掌二极管全面解析ppt课件

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1、线性电子电路半导体：指点电才干介于导体与绝缘体之间半导体：指点电才干介于导体与绝缘体之间的物质。的物质。硅硅 、锗、锗 原子构造及简化模型：原子构造及简化模型：+14 2 8 4+32 2 8418+4价电子价电子大多数半导体器件所用的主要资料是硅大多数半导体器件所用的主要资料是硅(Si)、锗、锗(Ge)本征激发本征激发 纯真的、不含杂质的半导体称为本征半导体比如硅纯真的、不含杂质的半导体称为本征半导体比如硅和锗的单晶体。它们是制造半导体器件的根本资料。和锗的单晶体。它们是制造半导体器件的根本资料。+4+4+4+4+4+4+4+4硅和锗共价键构造表示图：硅和锗共价键构造表示图：共价键共价键 共

2、价键具有共价键具有很强的结合力。很强的结合力。当当T=0KT=0K无外界无外界影响时，共价影响时，共价键中无自在挪动键中无自在挪动的电子。的电子。本征激发本征激发q当当T T升高或光线照射时升高或光线照射时产生自在电子空穴对。产生自在电子空穴对。这种景象称这种景象称留意：空穴的出现是半导体区别于导体的重要特征。留意：空穴的出现是半导体区别于导体的重要特征。本征激发。本征激发。当原子中的价电子在光照或温度升高时获得能量挣脱共价键的束缚而成当原子中的价电子在光照或温度升高时获得能量挣脱共价键的束缚而成为自在电子，原子中留下空位即空穴，即产生自在电子空穴对同为自在电子，原子中留下空位即空穴，即产生自

3、在电子空穴对同时原子因失去价电子而带正电。时原子因失去价电子而带正电。当临近原子中的价电子释放能量不断填补这些空位时自在电子与空穴当临近原子中的价电子释放能量不断填补这些空位时自在电子与空穴的复合构成一种运动，该运动可等效地看作是空穴的运动。空穴运动方向的复合构成一种运动，该运动可等效地看作是空穴的运动。空穴运动方向与价电子填补方向相反。即自在电子和空穴都能在晶格中自在挪动。因此统与价电子填补方向相反。即自在电子和空穴都能在晶格中自在挪动。因此统称它们为半导体的载流子。称它们为半导体的载流子。自在电子自在电子 带负电带负电半导体中有两种导电的载流子半导体中有两种导电的载流子空穴空穴 带正电带正

4、电本征半导体中本征半导体中本征激发本征激发产生自在电子空穴对。产生自在电子空穴对。电子和空穴相遇释放能量电子和空穴相遇释放能量复合。复合。温度一定时：温度一定时：激发与复合在某一热平衡值上到达动态平衡。激发与复合在某一热平衡值上到达动态平衡。T T导电才干导电才干载载流流子子或光照或光照热敏特性热敏特性光敏特性光敏特性 半导体除了上面提到的光敏性和热敏性外，还有一种重要的特性就是掺杂性，即在本征半导体中参与微量杂质元素后，半导体的导电性能会大大加强。加杂质后的半导体称为杂质半导体。根据参与杂质元素的不同可分为N型半导体和P型半导体。实践上制造晶体管的资料都是杂质半导体。vN型半导体：型半导体：

5、本征半导体中掺入少量五价元素构成。本征半导体中掺入少量五价元素构成。+4+4+5+4+4简化模型：简化模型：N型半型半导体导体多子多子自在电子自在电子少子少子空穴空穴自在自在电子电子 常温情况下，杂质元素常温情况下，杂质元素全部电离为自在电子和正全部电离为自在电子和正离子，正离子在晶格中不离子，正离子在晶格中不能挪动，不参与导电。能挪动，不参与导电。杂质电离多数和本征激发产生杂质电离多数和本征激发产生本征激发产生本征激发产生 常温情况下，杂质元素全部电常温情况下，杂质元素全部电离为空穴和负离子，负离子在晶离为空穴和负离子，负离子在晶格中不能挪动，不参与导电。格中不能挪动，不参与导电。+4+4+

