最新模電全套課件2教學講義PPT.ppt

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1、模電全套課件2內容各種電子線路最重要的組成部分是半導體器件。本章討論半導體的特性和PN結的單向導電性，然后介紹半導體二極管的物理結構、工作原理、特性曲線、主要參數(shù)以及二極管基本電路及其分析方法與應用。要求熟練掌握二極管及穩(wěn)壓管的特性、參數(shù)，二極管基本電路及分析方法；正確理解PN結單向導電性能，PN結方程，PN結電容，載流子的濃度、擴散、漂移、PN結的形成；了解選管原則，二極管在模擬電路中的主要應用。3.1半導體的基本知識3.1.1半導體材料3.1.2半導體的共價鍵結構3.1.3本征半導體3.1.4

2、雜質半導體若T?，將有少數(shù)價電子克服共價鍵的束縛成為自由電子，在原來的共價鍵中留下一個空位——空穴。T?自由電子和空穴使本征半導體具有導電能力，但很微弱。本征半導體中，自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)，稱為電子-空穴對。由于物質的運動，自由電子和空穴不斷的產生又不斷的復合。在一定的溫度下，產生與復合運動會達到平衡，載流子的濃度就一定了。載流子的濃度與溫度密切相關，它隨著溫度的升高，基本按指數(shù)規(guī)律增加?？昭ㄗ杂呻娮?4+4+4+4+4+4+4+4+43.1.4雜質半導體雜質半導體是在本征半導體中摻入微量的

3、雜質所形成的半導體。雜質半導體有N型和P型兩大類。在硅或鍺的晶體中摻入少量的3價雜質元素，如硼、鎵、銦等，即構成P型半導體。3價雜質原子稱為受主原子。P型半導體空穴受主原子+3N型半導體在硅或鍺的晶體中摻入少量的5價雜質元素，如磷、銻、砷等，即構成N型半導體。施主原子5價雜質原子稱為施主原子。雜質半導體中的載流子濃度在P（N）型半導體中，空穴（自由電子）濃度多于自由電子（空穴）濃度，即p>>n（n>>p）?？昭ǎㄗ杂呻娮樱槎鄶?shù)載流子，自由電子（空穴）為少數(shù)載流子。雜質半導體中多數(shù)載流子的濃度遠大

4、于少數(shù)載流子的濃度，雜質半導體中的電流基本上是多數(shù)載流子的電流；雜質半導體的導電能力遠大于本征半導體的導電能力，半導體中摻入微量的雜質可以大大提高其導電能力。3.2PN結的形成及特性3.2.1載流子的漂移與擴散3.2.2PN結的形成3.2.3PN結的單向導電性3.2.4PN結的反向擊穿3.2.5PN結的電容效應3.2.1載流子的漂移與擴散漂移——載流子在內電場作用下的運動。擴散——由濃度差而產生的運動。在一塊半導體單晶上一側摻雜成為P型半導體，另一側摻雜成為N型半導體，兩個區(qū)域的交界處就形成了一個

5、特殊的薄層，稱為PN結。3.2.2PN結的形成PNPN結耗盡層空間電荷區(qū)PN擴散運動——耗盡層。PN電子和空穴濃度差形成多數(shù)載流子的擴散運動。2.擴散運動形成空間電荷區(qū)3.空間電荷區(qū)產生內電場PN內電場空間電荷區(qū)vD空間電荷區(qū)正負離子之間電位差vD——內電場；內電場阻止多子的擴散——阻擋層。4.漂移運動內電場有利于少子運動——漂移。少子的運動與多子運動方向相反阻擋層5.擴散與漂移的動態(tài)平衡擴散運動使空間電荷區(qū)增大，擴散電流逐漸減??；隨著內電場的增強，漂移運動逐漸增加；當擴散電流與漂移電流相等時，P

6、N結總的電流等于零，空間電荷區(qū)的寬度達到穩(wěn)定。即擴散運動與漂移運動達到動態(tài)平衡。電壓vD，硅材料約為（0.6～0.8）V,鍺材料約為（0.2～0.3）V?？臻g電荷區(qū)的寬度約為幾微米～幾十微米；3.2.3PN結的單向導電性當PN結正向偏置時，回路中將產生一個較大的正向電流，PN結處于導通狀態(tài)；當PN結反向偏置時，回路中反向電流非常小，幾乎等于零，PN結處于截止狀態(tài)。PN結具有單向導電性。空間電荷區(qū)外電場方向VRI1.PN外加正向電壓外電場與內電場方向相反?耗盡區(qū)變窄，內電場削弱?有利于擴散，擴散電流

7、遠大于漂移電流?正向電流很大。內電場方向PN當PN結正向偏置時，回路中將產生一個較大的正向電流，PN結處于導通狀態(tài)?？臻g電荷區(qū)PN外電場方向內電場方向VRIS2.PN外加反向電壓外電場與內電場方向相同?耗盡區(qū)變寬，內電場增強?阻止擴散運動，擴散電流和漂移電流均很小?反向電流很小。當PN結反向偏置時，回路中反向電流非常小，幾乎等于零，PN結處于截止狀態(tài)。當PN結兩端加正向偏置時，電壓vD為正值，當vD比nVT大幾倍時，二極管的電流iD與電壓vD成指數(shù)關系。3.PN結伏安特性的表達式當PN結兩端加反向

8、偏置時，電壓vD為負值，當

9、vD

10、比nVT大幾倍時，二極管的電流iD是個常數(shù)。IS：反向飽和電流；n：發(fā)射系數(shù)，其值在1?2之間；VT：溫度的電壓當量，在常溫(300K)下，VT?26mV。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50I/mAU/V正向特性死區(qū)電壓擊穿電壓U(BR)4.PN結的伏安特性在二極管的兩端加上電壓，測量流過管子的電流，I=f(U)之間的關系曲線。反向特性擊穿特性死區(qū)電壓60402000.40.8I/mAU/Va.正向特性當正向電壓比較小時