二極管類別大全分享資料

1、1 第一章 半導(dǎo)體二極管及其基本電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2實際二極管的照片電路符號3導(dǎo)體：導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。1.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識4半導(dǎo)體半導(dǎo)

2、體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如：不同于其它物質(zhì)的特點。例如： 當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能 力明顯變化。力明顯變化。 往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使 它的導(dǎo)電能力明顯改變。它的導(dǎo)電能力明顯改變。5現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅（現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅（+14）和鍺）和鍺（+32），它們的最外層電子（價電子）都是四個。），它們的最外層電子（價電子）都是四個。GeSi通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制

3、成晶體晶體。半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)6一、本征半導(dǎo)體：一、本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。在硅和鍺晶體中，原子在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成其相臨的原子之間形成共價共價鍵鍵，共用一對價電子。，共用一對價電子。硅和鍺的晶硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：體結(jié)構(gòu)：1.1.1 本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用7硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)硅

4、和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共共價鍵共用電子對用電子對+4+4+4+4+4+4表示除表示除去價電子去價電子后的原子后的原子8共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自自由電子由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)共價鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使

5、原子規(guī)則排列，形成晶體。則排列，形成晶體。+4+4+4+49二、本征半導(dǎo)體的激發(fā)和復(fù)合二、本征半導(dǎo)體的激發(fā)和復(fù)合在絕對在絕對0度度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時和沒有外界激發(fā)時, ,價價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動的帶電粒子（即可以運動的帶電粒子（即載流子載流子），它的導(dǎo)電），它的導(dǎo)電能力為能力為 0，相當(dāng)于絕緣體。，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電自由電子子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為，同時共價鍵上留

6、下一個空位，稱為空穴空穴。1.1.載流子、自由電子和空穴載流子、自由電子和空穴10+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子112.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補(bǔ)，吸引附近的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動，因此可于正電荷的移動，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。以認(rèn)為空穴是載流子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子自由電子和和空穴空穴。12溫度越高，載流子的濃度越

7、高。因此本征半溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。大特點。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動產(chǎn)生的電流。自由電子移動產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動產(chǎn)生的電流。空穴移動產(chǎn)生的電流。13三、熱平衡載流子濃度三、熱平衡載流子濃度kTEigeATn22/30A是常數(shù)(硅3.88X1016 cm3 K-3/2 鍺 1.76

8、X1016 cm3 K-3/2 )K為波爾茲曼常數(shù) 8.63x10-5 eV/K=1.38X10-23 J/K硅原子的濃度為 4.96X1022CM-3300K 硅的 ni=1.5X1010CM-3 141.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。P 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）。稱為（空穴半導(dǎo)體）。N 型半

9、導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。也稱為（電子半導(dǎo)體）。15一、一、N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷（或銻），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被（或銻），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個價電子，雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，其中四個與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，這個電子幾乎不受束縛，必定多出一個電子，這個電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子很容易被激發(fā)而成為自由電子

10、，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。每個磷原就成了不能移動的帶正電的離子。每個磷原子給出一個電子，稱為子給出一個電子，稱為施主原子施主原子。16+4+4+5+4多余多余電子電子磷原子磷原子N 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中的載流子是什的載流子是什么？么？1.1.由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2.2.本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流多數(shù)載

11、流子子（多子多子），空穴稱為），空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）。）。17二、二、P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)（或銦），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴。這個空穴產(chǎn)生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電子來填補(bǔ)，可能吸引束縛電子來填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動使得硼原子成為不能移動的帶負(fù)電的離子。由于硼的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以

12、稱為原子接受電子，所以稱為受主原子受主原子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。18三、多子和少子的熱平衡濃度三、多子和少子的熱平衡濃度熱平衡條件；200inpn電中性條件；正電荷量負(fù)電荷量室溫時，雜質(zhì)原子已經(jīng)全部電離19四、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法四、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P 型半導(dǎo)體（型半導(dǎo)體（N Na a) )+N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(N(Nd d) )雜質(zhì)雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動都能形成電流。型半導(dǎo)體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)

