。
导电性能良好的物质称为导体,例如金、银、铜、铝等金属材料。
另一类是几乎不导电的物质称为绝缘体,例如陶瓷、橡胶、塑料等材料。
再一类是导电性能介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体,例如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓等都是半导体。
纯净半导体也叫本征半导体,这种半导体只含有一种原子,且原子按一定规律整齐排列。
如常用半导体材料硅(Si)和锗(Ge)。
在常温下,其导电能力很弱;在环境温度升高或有光照时,其导电能力随之增强。
常常在本征半导体中掺入杂质,其目的不单纯是为了提高半导体的导电能力,而是想通过控制杂质掺入量的多少,来控制半导体的导电能力的强弱。
在硅本征半导体中,掺入微量的五价元素(磷或砷),就形成N型半导体。
在硅本征半导体中,掺入微量的三价元素(铟或硼),就形成P 型半导体。
二、PN结及单向导电性1、当把一块P型半导体和一块N型半导体用特殊工艺紧密结合时,在二者的交界面上会形成一个具有特殊现象的薄 1电工电子技术教案层,这个薄层被称为PN结。
2、PN结的单向导电性1)PN结加正向电压――正向导通正极接P区,负极接N区,称“正向偏置”或正偏。
2)PN结加反向电压――反向截止电源负极接P区,正极接N区,称“反向电压”或反偏。
PN结加正向电压导通,加反向电压截止,即PN结的――单向导电性§1-2一、二极管的结构、符号和分类 1.二极管的结构、符号半导体二极管晶体二极管是由一个PN结构成的,从P区引出的电极为二极管正极,N区引出的电极为二极管负极,用管壳封装起来即成二极管。
模拟电子技术基础课件01-2讲义二极管
医疗领域
二极管可以用于医疗设备中,如心电图机和 超声波诊断仪等。
汽车域
随着汽车电子化的趋势,二极管在汽车电子 控制系统中得到广泛应用。
二极管的未来发展方向
01
高频、高速、高可靠性
随着通信技术的发展,对二极管 的高频、高速、高可靠性性能要
求越来越高。
03
智能化
随着智能化技术的发展,二极管 将逐渐实现智能化,能够自适应
二极管限幅电路
利用二极管的单向导电性,将超过一定幅度的信号削减,实现限幅 效果。
双极晶体管限幅电路
利用双极晶体管的饱和特性,将超过一定幅度的信号削减,实现限 幅效果。
04
二极管的选择与使用
二极管的选择
电压容量
根据电路需求选择电压和容量合适的 二极管,以确保其正常工作并避免过 载。
频率特性
根据电路的工作频率选择适合的二极 管,以确保其能够正常响应并保持良 好的性能。
详细描述
当PN结受到正向电压作用时,N区的电子和P区的空穴受到电场力作用而向对方扩散,形成正向电流。当PN结受 到反向电压作用时,扩散运动受到抑制,而漂移运动成为主要运动方式,形成反向电流。反向电流非常小,表现 为很高的反向电阻。
02
二极管的特性
伏安特性
总结词
描述二极管两端电压与电流之间的关 系。
。
单相半波整流电路
利用一个二极管将交流电转换 为直流电,适用于小电流、低 电压的应用场景。
单相全波整流电路
利用两个二极管将交流电转换 为直流电,适用于大电流、高 电压的应用场景。
三相整流电路
利用三个二极管将三相交流电 转换为直流电,适用于大电流 、高电压、高效率的应用场景
。
检波电路
《模拟电子技术》(余红娟)电子教案第1章 半导体二极管 电子课件
术
流子,在N区内,“空穴”称 为少数载流子,扩散到对方的
专
“电子”或“空穴”称为“非
业
平衡少数载流子”。P型半导 体体内的“空穴”成为P型半
教
导体的“多子”,同理,N型 半导体内的“电子”称为N型
学
半导体的“多子”。这些非平
资
衡少数载流子的注入,必然与 对方的多子复合,在交界面附
源
近使载流子成对的消失,并且 各留下不能移动的正、负离子,
设
