低频电子线路第一章

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

§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

自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。

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。

自由

电子空穴

+

5简化模型：

+

3

硼（B）少数载流子是

影响半导体器件温度稳定性的重要因素。简化模型：

扩散运动

扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面区的自由电子浓度降低，产生内电场。

参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。

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I S，电压增大，电流几乎不变，考虑到I S≈0，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。

问题

•为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？

•为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？

•为什么半导体器件有最高工作频率？

§2 半导体二极管

⼀、⼆极管的组成

⼆、⼆极管的伏安特性及电流⽅程

三、⼆极管的等效电路

四、⼆极管的主要参数

五、稳压⼆极管

结封装，引出两个电极，就构成了二极管。

小功率二极管大功率

二极管

稳压

二极管

一、二极管的组成

点接触型：结面积小，结电容小，故结允许的电流小，最高工作频率高。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。

材料开启电压导通电压反向饱和电流0.5~0.8V 1µA 以下0.1~0.3V

几十µA

开启电压

反向饱和电流

击穿电压

mV)

26( )1T =U 常温下

利用Multisim测试二极管伏安特性

正向特性为

指数曲线

2.伏安特性受温度影响

T（℃）↑→在电流不变情况下管压降

→反向饱和电流

T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移

理想

二极管

理想二极管

？

d r =根据电流方程，u i =0时直流电源作用

什么情况下应选用二极管的什么等效电路？

u D =V －Q

I D U D

V 与u D 可比，则需图解：

实测特性

对V 和U i 二极管的模型有什么不同？

•习题：

•已知二极管导通时的直流电压U D为0.7V，电流I D为1mA，

二极管的直流电阻R D是多少？

交流电阻r d是多少？

1.2.3 晶体二极管应用电路举例

1、整流电路

例1-1：半波整流电路中VD理想，画出u o(t)波形。

⎩⎨

⎧=)(0

)(t u t u i O ；VD 截止⇔u i < 0V ；VD 导通⇔u i > 0V

输出u O (t ) 取决于VD 的工作状态是导通还是

截止。

解

：

(1) 所有二极管开路

（2）计算开路电压确定二极管的状态

1122514505a b a b U V U V

=−==−=确定VD2导通，在VD2通情况下，重新计算VD1的开路电压。

u

O = 0

11011a b U V

=−=−VD1截止。

（3）根据根据等效电路计算u o ，得出：

例1-3: 限幅电路中VD 理想，求u O (t )并画出波形。

3、限幅电路

解：5O i

V u t u t ⎧=⎨

⎩()();；VD 导通

VD 截止u i <5V ，VD 截止u i ≥5V ，VD 导通（1）确定VD 状态

（2）确定输出电压u o

5

−=i u

u

(3) 画u o 波形

5VD 截止

；VD 导通

();()i O u t u t V ⎧=⎨

⎩Ø画输入波形Ø画门限电压Ø画输出电压波形

u i <5V u i ≥5V ，

斜率？

进入稳压区的最小电流

不至于损坏的最大电流、稳定电流I Z

U Z动态电阻r z＝ΔU Z/ΔI Z

ZM

若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电

3.

稳压管等效电路

Ø工作在击穿区

Ø工作在非击穿区分析同二极管

电路

U 1>U Z , 发生击穿

U 1

变容二极管利用PN结的势垒电容效应制作变容二极管必须工作于反偏状态。

七、光电二极管

光电二极管工作于反偏状态。其反向电流与光照度E成正比关系。光电二极管可用作光测量或做成光电池。

光电二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的价电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。