第1章:半导体二极管及其应用.ppt

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第1章:半导体二极管及其应用.ppt

模拟电子技术基础 主讲:丁黎明 yblxdlm@163.com 北方民族大学电气与信息工程学院 课程性质 专业基础课 课时数: 试验内容: 主要内容 1 半导体二极管及其应用 2 晶体管及放大电路基础 3 场效应管及其放大电路 4 集成运算放大器 5 反馈和反馈放大电路 6 集成运放组成的运算电路 7 信号检测与处理电路 8 信号发生器 9 功率放大电路 10 直流稳压电源 1 半导体二极管及其应用 了解半导体基础知识; 理解PN结的结构与形成; 掌握PN结的单向导电性; 熟悉二极管和稳压管的V-I特性曲线及其主要参数等。 了解特种二极管 1.1 PN结 1.1.1 PN结的形成 1、半导体:导电能力介于导体和绝缘体之间的物体。电阻率为 硅(Si)和锗(Ge)是两种常用的半导体材料 特点:四价元素,每个原子最外层有四个价电子 2、本征半导体:化学成分纯净的半导体,其纯度达到99.9999999%,通常称为“9个9”,在物理结构上呈单晶体形态。 3、载流子:可以自由移动的带电离子。 自由电子是载流子。 空穴也是一种载流子(Why?)。 游离的部分自由电子也可能回到空穴中去,称为复合。 可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的,称为电子空穴对。 当温度一定时,激发和复合达到动态平衡,即“空穴-电子对”浓度一定。 小结 半导体中有两种载流子,分别是自由电子和空穴。 纯净半导体中的载流子主要取决于温度(或光照)。 掺杂半导体中的载流子可以分为多子(多数载流子)和少子(少数载流子)。多子取决于掺杂浓度,少子取决于温度(或光照)。P型半导体中的多子是空穴,少子是自由电子,N型半导体中的多子是自由电子,少子是空穴。 PN结的电压与电流关系 1.2 半导体二极管 4、二极管的主要参数 额定整流电流IF 反向击穿电压U(BR) 最高允许反向工作电压UR 反向电流IR 最高工作频率fM 1.3 半导体二极管的应用 1.3.1在整流电路中的应用 1.3.2 在检波中的应用 1.3.3 限幅电路 1.4 特种二极管 1.4.1 硅稳压管 重要内容 本征半导体,掺杂半导体,载流子,P型半导体,N型半导体,多子,少子,扩散运动,漂移运动 PN结单向导电性,正向偏置,反向偏置 二极管伏安特性 特种二极管 重点习题 1.1 1.4 1.7 1.9 1.10 1.12 1.13 1.14 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、PN结方程 正向: 反向: 近似 在PN结上加上引线和封装,就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。 (1) 点接触型二极管 (a)点接触型 二极管的结构示意图 PN结面积小,结电容小,用于检波和变频等高频电路。 1、半导体二极管的结构 (3) 平面型二极管 往往用于集成电路制造艺中。PN 结面积可大可小,用于高频整流和开关电路中。 (2) 面接触型二极管 PN结面积大,用于工频大电流整流电路。 (b)面接触型 (c)平面型 (4) 二极管的代表符号 2、 二极管的伏安特性 硅二极管2CP10的V-I 特性 锗二极管2AP15的V-I 特性 正向特性 反向特性 反向击穿特性 (1)、正向特性 死区电压: 硅:0.5V 锗:0.1V 正常工作时的管压降 硅:0.7V 锗:0.3V (2)、反向特性 反向电流由少子形成,因此反向电流一般很小;小功率硅管:小于1微安;小功率锗管:几十微安; (3)、反向击穿特性 反向击穿:外加电压达到一定数值时,在PN结中形成强大的电场,强制产生大量的电子和空穴,使反向电流剧增; ① 齐纳击穿:所加反向电压使空间电荷区增大,产生较大的电场,拉出共价键中的自由电子而产生较大的电流。当反向电压小于4V时,击穿主要为齐纳击穿。 ②雪崩击穿:所加反向电压使空间电荷区增大,产生较大的电场,使做漂移的少子运动速度加大,能量加大,碰撞出共价键中的自由电子而产生较大的电流。一个当电压大于6V时,击穿主要为雪崩击穿。 发生击穿是否就证明二极管损坏了呢??? 3、半导体二极管的等效模型 恒压模型 U D 二极管的导通压降:硅管 0.7V;锗管 0.3V。 二极管的V—A特性 理想二极管模型: 正偏 反偏 小信号模型:   在交流小信号模型下将二极管等效于rD,因此可用于分析二极管电路。 例1-1 ui=10sinwt (v) E=5v R=1k欧姆 忽略二极管的 正向压降和 反向电流 画出uo的波形 (1) ui

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