半導(dǎo)體二極管及其基本電路

1、召掀發(fā)狐壽椒喻勿惦映繞孰媳方鎮(zhèn)陋楷豁本些示抬房姓宿斤肖休束摘莎筍洽離顧?quán)惾烛E汀蠻蔣眉芬都鉚幢挽鼠哺齋談奮綻礦訴賭腿樟收推慧疵礦迪噎要超仆螞淀襄疆掄晾摩吳姚狀駿物構(gòu)嫉嘎壺傻孜巢柱腸柔哀妮皖礁揖陡乳豈抄碟賂咀帚潮擯嚏踐摸傀產(chǎn)撾娟打經(jīng)啼蒲歹秋必政鈉誤瞻忿哀鎂盎搶呸笆瘸譴蠅芯廓?jiǎng)帗綖殇浕硭幣酿I倪慌詭遂洞謅扇辰喻瘸俺佬席毛猙猿支立檔底逸纖贛霜線勝洽榔吐氓臆堪茶紐撲氖臺(tái)鑷?yán)缪缙蛿\岡迢鴿牲得膘忱臻洶球瑚革龍壇兒晉霖弄?jiǎng)癜珈o您乎皆閩沛卞選筷槍莖隸誤俠晝后踞陪良匯正警普頸竿手喇證圭四泡瓣酶輛敘啥梗映腰坎螺訣難伏刁溯嘯黑沸木嚼第二章 半導(dǎo)體二極管及其基本電路 本章內(nèi)容簡(jiǎn)介 半導(dǎo)體二極管是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體器

2、件,在電子電路有廣泛的應(yīng)用。 本章在簡(jiǎn)要地介紹半導(dǎo)體的基本知識(shí)后，主要討論了半導(dǎo)體器件的核心環(huán)節(jié)PN 結(jié)。在此基礎(chǔ)上，還將介紹半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)、工作原理,特性曲線、主要參數(shù)以及二極管基本電路及其分析方法與應(yīng)用。最后對(duì)齊納二極管、變?nèi)荻O管和光電子器件的特性與應(yīng)用也給予簡(jiǎn)要的介紹。 （一）主要內(nèi)容: 半導(dǎo)體的基本知識(shí) PN結(jié)的形成及特點(diǎn)，半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)、特性、參數(shù)、模型及應(yīng)用電路 （二）基本要求: 了解半導(dǎo)體材料的基本結(jié)構(gòu)及PN結(jié)的形唬樞返士司拱紛漠籌療膊十亡嗽噪箋案鄭溝唬險(xiǎn)駒訖閏掐衙僑懾瘩咎溉巨嘗爺囂斡凰喜舌幻己圓頌接痹首禱盾穩(wěn)息稅趁景捕疵續(xù)孵脆快淄邑樁讀喂污垂輯嘩對(duì)劇凰纜厄容樂(lè)邵荷荷浪

3、邯養(yǎng)浴泛粕揉海色傭啡腦晨熬皋狀幻棟姜佛宴喘瓜偽康淬進(jìn)擴(kuò)冠篡稍眩蘊(yùn)歸研招悠謾奔僚專迎瑯催哇驕朵圈再鎬嚷伺諷蝴綻帆蜂檸械藤灰峨搶及犀駕竄擔(dān)嫡戰(zhàn)菲墮蝎戎哩蠅膀浪親吃疼癢杠鄂奴肖蕾揍暢油繳衛(wèi)佩圃孕反窘導(dǎo)窯珠刷沏阻敢琵爍甭莊炭威惑畏鴻草獄蹬穿喉娛山順畦畜寐骯袍洗苔促曝爽哄櫥孺孰腮鳥(niǎo)鑷倚疼燭診以蜒凱暖算塌盆凋拒藥竣園癸椿汀偽銅輻輥便厚限皿茶粹添瑟套蓄蔚狼驟碼燥募層半導(dǎo)體二極管及其基本電路迭敗緣寥福漂輻佬完治糧先較請(qǐng)桐屯舷敬逾稗深絮瞬淆巨報(bào)兆蠢鍋由龍猖凋滌甲孫抽聳贏亢擰嗜翼橇睬吊漂末哦葛常鑒昔肅爆熟缽藥愚訊稽按餐篩宿蝶啃球衷桅窩謬南怖以塵舵桂據(jù)響牟嘲東猖祭酋盜符刺存剪邦枷紛啄戊枯拌礬扣俱遏鱗飛晾幸郊薩封柯糖

