课件:N结与二极管原理.ppt

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THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 2.5 PN结的电容效应 空间电荷区的电荷量随着外加偏压而变化 —— PN结具有电容效应 电子 空穴 Depletion capacitance PN结具有两种电容: 势垒电容和扩散电容。 2.5.1 PN结的势垒电容 外加反向偏压减小 结上压降下降 空间电荷区宽度的减小 空间电荷量减少 反向偏压增加 结上压降增大 空间电荷区宽度增大 空间电荷区电荷量增加 PN结电容只在外加电压变化时才起作用——交流影响 外加电压频率越高,电容的作用也越显著——高频影响 PN结势垒电容(Barrier capacitance)——电容效应发生在势垒区。 + - + - 充 电 放电 1、PN结的势垒电容 PN结势垒电容与平行板电容器很相似,但有区别。 半导体介质的电容率 结面积 PN结电容——通直流,空间电荷区宽度可变化, 势垒电容是偏压U的函数; 通常的电容器——隔直流,极板间的距离d是一个常数, 电容量C与电压U无关; 注意区别: A 随外加电压变化而变化 只要有一定面积,并电荷发生变化,就会产生电容效应; 2、单边突变结势垒电容 正向偏压会使势垒电容增大,反向电压会使势垒电容减小。 UT = UD±U 比较 什么含义? 反向电压:+ 外加电压 电位差 3、线性缓变结势垒电容 上面的公式均在耗尽层下推倒的,当PN结反偏电压较高时,耗尽层近似是合理的,然而反向偏压较低,特别是施加正向偏压时,空间电荷区有大量的载流子通过,PN结的势垒电容将产生较大的误差,必须进行修正: 不对称突变结: 对称突变结: 线性缓变结 其中: 4、实际扩散结势垒电容 扩散结势垒电容的计算十分复杂,通常采用查表法求得。教材图2.58是在耗尽层近似下,用电子计算机计算的结果绘出的图表曲线,适用于余误差分布和高斯分布。 考虑PN结的势垒电容之后,在交流情况下,PN结可以看成一个交流电导(或动态电阻)和一个势垒电容相并联的等效电路。 2.5.2 PN结的扩散电容(Diffusion capacitance) 扩散长度 电子 空穴 p PN结的扩散电容——扩散区中积累电荷量(非平衡少子 )也随着外加电压而改变; 扩散电容随正向电压加大呈指数增加,所以和正向电流成正比。 正向扩散电容 空穴扩散区电容 电子扩散区电容 电子 空穴 2.6 PN结的二极管开关特性(Diode switching behavior) 国家标准(GB)对半导体器件型号的命名: 二极管(diode)符号: 旧符号 新符号 阳极(Anode) 阴极(Cathode) 2 — 二极管 A — 锗材料 N 型 B — 锗材料 P 型 C — 硅材料 N 型 D — 硅材料 P 型 P — 普通管 W — 稳压管(zenerdiode) Z — 整流管 K — 开关管 U — 光电管 2CP 2AP 2CZ 2CW 例如: 发光二极管 光电二极管 稳压二极管 (后面是厂家编号) 2.6.1 PN结的开关作用 正向电阻很小 反向电阻很大 → → 略掉正电阻 看成无穷大 正向 反向 开关作用 反向饱和 死区 1、二极管的开关作用 二极管半波整流 斩波,但同相 2、静态开关特性 静态——处于相对静止的稳定状态; 正向 正向导通时会有一个正向压降: UD = 0.7 V PN结自身有点阻抗; UD 正向压降 ID 死 区 Forward voltage drop 温度升高时,二极管的正向压降将减小,每增加1℃,正向压降UD大约减小2mV,即具有负的温度系数。 PN结特性对温度变化很敏感,反映在伏安特性上: 温度升高, 正向特性左移, 反向特性下移。 UD1 UD2 硅二极管2CP-6 二极管在反向截止时仍流过一定的反向漏电流 I0 。 硅PN结的反向漏电流很小,只有纳安(nA)数量级,数值越小越好。锗PN结(?A)级。 PN结的整流特性——单向导电性,关键在于耗尽层的存在; 截止时, 一般认为二极管断开, 反向电阻为无穷大。 PN结的单向导电性只有在外加电压时才表现出来; 2.6.2 PN结的开关态反向恢复时间 开关过程只考虑关闭过程—— 从关态转变到开态所需开启时间很短, 从开态转变到关态(U1→U2)所需关闭时间却长得多; 反向恢复过程 反向导通 贮存时间 下降时间 反向恢复时间 反向饱和

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