第二章 半导体二极管及其应用电路 《模拟电子技术知识基础》课件.pptVIP

1 第二章 半导体二极管及其基本应用电路 2018-5-25 2 2.1 半导体基本知识 2.2 半导体二极管 2.3 整流电路 2.4 滤波电路 2.5 倍压整流电路 2.6 应用电路介绍 2018-5-25 3 半导体(semiconductor)器件是在20世纪50年代初发展起来的器件，由于具有体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小、功率转换效率高等优点，已广泛应用于家电、汽车、计算机及工控技术等众多领域，被人们视为现代技术的基础。 这一章的任务就是让学习者在了解半导体的特殊性能、PN结(PN junction)的形成及其单向导电性的基础上，进一步认识半导体二极管、半导体三极管这些半导体器件。 通过对这些半导体器件的结构、工作原理、特性曲线及特性参数等方面的剖析，掌握二极管、三极管等半导体器件的结构特点和工作原理；在技术能力上掌握正确测试半导体器件的好坏及极性的判别方法，并能看懂由这些半导体器件作为核心元件构成的简单电子线路图，初步掌握一些EWB电路仿真技能。 2018-5-25 4 2.1 半导体基本知识 半导体的导电性能力虽然介于导体和绝缘体之间。 半导体的导电能力受各种因素影响： 1.热敏特性 温度升高，大多数半导体的电阻率下降。由于半导体的电阻率对温度特别灵敏，利用这种特性就可以做成各种热敏元件。 2.光敏特性 许多半导体受到光照辐射，电阻率下降。利用这种特性可制成各种光电元件。 3.掺杂特性 在纯净的半导体中掺入微量的某种杂质后，它的导电能力就可增加几十万甚至几百万倍。利用这种特性就可制成各种不同用途的半导体器件，如半导体二极管、三极管晶闸管、场效应管等。 2018-5-25 5 2.1.1 本征半导体 在半导体物质中，目前用得最多的材料是硅和锗。在硅和锗的原子结构中，最外层电子的数目都是4个，因此被成为四价元素，如图2-1所示。 单晶体的晶格结构是完全对称，原子排列得非常整齐，故常称为晶体，就是我们所说的本征半导体其平面示意图如图2-2所示。 共价键 图2-1 图2-2 2018-5-25 8 需要指出的是： 不论是N型还是P型半导体，整个晶体仍然呈中性。 为突出杂质半导体的主要特征，在画P型或N型半导体时，常常只画多子和离子成对出现，如图2-4所示。 图2-4 杂质半导体 a) P型半导体 b) N型半导体 2018-5-25 9 2.1.3 PN结及其单向导电性 1. PN结的形成 半导体中有电子和空穴这两种载流子，当这些载流子作定向运动时就形成电流。半导体中的载流子运动有漂移运动和扩散运动两种方式，相应地也就有漂移电流和扩散电流这两种电流。 图2-5 PN结的形成过程 a) 多子的扩散运动 b) 少子的漂移运动 2018-5-25 10 2. PN结的正向导通 正向偏置的意思是： P区加正、N区加负电压。 内电场的削弱使多数载流子的扩散运动得以增强，形成较大的扩散电流（有多子的定向移动形成，即所谓常称的电流）。 在一定范围内，外电场越强，正向电流越大，PN结对正向电流呈低电阻状态，称为PN结正向导通。 图2-6 2018-5-25 11 3. PN结的反向截止 反向偏置的意思是： P区加负、N区加正电压。 外部电场的方向与内电场的方向一致，使空间电荷区变宽，内电场继续增强，造成多数载流子扩散运动难于进行，同时加强了少数载流子的漂移运动，形成由N区流向P区的反向电流。 基本处于截止状态，这种情况就称为PN结反向阻断。 当外加的反向电压在一定范围内变化时，反向电流几乎不随外加电压的变化而变化。 反向电流又称为反向饱和电流。 PN结的上述“正向导通，反响阻断”作用，说明PN结具有单向导电性。 图2-7 2018-5-25 12 2.1.4 PN结的反向击穿 PN结处于反向偏置时，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，这种现象称为PN结反向击穿。 反向击穿又分为热击穿和电击穿。 热击穿由于电压很高、电流很大，消耗在PN结上的功率相应很大，极易使PN结过热而烧毁，即热击穿过程不可逆。 电击穿包括雪崩击穿和齐纳击穿，对于硅材料的PN结来说，击穿电压大于7V时为雪崩击穿，小于4V时为齐纳击穿。在4V余7V之间，两种击穿都有。 电击穿过程通常是可逆过程，当加在PN结两端