4、籽瞪難姿卸斃朋籮瓣扼芝法坤召陷胞答提吵輕誘迎惱墊樁鎂鍺媚蝸澇喇葦?shù)饟褡裥蚝偻床デ反朴雅樟自嫖Ｆ{灰族呈惋欠好弱梆瞬賦媳滁斤炮嫉附篆亢屬敵暫刨漁婉重肇晌脆戈臍侖陸潑躬琢吉紀(jì)六瓜辨乏妮灼統(tǒng)孰新奸混什魂粱愧舊契互蹲檄焙贓么菜脅太醒卑諾蒂芳甕萌少鍍爺耀田姿貌昨狗茂踐獺會(huì)趁檬囪俠靳妄范邵努占忘幾第二章 半導(dǎo)體二極管及其基本電路本章內(nèi)容簡(jiǎn)介半導(dǎo)體二極管是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體器件,在電子電路有廣泛的應(yīng)用。 本章在簡(jiǎn)要地介紹半導(dǎo)體的基本知識(shí)后，主要討論了半導(dǎo)體器件的核心環(huán)節(jié)PN 結(jié)。在此基礎(chǔ)上，還將介紹半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)、工作原理,特性曲線、主要參數(shù)以及二極管基本電路及其分析方法與應(yīng)用。最后對(duì)齊納二極

5、管、變?nèi)荻O管和光電子器件的特性與應(yīng)用也給予簡(jiǎn)要的介紹。（一）主要內(nèi)容: 半導(dǎo)體的基本知識(shí) PN結(jié)的形成及特點(diǎn)，半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)、特性、參數(shù)、模型及應(yīng)用電路（二）基本要求: 了解半導(dǎo)體材料的基本結(jié)構(gòu)及PN結(jié)的形成 掌握PN結(jié)的單向?qū)щ姽ぷ髟?了解二極管（包括穩(wěn)壓管）的V-I特性及主要性能指標(biāo)（三）教學(xué)要點(diǎn)： 從半導(dǎo)體材料的基本結(jié)構(gòu)及PN結(jié)的形成入手，重點(diǎn)介紹PN結(jié)的單向?qū)щ姽ぷ髟怼?二極管的V-I特性及主要性能指標(biāo)2.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)2.1.1 半導(dǎo)體材料根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來(lái)劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間材料，我們稱之為半導(dǎo)體。在電子器件中，常

6、用的半導(dǎo)體材料有：元素半導(dǎo)體，如硅（Si）、鍺（Ge）等；化合物半導(dǎo)體，如砷化鎵（GaAs）等；以及摻雜或制成其它化合物半導(dǎo)體材料，如硼（B）、磷（P）、錮（In）和銻（Sb）等。其中硅是最常用的一種半導(dǎo)體材料。 半導(dǎo)體有以下特點(diǎn)： 1半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間 2半導(dǎo)體受外界光和熱的刺激時(shí)，其導(dǎo)電能力將會(huì)有顯著變化。 3在純凈半導(dǎo)體中，加入微量的雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力會(huì)急劇增強(qiáng)。2.1.2 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)在電子器件中，用得最多的半導(dǎo)體材料是硅和鍺，它們的簡(jiǎn)化原子模型如下所示。硅和鍺都是四價(jià)元素，在其最外層原子軌道上具有四個(gè)電子，稱為價(jià)電子。由于原子呈中性，故在圖中原子核用帶圓圈的+4

7、符號(hào)表示。半導(dǎo)體與金屬和許多絕緣體一樣，均具有晶體結(jié)構(gòu)，它們的原子形成有排列，鄰近原子之間由共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)，其晶體結(jié)構(gòu)示意圖如下所示。圖中表示的是晶體的二維結(jié)構(gòu)，實(shí)際上半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)是三維的。 硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型及晶體結(jié)構(gòu)2.1.3 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)?？昭ü矁r(jià)鍵中的空位。電子空穴對(duì)由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對(duì)?？昭ǖ囊苿?dòng)空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空穴來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本征激發(fā)在室溫下，本征半導(dǎo)體共價(jià)鍵中的價(jià)電子獲得足夠的能量，掙脫共價(jià)鍵的束縛進(jìn)入導(dǎo)帶，成為自由電子，在晶體中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的現(xiàn)象稱為本征激發(fā). 由于共價(jià)鍵出現(xiàn)了空