13、為多子與雜質(zhì)濃度相等。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。201.1.3 導(dǎo)電的機(jī)理導(dǎo)電的機(jī)理一、漂移與漂移電流EnuqJEqpuJnntppt)(空穴電流電子電流+-VSI遷移率up和un分別為空穴和自由電子的遷移率(Mobility)。遷移率表示單位場強(qiáng)下的平均漂移速度，單位為cm2VS， q是電子電量，E為外加電場強(qiáng)度 21二、擴(kuò)散與擴(kuò)散電流dxxdpqDJdxxdnqDdxxdnDqJppdnnnd)()()()( 擴(kuò)散系數(shù)Dn和Dp為比例常數(shù)，分別稱為自由電子擴(kuò)散系數(shù)和空穴擴(kuò)散系數(shù)(Diffusion Constant)，單位是cm2s(厘米2秒)，其值隨溫度升高而增大，空穴的Dp小于自由電

14、子的Dn。在硅材料中，室溫時在硅材料中，室溫時Dn=34cm2s，Dp=13cm2s。 22 上述存在載流子濃度差是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一種特有現(xiàn)象上述存在載流子濃度差是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一種特有現(xiàn)象，在導(dǎo)體中在導(dǎo)體中，只有一種載流子(自由電子)，如果其間存在著濃度差，則必將產(chǎn)生自低濃度向高濃度方向的電場，依靠電場力就會迅速將高濃度的電子拉向低濃度處，因此在導(dǎo)體中建立不了自由電子的濃度差。 在半導(dǎo)體中在半導(dǎo)體中，存在著自由電子和空穴兩種載流子，當(dāng)其間出現(xiàn)非平衡載流子，建立濃度差時，仍能處處滿足電中性條件，就是說，只要存在非平衡自由電子n(x)-no，就必然存在非平衡空穴p(x)-po，并且兩者的

15、數(shù)值相等，這樣就不會產(chǎn)生不同濃度之間的電場，因而也就不會將已建立的濃度差拉平?？傊蓴U(kuò)散運動產(chǎn)生的擴(kuò)散電流是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一種特有的電流。注意事項：231.2.1 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造造P 型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過載型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了成了PN 結(jié)。結(jié)。1.2 PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管結(jié)及半導(dǎo)體二極管24P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運動擴(kuò)散運動內(nèi)電場內(nèi)電場E漂移運動漂移運動擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)逐漸加

16、寬，空間電荷區(qū)越寬。荷區(qū)越寬。內(nèi)電場越強(qiáng)，就使漂移內(nèi)電場越強(qiáng)，就使漂移運動越強(qiáng)，而漂移使空運動越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。間電荷區(qū)變薄。空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。25漂移運動漂移運動P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運動擴(kuò)散運動內(nèi)電場內(nèi)電場E所以擴(kuò)散和漂移這一對相反的運動最終達(dá)到平衡，所以擴(kuò)散和漂移這一對相反的運動最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。度固定不變。26+空間空間電荷電荷區(qū)區(qū)N型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū)電位電位VVB271.1.空間電荷區(qū)中沒有載流子。空間電荷區(qū)中沒有載流子。2.2

17、.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙P P中的空穴中的空穴. .N區(qū)區(qū) 中的電子（中的電子（都是多子都是多子）向?qū)Ψ竭\動（）向?qū)Ψ竭\動（擴(kuò)散擴(kuò)散運動運動）。）。3.3.P 區(qū)中的電子和區(qū)中的電子和 N區(qū)中的空穴（區(qū)中的空穴（都是少都是少），），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。注意注意: :28由內(nèi)建電場正產(chǎn)生的電位差稱為內(nèi)建電位差(Built in Voltage)，用VB表示VT = KT/Q稱為熱電壓 (Thermal Voltage)，單位為伏。室溫即T=300K時 VT=26mV鍺的VB 為0.20.3V，硅的VB為0.50.7V。溫度

