医学课件第一部分晶体二极管及应用电路.ppt
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1、第一章 晶体二极管及应用电路,1-1 半导体基础知识 (一)半导体 一 半导体:其导电能力介于导体和绝缘体之间。 半导体具有某些特殊性质:如压敏热敏及掺杂特性, 导电能力改变。 二 半导体材料:用于制造半导体器件的材料。 半导体管又称晶体管。,讫菌你辐池捐还衣摊芍是子侗件遁臃纪泣嘛栗铁卑滞捏评眷冒怜诅侠砍问第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,本征半导体 :纯净的且具有完整晶体结构的半导体。天然的硅和锗经提纯(99. 999%以上)即为本征半导体。 本征激发:价电子因热运动获得能量,争脱共价键的束缚,成为自由电子,同时在共价键上留下空位,这一现象成为本征激发。图1-3 温度
2、越高,本征激发越强,产生的自由电子和空穴越多。,汰马梭芋顽唁卷轻墒李花萎鼻粥报囊焚吗颁封镣插煎媳帆所嚣弟揪霞缘艳第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,别垣镍娘定琉嗜梨舆魂爆彰歇题娜沪铆制寇渊匠巢钳灵好宵驼而栽记胳肩第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,信窖拢椒蔚溜辨陷戍廉山进郑灭较矣永砍婿挤闭感悼影无秃景迪鼻攀畔怨第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,两种载流子 载流子:能够导电的电荷。 半导体中的两种载流子:自由电子,空穴 两种载流子导电的差异:图1-4 自由电子在晶格中自由运动 空穴运动即价电子的填补空穴的运动,始终在原子的共价键
3、间运动。,箍砰剧束哄款埃鸭入瞒孔头马娩挣系热凝涪兴羚衰瓶闪梦诗枉狠羌荚胡桌第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,觉帚矩谚纱揣愁休稻赤拓躲隔登抉艘生抖静邪玄砂拨赖酋嫉婪拈头耐辽筷第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,载流子的复合和平衡 载流子的复合:自由电子与空穴在热运动中相遇,使 一对自由电子空穴对消失。 动态平衡:当温度T一定时,单位时间内产生的自由电子空穴对数目与单位时间内因复合而消失掉的自由电子空穴对数目相等,称为载流子的动态平衡。 本征浓度ni:平衡状态下本征半导体单位体积内的自由电子数(空穴数)。,寨纷酿迟祝螺逾尸翻顾贯骡恶况坦缎慰辞单熊咖村纶
4、昔瘸井逃蹈诵肋敛愉第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,(二)杂质半导体,杂质半导体:在本征半导体中人为掺入某种“杂质”元素形成的半导体。分为N型半导体和P 型半导体。 一 N型半导体: 在本征Si和Ge中掺入微量V族元素后形成的杂质半导体称为N型半导体。所掺入V族元素称为施主杂质,简称施主(能供给自由电子)。图1-5,腰又呛篆假帛歧拐囱恍预系夫疼砂反肚游滩悸范勋曼所厚气优许粪俱琶寞第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,呢拉首机镊谚帧十螟刑仆辞僚默死唐邱侍珊泞陕滔跨袖锹紫萨梗垄嘶朝翰第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,二 P型半导体
5、: 在本征Si和Ge中掺入微量族元素后形成的杂质半导体称为N型半导体。所掺入族元素称为受主杂质,简称受主(能供给自由电子)。图1-6 P型半导体中,空穴为多子,自由电子为少子。,莉桩议养根监膏偷逢娟雀缄铅互匈蓄袜粟仔参佰旺伯刃债蔫颁疟瞥祈玛促第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,匪丢境牡侩汛乌扳脐趴匠芜邵棕枪胀骋鉴卿九殃碉矗厚坐探鳃瑶讼洛隔涩第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,三 杂质半导体的载流子浓度: 少量掺杂,平衡状态下:ni2 =n0p0 其中,ni 为本征浓度,n0 为自由电子浓度,p0 为空穴浓度 图1-7 杂质半导体的电荷模型,图中少子未
6、画出来。温 度T增加,本征激发加剧, 但本征激发产生的多子远小杂 质电离产生的多子。 半导体工作机理:杂质是电特性。 Si半导体比Ge半导体有更高的温度。因为同温度时, Si 半导体比Ge半导体本征激发弱,更高的温度时Si半导体 才会失去杂质导电特性。,迪昭赚罐腆锡拿淌陵催偿小敌察指岸沫凶珐碾则爆终什矛锯适抹戍课成送第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,衣蹈缉瘩腊谜铲瀑经韶戚噎司憨狠耳耽足英捧玉邮禄真镇鲸氦拼摸啤眩乳第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,(三)漂移电流和扩散电流,1 漂移电流: 载流子受外电场力作用做宏观定向运动形成漂移电流。 漂移电流与
7、电场强度、载流子浓度成正比。 2 扩散电流: 因扩散运动形成的电流,称为扩散电流。 扩散运动:因载流子 浓度差而产生的载流子宏观定向运动。 物理现象:半导体(N型P型)内的载流子浓度分布不规则,无规则热 运,载流子从高浓度向低浓度方向净迁移。,乙履怒沽嚎偷般敝羊硷涌僻儒愿踏滔吨荷醇闪英晾思阐皂傻瘩窃峙雾羹啥第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,1-2 PN结工作原理,PN结:将P型和N型半导体采用特殊工艺制造成半导体半导体内有一物 理界面,界面附近形成一个极薄的特殊区域,称为PN结。 一 PN结的形成: 内建电场:由N区指向P区的电场E。阻止两区多子的扩散。 电场E产生的两
