半导体二极管及其基本电路电子电路教学课件PPT
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15 PN结方程
PN结方程
根据理论分析，PN结两端的电压V与流过PN 结的电流I之间的关系为
iISeuU T 1
当PN结的反偏 电压增大到一定数
值时，共价键遭到 破坏，产生电子-空 穴对，反向电流急 剧增加，这种现象 称为PN结的反向击 穿。
16 PN结的电容效应
4.1.3 PN结的形成及特性
Uo(AV) 0.45U
27 稳压管稳压电路
4.3.2 晶体二极管电路的应用
稳压管稳压电路
稳压二极管
R L U 0 IZ IR IR R U 0
28 思考题
【思考】 硅稳压管电路如图所示。其中待稳定的 直流电压UI 18V ， R 1kΩ， RL 2kΩ ，硅稳压管 VDZ 的稳定电压UZ 10V ，动态电阻及未被击穿时的反向电 流均可忽略。
4.3.1 二极管的等效电路
理想二极管模型
22 恒压降模型
4.3.1 二极管的等效电路
恒压降模型
23 折线模型
4.3.1 二极管的等效电路
折线模型
24 交流小信号等效模型
4.3.1 二极管的等效电路
交流小信号等效模型
25 例
【例】 电路如图所示，二极管导通电压UD(on) 约为 0.7V，试分别估算开关断开和闭合时输出电压UO 的数 值。
解 采用二极管的恒压降模型分析
U O V 1 U D (o n ) (5 0 .7 ) 4 .3 (V )
UOV2=12(V)
26 整流电路
4.3.2 晶体二极管电路的应用
整流电路
利用二极管的单向导电性将 交流电转换为直流电的电路， 称为整流电路。在整流电路 中，由于电源电压远大于二 极管的正向压降，因此用理 想二极管模型来分析电路。
2．P型半导体
在本征半导体硅中掺入三价杂质元素， 如硼、镓、铟等形成了P型半导体
9 P型半导体晶体的共价键结构
P型半导体晶体的共价键结构
10 PN结的形成及特性
4.1.3 PN结的形成及特性
载流子的运动
当有电场作用时，半导体中的载流子将 漂移运动 产生定向运动，称为漂移运动。载流子
的漂移运动形成的电流称为漂移电流， 由电子逆电场方向运动所形成的电流与 空穴顺电场运动所形成的电流来合成。 扩散运动 由于浓度差而引起的载流子的定向运动 称为扩散运动。载流子扩散运动所形成 的电流称为扩散电流。
18RR LRL1， 0 得RL到 1.25K。
29 二极管限幅电路
4.3.2 晶体二极管电路的应用
二极管限幅电路
在电子电路中，常用限幅电路对各种信号进行 处理。它是用来让信号在预置的电平范围内， 有选择地传输信号波形的一部分
30 半导体器件型号命名及方法
4.4 半导体器件型号命名及方法
半导体器件的型号命名由5部分组成
2 本征半导体
4.1.1 本征半导体
纯净且晶格完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个。其 简化原子结构模型如下图：
3 本征半导体的共价键结构平面示意图
本征半导体的共价键结构平面示意图
4 本征半导体中的自由载流子
本征半导体中的自由载流子
5 杂质半导体
4.1.2 杂质半导体
PN结的电容效应
势垒电容CT 扩散电容CD
PN 结的总电容 CJ CT CD ， 当 PN 结正向偏置时，CD 起主要作用； 当 PN 结反向偏置时，CT 起主要作用。
17
4.2 半导体二极管
18 二极管的基本结构
4.2.1 二极管的基本结构
将PN结用外壳封装起来，并装上电极引线就构成了 半导体二极管。
PN结具有单向导电性
如果外加电压使P区的电位高于N区的电位，称为 正向偏置，简称正偏； 此时， PN结呈低阻性，所 以电流大。
如果外加电压使P区的电位低于N区的电位，称为 反向偏置，简称反偏；此时， PN结呈高阻性，所 以电流很小。
14 PN结的伏安特性
PN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。
常 用 二 极 管 的 符 号 、 结 构 示 意 图
19 二极管的伏安特性
4.2.2 二极管的伏安特性
正向特性
反向特性
反向击穿特性
20Leabharlann Baidu二极管的主要参数
