第二章二极管及其基本电路.ppt

模拟电子技术 主讲教师：张立权 第二章 二极管及其基本电路 答案 发生条件 影响原因 结论：内电场被削弱，多子的扩散运动加强，形成较 大的占主导作用的扩散电流。 PN结反向偏置 － － － － + + + + R E － + 外电场 内电场 内电场 扩散运动 漂移运动 扩散运动 耗尽层变厚 PN结电阻 漂移电流占主导 (多子) 扩散电流 (少子) 漂移电流 PN结截止 结论：内电场被增强，多子的扩散运动减弱，少子漂 移运动加强，但本征激发的少子数量有限，因 此只能形成较小的反向电流(反向饱和电流)。 反向偏置 正向偏置 PN结的单向导电性总结 扩散漂移 1 扩散漂移 1 大的正向扩散电流(多子) 2 很小反向漂移电流(少子) 2 低电阻 正向导通 3 高电阻 反向截止 3 2.3 PN结的反向击穿 基本概念： 反向击穿(电击穿)：当加到PN结两端的反向电压增 大到一定数值时，反向电流急剧增加。 反向击穿电压：发生击穿所需的反向电压。 反向击穿分类： 雪崩击穿 齐纳击穿 雪崩击穿：反向电压足够大时，PN结的内电场加强， 使少子漂移速度加快，动能增大，通过空 间电荷区与晶体原子碰撞，打破共价键的 束缚，产生很多新的电子空穴对，这种现 象称为碰撞电离。新产生的电子空穴对又 会去撞击更多的原子，形成倍增效应。当 反向电压增大到某一数值时，反向电流急 剧增大，于是PN结被击穿。 齐纳击穿：反向电压足够大时，PN结的内电场加强， 它能够破坏共价键的束缚，将电子分离出 来产生电子空穴对，从而形成较大的反向 电流，PN结被击穿。 这两种电击穿 容易发生 在那种PN结里 呢？ One 雪崩击穿一般发生在掺杂浓度较低的PN结中，因为对应的PN结耗尽层较宽，所 以碰撞电离的机会比较多。 齐纳击穿一般发生在掺杂浓度较高的PN结中，对应的PN结的耗尽层很窄，即使反向电压不高也会在很窄的耗尽区中形成很强的电场，并且在窄结内，碰撞电离机会少，即直接将价电子从共价键中拉出来。 一般来说，反向电压在4V以下为齐纳击穿，7V以上则为雪崩击穿，而中间则是两种情况都有。 电击穿危害及注意问题： 危害： 电击穿破坏了PN结的单向导电性，在使用时要尽 力避免。 注意问题： 在一定条件下，电击穿是可逆的，击穿并不意味着 烧毁。 2.4 PN结的电容效应 PN结的电容效应直接影响半导体器件的高频和开关 性能。一般存在扩散电容和势垒电容。 那么为什么高频 影响大，而 低频影响小？ One PN结在低频工作时，结电容容抗很大，可视为开路，对PN结的单向导电性无影响。 PN结在高频工作时，结电容容抗很小，可视为短路，结电容将旁路PN结的等效电阻，使PN结反偏时的等效阻抗变得很小，于是，单向导电性变差。 rd 扩散电容： 形成过程： PN结正向偏置时，由N区扩散到P区的电子(多子) ，在P区有浓度差，越靠近结边缘浓度越大，即在P 区结边缘有电子积累。同理，在N区结边缘有空穴 积累。正向偏压越大，积累的电荷就越多，而空间 电荷区电阻大，相当于介质。这样产生的电容就是 扩散电容CD。 PN结反向偏置时，载流子数目很少(少子)，因此 扩散电容很小，可忽略。 PN结正向偏置时，载流子数目很多(多子)，因此 扩散电容较大。 势垒电容： 形成过程： PN结反向偏置时，势垒区内只有不能移动的正负 离子，相当于存储的电荷；其内缺少导电的载流 子，电导率很低，相当于介质；而两侧的P区和N 区的电导率相对来说比较高，相当于金属，当外电 压变化时，势垒区的电荷量也变化，这种现象与电 容充放电相似，故这样产生的电容就是势垒电容 CD。 PN结正向偏置时，势垒电容可忽略。 第三节 半导体二极管 3.1 二极管的结构 PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。按其 结构的不同可分为点接触型、面接触型和平面型。 各自特点： 点接触型：PN结面积很小，所以极间电容很小， 不能承受大电流，适用于高频和数字电 路。 面接触型：PN结