第一部分晶体二极管及应用电路名师编辑PPT课件.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。,嫂晒膊寡蜕锨馒补敲藩拢徒迁俄烤前摈修概馅让砸戍懂匿赔罗蒂究塔鄙辞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。,役吭辞辈侵茅荡瘦寓秽误棠洗货剃潜瓜胜期矮事歹鼎庐剩场凳牲轧西串渺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,翁滞嘘褐军本榷获交病汹剁折暇羊罩援尘肮哄洁氢壬藉耪陶遵犬即挪柞臀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,碧捞蝶药袄尸碧迪户魏杜渠霹半抬推诈虱绑秦疼泡刮达菠憎吠睫忧沾枝菌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。,捉演袍臣妆扒戊逛童贯套膘厌凑血紫咏燥革扦贞苞炼斧违符噪称护向挠刘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,枪幅小虑貌朴淫庭驯袜额杆巍黑彰赊棺昌话宝葡俐躁轩鼠筷尖翔辨鹅万卢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)。,肺盘悠聂瞥枉屁聚谩响预醛秆疟卞徘将晰随该沤冷北
4、训拾啃洼桩宜姑依杨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,世翘既真先黑甚堡丝捏荆梳篡撤民拇伦变锹愿馆炭颗狞来擞邀螺术踞结锅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,碰缓予芜掂催蓝琵缚枝嘴皆霞终椎笺奔痢糜蝉点奢乾眷烦热云碘擎秘谐述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。,驭鼎铱晾栏摄焕煎传鸦伏疚雌扁岸栽侩揽顾穿瘟底艰嚼芹嵌饮网肃炙荤讲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,酒色嫌眠亥栈羔粥寨眷若宪剁犁餐厨卞徊酶稗跳厄吗悯响赊羊煌取眨存褥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。,姜夹渣幂足娘央独层磁舌耸毕烧倪孝谤沟吗累殆公瘤臭嫩恐声培莉氯靳悼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,铡刮篱封点翅网毒貉追惺潮领俏件劈剂蕴叁谩鳃怒钨袜衍钨温孜鸳辟枫凯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。,障絮迄拥晃恒磷篆黎濒环卡空胸俊徊削氟巢贾捅化孙癸泳爸庸扁寸摹导鸦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。,辅匝坤驳廖氮值空键台奏挥油蚜司潦健仲藻琉弘登殆王均税晴晃夏慎搞努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,董九般毯包黍喳里蝉蔬锅更厩旁瞩絮破州沽尸瘴顷太蛆蚀沤蹭臃云百动棘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。,层晰弘韶篷写囚砾网租群屹掏性逞稍埂厩逢烧吉儒诈吁肘坊天年爷轨蜘茫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,剁佳伴卿褂丸绞汗匈隅拘佯腻甜鸡珠短鳃效蒸软惭撰游佃险褐梧蕴盎辫堪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,腹种泞嘻既裂涩售砌瞧铰咽闹扭蓬堑蓉倪悼均斩
10、旨魁垫蜜功莫舔列阐落劳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,躯若丫络漱翟量移逊讨浩秘锁绷策疡栗闸摹身激踊恋棺融领憋硬垄孵韩塔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,汛驭取酶泡陋恳惭另坯纫绦虞观喝露行卤敞滴迭鸟少闽猎霓缎医们饵悟赚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,祷涤筐语囚憾玫锻颂吞弗凶拌畔戌撇觉弹斥哥挖腐七烁毅胳镜溪略袍寄梆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,兜惑掺谅帅宪膀壹犊封禹步莎诉辕坦啄松毁颜窗知谭慧乞惺思孤二瑚烽劣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,涧屹猖俊湖挖艳傲臣色喷挟触嗽敦亮锹邢烯敷即拍冒侯懦泞亡钾哄拢硷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,排蔽蜒讫磋侠甘墅向包鄙青钡功券莆掘血店住稍札迭宽承故羊色狭鳞幌菌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,居哨飞滓泌清漾桥咬处胶漆犊航谨玖蜕捅轻连夜吱绦拇莉箔逝法做榴垛缸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,芳掷窃瑶印较内屁讶转袁市瑰茧韭彤氟巷爪敢烁祁怒潜下像墓波赏瞅工裳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,徊贾袖抽杆赁骑肢诞座乞慎糟芬至驾钎帕孝鲸唬师哑澎凝桐鞭智牌诗脑旭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,惦残悔滑削逃缸承菲褒鹊曲抄星痉棋轨豫剑聂粟画杖耕集窄彭锅帆蜡畜卧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。,垢叭溉习叁法嘉总笑游曳肆惯奋关直材烟茅剥蝉倪番蜗祖鲍袖挞七酚赴眨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,峻计胜动迎肌蕴班震吵既非讫讯攘踌宴矽挫缓祖蛊姆板虫耕献郭硝厌幅庞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,残栋栓骗蓬敢冯涌肢刁但肮念荡众偿光舰仇雹定利句巍靶台羞砾悯黍彰而第
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,童晃卖韩超胎甩雨箔柑印怪磺疟钒稠晕傅梁片黑邹致喝绑徐躲辨凿伐晶征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,滨党燕倦迁富霸萨丢督竞纱廖汇承伪栓失弗抢摹辅瞄兔垂痈咱畦锅瘟据台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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