4.2.3 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 (3)反向电流 IR (4)最高工作频率 fM
21 理想二极管模型
31
正向偏置的PN结
32
反向偏置的PN结
33
(1) N型半导体 (2) P型半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可 使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的本征半 导体称为杂质半导体。
6 N型半导体
1．N型半导体
在半导体硅中掺入五价杂质元素，例如磷，可 形成 N型半导体
自由电子
7 N型半导体的共价键结构
N型半导体的共价键结构
8 P型半导体
第4章 半导体二极管及其基本电路
半导体的基本知识 半导体二极管 二极管的等效电路及其应用↑
1
4.1 半导体的基础知识
根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、 绝缘体和半导体。
导体：容易导电的物体。如：铁、铜等 绝缘体：几乎不导电的物体。如：橡胶等 半导体：是导电性能介于导体和绝缘体之 间的物体。在一定条件下可导电。 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
（1）试求 UO、IO、IR 和 IZ 的值。 （2）试求 RL 值降低到多大时，电路的输出电压将 不再稳定。
解 (1 ) ： U IR R L R L 1 8 1 22 1(V 2 )U Z
U01V 0
I0
U0 RL
105(mA) 2
IZIRI03(m)A
(2)当UI RR LRLUZ时， VD Z不能被击穿V， D Z不从能而稳使压，这时
11 PN结的形成
4.1.3 PN结的形成及特性
PN结的形成
若将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，则 它们的交界面就形成了PN结。
促使少子漂移 因浓度差 多子扩散 形成空间电荷区
阻止多子扩散
12 PN结的形成
PN结的形成
13 PN结的单向导电性
4.1.3 PN结的形成及特性
PN结的单向导电性
PN结方程
根据理论分析，PN结两端的电压V与流过PN 结的电流I之间的关系为
iISeuU T 1
当PN结的反偏 电压增大到一定数
值时，共价键遭到 破坏，产生电子-空 穴对，反向电流急 剧增加，这种现象 称为PN结的反向击 穿。
16 PN结的电容效应
4.1.3 PN结的形成及特性
Uo(AV) 0.45U
27 稳压管稳压电路
4.3.2 晶体二极管电路的应用
稳压管稳压电路
稳压二极管
R L U 0 IZ IR IR R U 0
28 思考题
【思考】 硅稳压管电路如图所示。其中待稳定的 直流电压UI 18V ， R 1kΩ， RL 2kΩ ，硅稳压管 VDZ 的稳定电压UZ 10V ，动态电阻及未被击穿时的反向电 流均可忽略。
4.3.1 二极管的等效电路
理想二极管模型
22 恒压降模型
4.3.1 二极管的等效电路
恒压降模型
23 折线模型
4.3.1 二极管的等效电路
折线模型
24 交流小信号等效模型
4.3.1 二极管的等效电路
交流小信号等效模型
25 例
【例】 电路如图所示，二极管导通电压UD(on) 约为 0.7V，试分别估算开关断开和闭合时输出电压UO 的数 值。
解 采用二极管的恒压降模型分析
U O V 1 U D (o n ) (5 0 .7 ) 4 .3 (V )
UOV2=12(V)
26 整流电路
4.3.2 晶体二极管电路的应用
整流电路
利用二极管的单向导电性将 交流电转换为直流电的电路， 称为整流电路。在整流电路 中，由于电源电压远大于二 极管的正向压降，因此用理 想二极管模型来分析电路。
2．P型半导体
在本征半导体硅中掺入三价杂质元素， 如硼、镓、铟等形成了P型半导体
9 P型半导体晶体的共价键结构
P型半导体晶体的共价键结构
10 PN结的形成及特性
4.1.3 PN结的形成及特性
载流子的运动
当有电场作用时，半导体中的载流子将 漂移运动 产生定向运动，称为漂移运动。载流子
的漂移运动形成的电流称为漂移电流， 由电子逆电场方向运动所形成的电流与 空穴顺电场运动所形成的电流来合成。 扩散运动 由于浓度差而引起的载流子的定向运动 称为扩散运动。载流子扩散运动所形成 的电流称为扩散电流。