常,较长引线表示正极(+),另一根为负极(-)。 测试方法与 普通二极管一样
金华职业技术学院
应 二极管的应用: 例1 LED节能灯
用
电
子
技
术
专
业
教
整流二极管: 整流电流0.5A, 反向压降600V
学
资
稳压二极管: 稳压电压20V, 额定功率1W
源
LED: 正向压降3V以上
建
说明本电路工作原理:R1、C1降压\QZ整流桥把交流变成直
技 =1kΩ,未经稳压的直流输入电压Ui=24V。
术 专
(1)试求Uo、Io、I 及Iz; (2)若负载电阻RL 的阻值减小为0.5K,再求Uo、Io、I 及Iz。
业
教
学
资
源
建
设
金华职业技术学院
当P区电位低于N区电位——PN结反向偏置时,回路基本无电流产生,
源
PN结趋于截止。
建
由于正反向电流相差悬殊,所以PN结具有单向导电的性质
设
金华职业技术学院
应
二极管----单向导电性
用
电
将一个“PN”结
子
封装在一个密
技
模拟电子第一章教案
教案【课题】:第一章半导体器件【教学要求】:1、了解半导体有关概念和基本知识;2、掌握PN结原理3、掌握半导体二极管、三极管的性能特性、主要参数,输入输出特性曲线图。
【重点难点】:1、PN结2、半导体二极管、三极管的性能特性、主要参数,输入输出特性曲线图。
【教学方法】:【教学内容】:1.1 半导体基础知识物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。
物质的导电特性取决于原子结构。
导体一般为低价元素, 如铜、铁、铝等金属, 其最外层电子受原子核的束缚力很小, 因而极易挣脱原子核的束缚成为自由电子。
因此在外电场作用下, 这些电子产生定向运动(称为漂移运动)形成电流, 呈现出较好的导电特性。
高价元素(如惰性气体)和高分子物质(如橡胶, 塑料)最外层电子受原子核的束缚力很强, 极不易摆脱原子核的束缚成为自由电子, 所以其导电性极差, 可作为绝缘材料。
而半导体材料最外层电子既不像导体那样极易摆脱原子核的束缚, 成为自由电子, 也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧, 因此, 半导体的导电特性介于二者之间。
1.1.1 本征半导体纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。
常用的半导体材料是硅和锗, 它们都是四价元素, 在原子结构中最外层轨道上有四个价电子。
为便于讨论, 采用图1-1所示的简化原子结构模型。
把硅或锗材料拉制成单晶体时, 相邻两个原子的一对最外层电子(价电子)成为共有电子, 它们一方面围绕自身的原子核运动, 另一方面又出现在相邻原子所属的轨道上。
即价电子不仅受到自身原子核的作用, 同时还受到相邻原子核的吸引。
于是, 两个相邻的原子共有一对价电子, 组成共价键结构。
故晶体中, 每个原子都和周围的4个原子用共价键的形式互相紧密地联系起来,如图1- 2所示。
图 1 – 1硅和锗简化原子结构模型图 1 – 2 本征半导体共价键晶体结构示意图共价键中的价电子由于热运动而获得一定的能量, 其中少数能够摆脱共价键的束缚而成为自由电子, 同时必然在共价键中留下空位, 称为空穴。
模拟电子技术—第一章教案
授课内容授课内容本征半导体在不受外界激发及在绝对零度时(T=0K)不导电。
在室温或光照下,少数价电子可以获得足够的能量摆脱共价键的束缚成为自由电子,同时在共价键中留下一个空位,如图1-1所示。
这种现象称为本征激发,这个空位称为空穴,可见本征激发产生的自由电子和空穴是成对的。
原子失去价电子后带正电,可等效地看成是因为有了带正电的空穴。
图1-1本征激发产生电子空穴对示意图在电场作用下,自由电子和空穴将做定向运动,这种运动称为飘移,所形成的电流称为飘移电流。
自由电子又称电子载流子,空穴又称空穴载流子。
