CH03-二極管及其基本電路(上課用)

1、3.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識3.3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管3.4 二極管基本電路及其分析方法二極管基本電路及其分析方法3.5 特殊二極管特殊二極管3.2 PN結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性3.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識 3.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 3.1.2 半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu) 3.1.3 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 3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 3.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料典型的半導(dǎo)體有典型的半導(dǎo)體有硅硅SiSi和和鍺鍺GeGe以及以及砷化鎵砷化鎵GaAsGaAs等。等。元素半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體化合物

2、半導(dǎo)體物體根據(jù)其導(dǎo)電能力（電阻率）分物體根據(jù)其導(dǎo)電能力（電阻率）分半導(dǎo)半導(dǎo)體體絕緣絕緣體體導(dǎo)導(dǎo)體體 3.1.2 半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)+14284Si硅原子結(jié)構(gòu)示意圖硅原子結(jié)構(gòu)示意圖+3228 18Ge鍺原子結(jié)構(gòu)示意圖鍺原子結(jié)構(gòu)示意圖4原子結(jié)構(gòu)示意圖原子結(jié)構(gòu)示意圖+4硅、鍺原子硅、鍺原子的簡化模型的簡化模型 3.1.2 半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)價電子價電子 3.1.3 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體化學(xué)成分化學(xué)成分的半導(dǎo)體。的半導(dǎo)體。由于隨機(jī)熱振動致使共價鍵被

3、打破而產(chǎn)生空穴電子對由于隨機(jī)熱振動致使共價鍵被打破而產(chǎn)生空穴電子對+4+4+4+4+4+4+4+4+4本本征征半半導(dǎo)導(dǎo)體體受受熱熱或或光光照照本本征征激激發(fā)發(fā)產(chǎn)產(chǎn)生生電電子子和和空空穴穴自由電子自由電子空穴空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+4電子空穴電子空穴成對產(chǎn)生成對產(chǎn)生+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4電子空穴電子空穴復(fù)合，成復(fù)合，成對消失對消失電子和空穴產(chǎn)生過程動畫演示電子和空穴產(chǎn)生過程動畫演示 本征激發(fā)使空穴和自由電子本征激發(fā)使空穴和自由電子。相遇。相遇復(fù)合復(fù)合時，又時，又。 小結(jié)小結(jié)空穴濃度（空穴濃度（np

4、)=電子濃度電子濃度(nn)溫度溫度T一定時：一定時：空穴空穴共價鍵中的空位共價鍵中的空位電子空穴對電子空穴對由本征（熱）激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和由本征（熱）激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對?？昭▽?。在在外外電電場場作作用用下下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U電電子子運運動動形形成成電電子子電電流流+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在在外外電電場場作作用用下下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在在外外電電場場作作用用下下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在在外外電電場場作作用用下下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U在在外外電電場場作作用用下下+4+4+4+4+4+4+4+4+4

5、U在在外外電電場場作作用用下下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U價電子填價電子填補(bǔ)空穴而補(bǔ)空穴而使空穴移使空穴移動，形成動，形成空穴電流空穴電流在在外外電電場場作作用用下下(1) 在半導(dǎo)體中有在半導(dǎo)體中有這就是這就是導(dǎo)電原理的導(dǎo)電原理的 a. 電阻率大電阻率大(2) 本征半導(dǎo)體的特點本征半導(dǎo)體的特點b. 導(dǎo)電性能隨溫度變化大導(dǎo)電性能隨溫度變化大小結(jié)小結(jié)帶正電的帶正電的空穴空穴帶負(fù)電的帶負(fù)電的自由電子自由電子本征半導(dǎo)體不能在半導(dǎo)體器件中直接使用本征半導(dǎo)體不能在半導(dǎo)體器件中直接使用 在在硅或鍺中硅或鍺中的其它的其它后后所形成的半導(dǎo)體所形成的半導(dǎo)體根據(jù)摻雜的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為根據(jù)摻雜的不同，雜

