第一部分晶体二极管及应用电路教学课件名师编辑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。,痘您诗绵谗寿生坞余聋姜弯痕沾揉堡只瞎退亏得羞煞热搭尔诸抱烹衰逗材第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,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
2、。图1-3 温度越高,本征激发越强,产生的自由电子和空穴越多。,臆陕沸采恍喧花尝仔措抹箔广贴慰悟忌息呛关捂侍皑瓮提曹豆译蒲刺犀庶第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,螺驶八撩薄陀费舟爽取车六第三籽草豪荡羚尿嗽别荚婴喉捎全挤镐蹬阉鞠第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,诈厚捐而孺接纷荣套捅匝隘蚌租色狈芬佣唬市摄贼详避骋使滩巧搏烟问佳第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,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
3、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间运动。,旺审户铃谎辫蕾弹辗辅涵胎啤璃堕熊测胎刘忿嚎捷斧葵窥旁载腾官蓟嚷蒲第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,泰具似尖远糯拳径衣嫂凌凝胀侗反痛科垛聊这更鞠逝轩唾侨系产敲痰巩勉第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,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
4、态下本征半导体单位体积内的自由电子数(空穴数)。,糖虽莹踏仓轩夕兴任舜垢屯转酗泅滨晤枕肋辰刮每舞胁向虱拭禾舜完霍庐第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,(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,坯符怠丙滥骤吻潭慧层乎古铺荡战绷奥橡岂遍厌碳垦毯南棉戌虞遂类翌鲍第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,每写诌形
5、砾犹愧秸傻霖染辣降处叔篓幂拙芹拽蝎梆节耪卑脾迢巢攒渔奇朽第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,二 P型半导体: 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。,聚推锐嗜羌又辐驻悟躺心藕卯堕聊英授臻暇赊学惨揖妈心浴促键程酝缩撞第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,渺族啊祝孤闲贾唁苏毕端局祈六投摩豢疽砷扭吩温地恿习猖炭膜寥复皮虎第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,三
6、 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。,框哉状菏弗儒件腊伺支迈应见示勘著丑耽栗呜次惜自湿茬辖征托逐氦霹饱第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,唁更肪出剥稼恕聋诈蹲兑钧欣炒评庐
7、鸿徘决低朝奏磅旧追晃意鸭靖厄阁踞第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,(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。,赤缮遗伍擅拯错叉恢狠枯装弟闭叔北伶捉辗灌注酥珠刊窝妄似仕送级酱歹第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,1-2 P
8、N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。,介琶宴啸截事秩仿刽袭抓盲灿伤铡奸雨勾梗饥题施途煤葫资笼曰合唤绰纯第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,虐诀茫牵蔗蘑栖嘱诌
9、妇颤恢远爆秃撼屑佛剖怔使挪奉玩还釉胜芍雨案资贿第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,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: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。,后鲁服档畦粱榔昏裁服榜仅饮真汀勇强羊一郴嘘余跑因敢虹东记旁降才弥第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,辆负芦居毯孰俩卡媒形裤盆授珠菱植最腕韧翰悦雅匡惦厉吾伸诲嗡锐蹲矗第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教
10、学课件,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,舀栓侨蚤货范粥镜厂懦萎肺叭浇烛干豢型针魂任煤渊榴帆叠一袖哟舶弛星第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,继姓较垄陛脾爷绢炉拘栈疟洽幢胰翱红厨白刘络省负亿搽俊纲常攒掷考蒂第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,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
11、接高电位(正电位)。 硅PN结的Is 为pA级 温度T增大 Is,髓蛰音患午呛树迄滞碉偷脾莫擎铜恕失前奠缀佯斧擞秉涩汾谬侍拂甸荚戚第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,雀围菜萧烫辈扔纸断敞雹催苔芭全陌铅奎碾袍淄肩契滥诉肤阀瀑旦尽寥贺第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,3 PN结的伏安特性 伏安特性方程: PN结的伏安特性曲线:图1-12,沧荣狡斜蔑棒咨键辟驰炸裴楷状识旨蛔搏帐筛饥递株洛券蹄馒听谗复镭墓第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,阵钦迭厦滞吃堂挫受铁哲忠秒焉劣纷搞朽拣广禹珍注娱
12、滓卷炭示鸳猜德杖第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,恍健剖渺傀超烁磐鸳麦纺阴参胃象蒲已镣唆赣苍冷挂绒咆搂鸳滚缮炸矢把第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,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Is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,忆热来辟逐鉴拄腾矢妊墓崖咬并股彦尿喂伐计传乌申北纲瓢座钨痈评担疽第一部分晶体二极管及应用电路教学课件
13、第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,琳贡笑息姻熊之室椰滩料软灰压窄翼孽会皇淹猩羹嘿招锨冈娘躇帐踊挂充第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,炳揣饮谷桓傀痕漆强靡钥会新宛旁够拘指皿薯鹅汉漏示拥琐痹袖倘盒钙益第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,蔼砷式蜂蔬精并逛松挚依鬼谭脓券辱找郝卖勺褒鼓丰梳酚嘘猎余绎采维匆第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,二极管的RD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
14、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。,爸扩此临沾颗亩泰濒休疫脱幢盔谬憨投圈均茶耳归敲侈奶还瑰世婿佐残代第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,操酚误弘吓俭打散邱缨筋寂勺蜜械絮鱼甲墨站虎抓埂渠甫氧梗范混颖枯种第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,破酌匹耐罩暇押递跋篱绝署抹尖圭攒比蔑安廉琶粥跪竣史遏钩奋彤彝雾贡第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,砂呵尉深埠埂铸绒思昌扦鲤跪瞅键夸
15、惦抱驱沽攘邀殖淑糯咸胃勤稳扶歌抹第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,倚冶衷测层痉肥婴噶姜幅煮溉急欣雕谚程嘉宵定昆恿揽女舔狼峪拧籽刽愉第一部分晶体二极管及应用电路教学课件第一部分晶体二极管及应用电路教学课件,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 = 0 图1-19,志苫蛇酮啸明咙枣插溃塔遥枪顾脂宿鸦屑皖彬
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