因此,半导体中有自由电子和空穴两种载流子参与导电,分别形成电子电流和空穴电流。
在常温下本征半导体载流子浓度很低,因此导电能力很弱。
2.杂质半导体在本征半导体中有选择的掺入少量其他元素,会使其简单讲解本证半导体的激发特征,让同学有整体的认识,概括总结发言讲解自由电子和空穴,让同学有简单的认识。
简单讲解杂质半导体的特征,让同学有整体的认识,概括总结发言授课内容的杂质不同,有N型半导体和P型半导体两种(1)N型半导体在本征硅(或锗)中掺入少量的五价元素,如磷、砷、锑等,就得到N型半导体。
这时杂质原子替代了晶格中的某些硅原子,多出的1个价电子只能位于共价键之外。
如图1-2所示图1-2 N型半导体晶体结构图该电子不受共价键的束缚,因此只要得到较少的能量就能成为自由电子,并留下带正电的杂质离子(不能参与导电)。
掺入多少杂质原子就能电离产生多少个自由电子,因此自由电子的浓度将大大增加。
这种以电子导电为主的半导体称为N型半导体,其中自由电子为多数载流子(简称多子),空穴为少数载流子(简称少子)。
如图1-3所示讲解N型半导体晶体结构,学生讨论发言。
授课内容图1-3 N型半导体示意图(2)P型半导体在本征硅(或锗)中掺入少量的三价元素,如硼、铝、铟等,就得到P型半导体。
这时杂质原子替代了晶格中的某些硅原子,只有3个共价键是完整的,第4个共价键因缺少1个价电子而出现1个空穴。
模拟电子技术基础 课件 01-2讲义(二极管)
3、稳压管的基本电路
工作区:反向击穿
接法:反接
电阻R的作用:限流
RL代表:负载
RL↓→ IO↑→ IR↑→ VO↓→ IZ↓→ IR↓ VO↑
稳压电路如图所示,直流输入电压VI的电压在12V~13.6V之间。 负载为9V的收音机,当它的音量最大时,需供给的功率为0.5W。 稳压管的VZ=9V,稳定电流IZmin=5mA,额定功率为1W,R=51Ω。 试分析稳压管电路能否正常工作。
工作区:反向偏置
接法:反接
作用:把光信号转换成电信号
◆发光二极管
发光二极管是通过电流时发光的一种器件,这是由于电子与空 穴直接复合而放出能量的结果。发出的光的波长由所使用的基本材 料而定。它的符号如图所示。
工作区:正向偏置
接法:正接 作用:把电信号转换成光信号 主要应用:作为显示器件
作业1-1
I S uD YT iD I D diD gd e duD VT VT VT
五、二极管应用举例
1、限幅电路:它是用来让信号在预置的电平范围内,有选择地传 输一部分。 一限幅电路如图所示,R=1KΩ,VREF=3V。当Ui=6sinωt(V) 时,利用恒压降模型绘出相应的输出电压UO的波形。二极管 的恒压降为0.7V。
由于收音机音量最大时,稳压管流过的电流
I z min I z min
所以稳压管失去了稳压作用。
ห้องสมุดไป่ตู้
◆光电二极管
光电二极管的结构与普通二极管类似,但在它的PN结处,通 过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器件的PN结在反 向偏置状态下运行,它的反向电流随光照度的增加而上升。它的符 号如图所示。
VD = VDD- IDR = 10-0.931×10 = 0.69V
模拟电子-半导体基础知识二极管
最大反向恢复电流
选择具有较低反向恢复电流的二极管, 以减小电路的功耗和损耗。
结电容
选择具有较小结电容的二极管,以减 小对电路性能的影响。
二极管的检测与替换
使用万用表检测二极管的正向 和反向电阻,判断其是否正常 工作。
如果二极管损坏,应选择规格 相同或相近的二极管进行替换, 以确保电路的正常工作。
在替换二极管时,应先关闭电 源,然后进行焊接或插接操作, 避免造成短路或电击。
模拟电子-半导体基础知识二极管
contents
目录