18、升高時，由于ni增大的影響比VT大，因而VB將相應(yīng)減小。通常溫度每升高1，VB約減小2.5mV。 2lnidaTBnNNVV二、內(nèi)建電位差二、內(nèi)建電位差：29三、阻擋層的寬度三、阻擋層的寬度 如果結(jié)的截面積為S，則阻擋層在P區(qū)一邊的負(fù)電荷量為 N區(qū)一邊的正電荷量為 并且它們的絕對值相等 apNqsxQdnNqsxQdapnNNxxXpVVBxpxnN 擋板層的任意一側(cè)的寬度與該側(cè)的參雜濃度成反比2102)(dadaBpnNNNNVqxxl301.2.2 PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性 PN 結(jié)結(jié)加上正向電壓加上正向電壓、正向偏置正向偏置的意思都是：的意思都是： P 區(qū)區(qū)加正、加正、N 區(qū)加負(fù)電壓

19、。區(qū)加負(fù)電壓。 PN 結(jié)結(jié)加上反向電壓加上反向電壓、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： P區(qū)區(qū)加負(fù)、加負(fù)、N 區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。31+RE一、一、PN 結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變薄變薄PN+_內(nèi)電場被削弱，多子內(nèi)電場被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的擴(kuò)散電流。較大的擴(kuò)散電流。32二、二、PN 結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置+內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變厚變厚NP+_內(nèi)電場被被加強(qiáng)，多子內(nèi)電場被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反限，只能形成較小的反向電流。向電流。RE33三、三、

20、PN 結(jié)伏安特性結(jié)伏安特性)(1TVVseIIiD(mA)V(v)T1T2T1T2溫度每升高1度，反相飽和電流增加1倍sTsTIIVIIVVlg.ln3234四、四、PN 結(jié)的擊穿結(jié)的擊穿雪崩擊穿： 隨著反向電壓的增大，阻擋層內(nèi)部的電場增強(qiáng)，阻擋層中載流子的漂移速度相應(yīng)加快，致使動能加大。當(dāng)反向電壓增大到一定數(shù)值時，載流子獲得的動能足以把束縛在共價鍵中的價電子碰撞出來，產(chǎn)生自由電子空穴對。新產(chǎn)生的載流子在強(qiáng)電場作用下，再去碰撞其它中性原子，又產(chǎn)生新的自由電子空穴對。如此連鎖反應(yīng)使得阻擋層中載流子的數(shù)量急劇增多，因而流過PN結(jié)的反向電流也就急劇增大。因增長速度極快，象雪崩一樣，所以將這種碰撞電離

21、稱為雪崩擊穿(Avalanche Multiplieation ) 35四、四、PN 結(jié)的擊穿結(jié)的擊穿齊納擊穿齊納擊穿 當(dāng)PN結(jié)兩邊的摻雜濃度很高時，阻擋層將變得很薄。在這種阻擋層內(nèi)，載流子與中性原子相碰撞的機(jī)會極小，因而不容易發(fā)生碰撞電離。但是，在這種阻擋層內(nèi)，加上不大的反向電壓，就能建立很強(qiáng)的電場(例如加上1V反向電壓時，阻擋層內(nèi)的場強(qiáng)可達(dá)2.5X105Vcm)，足以把阻擋層內(nèi)中性原子的價電子直接從共價鍵中拉出來，產(chǎn)生自由電子-空穴對，這個過程稱為場致激發(fā)。場致激發(fā)能夠產(chǎn)生大量的載流子，使PN結(jié)的反向電流劇增，呈現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。這種擊穿稱為齊納擊穿(Zener Break down) 一般

