模拟第一章半导体二极管及其应用100908.ppt

为什么研究半导体？ 电子电路工作的核心器件是晶体管，而晶体管是由半导体材料构成的。 1.1.1 半导体的导电特性 一、半导体： 导电性能介于导体与绝缘体之间的物质。 单质半导体：碳(C)、硅(Si)、锗(Ge) 化合物半导体：磷化镓、砷化镓、磷砷化镓等 本征半导体：99.9999999% 纯度的具有晶体结构的半导体 “九个九” 物质按照其原子排列特点可分为： （晶体：原子、分子完全按照严格的周期性重复排列的物质称为晶体，原子呈无序排列的叫做非晶体，介于这两者之间的叫做准晶体。） 晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。 化学元素周期表 从本征Si结构上分析其导电性硅晶体的立体结构 图1.1.1 本征半导体平面结构示意图 本征半导体的激发与复合 硅多用于制造敏感元件，例如光敏电阻、热敏电阻等，可以把非电物理量（例如光照强度、温度）转换为电量（例如电阻、电压、电流）。 PN结单向导电性的特点 正向导通、反向截止； 正向电阻小、反向电阻大； 正向电流大、反向电流小； 思考题 是否允许将1.5V的干电池以正向接法接至二极管的两端？为什么？ 答：不允许。这将导致二极管烧毁或电池短路损坏。 由PN结伏安特性式计算可知：当 UD=1.5V 时， ID ≈ IS×1.14×1025（A） 这时，即使IS很小，例如 nA 数量级（10-9 A）， 有： ID ≈ 10-9 ×1.14×1025 = 1.14×1016 （A） 根据计算，干电池输出功率将达到： P = U?I = 1.5V× 1.14×1016 （A）=1.71×1016 （W）= 1.71 亿亿 （W） 这显然是不可能的。后果必然是：或者烧毁二极管，或者使电池短路损坏。因此应禁止将二极管直接与电池相连。 二、二极管的等效电路 图1.3.2 稳压管稳压电路 其它类型二极管 发光二极管LED 1.2.3 二极管的参数 (1) 最大整流电流IF—— 二极管长期连续工 作时，允许通过二 极管的最大 正向电流的平均值。 (2) 反向击穿电压VBR——— 和最大反向工作电压VR 二极管反向电流 急剧增加时对应的反向 电压值称为反向击穿 电压VBR。 为安全计，在实际 工作时，最大反向工作电压 VR一般只按反向击穿电压 VBR的一半计算。 (3) 反向电流IR (4) 正向压降VF 在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(?A)级。 在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下，约0.6～0.8V；锗二极管约0.2～0.3V。 (5)*最高工作频率fM ：如何用万用表的“?”档来辨别一只二极管的阳极、阴极以及二极管的好坏？ 思考题 半导体二极管的型号 国家标准对半导体器件型号的命名举例如下： [例1.2.1]已知uI = Umsin ωt ，画出uO和uD的波形 VD R + - + - uI uO + - uD iO Um ωt uo O ωt uD O uI＞0 时二极管导通， uO = uI uD = 0 uI ＜0 时二极管截止， uD = uI uO = 0 -Um io Um ωt uI O 1.2.4二极管的应用（整流、限幅、开关） （1）二极管整流电路 V VD V S V VD V S 正向偏置，相当于开关闭合。 反向偏置，相当于开关断开。 （2） 二极管开关电路 （3）二极管限幅电路 ID + vo -- R 10K? + vi — 例1.2.2 电路图 VREF 例1.2.2 如图1.2.10 所示电路。试画出VREF分别为0、5V时的波形。其中vi=10sin?tV。 （1）稳压二极管的伏安特性 稳定电压VZ 稳定电流IZ（ IZmin 、IZmax ） 额定功耗PZM 动态电阻rZ 温度系数? 图1.3.1 稳压管的 伏安特性 （2）稳压二极管的主要参数 利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。其伏安特性如图1.3.1所示。 1.3 .1稳压二极管 1.3 特殊用途二极管 稳定电压UZ ：稳压管工作在反向击穿区 时的工作电压。 2. 稳定电流IZ ：稳压管正常工作时的参考电流。 3. 动态内阻rZ ：稳压管两端电压和电流的变化量之比。 rZ=