6、質(zhì)半導(dǎo)體分為N型導(dǎo)型導(dǎo)體體P型導(dǎo)型導(dǎo)體體(1) N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 摻入五價雜質(zhì)元素（如磷、砷）的雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入五價雜質(zhì)元素（如磷、砷）的雜質(zhì)半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+4+4摻入少量摻入少量五價雜質(zhì)五價雜質(zhì)元素元素磷磷P P+4+4+4+4+4+4+4+4+4P P多出多出一個一個電子電子出現(xiàn)出現(xiàn)了一了一個正個正離子離子+4+4+4+4+4+4+4+4P P+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +半導(dǎo)體中產(chǎn)生了大量的自由電子和正離子半導(dǎo)體中產(chǎn)生了大量的自由電子和正離子N型半導(dǎo)體形

7、成過程動畫演示型半導(dǎo)體形成過程動畫演示d. 因電子帶負(fù)電，稱這種半導(dǎo)體為因電子帶負(fù)電，稱這種半導(dǎo)體為 (negative)或電子型或電子型。e. 因摻入的雜質(zhì)給出電子，又稱之為因摻入的雜質(zhì)給出電子，又稱之為。小結(jié)小結(jié)a.N型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中摻入少量摻入少量元素形成的。元素形成的。b.N型半導(dǎo)體中產(chǎn)生了型半導(dǎo)體中產(chǎn)生了大量的（能移動）大量的（能移動）和和（不能移動）（不能移動）。c.電子是電子是，簡稱，簡稱多子（由雜質(zhì)提供）多子（由雜質(zhì)提供）;空穴是空穴是，簡稱簡稱少子少子（由熱激發(fā)產(chǎn)生）（由熱激發(fā)產(chǎn)生）(2) P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入在本征半導(dǎo)體中摻

8、入三價雜質(zhì)三價雜質(zhì)元素，如元素，如硼硼等。等。B B+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4B B出出現(xiàn)現(xiàn)了了一一個個空空位位+4+4+4+4+4+4B B+4+4+4+4+4+4+4+4B B+4+4負(fù)離子負(fù)離子空穴空穴- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -半導(dǎo)體中產(chǎn)生了大量的空穴和負(fù)離子半導(dǎo)體中產(chǎn)生了大量的空穴和負(fù)離子P型半導(dǎo)體的形成過程動畫演示型半導(dǎo)體的形成過程動畫演示d. 因空穴帶正電，稱這種半導(dǎo)體為因空穴帶正電，稱這種半導(dǎo)體為 (positive

9、)或空穴型或空穴型。e. 因摻入的雜質(zhì)接受電子，又稱之為因摻入的雜質(zhì)接受電子，又稱之為。小結(jié)小結(jié)a.P型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中摻入少量摻入少量元素形成的。元素形成的。b.P型半導(dǎo)體中產(chǎn)生了型半導(dǎo)體中產(chǎn)生了大量的（能移動）大量的（能移動）和和（不能移動）（不能移動）。c.電子是電子是，簡稱，簡稱多子（由雜質(zhì)提供）多子（由雜質(zhì)提供）;空穴是空穴是，簡稱簡稱少子少子（由熱激發(fā)產(chǎn)生）（由熱激發(fā)產(chǎn)生）當(dāng)摻入三價元素的密度大于五價元素的密度時，可當(dāng)摻入三價元素的密度大于五價元素的密度時，可將將N型轉(zhuǎn)為型轉(zhuǎn)為P型；型；雜質(zhì)半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)型雜質(zhì)半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)型當(dāng)摻入五價元素的密度大于三價元素的

10、密度時，可當(dāng)摻入五價元素的密度大于三價元素的密度時，可將將P型轉(zhuǎn)為型轉(zhuǎn)為N N型。型。 3. 雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響 T=300 K室溫下室溫下,本征硅的電子和空穴濃度本征硅的電子和空穴濃度: n = p =1.41010/cm31 2摻雜后摻雜后 N 型半導(dǎo)體中的自由電子濃度型半導(dǎo)體中的自由電子濃度: n=51016/cm3 本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體 本節(jié)中的有關(guān)概念本節(jié)中的有關(guān)概念 自由電子、空穴自由電子、空穴 N N型半導(dǎo)體、型半導(dǎo)體、P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 多多數(shù)載流數(shù)載流子子、少少數(shù)載流數(shù)載流子子 施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)3.