6、3+4+4v P P型半导体：型半导体：简化模型：简化模型：P P型半导体型半导体少子少子自在电子自在电子多子多子空穴空穴本征半导体中掺入少量三价元素构成。本征半导体中掺入少量三价元素构成。杂质半导体呈电中性杂质半导体呈电中性少子浓度取决于温度。少子浓度取决于温度。多子浓度取决于掺杂浓度。多子浓度取决于掺杂浓度。空穴空穴本征激发产生本征激发产生 利用掺杂利用掺杂工艺，把工艺，把P P型半型半导体和导体和N N型半导型半导体在原子级上严体在原子级上严密结合，密结合，P P区与区与N N区的交界面就构区的交界面就构成了成了PNPN结。结。PN结构成的物理过程结构成的物理过程:因多子浓度差因多子浓度

7、差产生空间电荷区产生空间电荷区引起多子分散引起多子分散出现内建电场出现内建电场阻止多子分散阻止多子分散利于少子漂移利于少子漂移最终达动态平衡最终达动态平衡P型型掺杂掺杂N型型E内内室温时室温时锗管锗管 VB VB 0.2 0.3V 0.2 0.3V硅管硅管 VB VB 0.6 0.8V 0.6 0.8V 思索：思索：假设将假设将PNPN结用导线衔接起来，导线上会有电流产生吗？结用导线衔接起来，导线上会有电流产生吗？PN PN结的特性只需在外加电压情况下才干表现出来，且只需在结的特性只需在外加电压情况下才干表现出来，且只需在外加电压作用下才干被我们所利用，其根本特性为单导游电性外加电压作用下才干

8、被我们所利用，其根本特性为单导游电性即正导游通，反向截止；除了单导游电性外还有反向击穿即正导游通，反向截止；除了单导游电性外还有反向击穿特性、温度特性、电容特性。特性、温度特性、电容特性。正偏：是正向偏置的简称，正向偏置正偏：是正向偏置的简称，正向偏置是指给是指给PNPN结的结的P P端接电源的端接电源的“+“+极，极，N N端接端接电源的电源的“-“-极的一种接法。而极的一种接法。而PNPN结的正偏结的正偏特性就是给特性就是给PNPN结加正偏电压时所表现出的结加正偏电压时所表现出的特性。特性。反偏：是反向偏置的简称，反向偏置反偏：是反向偏置的简称，反向偏置是指给是指给PNPN结的结的P P端

9、接电源的端接电源的“-“-极，极，N N端接端接电源的电源的“+“+极的一种接法。而极的一种接法。而PNPN结的反偏结的反偏特性就是给特性就是给PNPN结加反偏电压时所表现出的特结加反偏电压时所表现出的特性。性。E外外IPN结结正正偏偏阻挠层阻挠层变薄变薄内建电内建电场减弱场减弱多子分散多子分散少子漂移少子漂移多子分散多子分散构成较大构成较大的正向电的正向电流流IPNPN结导通结导通电压电压V V 电流电流I I E外外PN结结反反偏偏阻挠层阻挠层变宽变宽内建电内建电场加强场加强少子漂移少子漂移多子分散多子分散少子漂移构少子漂移构成微小的反成微小的反向电流向电流ISPNPN结截止结截止ISIS

10、与与V V 近似无关。近似无关。温度温度T T 电流电流ISISIS结论：PN结具有一方导游电特性。即正导游通，反向截止。即正导游通，反向截止。PN PN结结伏安特性方程式伏安特性方程式)1(TSVVeIIqkTV T热电压热电压 26mV 26mV室温室温其中：其中：IS IS为反向饱和电流，其值与外加电压近似为反向饱和电流，其值与外加电压近似无关，但受温度影响很大。无关，但受温度影响很大。正偏时：正偏时：TSVVeII 反偏时：反偏时：SII PN结伏安特性曲线ID(mA)V(V)VD(on)-IS-ISSiGeVD(on)=0.7VIS=(10-910-16)A硅硅PNPN结结VD(on

11、)=0.25V锗锗PNPN结结IS=(10-610-8)AV VD(on)时时 随着随着V V 正向正向R R很小很小 I PN结导通；结导通；V VD(on)时时 IR很小很小(IR-IS)反向反向R R很大很大 PN结截止。结截止。温度每升高温度每升高1010，ISIS约添加一倍。约添加一倍。温度每升高温度每升高11，VD(on)VD(on)约减小约减小2.5mV2.5mV。|V|V反反|=V(BR)=V(BR)时，时，IR IR急急剧剧 PN PN结反向击穿。结反向击穿。V(BR)ID(mA)V(V)UZID(mA)U(V)IZminIZmax+-UZ 利用利用PNPN结的反向击穿特性，