• 引言 • 半导体基础知识 • 二极管工作原理 • 二极管的应用 • 二极管类型与参数 • 二极管的选择与使用
01 引言
主题简介
二极管是一种电子器件,具有单向导 电性,只允许电流在一个方向上流动。
了解二极管的基本原理和特性对于电 子工程师和爱好者来说是必不可少的。
锗二极管是较早使用的半导体器件之一,其特点是正向电压 低、电流大,常用于低电压、大电流的场合。但锗二极管的 反向漏电流较大,因此不适合用于需要高稳定性的电路中。
肖特基二极管与PN结二极管
肖特基二极管
肖特基二极管是一种金属-半导体接触的二极管,其特点是正向压降低、反向恢复时间 短、开关速度快。肖特基二极管常用于高频开关电源、高速数字电路等需要高速切换的
电压来稳定输出电压。
并联型稳压电路
03
利用二极管与负载并联,通过改变二极管的电流来稳定输出电
压。
05 二极管类型与参数
硅二极管与锗二极管
硅二极管
硅二极管是使用最广泛的二极管之一,其特点是稳定性高、 可靠性好、耐高温。在反向工作电压下,硅二极管的反向电 流很小,因此常用于整流、开关等电路中。
半导体二极管教案
本次授课的课题绪论半导体二极管课型讲授本次授课的目的和要求 1. 低频电路在本专业的地位、作用、能力要求、电子技术发展史及趋势;2.了解半导体特性、P型N型半导体的形成及特性;3.了解二极管构造;熟悉二极管单向导电性、电路符号;4.熟悉二极管伏安特性、主要参数涵义;温度对特性影响。
本次授课的重点、难点及解决措施重点:二极管特性、电路符号本次授课采用的教具挂图及参考书名称《模拟电子技术基础》周良权主编高教出版社《模拟电子技术基础》沈任元主编机械工业出版社课后作业内容与估计完成时间1.1 21.3. (b)(c)本此课的小结与改进措施完成教学任务,结合课程进行爱国主义及职业道德教育和专业教育。
第一次课绪论、半导体二极管一、半导体基础知识1.半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。
常用的半导体材料有硅(Si)、锗(Ge)、硒(Se)和砷化镓(GaAs)等。
2.本征半导体: 纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体。
3.共价键:相邻原子共有价电子所形成的束缚。
4.半导体中有自由电子和空穴两种载流子参与导电。
5.空穴产生:价电子获得能量挣脱原子核吸引和共价键束缚后留下的空位,空穴带正电。
图1.1.1 共价健结构与空穴产生示意图6.半导体的特性半导体的特性热敏特性温度升高或受到光照,半导体材料的导电能力增强。
光敏特性 本征半导体中掺入某种微量元素(杂质)后,它的导电能力增强,利用该特性可形成杂质半导体。
7.杂质半导体的分类:(1)N 型半导体(N-type semiconductor):在四价的本征半导体(硅)中掺入微量五价元素磷,就形成了N 型半导体。
(2)P 型半导体(P-type semiconductor):在四价的本征半导体(硅)中掺入微量三价元素(硼)就形成P 型半导体。
8.杂质半导体中多数载流子的产生见图1.1.2。
图1.1.2 掺杂半导体共价健结构示意图a)N 型半导体 b)P 型半导体9.总结:(1)N 型半导体中自由电子为多数载流子,简称多子,空穴为少数载流子,简称少子。
半导体基本知识教案
其中,大家听说过的晶体二极管、三极管,它们的制作材料就是这种半导体。目前,制造半导体器件用的最多的是硅和锗两种材料。
今天,我们主要学习半导体的相关知识。
拓展
由于从化学的角度上看,硅和锗是原子规则排列的单晶体,因此用半导体材料制成的半导体管通常也称为晶体管。
一起参与讨论
2 min
过渡
既然半导体的导电性介于导体和绝缘体之间,那么我们来看一下,半导体的特性。
而对于不同物质,其导电性是不相同的。
提问:你认为哪一类物质的导电性最好?哪一类物质的导电性最差?