11、2 PN結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性 3.2.2 PN結(jié)的形成結(jié)的形成 3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?3.2.4 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 3.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 3.2.1 載流子的漂移與擴(kuò)散載流子的漂移與擴(kuò)散 3.2.1 載流子的漂移與擴(kuò)散載流子的漂移與擴(kuò)散漂移運動：漂移運動： 在在電場作用電場作用引起的載流子的運動稱為引起的載流子的運動稱為漂移運動漂移運動。擴(kuò)散運動：擴(kuò)散運動： 由由載流子濃度差載流子濃度差引起的載流子的運動稱為引起的載流子的運動稱為擴(kuò)散擴(kuò)散運動運動。 3.2.2 PN結(jié)的形成結(jié)的形成N+ + + + + + + + + + + +

12、+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +以以N型半導(dǎo)體為基片型半導(dǎo)體為基片通過半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝通過半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝使半導(dǎo)體的一邊形成使半導(dǎo)體的一邊形成N型區(qū)，另一邊形成型區(qū)，另一邊形成P型區(qū)。型區(qū)。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - -

13、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -(1) 在濃度差的作用下，電子從在濃度差的作用下，電子從 N區(qū)向區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散。區(qū)擴(kuò)散。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -(2) 在濃度差的作用下，空穴從在濃度差的作用下，空穴從 P區(qū)向區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散。區(qū)擴(kuò)散。N+ + + + + + + +

14、 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -在濃度差的作用下，兩邊多子互相擴(kuò)散。在在濃度差的作用下，兩邊多子互相擴(kuò)散。在P區(qū)和區(qū)和N區(qū)區(qū)交界面上，留下了一層不能移動的正、負(fù)離子。交界面上，留下了一層不能移動的正、負(fù)離子。小結(jié)小結(jié)N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +-

15、 - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -即即PN結(jié)結(jié)空間電荷層空間電荷層N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -形成內(nèi)電場形成內(nèi)電場內(nèi)電場方內(nèi)電場方向向N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

16、+ + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -PN結(jié)結(jié)一方面阻礙多子的擴(kuò)散一方面阻礙多子的擴(kuò)散N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -另一方面另一方面加速少子的漂移加速少子

17、的漂移N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -勢壘勢壘U0形成電位勢壘形成電位勢壘N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

18、- - - - - - - - - -當(dāng)擴(kuò)散與漂移作用平衡時當(dāng)擴(kuò)散與漂移作用平衡時a. 流過流過PN結(jié)的凈電流為零結(jié)的凈電流為零b. PN結(jié)的厚度一定（約幾個微米）結(jié)的厚度一定（約幾個微米）c. 接觸電位一定（約零點幾伏）接觸電位一定（約零點幾伏）N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì)在一塊本征半導(dǎo)

19、體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì), ,分別形成分別形成N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體。此時將在型半導(dǎo)體。此時將在N N型半型半導(dǎo)體和導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程: : 因濃度差因濃度差 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場 內(nèi)電場促使少子漂移內(nèi)電場促使少子漂移 內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散 最后最后, ,多子的多子的擴(kuò)散擴(kuò)散和少子的和少子的漂移漂移達(dá)到達(dá)到動態(tài)平衡動態(tài)平衡。多子的擴(kuò)散運動多子的擴(kuò)散運動 由由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) PN結(jié)形成過程動畫演示結(jié)形成過程動畫演示 對于對于P P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N