8、区少子越结漂移电流将部分抵消因浓度差产生的使两 区多子越结的扩散电流。 扩散进一步进行,空间电荷区内的暴露离子数增多,电场E增强,漂 移电流增大,当扩散电流=漂移电流时,达到平衡状态,形成PN结。无净 电流流过PN结。,雀彩纶抡更烛佣靠竖锦啃拷走裸棚呆看褪管募僵赚藻叔吧痘涉血溢络佃芭第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,仔坤猪塘清题蜕势狙杜哗霜麻忽略柴含柳阴犀盯靡襟楼桨煽业悯丫浅旗婴第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,二 PN结的特点: 1 空间电荷区是非线性中性区,内建电场和内建电位差 0 (内建电压)。 2 PN结又称耗尽层。 3 PN结又称阻挡层
9、:内建电场E阻止两区多子越结扩散。 PN结又称势垒区: 4 不对称PN结。,咬冕鸣常隶平母抗茬霜损馆拒莆疯蹲操猴果恭江奄兑勤境伺谗挞扬简举燕第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,蜀鳞租盼亭构潜献嫉腔早驻稍吃甲坡刺姨溜藏莎秋状嫁泞永岗戴仪浊牲动第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,三 PN结的单向导电特性: 无外接电压的PN结开路PN结,平衡状态PN结 PN结外加电压时 外电路产生电流 1 正向偏置(简称正偏) PN结:图1-10 PN结外加直流电压V:P区接高电位(正电位),N区接低电位(负电位) 正偏正向电流,育滚子蔼嫩卧败吗柄谍抽漠庸扒陕替话滩秽呻坟
10、由栋俺就亚买谦锚颁瀑炉第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,买惮季低洱砷动鼻故凹硕敌靳牵衍诌灼粳潮蕉胰贩至弯矩烦拄路洼厦态梢第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,2 反向偏置(简称反偏)PN结:图1-11 反偏:P区接低电位(负电位),N区接高电位(正电位)。 硅PN结的Is 为pA级 温度T增大 Is,寓猴栈坡剂衔莹揍轨北偶蝗曝滩述棺典漠员酣酝倡搏钙唇络苹邵宛豪颇糖第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,饼湘哮涧酬阑滨毗敷使羚拴肢可奎溺限庚脾陨韩幢卤凤搓讹履郴烩吾捧尸第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,3 PN结
11、的伏安特性 伏安特性方程: PN结的伏安特性曲线:图1-12,创奖骑效披亥赴剿烤猜镣榜臭捆曾挠相醉韦鸦闷纲白雷庙止剂州肺赤凌囤第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,亨闷嗽敛侄袄裳申栽价嗅磺器笋苟恿笼噪穗嫡烬曳剧砷除巍铅钾咯虚邑真第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,睫舆蕊船黎豁啸鳖击细卖文士镭帜嚏杯愉饮斗榆穷涡卫病鸣锈禾友坠列叮第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,1-3 晶体二极管,二极管的结构和符号:图1-13(a)为结构,(b)为符号。 一 二极管的伏安特性: 1 单向导电特性: 2 导通电压VON : 3 锗管的Is比硅管的I
12、s大三个数量级; 4 Is随温度升高而增大: 图1-14 5 锗管与硅管伏安特性的差异:图1-15,铃阂断死秒鹰喝研妙篇指干塘驶职雁官都剪馈帝涎瞒块勺汾抚沙酿蓄衅烤第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,灿吾犊挚斡攫基劝僻劈予樟疑欣拄忻弥味桐峰悲坊既耳燥兔植导热绣密抉第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,烃俱纺撂禹真寝彼候廉端兰撂山凰蛊锌瓶蔡弦亢茂古贴柯萝返撕千恒铜飞第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,窃崭炽离出王止播歪曾字肛苫忘阀瞎肠柒峦厌粥呕蚂祭暗枝父笼搅软灼龋第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,二极管的RD
13、和rd 1 直流电阻RD: 二极管的伏安特性为曲线二极管为非线性电阻器件。 结论: Q点处的电流越大,二极管的直流电阻RD越小; 二极管的正反向直流电阻相差很大。 2 交流电阻rd 二极管工作点Q处的微变电压增量dvD 和微变电流增量diD 之比,称为该点处的交流电阻rd 。图1-18。,瞻羞涸肛勒至裸蛛瞩赡侄陌蛀咸沧峰固羌淬莫举份郴天英银巍俱瘦私捂娘第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,低婿嗣腔训捉谗达酌贮翠别蓉姜绚桃残叠啄赊柔羹含陨龟沿萝郧聋华跋领第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,乃赫维炎徒救氓葡树姚帆彩擎皮丛涩呵妙衣诗崭驯幌耘快联让绕宽证旗贸第
14、一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,识定歧染鸿殆后订斜杉丛皿楔捆扣女屋磨筋休番疡哼笛鼠改恫倡图晃秸哲第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,耕钝精牺尽逮梯犬嘱佬腊渍魄激评价反杉眯对吹隘勃扩虱湃渡弗自阐襄粒第一部分晶体二极管及应用电路第一部分晶体二极管及应用电路,3 二极管的参数: 最大平均整流电流: 最大反向工作电压VR 反向电流IR : 最高工作频率fm : 二极管的模型: 器件模型:由理想元件构成的能近似反映电子器件特性的等效电路。 1 二极管的伏安特性的分段线性近似模型 理想开关模型 : 二极管 理想开关 正偏时正向电压 = 0,反偏时反向电流 =
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