万庆第02章半导体二极管及基本电路29页.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 二极管的检测 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。 特殊二极管 * * 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。 半导体是指导电能力在导体和绝缘体之间的物体。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——光敏特性、热敏特性； 3）掺进微量杂质，导电能力显著增加——参杂特性。 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。 返回 PN结的形成及特性 PN结的单向导电性 PN结的形成 在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。 内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散 因浓度差 多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场 动画 + 五价的元素 + 三价的元素 产生多余电子 产生多余空穴 (1) PN结加正向电压 外加的正向电压，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是,内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏。 动画 外加反向电压,方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。 P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏。 在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。 动画 （2）PN结加反向电压 总之：PN结正向电阻小，反向电阻大——单向导电性。 返回 半导体二极管 二极管 ：一个PN结就是一个二极管。 单向导电：二极管正极接电源正极，负极接电源负极时电流可以通过。反之电流不能通过。 符号： 二极管按结构分有点接触型、面接触型二大类。 (1) 点接触型二极管 PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。 (2) 面接触型二极管 PN结面积大，用 于大电流整流电路。 半导体二极管的结构 按材料不