20、 N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的子薄層形成的空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)稱為稱為PNPN結(jié)結(jié)。 在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱稱耗盡層耗盡層。 當(dāng)當(dāng)N區(qū)和區(qū)和P區(qū)的摻雜濃度不等時區(qū)的摻雜濃度不等時離子密離子密度大度大空間電荷空間電荷層較薄層較薄離子密離子密度小度小空間電荷空間電荷層較厚層較厚高摻雜濃度區(qū)高摻雜濃度區(qū)域用域用N+表示表示+_PN+ 3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置 當(dāng)外加直流電壓使當(dāng)外加直流電壓使PN結(jié)結(jié)P型半型半 導(dǎo)體的導(dǎo)體的一端的電位高于一端的電位高于N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體一端的電位一端的電位

21、時，時，稱稱PN結(jié)正向偏置，簡稱結(jié)正向偏置，簡稱正偏正偏。PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 當(dāng)外加直流電壓使當(dāng)外加直流電壓使PN結(jié)結(jié)N型半型半導(dǎo)體的導(dǎo)體的一端的電位高于一端的電位高于P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體一端的電位一端的電位時，時，稱稱PN結(jié)反向偏置，簡稱結(jié)反向偏置，簡稱反偏反偏。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +EPN結(jié)正向偏置結(jié)

22、正向偏置內(nèi)電場被削弱內(nèi)電場被削弱PN結(jié)變窄結(jié)變窄PN結(jié)呈現(xiàn)低阻、導(dǎo)通狀態(tài)結(jié)呈現(xiàn)低阻、導(dǎo)通狀態(tài)多子進(jìn)行擴(kuò)散多子進(jìn)行擴(kuò)散- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +EPN結(jié)正偏動畫演示結(jié)正偏動畫演示內(nèi)電場增強(qiáng)內(nèi)電場增強(qiáng)PN結(jié)變寬結(jié)變寬PN結(jié)呈現(xiàn)高結(jié)呈現(xiàn)高阻、截止?fàn)顟B(tài)阻、截止?fàn)顟B(tài)不利多子擴(kuò)散不利多子擴(kuò)散有利少子漂移有利少子漂移2PN結(jié)反

23、向偏置結(jié)反向偏置 - - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E此電流稱為此電流稱為反向飽和電流，記為反向飽和電流，記為IS。因少子濃度主要與溫度有關(guān)，反向因少子濃度主要與溫度有關(guān)，反向電流與反向電壓幾電流與反向電壓幾乎無關(guān)。乎無關(guān)。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - -

24、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +EPN結(jié)反偏動畫演示結(jié)反偏動畫演示 3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?當(dāng)外加電壓使當(dāng)外加電壓使PNPN結(jié)中結(jié)中P P區(qū)的電位高于區(qū)的電位高于N N區(qū)的電位，稱為加區(qū)的電位，稱為加正向電壓正向電壓，簡稱，簡稱正偏正偏；反之稱為加；反之稱為加反向電壓反向電壓，簡稱，簡稱反偏反偏。 (1) PN(1) PN結(jié)加正向電壓時結(jié)加正向電壓時 低電阻低電阻 大的正向擴(kuò)散電流大的正向擴(kuò)散

25、電流PNPN結(jié)電勢結(jié)電勢 (2) PN(2) PN結(jié)加反向電壓時結(jié)加反向電壓時 高電阻高電阻 很小的反向漂移電流很小的反向漂移電流 在一定的溫度條件下，由本征激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關(guān)，所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流這個電流也稱為也稱為反向飽和電流反向飽和電流。 PNPN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；具有較大的正向擴(kuò)散電流； PNPN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具

26、有很小的反向漂移電流。具有很小的反向漂移電流。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PNPN結(jié)具有單結(jié)具有單向?qū)щ娦浴Ｏ驅(qū)щ娦浴?(3) PN(3) PN結(jié)結(jié)V V- -I I 特性表達(dá)式特性表達(dá)式其中其中PNPN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性)1e (/SDD TVIivI IS S 反向飽和電流反向飽和電流V VT T 溫度的電壓當(dāng)量溫度的電壓當(dāng)量且在常溫下（且在常溫下（T T=300K=300K）V026. 0 qkTVTmV 26 3.2.4 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 當(dāng)當(dāng)PNPN結(jié)的反向電壓結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反增加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，向電流突然快速增加，此現(xiàn)