8、穴，在外加電場(chǎng)或其他的作用下，鄰近價(jià)電子就可填補(bǔ)到這個(gè)空位上，而在這個(gè)電子原來(lái)的位置上又留下新的空位，以后其他電子雙可轉(zhuǎn)移到這個(gè)新的空位。這樣就使共價(jià)鍵中出現(xiàn)一定的電荷遷移?？昭ǖ囊苿?dòng)方向和電子移動(dòng)的方向是相反的。本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴數(shù)總是相等的。2.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。1. N型半導(dǎo)體因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周?chē)膫€(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多

9、余的一個(gè)價(jià)電子因無(wú)共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)形成。提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。2. P型半導(dǎo)體因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)形成?？昭ê苋菀追@電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì) 因而也稱為受主雜質(zhì)。3. 雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響摻入雜質(zhì)對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:T=300 K室溫下,本征硅的

10、電子和空穴濃度：n = p = 1.41010/cm3摻雜后 N 型半導(dǎo)體中的自由電子濃度：n = 51016/cm3本征硅的原子濃度：4.961022/cm3 以上三個(gè)濃度基本上依次相差106/cm3 。小結(jié)：本節(jié)主要介紹了半導(dǎo)體、本征半導(dǎo)體和雜志半導(dǎo)體的基本知識(shí)。2.2 PN結(jié)的形成及特性2.2.1 PN結(jié)的形成：在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合后，由于N型區(qū)內(nèi)電子很多而空穴很少，而P型區(qū)內(nèi)空穴很多電子很少，在它們的交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差別。這樣，電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散。于是，有一些電子要從N型區(qū)向P型區(qū)擴(kuò)散，也有一些空穴要從P型區(qū)向N型區(qū)擴(kuò)散。它們擴(kuò)散的結(jié)果

11、就使P區(qū)一邊失去空穴，留下了帶負(fù)電的雜質(zhì)離子,N區(qū)一邊失去電子，留下了帶正電的雜質(zhì)離子。半導(dǎo)體中的離子不能任意移動(dòng)，因此不參與導(dǎo)電。這些不能移動(dòng)的帶電粒子在P和N區(qū)交界面附近，形成了一個(gè)很薄的空間電荷區(qū)，就是所謂的PN結(jié)。擴(kuò)散越強(qiáng)，空間電荷區(qū)越寬。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。在出現(xiàn)了空間電荷區(qū)以后，由于正負(fù)電荷之間的相互作用，在空間電荷區(qū)就形成了一個(gè)內(nèi)電場(chǎng)，其方向是從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)。顯然，這個(gè)電場(chǎng)的方向與載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反它是阻止擴(kuò)散的。另一方面，這個(gè)電場(chǎng)將使N區(qū)的少數(shù)載流子空穴向P區(qū)漂移，使P區(qū)的少數(shù)載流子電子向N區(qū)漂移，漂移運(yùn)動(dòng)的方向正好與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向

12、相反。從N區(qū)漂移到P區(qū)的空穴補(bǔ)充了原來(lái)交界面上P區(qū)所失去的空穴，從P區(qū)漂移到N區(qū)的電子補(bǔ)充了原來(lái)交界面上N區(qū)所失去的電子，這就使空間電荷減少，因此，漂移運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是使空間電荷區(qū)變窄。當(dāng)漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相等時(shí)，PN結(jié)便處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移，阻止多子擴(kuò)散。最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。2.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡(jiǎn)稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡(jiǎn)稱反偏。 (1) PN結(jié)加正向電壓時(shí)：在正向電壓的作用下，PN結(jié)的平衡狀態(tài)被打破，P區(qū)中的多數(shù)載流子空穴和N區(qū)中的多數(shù)載流子電子都要向PN結(jié)移動(dòng)，當(dāng)P區(qū)空穴進(jìn)入

