模拟电路第二章半导体二极管及其基本电路.ppt

2.3 半导体二极管 2.3.1 半导体二极管的结构 2.3.2 二极管的伏安特性 2.3.3 二极管的参数 半导体二极管图片 2.3.1 半导体二极管的结构 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。 (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。 (a)点接触型 二极管的结构示意图 (3) 平面型二极管 往往用于集成电路制造艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。 (2) 面接触型二极管 PN结面积大，用于工频大电流整流电路。 (b)面接触型 (c)平面型 (4) 二极管的代表符号 2.3.2 二极管的伏安特性 二极管的伏安特性曲线可用下式表示 硅二极管2CP10的V-I 特性 锗二极管2AP15的V-I 特性 正向特性 反向特性 反向击穿特性 2.3.3 二极管的参数 (1) 最大整流电流IF 是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。因为电流通过PN结要引起管子发热，电流太大，发热量超过限度，就会使PN结烧坏。 (2) 反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM 反向击穿电压指管子反向击穿时的电压值。击穿时，反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至因过热而烧坏。一般手册上给出的最大反向工作电压VRM约为击穿电压的一半，以确保管子安全运行。 (3) 反向电流IR 2.3.3 二极管的参数 指二极管未击穿时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要大几十到几百倍。 以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性包括整流、限幅、保护等。下面介绍两个交流参数。 （4）微变电阻 rD iD vD ID VD Q ?iD ?vD rD是二极管特性曲线工作点Q附近电压的变化与电流的变化之比： 显然，rD是对Q附近的微小变化量的电阻。 2.3.3 二极管的参数 （5）二极管的极间电容 二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容CB和扩散电容CD。 势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。 2.3.3 二极管的参数 势垒电容CB 势垒电容示意图 2.3.3 二极管的参数 为了形成正向电流（扩散电流），注入P区的少子（电子）在P区必须有浓度差，越靠近PN结浓度越大，即在P区有电子的积累。同理，在N区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。 P + - N 这样所产生的电容就是扩散电容CD。 2.3.3 二极管的参数 扩散电容CD 扩散电容示意图 2.3.3 二极管的参数 * 2.1 半导体的基本知识 2.3 半导体二极管 2.4 二极管基本电路及其分析方法 2.5 特殊二极管 2.2 PN结的形成及特性 2.1 半导体的基本知识 2.1.1 半导体材料 2.1.2 半导体的共价键结构 2.1.3 本征半导体 2.1.4 杂质半导体 2.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。比如： 2.1.1 半导体材料 (a)当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。 (b)往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。 2.1.2 半导体的共价键结构 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。 Ge Si 2.1.2 半导体的共价键结构 通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。 2.1.2 半导体的共价键结构 硅晶体的空间排列 2.1.2 半导体的共价键结构 硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构 2.1.2 半导体的共价键结构 形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。 共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。 +4 +4 +4 +4 2.1.3 本征半导体 本征半导体——化学成分纯净、结构完整的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。 本征半导体的导电机理 +4 +4 +4 +4 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，