半導(dǎo)體二極管及基本電路PPT課件

1、1第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2第一章第一章 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.2 pnpn結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性1.3 二極管及伏安特性二極管及伏安特性1.5 二極管基本電路及分析方法二極管基本電路及分析方法1.6 特殊二極管特殊二極管1.4 二極管的等效模型二極管的等效模型31.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)一、本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體1 1、半導(dǎo)體、半導(dǎo)體2 2、本征半導(dǎo)體（純半導(dǎo)體）、本征半導(dǎo)體（純半導(dǎo)體）價(jià)電子數(shù)可決定物價(jià)電子數(shù)可決定物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)質(zhì)化學(xué)性質(zhì)（1 1）456共

2、價(jià)健共價(jià)健 si si si si si si si si自由電子自由電子空穴空穴7多余多余電子電子磷原子磷原子 si si si sip+在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮觿?dòng)畫動(dòng)畫8 si si si sib硼原子硼原子空穴空穴動(dòng)畫動(dòng)畫 雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控。多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控。910多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差濃度差 +動(dòng)畫動(dòng)畫又稱為又稱為耗盡層耗盡層11pn 結(jié)變窄結(jié)變窄 p接正、接正、n接負(fù)接負(fù)

3、 外電場(chǎng)外電場(chǎng)i內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)pn+動(dòng)畫動(dòng)畫+12動(dòng)畫動(dòng)畫+is 外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)，使多子不能擴(kuò)散，少子的漂移加外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)，使多子不能擴(kuò)散，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。13pn結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 當(dāng)當(dāng)pn結(jié)的反向電壓增加結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱突然快速增加，此現(xiàn)象稱為為pn結(jié)的結(jié)的反向擊穿反向擊穿。熱擊穿熱擊穿不可逆不可逆 雪崩擊穿雪崩擊穿 齊納擊穿齊納擊穿可逆可逆 電擊穿電擊穿tst(e1) (26mv)uuiiupn結(jié)的電流方程結(jié)的電流方程常溫下的電壓當(dāng)量

4、常溫下的電壓當(dāng)量ut：is：pn結(jié)反向飽和電流結(jié)反向飽和電流143 3、pnpn結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)1.1.勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容 pn結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢(shì)壘電容等效電容稱為勢(shì)壘電容cb。2. 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容 pn結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散路程中載流子結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容

5、過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容cd。dbdccc 結(jié)電容：結(jié)電容： 結(jié)電容不是常量！若結(jié)電容不是常量！若pn結(jié)外加電壓頻率高到一定程結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦?！度，則失去單向?qū)щ娦裕?5金屬觸絲金屬觸絲陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線n型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型鋁合金小球鋁合金小球n型硅型硅陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線pn結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型陰極引線陰極引線陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線二氧化硅保護(hù)層二氧化硅保護(hù)層p型硅型硅n型硅型硅( c ) 平面型平面型陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極d將將pn結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。結(jié)封裝，引

6、出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。16二極管的種類二極管的種類小功率小功率二極管二極管大功率大功率二極管二極管穩(wěn)壓穩(wěn)壓二極管二極管發(fā)光發(fā)光二極管二極管17晶體二極管的單向?qū)щ娦跃w二極管的單向?qū)щ娦?利用二極管的這個(gè)特性，可使用二極管進(jìn)行檢波和整流。利用二極管的這個(gè)特性，可使用二極管進(jìn)行檢波和整流。單向?qū)щ娦裕簡(jiǎn)蜗驅(qū)щ娦裕?18二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性伏安特性。()ddif u材料材料開啟電壓開啟電壓導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流反向飽和電流硅硅si0.5v0.50.8v1a以下以下鍺鍺ge0.1v0.10.3v幾十幾十a(chǎn)開啟開啟電壓電壓反向飽和反向飽和

