第2章半导体二极管用3学时ppt课件名师编辑PPT课件.ppt

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1、返回返回第二章第二章 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路 2.1 2.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 2.2 PN2.2 PN结的形成及特性结的形成及特性2.4 2.4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法 2.5 2.5 特殊二极管特殊二极管 2.3 2.3 二极管二极管对你的期望：3、掌握二极管外特性、基本电路及分析方法、应用；4、正确理解二极管工作原理、主要参数、使用方法；1、了解PN结的形成；2、掌握以下基本概念：空穴、多子、少子、扩散运动、漂移运动、PN结正偏、PN结反偏；5、掌握稳压管工作原理及使用；第二章第二章 半导体二极管及其基本电路半导

2、体二极管及其基本电路 2.12.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 2.2 PN2.2 PN结的形成及特性结的形成及特性2.4 2.4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法 2.5 2.5 特殊二极管特殊二极管 2.3 2.3 二极管二极管2.1 半导体的基本知识半导体的基本知识2.1.12.1.1 半导体半导体2.1.22.1.2 本征本征半导体半导体2.1.32.1.3 掺杂掺杂半导体半导体2.1.42.1.4 杂质杂质半导体示意图半导体示意图物质的导电性能决定于原子结构，最外层电子数目越少，导电性能越强 导导 体：一般是低价元素，如铜、铁、铝体：一般是低价元素，如铜

3、、铁、铝 绝缘体绝缘体:一般为高价元素（如惰性气体）一般为高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如塑料或橡胶）或高分子物质（如塑料或橡胶）半导体：它的导电性能是介于导体和绝缘体之间半导体：它的导电性能是介于导体和绝缘体之间 的的 常用半导体材料：硅常用半导体材料：硅(Si)和锗和锗(Ge)，它们均为四价元素，它们均为四价元素 共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子 Si Si Si Si价电子价电子这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴自由电子自由电子 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电

4、子变为电子变为正离子正离子 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴+第二章第二章 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路 2.1 2.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 2.2 PN2.2 PN结的形成及特性结的形成及特性2.4 2.4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法 2.5 2.5 特殊二极管特殊二极管 2.3 2.3 二极管二极管2.2 PN PN结的形成及特性结的形成及特性2.2.1 PN 2.2.1 PN 结的形成结的形成 2.2.2 PN 2.2.2 PN 结的单向导电性结的单向导电性 2.2.3 PN 2.2.3 PN 结的反向击穿结的反

5、向击穿 2.2.4 PN 2.2.4 PN 结的结电容效应结的结电容效应(自学了解自学了解)2.2.1 PN 结的形成结的形成+形成空间电荷区形成空间电荷区内电场E扩散运动漂移运动扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。荷区越宽。漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E内电场越强，就使漂内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。2.2.1 PN 结的形成结的形成 漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E所以扩散和漂所以扩散和漂移这一对相反

6、移这一对相反的运动最终达的运动最终达到平衡，相当到平衡，相当于两个区之间于两个区之间没有电荷运动，没有电荷运动，空间电荷区的空间电荷区的厚度固定不变。厚度固定不变。2.2.1 PN 结的形成结的形成 因浓度差因浓度差空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别分别形成形成N型半导体

7、和型半导体和P型半导体。型半导体。PNPN结的形成结的形成 2.2.2 PN结单向导电性结单向导电性PNPN P接正、接正、N接负接负 IFPN+外电场外电场 少子在电场少子在电场的作用之下，的作用之下，通过通过PN结进结进入对方，但少入对方，但少子数量很少，子数量很少，形成的反向电形成的反向电流很小。流很小。IR+外电场外电场PNPN结具有结具有单向导电性。单向导电性。PNPN结加正向电压时，结加正向电压时，正向导通正向导通：电阻值很小，具有较大的正向导通电流，电阻值很小，具有较大的正向导通电流，开关闭合开关闭合 PN结加反向电压时，结加反向电压时，反向截止反向截止：呈现高电阻，具有较小反向

8、饱和电流，呈现高电阻，具有较小反向饱和电流，开关断开开关断开TS(1)eDvnVDiI流过流过PN结结电流电流A反向饱反向饱和电流和电流A加在加在PN结结两端电压两端电压VVT=KT/q=26mV T=300K VD 0正正向导通向导通4、PN结结V-I特性表示式：特性表示式：（二极管特性方程）（二极管特性方程）发射系数发射系数(1 2)2.2.3 PN的反向击穿的反向击穿iDOVBR D 当当PN结的反向电压结的反向电压增加到一定数值时，增加到一定数值时，反反向电流突然快速增加向电流突然快速增加，此现象称为此现象称为PN结的结的反向反向击穿。击穿。反向击穿段反向击穿段2.2.4 PN结电容效