22、而言，擊穿電壓在6V以下的屬于齊納擊穿，6V以上的主要是雪崩擊穿 36擊穿電壓的溫度特性擊穿電壓的溫度特性 當(dāng)溫度升高時，晶格的熱振動加劇，致使載流子運動的平均自由路程縮短。因此，在與原子碰撞前由外加電場獲得的能量減小，發(fā)生碰撞而電離的可能性也就減小。在這種情況下，必須加大反向電壓，才能發(fā)生雪崩擊穿。因此，雪崩擊穿電壓雪崩擊穿電壓隨溫度升高而增大，具有正的溫度系數(shù)。隨溫度升高而增大，具有正的溫度系數(shù)。 當(dāng)溫度升高時，由于束縛在共價鍵中的價電子所具有的能量狀態(tài)增高。因此，在電場作用下，價電子比較容易掙脫共價鍵的束縛，產(chǎn)生自由電子-空穴對，形成場致激發(fā)?？梢?，齊齊納擊穿電壓隨溫度升高而降低，具有負(fù)

23、的溫度系數(shù)納擊穿電壓隨溫度升高而降低，具有負(fù)的溫度系數(shù) 371 12 24 4、PNPN結(jié)的電容特性結(jié)的電容特性 一、勢壘電容 PN結(jié)的阻擋層類似于平板電容器，它在交界面兩側(cè)貯存著數(shù)值相等；極性相反的離子電荷，其值隨外加電壓而變化 QV0VcT0nBTTVVCC)1()0(38二、擴(kuò)散電容二、擴(kuò)散電容 當(dāng)外加電壓變化時，除改變阻擋層內(nèi)貯存的電荷量外，還同時改變阻擋層外中性區(qū)(P區(qū)和N區(qū))內(nèi)貯存的非平衡載流子。例如，外加正向電壓增大V時，注人到中性區(qū)的非平衡少子濃度相應(yīng)增大，濃度分布曲線上移，如圖所示： PN-xPxn少子濃度X 為了維持電中性，中性區(qū)內(nèi)的非平衡多子濃度也相應(yīng)地增加相同面積的電荷

24、量。這就是說。當(dāng)外加電壓增加V時，P區(qū)和N區(qū)中各自貯存的空穴和自由電子電荷量相等地增大Q；這種貯存電荷量隨外加電壓而改變的電容特性等效為PN結(jié)上并聯(lián)了一個電容。鑒于它是由載流子擴(kuò)散而引起的，所以稱為擴(kuò)散電容 39三、三、PN結(jié)電容結(jié)電容 由于CT和CD均并接在PN結(jié)上，所以PN結(jié)的總增量電容CJ為兩者之即CJ =CT+CD 外加正向電壓時，CD很大，且CDCT，故CJ以擴(kuò)散電容為主， CJ CD ，其值自幾十pF到幾千pF。外加反向電壓時， CD趨于零，故CJ以勢壘電容為主， CJ CT ，其值自幾pF到幾十pF .40四、變?nèi)荻O管四、變?nèi)荻O管 一個PN結(jié)，外加反向電壓時，它的反向電流很小

25、，近似 開路，因此是一個主要由勢壘電容構(gòu)成的較理想的電容器件，且其增量電容值隨外加反向電壓而變化。利用這種特性制作的二極管稱為變?nèi)荻O管，簡稱變?nèi)莨? Varactor Diode)，它的電路符號如圖。主要參數(shù)有變?nèi)葜笖?shù)n；電容變化范圍；品質(zhì)因數(shù)Q；最大允許反向電壓等。 變?nèi)莨苁菓?yīng)用十分廣泛的一種半導(dǎo)體器件。例如，諧振回路的電調(diào)諧；壓控振蕩器；頻率調(diào)制；參量電路等。 41一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。引線引線外殼線外殼線觸絲線觸絲線基片基片點接觸型點接觸型PN結(jié)結(jié)面接觸型面接觸型PN二極管的電路符號：二極管的電路符號：