学生思考
5 min
教师听取学生的回答,并做出解答。
绝缘体:最外层电子不易摆脱原子核的束缚,很难挣脱成为自由电子,因此导电性极差;
导体:一般为金属,最外层电子受到的束缚很小,极易挣脱成为自由电子,因此导电性较好;
讲解
纯净的半导体称为本征半导体,在本征半导体中,有选择地掺入少量其它元素,会使其导电性能发生显著的变化。这也就是刚才讲过的半导体的“掺杂特性”。
其中,这些加入的少量元素统称为杂质。掺பைடு நூலகம்杂质的半导体称为杂质半导体。根据掺入的杂质不同,有N型半导体和P型半导体两种。
听讲
过渡
如果将P型半导体和N型半导体结合在一起,会有什么特殊的性质呢?接下来我们就来学习第二部分内容——PN结及其性质。
本章将介绍与半导体器件有关的基础知识及半导体二极管的结构、工作原理和特性等知识。
学生可以回答自己所认识的关于半导体材料的相关内容。
2 min
板书
第一章半导体二极管
做课堂笔记
3 min
过渡
首先来学习一下半导体的基本知识。
板书
§1—1半导体的基本知识
模拟电子技术电子教案第一章半导体二极管及其电路分析教案
1.半导体二极管及其电路分析【重点】半导体特性、杂质半导体、PN结及其单向导电特性。
【难点】PN结形成及其单向导电特性。
1.1 半导体的基本知识1.1.1 半导体的基本知识(1)导电能力对温度的反应非常灵敏。
(2)导电能力受光照非常敏感。
(3)在纯净的半导体中掺入微量的杂质(指其他元素),它的导电能力会大大增强。
1.1.2 本征半导体纯净的半导体称为本征半导体,常用的本征半导体是硅和锗二晶体。
半导体有两种载流子,自由电子和空穴,如果从本征半导体引出两个电极并接上电源,此时带负电的自由电子指向电源正极作定向运动,形成电子电流,带正电的空穴将向电源负极作定向运动,形成空穴电流,而在外电路中的电流为电子电流和空穴电流之和。
1.1.3 杂质半导体1.N型半导体在硅晶体中掺入微量5价元素,如磷(或者砷、锑等),如图所示。
这种半导体导电主要靠电子,所以称为电子型半导体,简称N型半导本。
在N型半导体中,自由电子是多数载流子,而空穴2.P型半导体如果在硅晶体中,掺入少量的3价元素硼(铟、钾等),如图1-5所示。
这种半导体的导电主要靠空穴,因此称为空穴型半导体,有称P型半导体。
P型半导体的空穴是多数载流子,电子是少数载流子。
结论:N型半导体、P型半导体中的多子都是掺入杂质而造成的,尽管杂质含量很微,但它们对半导体的导电能力却有很大影响。
而它们的少数载流子是热运动产生的,尽管数量很少,但对温度非常敏感,对半导体的性能有很大影响。
1.1.4 PN结及其单向导电特性1.PN结的形成结论:在无外电场或其它因素激发时,PN结处于平衡状态,没有电流通过,空间电荷区是恒定的。
另外,在这个区域内,多子已扩散到对方并复合掉了,好像耗尽了一样,因此,空间电荷区又叫做耗尽层。
2.PN结单向导电性(1)正向特性当PN结外加正向电压(简称正偏),电源正极接P,负极接N,PN结处于导通状态,导电时电阻很小。
(2)反向特性当外加反向电压(简称反偏),电源正极接N,负极接P,PN结处于截止状态结论:PN结正偏时电路中有较大电流流过,呈现低电阻,PN结导通;PN结反偏时电路中电流很小,呈现高电阻,PN结截止,可见PN结具有单向导电性。
模拟电子技术教案-第1章 半导体二极管及其基本应用
模拟电子技术主编第1章半导体二极管及其基本应用1.1.1 半导体的基础知识本证半导体1.定义:纯净的单晶半导体称为本征半导体。
2.本征半导体的原子结构及共价键:共价键内的两个电子由相邻的原子各用一个价电子组成,称为束缚电子。
3.本征激发和两种载流子:——自由电子和空穴受温度的影响,束缚电子脱离共价键成为自由电子,在原来的位置留有一个空位,称此空位为空穴。
