四章半导体器件1二极管.pptx

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第四章半导体器件4.1半导体二极管

主要内容半导体物理特性二极管的结构分类半导体二极管的伏安特性二极管的主要参数二极管的电路模型及应用稳压二极管变容二极管

4.1.1半导体物理特性导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体四族元素(电阻率小于10-4Ωcm的物质为导体,载流子为自由电子)

PN结的形成P型半导体:由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成,会在半导体内部形成带正电的空穴;

N型半导体:由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成,会在半导体内部形成带负电的自由电子。

PN结的形成采用不同的掺杂工艺,将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体基片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。PN结具有单向导电性。

一块单晶半导体中,一部分掺有受主杂质是P型半导体,另一部分掺有施主杂质是N型半导体时,P型半导体和N型半导体的交界面附近的过渡区称。

半导体的导电性掺杂性在纯净的半导体中适当参入微量杂质,半导体导电能力显著提高,如二极管、三极管和场效应管热敏性半导体的导电能力随温度变换显著光敏性当半导体表面的光线发生变换时,电阻率立刻发生很大变化

4.1.2半导体的结构和分类半导体外形和实物

二极管的分类按功能分:普通二极管和特殊二极管。普通二极管包括整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、快速二极管等;特殊二极管包括变容二极管、发光二极管、隧道二极管、触发二极管等按材料不同划分:硅管和锗管按制造工艺不同划分:a)点接触型b)硅面接触型c)硅平面型

电路符号a)内部结构b)电路符号

4.1.3半导体二极管的伏安特性

伏安特性方程uDiD)(DDufi=其中:IS——反向饱和电流VT——温度电压当量且在常温下(T=300K)

考察:当PN结正向偏置时:当PN结反向偏置时:TUUIiDeSD?-IiSD?

TUUIideSD?近似呈现为指数曲线死区:硅管0.5V锗管0.1V导通后,进入线性区,导通电压VD基本不变管压降VD约为:硅管0.7V锗管0.3V正向特性

反向特性-IiSD?IS=硅管小于0.1微安锗管几十到几百微安截止区:在电路中相当于开关处于断开反向击穿区:电流急剧增加烧毁二极管利用,稳压管反向击穿电压:UBR

温度影响在正向特性区,二极管的死区随温度的升高而缩小,正向导通电压降低。温度升高一摄氏度,正向导通电压下降2mV。在反向特性区,随温度升高,反向击穿电压减小,反向饱和电流IS增大。温度每升高十摄氏度,IS增大约一倍。

4.1.4主要参数器件的参数可以在产品手册中查2.最大反向电压UR:指二极管允许施加最大反向电压,一般为击穿电压的一半1.最大整流电流IF:指二极管正常工作时允许通过最大正向电流。3.反向电流IR:指二极管未被击穿时的反向电流值,此电流越小,说明二极管的单向导电性越好。4.最高工作频率fM:指二极管具有单向导电性的最高工作频率。由于PN结有电容效应,频率过高,单向性变差。

4.1.5二极管的电路模型及应用理想二极管正向时无死区电压,直接导通;反向完全截至恒压降二极管正向导通后,恒定电压降:Ud,相当于串一电压源uDiDKuD

PNVDD1VDD2UORLR1kW3kWIOI1I215V12V理想模型和恒压降模型举例例1试求下图硅二极管电路中电流I1、I2、IO和输出电压UO值解:假设二极管断开UP=15VUPN0.7V,二极管导通,等效为0.7V的恒压源

PNVDD2UORLR1kW3kWIOI1I215V12VVDD1UO=VDD1?UD(on)=(15?0.7)V=14.3VIO=UO/RL=14.3V/3k?=4.8mAI1=IO+I2=(4.8+2.3)mA=7.1mAI2=(UO?VDD2)/R=(14.3?12)V/1k?=2.3mA解:假设二极管断开例1试求下图硅二极管电路中电流I1、I2、IO和输出电压UO值0.7VUP=15VUPN0.7V,二极管导通,等效为0.7V的恒压源

二极管的应用由于二极管的单向导电性,使它可用于1.电源电路

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