18RR LRL1， 0 得RL到 1.25K。
29 二极管限幅电路
4.3.2 晶体二极管电路的应用
二极管限幅电路
在电子电路中，常用限幅电路对各种信号进行 处理。它是用来让信号在预置的电平范围内， 有选择地传输信号波形的一部分
30 半导体器件型号命名及方法
4.4 半导体器件型号命名及方法
半导体器件的型号命名由5部分组成
2 本征半导体
4.1.1 本征半导体
纯净且晶格完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个。其 简化原子结构模型如下图：
3 本征半导体的共价键结构平面示意图
本征半导体的共价键结构平面示意图
4 本征半导体中的自由载流子
本征半导体中的自由载流子
5 杂质半导体
4.1.2 杂质半导体
PN结的电容效应
势垒电容CT 扩散电容CD
PN 结的总电容 CJ CT CD ， 当 PN 结正向偏置时，CD 起主要作用； 当 PN 结反向偏置时，CT 起主要作用。
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4.2 半导体二极管
18 二极管的基本结构
4.2.1 二极管的基本结构
将PN结用外壳封装起来，并装上电极引线就构成了 半导体二极管。
PN结具有单向导电性
如果外加电压使P区的电位高于N区的电位，称为 正向偏置，简称正偏； 此时， PN结呈低阻性，所 以电流大。
如果外加电压使P区的电位低于N区的电位，称为 反向偏置，简称反偏；此时， PN结呈高阻性，所 以电流很小。
14 PN结的伏安特性
PN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。
常 用 二 极 管 的 符 号 、 结 构 示 意 图
19 二极管的伏安特性
4.2.2 二极管的伏安特性
正向特性
反向特性
反向击穿特性
20Leabharlann Baidu二极管的主要参数
4.2.3 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 (3)反向电流 IR (4)最高工作频率 fM
21 理想二极管模型
31
正向偏置的PN结
32
反向偏置的PN结
33
(1) N型半导体 (2) P型半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可 使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的本征半 导体称为杂质半导体。
6 N型半导体
1．N型半导体
在半导体硅中掺入五价杂质元素，例如磷，可 形成 N型半导体
自由电子
7 N型半导体的共价键结构
N型半导体的共价键结构
8 P型半导体
第4章 半导体二极管及其基本电路
半导体的基本知识 半导体二极管 二极管的等效电路及其应用↑
1
4.1 半导体的基础知识
根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、 绝缘体和半导体。
导体：容易导电的物体。如：铁、铜等 绝缘体：几乎不导电的物体。如：橡胶等 半导体：是导电性能介于导体和绝缘体之 间的物体。在一定条件下可导电。 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
（1）试求 UO、IO、IR 和 IZ 的值。 （2）试求 RL 值降低到多大时，电路的输出电压将 不再稳定。
解 (1 ) ： U IR R L R L 1 8 1 22 1(V 2 )U Z
U01V 0
I0
U0 RL
105(mA) 2
IZIRI03(m)A
(2)当UI RR LRLUZ时， VD Z不能被击穿V， D Z不从能而稳使压，这时
11 PN结的形成
4.1.3 PN结的形成及特性
PN结的形成
若将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，则 它们的交界面就形成了PN结。
促使少子漂移 因浓度差 多子扩散 形成空间电荷区
阻止多子扩散
12 PN结的形成
PN结的形成
13 PN结的单向导电性
4.1.3 PN结的形成及特性
PN结的单向导电性