在本征半导体中,自由电子和空穴成对出现,数目相同。
复合现象:空穴出现以后,邻近的束缚电子可能获取足够的能量来填补这个空穴,而在这个束缚电子的位置又出现一个新的空位,另一个束缚电子又会填补这个新的空位,这样就形成束缚电子填补空穴的运动。
为了区别自由电子的运动,称此束缚电子填补空穴的运动为空穴运动。
4. 结论(1)半导体中存在两种载流子,一种是带负电的自由电子,另一种是带正电的空穴,它们都可以运载电荷形成电流。
(2)本征半导体中,自由电子和空穴相伴产生,数目相同。
(3)一定温度下,本征半导体中电子空穴对的产生与复合相对平衡,电子空穴对的数目相对稳定。
(4)温度升高,激发的电子空穴对数目增加,半导体的导电能力增强。
这是半导体和导体在导电机制的本质差异。
另一方面,空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。
杂质半导体1.定义:为了提高半导体的导电能力可在本征半导体中掺入微量杂质元素,该半导体称为杂质半导体。
2.半导体分类在本征半导体中有意识加入微量的三价元素或五价元素等杂质原子,可使其导电性能显著改变。
根据掺入杂质的性质不同,杂质半导体分为两类:电子型(N 型)半导体和空穴型(P 型)半导体。
(1)N 型半导体在硅(或锗)半导体晶体中,掺入微量的五价元素,如磷(P)、砷(As)等,则构成N 型半导体。
五价的元素具有五个价电子,它们进入由硅(或锗)组成的半导体晶体中,五价的原子取代四价的硅(或锗)原子,在与相邻的硅(或锗)原子组成共价键时,因为多一个价电子不受共价键的束缚,很容易成为自由电子,于是半导体中自由电子的数目大量增加。
1-模拟电子技术半导体基础知识
模拟电子技术
2、本征半导体的结构
共价键
由于热运动,具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚 而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置,称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失,称为复合。 动态平衡 一定温度下,自由电子与空穴对的浓度一定;温度升高, 热运动加剧,挣脱共价键的电子增多,自由电子与空穴对 的浓度加大。
面接触型:结面积大, 结电容大,故结允许 的电流大,最高工作 频率低。
平面型:结面积可小、 可大,小的工作频率 高,大的结允许的电 流大。
模拟电子技术
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u )
i IS (e
u UT
1)
(常温下 UT 26m ) V
模拟电子技术
二、杂质半导体
1. N型半导体
多数载流子 空穴比未加杂质时的数目多 了?少了?为什么?
5
杂质半导体主要靠多数载流 子导电。掺入杂质越多,多子 浓度越高,导电性越强,实现 导电性可控。 磷(P)
模拟电子技术
2. P型半导体
多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电, 掺入杂质越多,空穴浓度越高, 导电性越强,
模拟电子技术
第一章 半导体二极管和三极管
模拟电子技术
第一章 半导体二极管和三极管
§1.1 半导体基础知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 晶体三极管
模拟电子技术
§1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
模拟电子技术
一、本征半导体
1、什么是半导体?什么是本征半导体?