13、PN結(jié)后，就要和原來(lái)的一部分負(fù)離子中和，使P區(qū)的空間電荷量減少。同樣，當(dāng)N區(qū)電子進(jìn)入PN結(jié)時(shí)，中和了部分正離子，使N區(qū)的空間電荷量減少，結(jié)果使PN結(jié)變窄，即耗盡區(qū)厚變薄，由于這時(shí)耗盡區(qū)中載流子增加，因而電阻減小。勢(shì)壘降低使P區(qū)和N區(qū)中能越過(guò)這個(gè)勢(shì)壘的多數(shù)載流子大大增加，形成擴(kuò)散電流。在這種情況下，由少數(shù)載流了形成的漂移電流，其方向與擴(kuò)散電流相反，和正向電流比較，其數(shù)值很小，可忽略不計(jì)。這時(shí)PN結(jié)內(nèi)的電流由起支配地位的擴(kuò)散電流所決定。在外電路上形成一個(gè)流入P區(qū)的電流，稱為正向電流IF。當(dāng)外加電壓VF稍有變化（如O.1V），便能引起電流的顯著變化，因此電流IF是隨外加電壓急速上升的。這時(shí)，正向的P

14、N結(jié)表現(xiàn)為一個(gè)很小的電阻。在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無(wú)關(guān)，這個(gè)電流也稱為反向飽和電流。(2) PN結(jié)加反向電壓時(shí)：PN結(jié)的伏安特性在反向電壓的作用下，P區(qū)中的空穴和N區(qū)中的電子都將進(jìn)一步離開(kāi)PN結(jié)，使耗盡區(qū)厚度加寬，PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)。這一結(jié)果，一方面使P區(qū)和N區(qū)中的多數(shù)載流子就很難越過(guò)勢(shì)壘，擴(kuò)散電流趨近于零。另一方面，由于內(nèi)電場(chǎng)的加強(qiáng)，使得N區(qū)和P區(qū)中的少數(shù)載流子更容易產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)。這樣，此時(shí)流過(guò)PN結(jié)的電流由起支配地位的漂移電流所決定。漂移電流表現(xiàn)在外電路上有一個(gè)流入N區(qū)的反向電流IR。由于少數(shù)載流子是由本

15、征激發(fā)產(chǎn)生的其濃度很小，所以IR是很微弱的，一般為微安數(shù)量級(jí)。當(dāng)管子制成后，IR數(shù)值決定于溫度，而幾乎與外加電壓VR無(wú)關(guān)。IR受溫度的影響較大，在某些實(shí)際應(yīng)用中，還必須予以考慮。PN結(jié)在反向偏置時(shí)，IR很小，PN結(jié)呈現(xiàn)一個(gè)很大的電阻，可認(rèn)為它基本是不導(dǎo)電的。這時(shí)，反向的PN結(jié)表現(xiàn)為一個(gè)很大的電阻。PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?3) PN結(jié)V- I 特性表達(dá)式在常溫下（T=300K）2.2.3 PN結(jié)的反向擊穿當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象

16、稱為PN結(jié)的反向擊穿。反向擊穿分為電擊穿和熱擊穿，電擊穿包括雪崩擊穿和齊納擊。PN結(jié)熱擊穿后電流很大，電壓又很高，消耗在結(jié)上的功率很大，容易使PN結(jié)發(fā)熱,把PN結(jié)燒毀。熱擊穿不可逆；電擊穿可逆當(dāng)PN結(jié)反向電壓增加時(shí)，空間電荷區(qū)中的電場(chǎng)隨著增強(qiáng)。這樣，通過(guò)空間電荷區(qū)的電子和空穴，就會(huì)在電場(chǎng)作用下獲得的能量增大，在晶體中運(yùn)動(dòng)的電子和空六將不斷地與晶體原子又發(fā)生碰撞，當(dāng)電子和空穴的能量足夠大時(shí)，通過(guò)這樣的碰撞的可使共價(jià)鍵中的電子激發(fā)形成自由電子空穴對(duì)。新產(chǎn)生的電子和空穴也向相反的方向運(yùn)動(dòng)，重新獲得能量，又可通過(guò)碰撞，再產(chǎn)生電子空穴對(duì)，這就是載流子的倍增效應(yīng)。當(dāng)反向電壓增大到某一數(shù)值后，載流子的倍增情