12、可制成稳压二极管。结的反向击穿特性，可制成稳压二极管。要求：要求：Izmin Iz Izmin Iz Cb Cd Cb，那么，那么 Cj Cd Cj Cd 即以分散电即以分散电容为主容为主 PN PN结反偏时，结反偏时，Cb Cd Cb Cd，那么，那么 Cj Cb Cj Cb 即以势垒电即以势垒电容为主容为主PN正极正极负极负极)1(TSVVeII工程上工程上VD(on)晶体二极管的内部构培育是一个晶体二极管的内部构培育是一个PNPN结。因此结。因此它们的伏安特性类似，它有不同的表示方法，它们的伏安特性类似，它有不同的表示方法，或者表示为不同方式的模型：或者表示为不同方式的模型：适于任一任务

13、形状的通用曲线模型适于任一任务形状的通用曲线模型 便于计算机辅助分析的数学模型便于计算机辅助分析的数学模型直流简化电路模型直流简化电路模型交流小信号电路模型交流小信号电路模型 电路分析时采用的电路分析时采用的数学模型数学模型伏安特性方程式伏安特性方程式)1e(TSVVII理想模型：理想模型：修正模型：修正模型：)1e(TSSnVIrVIIrS 体电阻体电阻+引线接触电阻引线接触电阻+引线电阻引线电阻其中：其中：n n 非理想化因子非理想化因子I 正常时正常时:n 1I 过小或过大时过小或过大时:n2留意：思索到阻挠层内产生的自在电子空穴对及外留意：思索到阻挠层内产生的自在电子空穴对及外表漏电流

14、的影响，实践表漏电流的影响，实践ISIS理想理想ISIS。曲线模型曲线模型伏安特性曲线伏安特性曲线V(BR)I(mA)V(V)VD(on)-IS当当V VD(on)时时 二极管导通二极管导通当当V 0V0，那么管子导通；反之截止。，那么管子导通；反之截止。实践二极管：假设实践二极管：假设VVD(on)VVD(on)，管子导通；反之截止。，管子导通；反之截止。当电路中存在多个二极管时，正偏电压最大的管子当电路中存在多个二极管时，正偏电压最大的管子 优先导通。其他管子需重新分析其任务形状。优先导通。其他管子需重新分析其任务形状。例例2 2：设二极管是理想的，求：设二极管是理想的，求VAOVAO值。

15、值。图图(a)(a)，假设，假设D D开路，那么开路，那么D D两端电压两端电压：VD=V1V2=6 12=18 0V，VD2=V2(V1)=15V 0V 由于由于VD2 VD1 VD2 VD1，那么，那么D2D2优先导通优先导通。此时此时VD1=6V 0VVD1=6V 2V时，时，D导通，那么导通，那么vO=vivi 2V时，时，D截止，那么截止，那么vO=2V由此可画出由此可画出vOvO的波形。的波形。+-D+-+-2V100Rvovit620vi(V)vO(V)t026小信号分析法小信号分析法 即将电路中的二极管用小信号电路模型替代，利用即将电路中的二极管用小信号电路模型替代，利用得到的

16、小信号等效电路分析电压或电流的变化量。得到的小信号等效电路分析电压或电流的变化量。分析步骤：分析步骤：将直流电源短路，画交流通路。将直流电源短路，画交流通路。用小信号电路模型替代二极管，得小信号等效电路。用小信号电路模型替代二极管，得小信号等效电路。利用小信号等效电路分析电压与电流的变化量。利用小信号等效电路分析电压与电流的变化量。电源设备组成框图：电源设备组成框图：tvitv1tv2tv3tvO 整流电路整流电路D+-+-RvOvi当当vi 0Vvi 0V时，时，D D导通，那么导通，那么vO=vivO=vi当当vi vi 0V0V时，时，D D截止，那么截止，那么vO=0VvO=0V由此，利用二极管的单导游由此，利用二极管的单导游电性，实现了半波整流。电性，实现了半波整流。假设输入信号为正弦波：假设输入信号为正弦波：平均值：平均值：imo1VVVOt0vit0vO V2viV1时，时，D1、D2截止截止,vo=vi t0vit0vOVi V1时，时，D1导通、导通、D2截止截止,vo=V1 Vi V2时，时，D2导通、导通、D1截止截止,vo=V2 由此由此 ，电路实现双向限幅功能。，电路实现双向限幅功能。vOvi+-D1+-+-RD2V1-V2+-其中：其中：V1为上限幅电平，为上限幅电平，V2为下限幅电平。为下限幅电平。V1-V2-V2V1v谢谢观看