二極管2

1、半導(dǎo)體二極管及其基本電路2007年08月17日星期五10:22第一節(jié)學(xué)習(xí)要求（1）了解半導(dǎo)體器件中擴(kuò)散與漂移的概念、PN結(jié)形成的原理。（2）掌握半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娞匦院头蔡匦?。?）掌握二極管基本電路及其分析方法。（4）熟悉硅穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓原理和主要參數(shù)。第二節(jié)半導(dǎo)體的基本知識多數(shù)現(xiàn)代電子器件是由性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的半導(dǎo)體材料制成的。為了從電路的觀點(diǎn)理解這些器件的性能，首先必須從物理的角度了解它們是如何工作的。一、半導(dǎo)體材料從

2、導(dǎo)電性能上看，物質(zhì)材料可分為三大類：導(dǎo)體：電阻率ρ109Ωcm半導(dǎo)體：電阻率ρ介于前兩者之間。目前制造半導(dǎo)體器件的材料用得最多的有：硅和鍺兩種二、本征半導(dǎo)體及本征激發(fā)1、本征半導(dǎo)體沒有雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體單晶，叫做本征半導(dǎo)體。2、本征激發(fā)當(dāng)溫度升高時(shí)，電子吸收能量擺脫共價(jià)鍵而形成一對電子和空穴的過程，稱為本征激發(fā)。三、雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著的變化。因摻入雜質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為空穴（P）型

3、半導(dǎo)體和電子（N）型半導(dǎo)體兩大類。1、P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入少量的三價(jià)元素雜質(zhì)就形成P型半導(dǎo)體，P型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是電子。2、N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入少量的五價(jià)元素雜質(zhì)就形成N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子是電子，少數(shù)載流子是空穴。返回第三節(jié)PN結(jié)的形成及特性一、PN結(jié)及其形成過程在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，正負(fù)電荷數(shù)是相等的，它們的作用相互抵消，因此保持電中性。1、載流子的濃度差產(chǎn)生的多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)在P型半導(dǎo)體和

4、N型半導(dǎo)體結(jié)合后，在它們的交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差，N型區(qū)內(nèi)的電子很多而空穴很少，P型區(qū)內(nèi)的空穴很多而電子很少，這樣電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散，因此，有些電子要從N型區(qū)向P型區(qū)擴(kuò)散，也有一些空穴要從P型區(qū)向N型區(qū)擴(kuò)散。2、電子和空穴的復(fù)合形成了空間電荷區(qū)電子和空穴帶有相反的電荷，它們在擴(kuò)散過程中要產(chǎn)生復(fù)合（中和），結(jié)果使P區(qū)和N區(qū)中原來的電中性被破壞。P區(qū)失去空穴留下帶負(fù)電的離子，N區(qū)失去電子留下帶正電的離子

5、，這些離子因物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，它們不能移動(dòng)，因此稱為空間電荷，它們集中在P區(qū)和N區(qū)的交界面附近，形成了一個(gè)很薄的空間電荷區(qū)，這就是所謂的PN結(jié)。3、空間電荷區(qū)產(chǎn)生的內(nèi)電場E又阻止多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)實(shí)際的二極管的VI特性如圖2.9所示。由圖可以看出，二極管的VI特性和PN結(jié)的VI特性(圖2.6)基本上是相同的。下面對二極管VI特性分三部分加以說明:1、正向特性：二極管外加正向偏置電壓時(shí)的VI特性對應(yīng)于圖2.9（b）的第①段為正向特性，此時(shí)加于二

6、極管的正向電壓只有零點(diǎn)幾伏，但相對來說流過管子的電流卻很大，因此管子呈現(xiàn)的正向電阻很小。但是，在正向特性的起始部分，由于正向電壓較小，外電場還不足以克服PN結(jié)的內(nèi)電場，因而這時(shí)的正向電流幾乎為零，二極管呈現(xiàn)出一個(gè)大電阻，好像有一個(gè)門坎。硅管的門坎電壓Vth(又稱死區(qū)電壓)約為05V，鍺管的Vth約為0lV，當(dāng)正向電壓大于Vth時(shí)，內(nèi)電場大為削弱，電流因而迅速增長。2、反向特性：二極管外加反向偏置電壓時(shí)的VI特性P型半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子（

7、電子）和N型半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子（空穴），在反向電壓作用下很容易通過PN結(jié)，形成反向飽和電流。但由于少數(shù)載流子的數(shù)目很少，所以反向電流是很小的，如圖2.9（b）的第②段所示，一般硅管的反向電流比鍺管小得多，其數(shù)量級為：硅管nA級，鍺管大mA級。溫度升高時(shí)，由于少數(shù)載流子增加，反向電流將隨之急劇增加。3、反向擊穿特性：二極管擊穿時(shí)的VI特性當(dāng)增加反向電壓時(shí)，因在一定溫度條件下，少數(shù)載流子數(shù)目有限，故起始一段反向電流沒有多大變化，當(dāng)反向電壓

8、增加到一定大小時(shí)，反向電流劇增，這叫做二極管的反向擊穿，對應(yīng)于圖2.9的第③段，其原因與PN結(jié)擊穿相同。三、二極管的主要參數(shù)1、最大整流電流IF：是指管子長期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。因?yàn)殡娏魍ㄟ^PN結(jié)要引起管子發(fā)熱，電流太大，發(fā)熱量超過限度，就會(huì)使PN結(jié)燒壞。例如2APl最大整流電流為16mA。2、反向擊穿電壓VBR：指管子反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)，反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至因過熱而燒壞。一般手冊上給出的

9、最高反向工作電壓約為擊穿電壓的一半，以確保管子安全運(yùn)行。例如2APl最高反向工作電壓規(guī)定為2OV，而反向擊穿電壓實(shí)際上大于40V。3、反向電流IR：指管子末擊穿時(shí)的反向電流，其值愈小，則管子的單向?qū)щ娦杂?。由于溫度增加，反向電流?huì)急劇增加，所以在使用二極管時(shí)要注意溫度的影響。4、極間電容CJ：二極管的極間電容包括勢壘電容和擴(kuò)散電容，在高頻運(yùn)用時(shí)必須考慮結(jié)電容的影響。二極管不同的工作狀態(tài)，其極間電容產(chǎn)生的影響效果也不同。二極管的參數(shù)是正

10、確使用二極管的依據(jù)，一般半導(dǎo)體器件手冊中都給出不同型號管子參數(shù)。使用時(shí)，應(yīng)特別注意不要超過最大整流電流和最高反向工作電壓，否則將容易損壞管子。返回第五節(jié)二極管基本電路及其分析方法在電子技術(shù)中，二極管電路得到廣泛的應(yīng)用。本節(jié)只介紹幾種基本的電路，如限幅電路、開關(guān)電路、低電壓穩(wěn)壓電路等。二極管是一種非線性器件，因而二極管電路一般要采用非線性電路的分析方法。這里主要介紹比較簡單理想模型和恒壓模型分析法。一、二極管正向特性的數(shù)學(xué)模型1、理想模型