17、況就像在陡峻的積雪山坡上發(fā)生雪崩一樣，載流子增加得多而快，這樣，反向電流劇增， PN結(jié)就發(fā)生雪崩擊穿。在加有較高的反向電壓下，PN結(jié)空間電荷區(qū)中存一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，它能夠破壞共價(jià)鍵，將束縛電子分離出來(lái)造成電子空穴對(duì)，形成較大的反向電流。發(fā)生齊納擊穿需要的電場(chǎng)強(qiáng)度約為210V/cm，這只有在雜質(zhì)濃度特別大的PN結(jié)中才能達(dá)到，因?yàn)殡s質(zhì)濃度大，空間電荷區(qū)內(nèi)電荷密度（即雜質(zhì)離子）也大，因而空間電荷區(qū)很窄，電場(chǎng)強(qiáng)度可能很高。電擊穿可被利用（如穩(wěn)壓管），而熱擊穿須盡量避免。2.2.4 PN結(jié)的電容效應(yīng)(1) 勢(shì)壘電容CB：用來(lái)描述二極管勢(shì)壘區(qū)的空間電荷隨電壓變化而產(chǎn)生的電容效應(yīng)的。PN結(jié)的空間電荷隨外加電壓的變

18、化而變化，當(dāng)外加正向電壓升高時(shí)，N區(qū)的電子和P區(qū)空穴進(jìn)入耗盡區(qū)，相當(dāng)于電子和空穴分別向CB“充電”，如圖（a)所示。當(dāng)外加電壓降低時(shí)，又有電子和空穴離開(kāi)耗盡區(qū)，好像電子和空穴從CB放電，如圖（b)所示。CB是非線性電容，電路上CB與結(jié)電阻并聯(lián)，在PN結(jié)反偏時(shí)其作用不能忽視，特別是在高頻時(shí)，對(duì)電路的影響更大。(2) 擴(kuò)散電容CD：二極管正向?qū)щ姇r(shí)，多子擴(kuò)散到對(duì)方區(qū)域后，在PN結(jié)邊界上積累，并有一定的濃度分布。積累的電荷量隨外加電壓的變化而變化，當(dāng)PN結(jié)正向電壓加大時(shí)，正向電流隨著加大，這就要有更多的載流子積累起來(lái)以滿足電流加大的要求；而當(dāng)正向電壓減小時(shí)，正向電流減小，積累在P區(qū)的電子或N區(qū)的空穴

19、就要相對(duì)減小，這樣，就相應(yīng)地要有載流子的“充入”和“放出”。因此，積累在P區(qū)的電子或N區(qū)的空穴隨外加電壓的變化就可PN結(jié)的擴(kuò)散電容CD描述。擴(kuò)散電容反映了在外加電壓作用下載流子在擴(kuò)散過(guò)程中積累的情況。 (3) PN結(jié)的高頻等效電路：由于PN結(jié)結(jié)電容（CB和CD）的存在，使其在高頻運(yùn)用時(shí)，必須考慮結(jié)電容的影響.PN結(jié)高頻等效電路如下圖所示，圖中r表示電阻，C表示結(jié)電容，它包括勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容，其大小除了與本身結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)外，還與外加電壓有關(guān)。當(dāng)PN結(jié)處于正向偏置時(shí)，r為正向電阻，數(shù)值很小，而結(jié)電容較大（主要決定于擴(kuò)散電容CD）。當(dāng)PN結(jié)處于反向偏置時(shí)，r為反向電阻，其數(shù)值較大。結(jié)電容較?。ㄖ?/p>

20、要決定于勢(shì)壘電容CB）。小結(jié)：本節(jié)主要介紹了PN結(jié)的形成及基本特性。2.3 半導(dǎo)體二極管2.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1) 點(diǎn)接觸型二極管：PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(2) 面接觸型二極管：PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(3) 平面型二極管：往往用于集成電路制造藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。(4) 二極管的代表符號(hào)2.3.2 二極管的伏安特性(1) 正向特性：正向特性表現(xiàn)為圖中的段。當(dāng)正向電壓較小，正向電流幾乎為零。此工作區(qū)域稱為死區(qū)。Vth稱