27、象稱為此現(xiàn)象稱為PNPN結(jié)的結(jié)的反向反向擊穿。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 電擊穿電擊穿可逆可逆 3.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)(1) (1) 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容C CD D擴(kuò)散電容示意圖擴(kuò)散電容示意圖 (2) (2) 勢壘電容勢壘電容C CB B3.3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 3.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 3.3.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 在在PNPN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管

28、。二極管按結(jié)構(gòu)分有管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點接觸型、面接觸型點接觸型、面接觸型兩大兩大類。類。(1) (1) 點接觸型二極管點接觸型二極管(a)(a)點接觸型點接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖 PN PN結(jié)面積小，結(jié)結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。變頻等高頻電路。（a）面接觸型）面接觸型 （b）集成電路中的平面型）集成電路中的平面型 （c）代表符號）代表符號 (2) (2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN PN結(jié)面積大，用于結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。工頻大電流整流電路。(b)(b)面接觸型面接觸型點接觸型點接觸型引線引線觸絲觸絲外殼外殼N型鍺

29、片型鍺片平面型平面型N型硅型硅陽極引線陽極引線PNPN結(jié)結(jié)陰極引線陰極引線金銻合金金銻合金底座底座鋁合金小球鋁合金小球半導(dǎo)體二極管的外型和符號半導(dǎo)體二極管的外型和符號正極正極負(fù)極負(fù)極符號符號外型外型負(fù)極負(fù)極正極正極半導(dǎo)體二極管的類型半導(dǎo)體二極管的類型(1) 按使用的半導(dǎo)體材料不同分為按使用的半導(dǎo)體材料不同分為(2) 按結(jié)構(gòu)形式不同分為按結(jié)構(gòu)形式不同分為硅管硅管鍺管鍺管點接觸型點接觸型平面型平面型 3.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線可用下式表示二極管的伏安特性曲線可用下式表示)1e (/SDD TVIiv鍺二極管鍺二極管2AP152AP15的的V V- -I I 特

30、性特性硅二極管硅二極管2CP102CP10的的V V- -I I 特性特性硅管硅管00. 8反向特性反向特性正向特性正向特性擊擊穿穿特特性性mA/DiD/Vv00. 8反向特性反向特性鍺管鍺管正向特性正向特性mA/DiD/VvvDiDDD()if v(1) 近似呈現(xiàn)為近似呈現(xiàn)為指數(shù)曲線指數(shù)曲線: :DDSeTvViI(2) 有有死區(qū)死區(qū)（iD0的區(qū)域的區(qū)域) )1正向特性正向特性死區(qū)電壓約為死區(qū)電壓約為硅管硅管0.5 V鍺管鍺管0.1 VOiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓v(BR)反向特性反向特性vD(3) 導(dǎo)通后（即導(dǎo)通后（即vD大于死區(qū)電壓后）大于死區(qū)電壓后）DDDSD

31、1eTvVTTdiiIdvVV管壓降管壓降vD 約為約為硅管硅管0.60 .8 V鍺管鍺管0.20.3 V通常近似取通常近似取vD 硅管硅管0.7 V鍺管鍺管0.2 VOiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓V(BR)反向特性反向特性vD即即 vD略有升高，略有升高， iD急劇急劇增大。增大。2反向特性反向特性 IS=硅管硅管小于小于0.1微安微安鍺管幾十到幾百鍺管幾十到幾百微安微安OiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓V(BR)反向特性反向特性vDD(BR)vV(1) 當(dāng)當(dāng)SDIi 時，時，。(2) 當(dāng)當(dāng)D(BR)vV時，時，反向電流急劇增大，反向電流急劇增大，