7、電流電流擊穿擊穿電壓電壓mv)26( )1e (tsdt uiiuu常溫下溫度的溫度的電壓當(dāng)量電壓當(dāng)量19 從二極管的伏安特性可以反映出：從二極管的伏安特性可以反映出：sdtsdt|etiiuuiiuuuu ，)1e (tsd uuii 2. 伏安特性受溫度影響伏安特性受溫度影響 t()在電流不變情況下管壓降在電流不變情況下管壓降u 反向飽和電流反向飽和電流 is，u(br) 正向特性為正向特性為指數(shù)曲線指數(shù)曲線反向特性為橫軸的平行線反向特性為橫軸的平行線 t()正向特性左移，反向特性下移正向特性左移，反向特性下移. 1.1.單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?0fi三、二極管的主要參數(shù)三、二極管的主要參數(shù)

8、最大整流電流最大整流電流：最大正向平均電流：最大正向平均電流fibrv反向擊穿電壓反向擊穿電壓:反向最大瞬時(shí)電壓反向最大瞬時(shí)電壓ri反向電流反向電流:未擊穿時(shí)的反向電流未擊穿時(shí)的反向電流dcbddccc 極間電容極間電容:擴(kuò)散電容和勢(shì)壘電容之和擴(kuò)散電容和勢(shì)壘電容之和mf最大工作頻率最大工作頻率：使二極管保持單向?qū)щ娦阅艿淖罡哳l率：使二極管保持單向?qū)щ娦阅艿淖罡哳l率211.4 二極管二極管的等效模型的等效模型將二極管的伏安特性折線化，以簡(jiǎn)化分析計(jì)算。將二極管的伏安特性折線化，以簡(jiǎn)化分析計(jì)算。理想理想模型模型導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí) ud0截止時(shí)截止時(shí)is0導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)uduon截止時(shí)截止時(shí)is0折線折線模型

9、模型應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！恒壓降恒壓降模型模型導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)uduon+idrd截止時(shí)截止時(shí)is0一、二極管直流等效電路一、二極管直流等效電路最接近實(shí)最接近實(shí)際模型際模型22二極管在直流（二極管在直流（靜態(tài)靜態(tài)）基礎(chǔ)上疊加一個(gè)交流（）基礎(chǔ)上疊加一個(gè)交流（動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)）信號(hào)作用時(shí)，可將二極管等效為一個(gè)電阻，這個(gè)電阻稱為信號(hào)作用時(shí)，可將二極管等效為一個(gè)電阻，這個(gè)電阻稱為動(dòng)態(tài)電阻，也就是二極管的動(dòng)態(tài)電阻，也就是二極管的微變等效電路微變等效電路。二、二極管小信號(hào)等效電路二、二極管小信號(hào)等效電路也稱也稱微變等效電路。微變等效電路。dtdddiuiur 根據(jù)電流方程

10、，根據(jù)電流方程，q越高，越高，rd越小。越小。ui=0，時(shí)直流電源作用，時(shí)直流電源作用小信號(hào)作用小信號(hào)作用靜態(tài)電流靜態(tài)電流靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)微變等效電路用于二極管電路的交流分析。微變等效電路用于二極管電路的交流分析。交流信號(hào)交流信號(hào)231.5 1.5 二極管基本電路及分析方法二極管基本電路及分析方法一、直流分析一、直流分析 1. 1. 二極管的靜態(tài)工作情況分析二極管的靜態(tài)工作情況分析v 0d vma 1/ddd rvi理想模型理想模型（r=10k ）（1）vdd=10v 時(shí)時(shí)定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止24（r=10k ）（2）vdd=10v

11、時(shí)時(shí)ma 93. 0/ )(dddd rvvi恒壓降模型恒壓降模型v 7 . 0d v（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）折線模型折線模型v 5 . 0uon（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）ma 931. 0udondddrrvi k 2 . 0dr設(shè)設(shè)v 69. 0uddondriv（r=10k ）（3）vdd=10v 時(shí)時(shí)rduon25d6v12v3k bauab+二極管開關(guān)電路二極管開關(guān)電路26例例2:d2124ma3ibd16v12v3k ad2uab+ 27v sin18itu t 28討論討論 判斷電路中二極管的工作狀態(tài)，求解輸出電壓。判斷電路中二極管的工作狀態(tài)，求解輸出電壓。