ui=0时直流电源作用
模拟电子技术 第1章 半导体二极管及其应用电路
第1章 半导体二极管及其应用电路
1.1 半导体基础知识
1.1 半导体基础知识
半导体器件是近代电子学的重要组成部分。
电子电路
包含半导体元件
是半导体元件之一,应用广泛
等等
半导体器件特点:
体积小、重量轻; 输入功率小、功率转换效率高; 使用寿命长。
第1章 半导体二极管及其应用电路
1.1 半导体基础知识
1.1.1 半导体材料及其特性
当导体处于热力学温度0度时,导体中没有自由电子。 当温度升高或受到光照射时,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,也称热激发。
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,称呈现正电性的这个空 位为空穴。
根据物体导电能力(电阻率ρ)的不同,来划分导体、 绝缘体和半导体。
导体:容易导电的物质。 ρ<10-4Ω.cm 如:金、银、铜、铝。
绝缘体:几乎不导电的物质。 ρ>1012Ω.cm 如:云母、橡胶、陶瓷、塑料等。
半导体:导电性介于导体和绝缘体之间。 ρ=10-3~109Ω.cm 如:硅Si和锗Ge及砷化镓GaAs等。
因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时,缺少一个价电子 而在共价键中留下一个空穴。
图1-5 P型半导体的结构示意图
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。
第1章 半导体二极管及其应用电路
P 型半导体
1.1 半导体基础知识
空穴为多数载流子
+4
+4
+4
电子为少数载流子
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一. 本征半导体
本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%,常 称为“九个9”。 本征半导体的共价键结构
在绝对温度T=0K时,
+4 +4 +4
所有的价电子都紧紧束缚 在共价键中,不会成为自 由电子,因此本征半导体 的导电能力很弱,接近绝
+4
u1
O
u2
O
载波信号 t
高频信号 高 频 振 荡 器
t
u1
调 制 器
u2
发 射 器
u
O
t 话筒
u
音频放大器
音频信号
用音频信号去控制 高频信号的幅值
检波的过程
u1
O
u2 t
O
u3 t
O
t
高 L C 频 放 大 器 + u1 –
D + u2 – R1
R2 C1
C2 + u3 –
低 频 放 大 器
限幅电路
- - -
- - -
- - -
+ + +
耗尽层
+ + +
+ + +
+ + +
少子漂移电流
多子扩散电流
补充耗尽层失去的多子,耗尽层窄,E 少子漂移 又失去多子,耗尽层宽,E 多子扩散
内电场E
P型半导体 耗尽层 - - - - - - - - - - - - + + +
N型半导体 + + + + + + + + +
可见本征激发同时产生
+4
+4
+4
电子空穴对。 外加能量越高(温度 越高),产生的电子空 穴对越多。
与本征激发相反的现象 ——复合 在一定温度下,本征激 发和复合同时进行,达 到动态平衡。电子空穴 对的浓度一定。
+4
空穴
+4
自由电子
+4
+4
电子空穴对
+4
+4
常温300K时: 10 1 硅:.4 10 cm3 电子空穴对的浓度 2.5 1013 3 锗:
i
理想二极管模型
i
正偏 反偏
+
u
0
i
u
u
-
导通压降
串联电压源模型
+
i
u UD u UD
+
u
i
UD
UD
i
UD
u
u
-
U D 二极管的导通压降。硅管 0.7V;锗管 0.3V。
二极管的折线近似模型
二极管的V—A特性
i
0
u
导通压降
正偏
+
u
i
反偏
-
二极管的近似分析计算
例: R E 1kΩ I E 10V 串联电压源模型 R 理想二极管模型 R E 0.7V 10V
例:分析简单稳压电路的工作原理,R 为限流电阻。
R
IR IL IZ RL
IR = IZ + IL
UI
UO
UO= UI – IR R
RL
IL
IR
UO
IZ
IR
UO
作 业(P69)
• 3、4、6、7
(2)如果ui为幅度±4V的交流三角波,波形如图(b)所 示,分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模 型分析电路并画出相应的输出电压波形。 ui