32、擊穿的類型擊穿的類型根據(jù)擊穿可逆性分為根據(jù)擊穿可逆性分為電擊穿電擊穿熱擊穿熱擊穿二極管發(fā)生反向擊穿。二極管發(fā)生反向擊穿。OiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓V(BR)反向特性反向特性vD降低反向電壓，二極管仍能正常工作。降低反向電壓，二極管仍能正常工作。PN結(jié)被燒壞，造成二極管永久性的損壞。結(jié)被燒壞，造成二極管永久性的損壞。二極管發(fā)生反向擊穿后，如果二極管發(fā)生反向擊穿后，如果a. 功耗功耗PD( = |VDID| )不大不大b. PN結(jié)的溫度小于允許的最高結(jié)溫結(jié)的溫度小于允許的最高結(jié)溫硅管硅管150200oC鍺管鍺管75100oC熱擊穿熱擊穿電擊穿電擊穿a. 齊納擊穿齊納擊穿

33、 (3) 產(chǎn)生擊穿的機(jī)理產(chǎn)生擊穿的機(jī)理半導(dǎo)體的摻雜濃度高半導(dǎo)體的摻雜濃度高擊穿電壓低于擊穿電壓低于4V擊穿電壓具有負(fù)的溫度系數(shù)擊穿電壓具有負(fù)的溫度系數(shù)空間電荷層中有較強(qiáng)的電場空間電荷層中有較強(qiáng)的電場電場將電場將PN結(jié)結(jié)中中的價電子從共價鍵中激發(fā)出來的價電子從共價鍵中激發(fā)出來擊穿的機(jī)理擊穿的機(jī)理條件條件擊穿的特點擊穿的特點半導(dǎo)體的摻雜濃度低半導(dǎo)體的摻雜濃度低擊穿電壓高于擊穿電壓高于6V擊穿電壓具有正的溫度系數(shù)擊穿電壓具有正的溫度系數(shù)空間電荷區(qū)中就有較強(qiáng)的電場空間電荷區(qū)中就有較強(qiáng)的電場電場使電場使PN結(jié)中的少子結(jié)中的少子“碰撞電離碰撞電離”共價鍵中的價電子共價鍵中的價電子擊穿的機(jī)理擊穿的機(jī)理條件條

34、件擊穿的的特點擊穿的的特點b. 雪崩擊穿雪崩擊穿 溫度對半導(dǎo)體二極管特性的影響溫度對半導(dǎo)體二極管特性的影響1. 當(dāng)溫度上升時，死區(qū)電壓、正向管壓降降低。當(dāng)溫度上升時，死區(qū)電壓、正向管壓降降低。uD/ T = （22.5）mV/ C2. 溫度升高溫度升高，反向飽和電流增大。反向飽和電流增大。)(2)(0S10S0TITITT 即即 溫度每升高溫度每升高1C，管壓降降低，管壓降降低（22.5）mV。即即 平均溫度每升高平均溫度每升高10C，反向飽和電流增大一倍。，反向飽和電流增大一倍。 3.3.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)(1) (1) 最大整流電流最大整流電流I IF F(2) (2)

35、反向擊穿電壓反向擊穿電壓V VBRBR和最大反向工作電壓和最大反向工作電壓V VRMRM(3) (3) 反向電流反向電流I IR R(4) (4) 正向壓降正向壓降V VF F(5) (5) 極間電容極間電容C CJ J（C CB B、 C CD D ）管子長期運行所允許通過的最大正向平均電流值。管子長期運行所允許通過的最大正向平均電流值。 二極管能承受的最高反二極管能承受的最高反向電壓。向電壓。OiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓V(BR)反向特性反向特性vD(1) (1) 最大整流電流最大整流電流I IF F(2) (2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓V VBRBR 最大反向