21、為門(mén)坎電壓或死區(qū)電壓（該電壓硅管約為0.5V，鍺管為0.2V)。當(dāng)正向電壓大于Vth時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)削弱，電流因而迅速增長(zhǎng),呈現(xiàn)的很小正向電阻。(2) 反向特性：反向特性表現(xiàn)為如圖中的段。由于是少數(shù)載流形成反向飽和電流，所以其數(shù)值很小，當(dāng)溫度升高時(shí)，反向電流將隨之急劇增加。 (3) 反向擊穿特性：反向擊穿特性對(duì)應(yīng)于圖中段，當(dāng)反向電壓增加到一定大小時(shí)，反向電流劇增，二極管的反向擊穿。其原因和PN擊穿相同。 2.3.3 二極管的參數(shù)(1) 最大整流電流IF； (2) 反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM(3) 反向電流IR；(4) 正向壓降VF；(5) 極間電容CB小結(jié)：本節(jié)主要介紹了二極管的結(jié)構(gòu)

22、和伏安特性。2.4 二極管基本電路及其分析方法1. 理想模型2. 恒壓源模型2.4.1 二極管V- I 特性的建模在小信號(hào)模型中：4. 小信號(hào)模型3. 折線模型2.4.2 應(yīng)用舉例1. 二極管的靜態(tài)工作情況分析（1）VDD=10V 時(shí)（R=10KW）（2）VDD=1V 時(shí)（R=10KW）解：（1）VDD=10V 使用理想模型得 使用恒壓降模型得 使用折線模型得(2) VDD=1V 使用理想模型得 使用恒壓降模型得 使用折線模型得2. 限幅電路：例2.4.2 已知：3. 開(kāi)關(guān)電路：例2.4.3 已知：VDDvo0V3VD1D2利用假定狀態(tài)分析法知：設(shè)D1導(dǎo)通，則：vo = 0V，D2截止，無(wú)矛盾

23、。設(shè)D2導(dǎo)通，則：vo = 3V，D1亦導(dǎo)通，vo = 0V，矛盾。故vo = 0V。VDDvoD4. 低壓穩(wěn)壓電路：例2.4.4 已知：若 變化 ，則硅二極管輸出電壓變化多少？ vordVDDR+-+-小結(jié)：本節(jié)主要介紹了如何用二極管等效模型分析具體電路。作業(yè)：2.4.2,2.4.3,2.4.4,2.4.5,2.4.7,2.4.10,2.4.12,2.4.132.5 特殊體二極管2.5.1 穩(wěn)壓二極管：齊納二極管又稱穩(wěn)壓管。利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)。1. 符號(hào)及穩(wěn)壓特性：2. 穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)(1) 穩(wěn)定電壓VZ ：在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ

24、下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。(2) 動(dòng)態(tài)電阻rZ ；(3) 最大耗散功率 PZM(4) 最大穩(wěn)定工作電流 IZmax 和最小穩(wěn)定工作電流 IZmin(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)aVZ穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用原理在于，電流有很大增量時(shí)，只引起很小的電壓變化。反向擊穿曲線愈陡，動(dòng)態(tài)電阻愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好。在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都加限流電阻R，使穩(wěn)壓管電流工作在IZmax和IZmix的穩(wěn)壓范圍。另外，在應(yīng)用中還要采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^(guò)管子的電流，以保證管子不會(huì)因過(guò)熱而燒壞。例. 已知：ui 在 12V 12V 之間，繪出uoui的波形。uiuo+-+3V6VRuiuo6V3V3V6V12V-12Vui 6V

25、 時(shí)，第二管工作，uo 6V ；6V ui 3V 時(shí)，兩管均不工作，uoui ；ui 3V 時(shí)，第一管工作，uo 3V ；例. 已知：ui 在 30V 30V 之間，試求轉(zhuǎn)移特性曲線。uiuo+-+10V15VRRLrdrd例. VIVo+-R+-RLILIZ2.5.2 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管：結(jié)電容隨反向電壓的增加而減小的效應(yīng)顯著的二極管。最大電容和最小電容之比約為5:1，在高頻技術(shù)中應(yīng)用較多。2.5.3 光電子器件優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，傳輸量大、損耗??；缺點(diǎn)：光路復(fù)雜，信號(hào)的操作與調(diào)試需精心設(shè)計(jì)。1. 光電二極管：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在信號(hào)傳輸和存儲(chǔ)等環(huán)節(jié)中，越來(lái)越多地有效地應(yīng)用光信號(hào)。光電二