R
+ +
4V 2V
I
U REF
t
ui -
uO -
0
-4V
uo
2V
t
解:①采用理想二极管 模型分析。波形如图所示。
ui
R
+
4V 2.7V
t
I
U REF
F
P型半导体 空间电荷区 N型半导体 - - - - - - - - - - + + + + + + + + + +
正向电流 + -
-
+
内电场 E
EW
R
(2) 加反向电压——电源正极接N区,负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动>扩散运动 →少子漂移形成反向电流I
二 、二极管的伏安特性
实验曲线
i
锗
击穿电压UBR
0 反向饱和电流
死区 电压
导通压降 硅:0.7 V 锗:0.3V
u
硅:0.5 V 锗: 0.1 V
三. 二极管的主要参数
(1) 最大整流电流IF (2) 最高反向工作电压UR
二极管工作时允许 外加的最大反向电压 二极管长期连续工作时,允许 通过二极管的最大整流 电流的平均值。
硅原子 电子空穴对 空穴
+4
空穴
+4
+4
-
P型半导体 - - - - - - - -
+4
硼原子
+3
+4
- -
- 受主离子
+4
+4
+4
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子
杂质半导体的示意图
多子—空穴
P型半导体
多子—电子
N型半导体
-
- -
-
- - 少子—电子
- - -
- - -
+
+ +
+
+ +
e
UT
1
i IS
1.2 半导体二极管
结构
二极管 = PN结 + 管壳 + 引线
P
N
符号
+
阳极
阴极
一、二极管的几种常见结构
(1) 点接触型二极管
金属触丝 正极引线
PN结面积小,结电容小, 用于检波和变频等高频电路。
负极引线
外壳
N型锗
(2) 面接触型二极管
正极引线 铝合金小球 P型硅 N型硅
1. N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素,例 如磷,砷等,称为N型半导体。
N型半导体
硅原子 多余电子
+4
+4
+4
电子空穴对
自由电子
N型半导体
+4
磷原子
+5
+4
+ +
+ + +
+ + +
+ + +
施主离子
+4
+4
+4
+
多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴
2. P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼、镓等。
u U REF 4V 2V I= i 2mA R 1k
+
I
U REF
+
ui -
uO -
uo U REF 2V
采用理想二极管串联电压源模型分析。
u U REF U D 4V 2V 0.7V - I= i 1.3mA R 1k
uo U REF U D 2V 0.7V 2.7V
e
UT
1
i 为流过PN结的电流 IS 为反向饱和电流 UT =kT/q 称为温度的电压当量 其中k为玻耳兹曼常数 1.38×10-23 q 为电子电荷量1.6×10-9 T 为热力学温度 对于室温(相当T=300 K) 则有UT=26 mV。
i I Se
当 u<0
u
u
|u|>>|U T |时
第1章 常用半导体器件
1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 晶体三极管 1.4 场效应管
1.1 半导体基础知识
在物理学中,根据材料的导电能力,可以将他们划分导体
、绝缘体和半导体。 典型的半导体是硅Si和锗Ge,它们都是4价元素。
si
Ge Ge
+4 +4
硅原子
锗原子
硅和锗最外层轨道上的 四个电子称为价电子。
+ + +
+ + +
少子—空穴
少子浓度——本征激发产生,与温度有关 多子浓度——掺杂产生,与温度无关
三. PN结及其单向导电性
1 . PN结的形成
PN结合 因多子浓度差 多子的扩散 空间电荷区
形成内电场 阻止多子扩散,促使少子漂移。 内电场E P型半导体 空间电荷区 N型半导体
- - -
+4
+4
+4
+4
束缚电子
+4
缘体。
+4
+4
+4
当温度升高或受到 光的照射时,束缚 电子能量增高,有 的电子可以挣脱原 子核的束缚,而参 与导电+4
自由电子
+4
电子。
自由电子产生的 同时,在其原来的共
+4
+4
+4
价键中就出现了一个 空位,称为空穴。
这一现象称为本征激发,也称热激发。
+
0
-4V
ui -
uO -
uo
2.7V