第1章_半导体基础及二极管电路课件.ppt

第一章：半导体基础及二极管电路 北京邮电大学电信院电路与系统中心 Gdeng@263.net 内容提要 物质的分类 本征半导体中的共价键结构(一) 本征半导体中的共价键结构(二) 本征激发及空穴的移动 载流子的含义 本征半导体中载流子浓度的影响因素 杂质半导体 N型半导体及其性质 P型半导体及其性质 杂质半导体的性质 载流子在半导体中的运动 PN结的形成 PN结的内电场与两种运动 PN结中两种运动的动态平衡(一) PN结中两种运动的动态平衡(二) 总结：PN结形成的过程 PN结的接触电位差与势垒宽度 PN结外加正向偏置电压时的特性(一) PN结外加正向偏置电压时的特性(二) PN结外加反向偏置电压时的特性 PN结的单向导电性 二极管的结构与类型 二极管的电流方程 二极管的伏安特性 二极管的反向击穿特性 二极管的温度特性 PN结电容-产生原因 PN结电容-势垒电容 PN结电容-扩散电容 PN结电容-总结 二极管的主要参数 特殊二极管：稳压二极管 特殊二极管：其它类型 光电子器件(一) 光电子器件(二) 二极管的等效电阻：静态电阻 二极管的等效电阻：动态电阻 模型的基本概念 二极管的模型 采用模型法分析二极管应用电路 二极管模拟电路：整流电路(一) 二极管模拟电路：整流电路(二) 二极管模拟电路：限幅电路(一) 二极管模拟电路：限幅电路(二) 二极管模拟电路：限幅电路(三) 二极管模拟电路：稳压电路 二极管模拟电路：钳位电路 二极管开关电路(一) 二极管开关电路(二) 扩散电容也是非线性电容，将随着外加电压的变化而改变 当PN结正向偏置时，载流子穿过势垒区向两侧扩散，在势垒区两侧的中性区将产生由非平衡载流子造成的电荷积累。在电压变化时，积累的电荷发生变化，该效应即为扩散电容效应，用 表示 第二节：半导体二极管的工作原理及特性 势垒电容与扩散电容为并联，PN结电容为两者之和： 正向偏置时PN结电容以扩散电容为主，反向偏置时以势垒电容为主 PN结的电容效应将影响晶体管的响应速度和高频特性 第二节：半导体二极管的工作原理及特性 最大整流电流 最高反向工作电压 二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值 二极管工作时允许外加的最大反向电压 第二节：半导体二极管的工作原理及特性 反向电流 二极管未击穿时的反向电流 最高工作频率 二极管的上限工作频率 使用二极管参数时的注意事项：温度的影响、参数的分散性 第二节：半导体二极管的工作原理及特性 正常情况下，工作于反向击穿区。反向电流在很大范围内变化时，端电压变化很小，从而具有稳压作用 反向击穿电压 最小允许电流 最大允许电流 动态电阻： 稳压管在使用时应串接限流电阻以保证反向电流值在合适范围内 第二节：半导体二极管的工作原理及特性 变容二极管：在高频电路中应用较多 肖特基二极管：内部为金属半导体结，也具有单向导电性 工作速度快 正向导通电压较低，反向击穿电压较低 体电阻较小 第二节：半导体二极管的工作原理及特性 原理：半导体材料的光电转换性质 发光二极管：将电能转换为光能的器件 光敏(电)二极管：将光能转换为电能的器件 光电耦合器：可实现信号的光传输 也可在两者之间使用光纤连接 第二节：半导体二极管的工作原理及特性 激光二极管：效率高，产生的是准直单色光束 第三节：半导体二极管电路 由二极管、线性元件和独立电源构成的电路称为二极管电路，属于非线性电路 当电路中只有直流电源、没有信号源时，二极管对外呈现的直流电阻称为静态电阻 当管子的工作电流和电压都确定后就在特性曲线上确定了静态(直流)工作点Q 第三节：半导体二极管电路 动态电阻：微变电阻或交流电阻。表示小信号工作情况下，交流电流与交流电压的变化关系 温度的电压当量 工作点电流 能够近似表征器件特性的图表、曲线、函数表达式，或者由基本电路元件构成的电路都可以称为器件的模型 第三节：半导体二极管电路 用数学表达式来表征器件特性的模型称为数学模型；用基本电路元件（如电阻、电容、电感）以及独立电源和受控源构成的模型，称为器件的网络模型 器件模型的精度越高，模型的结构越复杂，要求的模型参数也越多，分析电路时计算量就越大 第三节：半导体二极管电路 数学模型 理想化模型 恒压降模型 分段线性模型 交流小信号模型 第三节：半导体二极管电路 根据电路的具体情况选择合适的二极管模型，从而把非线性电路转化为线性电路并采用线性电路的分析方法进行分析计算 对于直流电路和大信号工作电路，通常采用理想模型或者恒压降模型进行分析 对于既有直流电源又有小信号源的电路，一般首先利用恒压降模型进行静态分析，估算电路的Q点；然后根据Q点计算出交流电阻；再用小信号模型法进行动态分析，求出小信号作用下的交流电压、电流；最后，将交流量与静态值相叠加，得到完整的结果。