36、工作電壓最大反向工作電壓V VRMRMVRM=（1/22/3）V(BR)室溫下加上規(guī)定的反向電壓時測得的電流。室溫下加上規(guī)定的反向電壓時測得的電流。 OiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓V(BR)反向特性反向特性vD(3) (3) 反向電流反向電流I IR R指通過一定的直流測試電流指通過一定的直流測試電流時的管壓降。時的管壓降。 (4) (4) 正向壓降正向壓降V VF F最高工作頻率最高工作頻率fMfM與結(jié)電容有關(guān)，與結(jié)電容有關(guān)，當(dāng)工作當(dāng)工作頻率超過頻率超過fM時，二極管的時，二極管的單向?qū)щ娦宰儔摹蜗驅(qū)щ娦宰儔摹?注注 意意 課后一定要多看書，看原理，看例子，做習(xí)題。

37、 Multisim仿真，可以完全按照每章（模（模數(shù)電教材）數(shù)電教材）后面的仿真實例做，也可驗證仿真的結(jié)果是否正確。3.4 二極管基本電路及其分析方法二極管基本電路及其分析方法 3.4.1 簡單二極管電路的圖解分析方法簡單二極管電路的圖解分析方法 3.4.2 二極管電路的簡化模型分析方法二極管電路的簡化模型分析方法3.4.1 簡單二極管電路的圖解分析方法簡單二極管電路的圖解分析方法 二極管是一種二極管是一種非線性器件非線性器件，因而其電路一般要采，因而其電路一般要采用用非線性電路的分析方法非線性電路的分析方法，相對來說比較復(fù)雜，而圖，相對來說比較復(fù)雜，而圖解分析法則較簡單，但前提條件是解分析法則

38、較簡單，但前提條件是已知二極管的已知二極管的V -I V -I 特性曲線特性曲線。例例3.4.1 電路如圖所示，已知二極管的電路如圖所示，已知二極管的V-I特性曲線、電源特性曲線、電源VDD和電阻和電阻R，求二極管兩端電壓，求二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流和流過二極管的電流iD 。 解：由電路的解：由電路的KVLKVL方程，可得方程，可得 RViDDDDv DDDD11VRRi v即即 是一條斜率為是一條斜率為-1/R的直線，稱為的直線，稱為負(fù)載線負(fù)載線 Q的坐標(biāo)值（的坐標(biāo)值（VD，ID）即為所求。）即為所求。Q點稱為電路的點稱為電路的工作點工作點 3.4.2 二極管電路的簡化模型分析方

39、法二極管電路的簡化模型分析方法1.1.二極管二極管V V- -I I 特性的建模特性的建模 將指數(shù)模型將指數(shù)模型 分段線性化，得到二極分段線性化，得到二極管特性的等效模型。管特性的等效模型。)1e (DSD TVIiv（1 1）理想模型）理想模型 （a a）V V- -I I特性特性 （b b）代表符號）代表符號 （c c）正向偏置時的電路模型）正向偏置時的電路模型 （d d）反向偏置時的電路模型）反向偏置時的電路模型（2 2）恒壓降模型）恒壓降模型（a）V-I特性特性 （b）電路模型）電路模型 （3 3）折線模型）折線模型（a）V-I特性特性 （b）電路模型）電路模型 （4 4）小信號模型）

40、小信號模型vs =0 時時, Q點稱為靜態(tài)工作點點稱為靜態(tài)工作點 ，反映直流時的工作狀態(tài)。，反映直流時的工作狀態(tài)。)(11sDDDDvv VRRivs =Vmsin t 時（時（VmVT 。 （a）V-I特性特性 （b）電路模型）電路模型2 2模型分析法應(yīng)用舉例模型分析法應(yīng)用舉例（1 1）整流電路）整流電路（a）電路圖）電路圖 （b）vs和和vo的波形的波形（2 2）靜態(tài)工作情況分析）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 ） 當(dāng)當(dāng)VDD=10V 時，時，DDDD()/0.93 mAIVVR恒壓模型恒壓模型D0.7 VV （硅二極管典型值）（硅二極管典型值）折線模型折線模型th0.