26、 1. 3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管42 二、伏安特性二、伏安特性UI死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.6V,鍺管鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅硅管管0.60.7V,鍺鍺管管0.20.3V。反向擊穿反向擊穿電壓電壓UBR43三、主要參數(shù)三、主要參數(shù)1. 最大整流電流最大整流電流 IOM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。正向平均電流。2. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔亮鲃≡?，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^熱而燒壞。手冊

27、上給出的最高反向工作電過熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓壓UWRM一般是一般是UBR的一半。的一半。443. 反向電流反向電流 IR指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦粤鳌７聪螂娏鞔螅f明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受差，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。硅管大幾十到幾百倍。以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是以上均是二極管的直流參

28、數(shù)，二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦裕饕獞?yīng)用于整流、限幅、主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等。下面介紹兩個交流參數(shù)。保護(hù)等等。下面介紹兩個交流參數(shù)。454. 微變電阻微變電阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二極管特性曲線上工是二極管特性曲線上工作點作點Q 附近電壓的變化與附近電壓的變化與電流的變化之比：電流的變化之比：DDDiur顯然，顯然，rD是對是對Q附近的微小附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。變化區(qū)域內(nèi)的電阻。465. 二極管的極間電容二極管的極間電容二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢壘勢壘電容電容C

29、T和和擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD。勢壘電容：勢壘電容：勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時，就會引起積勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢壘電容勢壘電容。P+-NnBTTVVCC)1()0(47擴(kuò)散電容：擴(kuò)散電容：為了形成正為了形成正向電流（擴(kuò)散電流），向電流（擴(kuò)散電流），注入注入P 區(qū)的少子（電子）區(qū)的少子（電子）在在P 區(qū)有濃度差，越靠區(qū)有濃度差，越靠近近PN結(jié)濃度越大，即結(jié)濃度越大，即在在P 區(qū)有電子的積累。區(qū)有電子的積累。同理，在同理，在N區(qū)有空穴的區(qū)有空穴的積累。正向電流大

30、，積積累。正向電流大，積累的電荷多。這樣所產(chǎn)累的電荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容生的電容就是擴(kuò)散電容CD。二極管的極間電容二極管的極間電容kD為一常數(shù)，其值與PN結(jié)兩邊的摻雜濃度等有關(guān)。擴(kuò)散電容CD與通過PN結(jié)的電流I有關(guān)，其值大于勢壘電容。當(dāng)外加反向電壓時，I=-Is，CD趨于零。 CD=kD(I+Is) 481.3 晶體二極管電路的分析方法晶體二極管電路的分析方法1.3.1晶體二極管模型晶體二極管模型 分析電路時，電路中的各個實際器件都必須用相應(yīng)的模型(Model)來表示。實際器件的物理特性是十分復(fù)雜的。例如，一個實際電阻器件，人們往往用一個服從歐姆定律(V=RI)的理想電阻模型表示。

31、實際上，這個模型只能在一定范圍內(nèi)(電壓，頻率等)適用。例如，加在電阻兩端的電壓過大時，因內(nèi)部發(fā)熱而引起電阻值變化，致使實際電阻器件的伏安特性偏離線性。又如，工作頻率過高時，實際器件的分布電感和分布電容的影響就不能忽略。此外，實際器件還存在著其它非理想因素，例如噪聲等。顯然，要反映這些物理特性，理想電阻模型已不再適用，而必須用更復(fù)雜的模型，事實上，即使復(fù)雜模型也只能是對實際物理特性的逼近。工程上，往往針對實際器件的主要特性，力求采用最簡單的模型，使電路分析簡化，同時，也是更重要的，便于從分析結(jié)果中直觀地揭示出電路的主要特性。 49一、晶體二極管的數(shù)學(xué)模型一、晶體二極管的數(shù)學(xué)模型 通常將上式指數(shù)特