9、应结电容效应（自学了解）（自学了解）第二章第二章 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路 2.1 2.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 2.2 PN2.2 PN结的形成及特性结的形成及特性2.4 2.4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法 2.5 2.5 特殊二极管特殊二极管 2.3 2.3 二极管二极管PNDmAVEIR反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UI阳阳阴阴+阳阳阴阴+二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值。二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值。最大反向工作电压最大反向工作电压V VRMRM实际工作时，为安全：实际工作时，为安

10、全：V VRMRM V VBRBR/2/2 ，在室温及规定的反向电压下的反向电流值。在室温及规定的反向电压下的反向电流值。硅管：硅管：(nA)级；级；锗管：锗管：(A)级。级。第二章第二章 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路 2.1 2.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 2.2 PN2.2 PN结的形成及特性结的形成及特性2.4 2.4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法 2.5 2.5 特殊二极管特殊二极管 2.3 2.3 二极管二极管2.4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法2.4.1 半导体二极管等效模型：半导体二极管等效模型

11、：1 理想模型：理想模型：理想二极管理想二极管(vD 0)二极管导通二极管导通V F=0 r=0 开关闭合开关闭合(vD 0)二极管截止二极管截止iD=0 r=开关断开开关断开2 恒压降模型：恒压降模型：(vD VF)二极管导通二极管导通vD=VF r=0 开关闭合开关闭合(vD Vb，二极，二极管管 1、3 导通，导通，2、4 截止截止。u 负半周，负半周，VaVb，二极，二极管管 2、4 导通，导通，1、3 截止截止。ut U2U2 第二章第二章 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路 2.1 2.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 2.2 PN2.2 PN结的形成及特性结的形

12、成及特性2.4 2.4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法 2.5 2.5 特殊二极管特殊二极管 2.3 2.3 二极管二极管2.5 2.5 特殊二极管特殊二极管 稳压二极管稳压二极管变容二极管变容二极管光电子器件光电子器件光电二极管光电二极管发光二极管发光二极管激光二极管激光二极管利用二极管电容效应。利用二极管电容效应。多用于高频技术多用于高频技术光电二极管光电二极管特点：特点：抗干扰能力强，传输信息量大、传输抗干扰能力强，传输信息量大、传输损耗小且工作可靠。损耗小且工作可靠。在信号传输和存储等环节中多用。在信号传输和存储等环节中多用。导通电流为导通电流为2mA-10m

13、A（20mA）导通电压为导通电压为1V-2V发光二极管发光二极管常见有常见有红红、绿绿、黄黄三种颜色。三种颜色。主要用于显示主要用于显示 主要应用于小功率光电设备中。主要应用于小功率光电设备中。如：光盘驱动器和激光打印机的打印头等。如：光盘驱动器和激光打印机的打印头等。激光二极管激光二极管UZIZIZM UZ IZ+UIZZ ZIUr稳压管工作必要条件：稳压管工作必要条件：工作在反向击穿状态工作在反向击穿状态 串入电阻串入电阻R R I IZminZmin I IZ Z I IZmaxZmax I IZmaxZmax (1.5)I Iomaxomaxo V VZ ZV VI I（）o思考题思考

14、题：n、电路中，、电路中，3为理想二极管，、为理想二极管，、灯泡全同，则最亮的灯为哪个？、灯泡全同，则最亮的灯为哪个？n、为理想二极管，、为理想二极管，当，当用普通指针式万用表置用普通指针式万用表置档，用黑表笔档，用黑表笔接，红表笔接，则万用表指示值为多少接，红表笔接，则万用表指示值为多少？3.两个稳压管稳压值分别为两个稳压管稳压值分别为6V、7V且它们的且它们的正向导通压降为正向导通压降为0.6V。则两管。则两管串联串联时可能有几种时可能有几种输出电压。两管输出电压。两管并联并联时又可能有几种输出电压。时又可能有几种输出电压。思考题思考题:4.4.稳压管的稳压值稳压管的稳压值U UZ Z6V6V，稳定电流的最小值，稳定电流的最小值I IZminZmin5mA5mA。求电路中。求电路中U UO1O1和和U UO2O2?5.5.电路如图（电路如图（a）、（）、（b）所示，稳压管的稳定电压）所示，稳压管的稳定电压UZ3V，R的取值合适，的取值合适，uI的波形如图（的波形如图（c）所示。试分）所示。试分别画出别画出uO1和和uO2的波形。的波形。