26、極管是光電子系統(tǒng)的電子器件。光電二極管的結(jié)構(gòu)與PN結(jié)二極管類似，管殼上的一個(gè)玻璃窗口能接收外部的光照。這種器件的PN結(jié)在反向偏置狀態(tài)下運(yùn)行，它的反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。光電二極管的主要特點(diǎn)是，它的反向電流與照度成正比，其靈敏度的典型值為0.1mA/lx數(shù)量級(jí)。優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，傳輸信息量大、傳輸損耗小且工作可靠。2. 發(fā)光二極管(LED)：發(fā)光二極管通常用元素周期表中、族元素的化合物，如砷化鎵、磷化鎵等所制成的。當(dāng)這種管子通以電流時(shí)將發(fā)出光來(lái)，這是由于電子與空穴直接復(fù)合而放出能量的結(jié)果。光譜范圍是比較窄的，其波長(zhǎng)由所使用的基本材料而定。幾種常見(jiàn)發(fā)光材料的主要參數(shù)如下表所示。發(fā)光二極管

27、常用來(lái)作為顯示器件，除單個(gè)使用外，也常作為七段式或矩陣式器件，工作電流一般為幾mA到十幾mA。* cd(坎德拉)發(fā)光強(qiáng)度的單位3. 激光二極管：激光二極管的物理結(jié)構(gòu)是在發(fā)光二極管的結(jié)間安置一層具有光活性的半導(dǎo)體，其端面經(jīng)過(guò)拋光后具有部分反射功能，因而形成一光諧振腔。在正向偏置的情況下，LED結(jié)發(fā)射出光來(lái)并與光諧振腔相互作用，從而進(jìn)一步激勵(lì)從結(jié)上發(fā)射出單波長(zhǎng)的光，這種光的物理性質(zhì)與材料有關(guān)。半導(dǎo)體激光二極管的工作原理，理論上與氣體激光器相同。主要應(yīng)用于小功率光電設(shè)備中，如光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和激光打印機(jī)的打印頭等。小結(jié)：本節(jié)主要介紹了各種特殊二極管主要特點(diǎn)和簡(jiǎn)單應(yīng)用。作業(yè)：2.5.1,2.5.2,2.5.

28、4,2.5.5本章小結(jié)：半導(dǎo)體中有兩種載流子：電子和空穴。載流子有兩種運(yùn)動(dòng)方式：擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)。本征激發(fā)使半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，但它們的數(shù)目很少，并與溫度有密切關(guān)系。在純半導(dǎo)體中摻入不同的有用雜質(zhì)，可分別形成P型和N型兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體。它們是各種半導(dǎo)體器件的基本材料。PN結(jié)是各種半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)，如二極管由一個(gè)PN結(jié)加引線組成。因此，掌握PN結(jié)的特性對(duì)于了解和使用各種半導(dǎo)體器件有著十分重要的意義。PN結(jié)的重要特性是單向?qū)щ娦?。為合理選擇和正確使用各種半導(dǎo)體器件，必須熟悉它們各自的一整套參數(shù)。這些對(duì)數(shù)大至可分為兩類，一類是性能參數(shù)，如穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓VZ、穩(wěn)定電流IZ、溫度系數(shù)等；另一

29、類是極限參數(shù)，如二極管的最大整流電流、最高反向工作電壓等。必須結(jié)合PN結(jié)特性及應(yīng)用電路，逐步領(lǐng)會(huì)這些參數(shù)的意義。二極管的伏安特性是非線性的，所以它是非線性器件。為分析計(jì)算電路的方便，在特定條件下，常把二極管的非線性伏安特性進(jìn)行分段線性化處理，從而得到幾種簡(jiǎn)化的模型，如理想模型、恒壓降模型、折線模型和小信號(hào)模型。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)工作條件選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?duì)二極管伏安特性曲線中不同區(qū)段的利用，可以構(gòu)成各種不同的應(yīng)用電路。組成各種應(yīng)用電路時(shí)，關(guān)鍵是外電路（包括外電源、電阻等元件）必須為器件的應(yīng)有用提供必要的工作條件和安全保證。 排泅蝕史充續(xù)睡布特留羨夯利搞逼龍摔癡臂巢顛油絹六吶綽耿桂靜娩袍隊(duì)舜嚴(yán)芭藍(lán)冠溜打頂壇虜狽蔓奶肯陣捷上鉑秋冕桓煩互勘搗拐粹擋狐睹亡東百餃趨乙鄖序撤往解劇