12、如何判斷二極管工作狀態(tài)？如何判斷二極管工作狀態(tài)？291. v2v、5v、10v時(shí)二極管中時(shí)二極管中的直流電流各為多少？的直流電流各為多少？ v 較小時(shí)應(yīng)實(shí)測(cè)伏安特性，用較小時(shí)應(yīng)實(shí)測(cè)伏安特性，用圖解法求圖解法求id。qidv5v時(shí)，時(shí)，ma6 . 8a)5000.75( dd ruviv=10v時(shí)，時(shí)，d10()a50ma500virud=v-idr 二、交流微變等效電路二、交流微變等效電路2. 若輸入電壓的有效值為若輸入電壓的有效值為5mv5mv，則上述各種情況下二極管中，則上述各種情況下二極管中 的交流電流各為多少？的交流電流各為多少？diddqtdddruiiuiur ，30(1) v2v

13、，id2.6ma0.5mama)105(10)6 . 226(dd ir，(2) v5v，id 8.6mama65. 1ma)02. 35(02. 3)6 . 826(dd ir，(3) v10v，id 50ma9.6mama)52.05(52.0)5026(dd ir，在伏安特性上，在伏安特性上，q q點(diǎn)越高，二極管的動(dòng)態(tài)電阻越?。↑c(diǎn)越高，二極管的動(dòng)態(tài)電阻越?。?1為使為使izizm，使用時(shí)必須要加限流電阻使用時(shí)必須要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起性，穩(wěn)壓管在電路中可

14、起穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓作用。dz1.6 1.6 特殊二極管特殊二極管進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流的最小電流不至于損壞的最大電流不至于損壞的最大電流326 6、主要參數(shù)、主要參數(shù)穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓uz穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流iz最大功耗最大功耗pzm izm uz動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rzuz /iz正向?qū)▍^(qū)正向?qū)▍^(qū)反向截止區(qū)反向截止區(qū)穩(wěn)壓工作區(qū)穩(wěn)壓工作區(qū)5 5、三個(gè)工作區(qū)、三個(gè)工作區(qū)4 4、等效電路：、等效電路：工程上的穩(wěn)壓管，由工程上的穩(wěn)壓管，由uz和和pzm來選擇。來選擇。33例：例：在如圖所示的電路中穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓在如圖所示的電路中穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓uz6v，最小穩(wěn)定電流，最小穩(wěn)定電流izmin5ma，

15、最大穩(wěn)定電流，最大穩(wěn)定電流izmax25ma。（1 1）分別計(jì)算）分別計(jì)算ui為為10v10v、15v15v、35v35v三種情況下輸出電壓三種情況下輸出電壓uo的值；的值； （2 2）若）若ui35v時(shí)負(fù)載開路，則會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象時(shí)負(fù)載開路，則會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象? ?為什么？為什么？ 解：（解：（1）當(dāng)）當(dāng)ui10v時(shí)，時(shí)，若若uouz6v，則穩(wěn)壓管的電流為，則穩(wěn)壓管的電流為4ma，小于其最小穩(wěn)定電流，所以穩(wěn)壓管未擊小于其最小穩(wěn)定電流，所以穩(wěn)壓管未擊穿。故穿。故 v33. 3illo urrru當(dāng)當(dāng)ui15v時(shí)，穩(wěn)壓管中的電流小于最小穩(wěn)定電流，穩(wěn)壓管時(shí)，穩(wěn)壓管中的電流小于最小穩(wěn)定電流，穩(wěn)壓管仍沒有擊穿，所以仍沒有擊穿，所以v5illo urrru當(dāng)當(dāng)ui35v時(shí)，穩(wěn)壓管中的電