2章半导体二极管及其基本电路-Read.ppt

2章 半导体二极管及基本电路 半导体的基本知识 半导体的共价键结构 本征半导体、空穴及其导电作用 电子空穴对 杂质半导体 P型半导体（空穴型半导体） PN结的形成及特性 PN结的形成 PN结的单向导电性 半导体二极管 半导体二极管的伏安特性曲线 (1) 正向特性 半导体二极管的参数 二极管基本电路分析 3. 折线模型（实际模型） 二极管电路分析 2.限幅电路 3.开关电路 例9：判别二极管是导通还是截止。 例4： 例5： 例6： 理想二极管电路中 vi=V m sinωt V，求输出波形v0。 例7：画出理想二极管电路的传输特性（Vo~VI）。 例8：画出理想二极管电路的传输特性（Vo~VI）。 例3： 特殊二极管 例12： 解：① VI25V，D1、D2均截止。 ② VI 25V ，D1导通，D2截止。 ③VI137.5V，D1、D2均导通。 VO=25V VO=100V VI 25V 75V 100V 25V 50V 100V 125V VO 50V 75V 150V 0 137.5 当VI0时 D1导通 D2截止 当VI0时 D1截止 D2导通 0 VI VO - 5V +5V +5V - 5V +2.5V -2.5V 已知二极管D的正向导通管压降VD=0.6V，C为隔直电容，vi(t)为小信号交流信号源。 试求二极管的静态工作电流IDQ，以及二极管的直流导通电阻R直。 求在室温300K时，D的小信号交流等效电阻r交 。 C R 1K E 1.5V + VD － + vi(t) － 解： 例10： 二极管限幅电路:已知电路的输入波形为 v i ,二极管的VD 为0.6伏，试画出其输出波形。 解： Vi 3.6V时，二极管导通，vo=3.6V。 Vi 3.6V时，二极管截止， vo=Vi。 特殊二极管 稳压二极管 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管 的伏安特性曲线完全一样。 稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。 电阻起限流作用，保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。 * * 半导体的基本知识 PN结的形成及特性 半导体二极管 特殊二极管 ★二极管基本电路分析 本征半导体、空穴及其导电作用 杂质半导体 根据物体导电能力(电阻率)的不同，划分为导体、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以及砷化镓GaAs等。 半导体的特点：1）导电能力不同于导体、绝缘体； 2）受外界光和热刺激时电导率发生很大变化——光敏元件、热敏元件； 3）掺进微量杂质，导电能力显著增加——半导体。 半导体的基本知识 硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。 原子按一定规律整齐排列，形成晶体点阵后，结构图为： +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 返回 本征半导体——完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 载流子——可以自由移动的带电粒子。 电导率——与材料单位体积中所含载流子数有关，载流子浓度越高，电导率越高。 返回 当T=0K和无外界激发时，导体中没有栽流子，不导电。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——本证激发。 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，这个空位为空穴。 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 自由电子 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。 本征激发 动画1-1 空穴 返回 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 N型半导体（电子型半导体） 在本征半导体中掺入五价的元素(磷、砷、锑 ) 多余电子， 成为自由电子 +5 自由电子 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。 返回 +5 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +3 在本征半导体中掺入三价的元素（硼） +3 空穴 空穴 返回 N型半导体的多数载流子为电子，少数载流子是空穴； P型半导体的多数载流子为空穴，少数载流子是电子。 例：纯净硅晶体中硅原子数为1022/cm3数量级， 在室稳下，载流子浓度为n