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2半导体及二极管PPT
第二章 二极管及其基本电路; 了解半导体材料的基本结构及PN结的形成;掌握PN结的单向导电工作原理;了解二极管(包括稳压管)的V-I特性及主要性能指标;掌握二极管电路的分析方法。;理论课7学时。; 根据物体导电能力(电阻率)的不同,来划分导体、绝缘体和半导体。 半导体的电阻率为10-3~109??cm。 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及化合物半导体,如砷化镓GaAs等。 半导体具有某些特殊性质:如光敏性、热敏性及掺杂特性,导电能力改变。;二、半导体的共价键结构;三、本征半导体、空穴及其导电作用; 当温度升高或受到光的照射时,价电子能量增高,有的价电子可以挣脱原子核的束缚,而参与导电,成为自由电子。;; 自由电子的定向运动形成了电子电流,空穴的定向运动也可形成空穴电流,它们的方向相反。只不过空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。; 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。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去,称为复合。;四、杂质半导体; 1. P型半导体;P型半导体中空穴是多数载流子,主要由掺杂形成;电子是少数载流子,由热激发形成。; 在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由 杂质原子提供;空穴是少数载流子,由热激发形成。;少量掺杂,平衡状态下:ni2 =np 其中,ni为本征浓度,n为自由电子浓度,p为空穴浓度。 温度增加,本征激发加剧,但本征激发产生的多子远小杂质电离产生的多子。;一、载流子的漂移与扩散;二、PN结的形成; 最后多子扩散和少子的漂移达到动态平衡。 对于P型半导体和N型半导体结合面,不能移动的带电粒子形成的空间电荷区称为PN结。 在空间电荷区,由于多子已扩散到对方并复合掉了或者说消耗尽了,所以空间电荷区也称耗尽区。 ;三、PN结的单向导电性;1. 外加正向电压;PN结正向偏置;2. 外加反向电压; PN结反向偏置; PN结外加正向电压时,呈现低电阻,具有较大的正向扩散电流,PN结导通;PN结加反向电压时,呈现高电阻,具有很小的反向漂移电流,PN结截止。 由此可以得出结论:PN结具有单向导电性。 PN结的单向导电性关键在于它的耗尽区的存在,且其宽度随外加电压而变化。 ;3. PN结V–I 特性的表达式; 二极管处于反向偏置时,在一定的电压范围内,流过PN结的电流很小,但电压超过某一数值时,反向电流急剧增加,这种现象我们就称为反向击穿。 击穿形式分为两种: 雪崩击穿 齐纳击穿 ;雪崩击穿:如果掺杂浓度较低,不会形成齐纳击穿,而当反向电压较高时,能加快少子的漂移速度,从而把电子从共价键中撞出,形成雪崩式的连锁反应。 对于硅材料的PN结来说击穿电压7v时为(雪崩击穿),4v时为(齐纳击穿)。在4v与7v之间,两种击穿都有。这种现象破坏了PN结的单向导电性,我们在使用时要避免。;1. 扩散电容; 反之,由P区扩散到N区的空穴,在N区内也形成类似的浓度梯度分布曲线。;2. 势垒电容;2.3 二极管;1. 点接触型二极管 ;2. 面接触型二极管 ;3. 平面型二极管 ;二、二极管的V-I特性;1.正向特性;2. 反向特性; 在反向区,硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡,反向饱和电流也很小;锗二极管的反向击穿特性比较软,过渡比较圆滑,反向饱和电流较大。 ;三、二极管的主要参数;3. 反向电流 IR;它反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。;6. 极间电容Cd;国家标准对半导体器件型号的命名举例如下:;2.4 二极管的基本电路及其分析方法;例 二极管电路及二极管的V-I 特性曲线如图所示。已知电源VDD和电阻R,求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD。 ;iD /mA;二极管的伏安特性曲线可用下式表示;二、二极管电路的简化模型分析方法;(2)恒压降模型;(3)折线模型;(4)小信号模型;2. 模型分析法应用举例;(2)二极管的静态工作情况分析;折线模型;理想模型;(3)限幅电路;+;+;(4)开关电路;+;vI1;(5)低电压稳压电路;例 如图所示,VDD=5V,R=5kΩ,恒压降模型的VD=0.7V,vs=0.1sinωtV。(1)求输出电压vO的交流量和总量;(2)绘出vo的波形。;解:;2.5 特殊二极管;1. 符号及稳压特性 ;VZ:反向击穿电压,即稳压管的稳定电压,它是在特定的测试电流IZT下得到的电压值。;IZ(min):稳压管工作在正常稳定状态的最小工作电流。 IZ(max):稳压管工作在正常稳定状态的最大工作电流。;一般稳压值较大时,可忽略rZ的影响,VZ为恒定值。;例 如图所示,VI=10V,R=180Ω,RL=1kΩ,稳压管的V
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