医学影像学课件-PN结.pptVIP

*******************PN结的概念PN结是半导体器件的基本结构，由P型半导体和N型半导体结合而成。PN结具有重要的应用，例如二极管、晶体管等电子元件。PN结的基本构造PN结是由一块P型半导体材料和一块N型半导体材料紧密接触而形成的。P型半导体材料中含有大量的空穴，N型半导体材料中含有大量的自由电子。当两种半导体材料接触时，空穴从P区向N区扩散，自由电子从N区向P区扩散。在扩散过程中，空穴和电子会发生复合，并在PN结处形成一个空间电荷区。空间电荷区内没有自由电子和空穴，只有固定不变的带电离子，形成一个内建电场。内建电场阻碍了电子和空穴的进一步扩散，最终达到平衡状态。PN结的电学特性导电性PN结在未加偏置电压时，由于空穴和电子在扩散过程中会形成一个内建电场，阻止电流流动。电流特性当PN结加正向偏置电压时，电流急剧增加，而加反向偏置电压时，电流很小，仅有微弱的漏电流。电压特性PN结的电压-电流特性呈现非线性关系，正向偏置时电压升高，电流指数级增长，反向偏置时电压升高，电流几乎不变。电容特性PN结具有电容特性，其大小受偏置电压影响，正向偏置时电容减小，反向偏置时电容增加。PN结二极管的工作原理1正向偏置当PN结两端施加正向电压时，电子从N区流向P区，空穴从P区流向N区，形成电流。2反向偏置当PN结两端施加反向电压时，电子被吸引到N区，空穴被吸引到P区，PN结处于截止状态，电流很小。3电流方向正向偏置时，电流方向是从P区流向N区；反向偏置时，电流方向是从N区流向P区，但电流很小。PN结的电压-电流特性PN结的电压-电流特性曲线描述了PN结在不同电压下的电流变化情况。当PN结处于正向偏置时，电流随电压的增加而急剧上升，呈现指数增长趋势；当PN结处于反向偏置时，电流保持非常小的反向饱和电流，直到达到反向击穿电压。PN结二极管的型式和分类11.按材料分类硅二极管，锗二极管，砷化镓二极管等。22.按用途分类普通二极管，整流二极管，稳压二极管，开关二极管，快速二极管等。33.按封装类型分类玻璃封装，金属封装，塑料封装等。44.按结构分类平面型，点接触型，肖特基型等。正向偏置下的PN结正向偏置正向偏置是指将PN结的P型区连接电源正极，N型区连接电源负极。电流方向正向偏置时，PN结的势垒降低，多数载流子更容易跨越势垒，形成电流。电流特性正向偏置的PN结，电流随电压呈指数增长，形成正向电流。反向偏置下的PN结当PN结两端加上反向电压时，P区接负极，N区接正极，这时PN结中的空穴和电子都被吸引到远离PN结的方向，使得PN结的空穴和电子减少，形成耗尽层。耗尽层宽度加宽，PN结的电阻增大，电流减小。反向饱和电流反向偏置少子电流几乎为零微弱电流反向饱和电流温度升高理论值PN结无限大雪崩击穿和隧道击穿雪崩击穿当反向电压超过一定值时，PN结中的电子和空穴获得足够高的能量，会发生碰撞，产生新的电子空穴对，形成雪崩效应。隧道击穿在高反向电压下，PN结中的电子可以穿过禁带，发生隧道效应，导致电流急剧增大。PN结二极管的等效电路PN结二极管的等效电路模型可以帮助我们理解二极管的电气特性。模型包含一个理想二极管、一个电阻和一个电容，分别代表二极管的非线性特性、内阻和结电容。二极管的静态特性二极管的静态特性是指在一定温度下，二极管的电压和电流之间的关系。这个关系可以用一条曲线来表示，称为二极管的静态特性曲线。二极管的动态特性动态特性是指二极管在非稳态条件下的电气特性。动态特性描述开关特性描述二极管在开关状态下的响应速度和时间延迟电容特性描述二极管的结电容和扩散电容，影响高速信号传输频率特性描述二极管在不同频率下的电流和电压响应PN结二极管的等效电路模型PN结二极管的等效电路模型用于简化分析其特性，并有助于理解其工作原理。模型可以帮助工程师设计和优化电路，并预测PN结二极管在不同条件下的行为。最常用的等效电路模型包括理想二极管模型、小信号模型和动态模型等。二极管的电容特性结电容PN结在反向偏置时，由于空间电荷区变宽，形成类似电容器的结构，称为结电容。扩散电容正向偏置时，载流子注入会导致空间电荷区变窄，形成扩散电容，其大小与电流有关。影响因素二极管的电容特性受偏置电压、温度、掺杂浓度等因素的影响。二极管的开关特性导通状态当二极管正向偏置时，它像一个闭合的开关，电流可以轻松地通过它。截止状态当二极管反向偏置时，它像一个断开的开关，电流无法通过它。PN结二极管在电路中的应用1整流将交流电转换为直流电。2开关控制电路中