模拟电子技术 3 二极管及其基本电路.ppt
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1、,2 半导体二极管及其基本电路,2.1 半导体的基本知识,2.3 半导体二极管,2.4 二极管基本电路及其分析方法,2.5 特殊二极管,2.2 PN结的形成及特性,2.1 半导体的基本知识,2.1.1 半导体材料,2.1.2 半导体的共价键结构,2.1.3 本征半导体,2.1.4 杂质半导体,2.1.1 半导体材料,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。,典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。,半导体(Semiconductors):,导电能力介于导体与绝缘体之间的物体,都是 半导体。,2.1.2 半导体的共价键结构,硅晶体的空间排列,2.1.2 半导体的
2、共价键结构,硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构,价电子:最外层原子轨道上具有的电子(4个)。,2.1.3 本征半导体,本征半导体化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单 晶体形态。,空穴共价键中的空位。,电子空穴对由热激发而产生的自由电子和空穴对。,空穴的移动空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。,2.1.4 杂质半导体,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。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。,N型半导体掺入五价杂质元素(如磷)的半导体。 (Negative负的字头 ),P型半导体掺入三价杂质元素(如硼)的
3、半导体。 (Positive 正的字头 ),1. N型半导体,因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键,而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。,在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原子提供;空穴是少数载流子, 由热激发形成。,提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子,因此五价杂质原子也称为施主杂质。,2. P型半导体,因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时,缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。,在P型半导体中空穴是多数载流子,它主要由掺杂形成;自由电子是少数载流子, 由热激发形成。,空穴很容易俘获电子,使杂质原子成为负离子。
4、三价杂质 因而也称为受主杂质。,本征半导体、杂质半导体,本节中的有关概念,end,自由电子、空穴,N型半导体、P型半导体,多数载流子、少数载流子,施主杂质、受主杂质,2.2 PN结的形成及特性,2.2.1 PN结的形成,2.2.2 PN结的单向导电性,2.2.3 PN结的反向击穿,在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:,因浓度差,空间电荷区形成内电场, 内电场促使少子漂移, 内电场阻止多子扩散,最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。,多子的扩散运动,由杂质离子形成空间电荷区 ,2.2.1 PN结的
5、形成,1. 扩散运动,2. PN 结,3. 漂移运动,2.2.2 PN结的单向导电性,当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位,称为加正向电压,简称正偏;反之称为加反向电压,简称反偏。,(1) PN结加正向电压时,PN结加正向电压时的导电情况,低电阻 大的正向扩散电流,2.2.2 PN结的单向导电性,当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位,称为加正向电压,简称正偏;反之称为加反向电压,简称反偏。,(2) PN结加反向电压时,PN结加反向电压时的导电情况,高电阻 很小的反向漂移电流,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
6、漂移电流。 由此可以得出结论:PN结具有单向导电性。,2.2.2 PN结的单向导电性,(3) PN结V- I 特性表达式,其中,IS 反向饱和电流,VT 温度的电压当量,且在常温下(T=300K),2.2.3 PN结的反向击穿,当PN结的反向电压增加到一定数值时,反向电流突然快速增加,此现象称为PN结的反向击穿。,热击穿不可逆,PN结的电流和温升不断增加,使PN结的发热超过它的耗散功率。,电击穿可逆,雪崩击穿:由于碰撞电离使载流子产生倍增效应,使反向电流急剧增大。,齐纳击穿:在杂质浓度特别大的PN结中加有较高的反向电压,破坏共价键 将束缚电子分离出来造成电子空穴对,使反向电流急剧增大。,2.3
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