第02章 半导体二极管与其应用电路.ppt

模拟电子技术基础 第2章 半导体二极管及其应用电路 2 半导体二极管及其应用电路 2.1 PN结的基本知识 2.1.1 本征半导体及其导电性 2.1.2 杂质半导体 2.1.3 PN结及其单向导电性 2.1.4 PN结电容 2.1.4 PN结电容 2.2 半导体二极管 2.2.1 二极管的结构 2.2.2 二极管的伏安特性 2.2.3 二极管的主要参数 2.2.4 二极管模型 2.3 二极管应用电路 2.3.1 整流电路 2.3.2 限幅电路 2.3.3 钳位电路 2.4 特殊二极管 2.4.1 稳压二极管 2.4.1 稳压二极管 2.4.2 光敏二极管 2.4.3 发光二极管 2.4.4 激光二极管 * * 2.1 PN结的基本知识 2.2 半导体二极管 2.3 二极管应用电路 2.4 特殊二极管 2.1.1 本征半导体及其导电性 2.1.2 杂质半导体 2.1.3 PN结及其单向导电性 2.1.4 PN结电容 图2.1.1 本征半导体的共价键结构 2.1 PN结的基本知识 图2.1.2 电子和空穴的移动 1. 本征半导体 （纯净并具有完整晶体结构） 2. 本征激发 自由电子 空穴 复合 自由电子 空穴 载流子: 运载电荷的粒子 图2.1.3 N型半导体的共价键结构 2.1 PN结的基本知识 图2.1.4 P型半导体的共价键结构 1. N型半导体 掺入少量的五价元素磷P 2. P型半导体 掺入少量的三价元素硼B 自由电子是多数载流子（简称多子） 空穴是少数载流子（简称少子） 空穴是多数载流子 自由电子为少数载流子。 图2.1.5 PN结的形成 (a) 载流子的扩散 (b) 空间电荷区 (c) 结区电位分布曲线 2.1 PN结的基本知识 1. PN结的形成 N型半导体和P型半导体结合形成PN结。由于N区和P区交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多数载流子（多子）向另一区移动的扩散运动，到对方区内成为了少数载流子（少子），从而在界面两侧分别留下了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、负电荷被称为空间电荷。 空间电荷建立的电场被称为内电场或自建电场，其方向是阻止扩散运动的，另一方面又吸引对方区的少子向本区运动，即所谓的漂移运动。 图2.1.6 外加正向电压时的PN结 图2.1.7 外加反向电压时的PN结 2. PN结的单向导电性 2.1.3 PN结及其单向导电性 PN结外加正向电压，其导通电阻很小；外加反向电压时，PN结呈现很大的反向电阻。 图2.1.8 PN结伏安特性 3. PN结的伏安特性 正向特性 反向特性 反向击穿特性 倍增效应 雪崩击穿 齐纳击穿 2.1.3 PN结及其单向导电性 2.1 PN结的基本知识 按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD 。 势垒电容只在外加电压变化时才起作用，外加电压频率越高，势垒电容作用越明显。 扩散电容仅在正向偏置时起作用。在正向偏置时，当正向电压较低时，势垒电容为主。正向电压较高时，扩散电容为结电容主要成分。 结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作。 图2.1.9 势垒电容与外加电压关系 图2.1.10 扩散电容效应 (1) 势垒电容CB (2) 扩散电容CD 2.1 PN结的基本知识 2.2.1 二极管的结构 2.2.2 二极管的伏安特性 2.2.3 二极管的主要参数 2.2.4 二极管模型 图2.2.1 半导体二极管的结构及符号 (a) 点接触型 (b) 面接触型 (c) 平面型 (d) 电路符号 (a) (b) (d) (c) 2.2 半导体二极管 图2.2.2 硅二极管的2CP10的伏安特性 图2.2.3 锗二极管2AP15的伏安特性 正向特性、反向特性 、反向击穿特性 2.2 半导体二极管 图2.2.4 温度对二极管特性曲线的影响示意图 温度对二极管特性的影响 1. 最大整流电流IF 2. 最高反向工作电压VRM 3. 反向电流IR 4. 极间电容CJ 5. 最高工作频率fM 2.2 半导体二极管 图2.2.3 锗二极管2AP15的伏安特性 管子长期工作时，允许通过的最大正向平均电流。 管子长期工作时所允许加的最高反向电压。 二极管未被击穿时的反向电流值。 反映二极管中PN结电容效应的参数。