32、性稱為晶體二極管的理想指數(shù)模型，因為它是在理想條件下導(dǎo)出的數(shù)學(xué)表達(dá)式。為了反映實際器件的伏安特性，通常的做法是用修正式 )1(TVVSeII)(1TsnVIrVSeII或 )1ln(STrsIInVIVn稱為非理想化因子，其值與I有關(guān)，I為正常值時，n1；I過小或過大時，n2。rs是與阻擋層相串接的電阻，它是由阻擋層兩邊P區(qū)和N區(qū)中實際存在的體電阻、P區(qū)和N區(qū)與金屬引線間的接觸電阻以及金屬引線電阻組成的總電阻，這個電阻的存在將使加到阻擋層上的電壓變?yōu)?V-Irs) 50伏安特性vi 伏安特性曲線是晶體二極管的曲線模型。 伏安特性曲線可以根據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式直接描繪得到。 而實際上一般都是通過實測得到

33、的。 測量精度越高，伏安特性曲線就越逼近實際器件特性。 51二極管正向二極管正向V-IV-I特性的模型：特性的模型： 1理想模型理想模型: 在正向偏置時，其管壓降為0V，而當(dāng)二極管處于反向偏置時，認(rèn)為它的電阻為無窮大，電流為零。在實際的電路中，當(dāng)電源電壓遠(yuǎn)比二極管的管壓降大時，利用此法來近似分析是可行的。 理想二極管：理想二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓=0 ，正向壓降，正向壓降=0 522、恒壓降模型認(rèn)為: 當(dāng)二極管導(dǎo)通后，其管壓降認(rèn)為是恒定的，且不隨電流而變，典型值為07V。不過，這只有當(dāng)二極管的電流近似等于或大于1 mA時才是正確的。該模型提供了合理的近似，因此應(yīng)用也較廣。二極管：二極管：死區(qū)電

34、壓死區(qū)電壓=0 .5V，正向壓降正向壓降 0.7V(硅二極管硅二極管)533 3折線模型折線模型: : 折線模型認(rèn)為二極管的管壓降不是恒定的，而是隨著通過二極管電流的增加而增加，所以在模型中用一個電池和一個電阻rD來作進(jìn)一步的近似。其中電池的電壓為二極管的門坎電壓Vth或者說導(dǎo)通電壓VD(on)。rD的值，可以這樣來確定，如當(dāng)二極管的導(dǎo)通電流為1mA時，管壓降為07V則：rD=（07 V-05 V）/（1mA）=200 由于二極管特性的分散性，Vth和rD的值不是固定不變的。 544 4小信號模型：小信號模型： 如果二極管在它的V-I特性的某一小范圍內(nèi)工作，例如在靜態(tài)工作點Q(即V-I特性上的

35、一個點，此時vD=VD,iD=ID)附近工作，則可把V-I特性看成為一條直線，其斜率的倒數(shù)就是所要求的小信號模型的微變電阻rd。 Rd=vD/iD 小信號電路模型受到V足夠小的限制。工程上，限定|V|5.2mV，由此產(chǎn)生的誤差是可容許的(參閱習(xí)題1-14)。 55TQTsQQVVsQjVIVIIeIVVIrT|)(|11QTjIVr小信號模型小信號模型：二極管的小信號模型rsrj二極管的串連電阻rs56PN結(jié)高頻小信號時的等效電路：結(jié)高頻小信號時的等效電路：勢壘電容和擴(kuò)散電勢壘電容和擴(kuò)散電容的綜合效應(yīng)容的綜合效應(yīng)rj 在頻率較低時， Cj可以忽略，但是在高頻信號工作時Cj在正向和反向偏置時均不能忽略。rs57二極管的電路分析方法：概述：模型不同，采用的分析方法也不同。 線性和非線性分割法：計算機(jī)的迭代法：圖解法：簡化分析法：小信號分析法58 圖解分析法圖解分析法 它的管外電