电子技术---第1章-半导体二极管及应用电路.pptx
《电子技术---第1章-半导体二极管及应用电路.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电子技术---第1章-半导体二极管及应用电路.pptx(68页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路本课程的主要内容本课程的主要内容第第第第1 1 1 1章章章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路第第第第2 2 2 2章章章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 第第第第3 3 3 3章章章章 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路 第第第第4 4 4 4章章章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应放大电路的频率响应放大电路的频率响应 第第第第5 5 5 5章章章章 功率放
2、大电路功率放大电路功率放大电路功率放大电路 第第第第6 6 6 6章章章章 集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器 第第第第7 7 7 7章章章章 负反馈放大电路负反馈放大电路负反馈放大电路负反馈放大电路 第第第第8 8 8 8章章章章 信号的运算、测量及处理电路信号的运算、测量及处理电路信号的运算、测量及处理电路信号的运算、测量及处理电路 第第第第9 9 9 9章章章章 波形发生及变换电路波形发生及变换电路波形发生及变换电路波形发生及变换电路 第第第第10101010章章章章 直流电源直流电源直流电源直流电源 电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二
3、极管及应用电路第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性1.2 PN1.2 PN结的形成及特性结的形成及特性 1.3 1.3 二极管二极管1.4 1.4 特殊二极管特殊二极管 电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性1.1.1 1.1.1 本征半导体及其导电特性本征半导体及其导电特性1.1.2 N1.1.2 N型半导体型半导体1.1.3 P1.1.3 P型半导体型半导体电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电
4、路1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性1.导导体体:电电阻阻率率 109 cm 物物质质。如如橡橡胶胶、塑料等。塑料等。3.半半导导体体:导导电电性性能能介介于于导导体体和和半半导导体体之之间间的的物物质。质。如如硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物。通通常常情情况况下下纯纯净净半半导导体体的的导导电电能能力力较较差差,但但随随着着外界条件改变,其导电能力会有较大改变外界条件改变,其导电能力会有较大改变 电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路半导体具有以下特性:半导体具有以下特性:(1)热敏特性热敏特性
5、:当半导体受热时,电阻率会发生变化,:当半导体受热时,电阻率会发生变化,利用这个特性可制成热敏元件。利用这个特性可制成热敏元件。(2)光敏特性:光敏特性:当半导体受到光照时,电阻率会发生改当半导体受到光照时,电阻率会发生改变,利用这个特性制成光敏器件。变,利用这个特性制成光敏器件。(3)掺杂特性:掺杂特性:在纯净的半导体中掺入某种微量的杂质在纯净的半导体中掺入某种微量的杂质后,它的导电能力就可后,它的导电能力就可增加几十万乃至几百万倍增加几十万乃至几百万倍。利。利用这种特性就做成了各种不同用途的半导体器件。用这种特性就做成了各种不同用途的半导体器件。电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极
6、管及应用电路半导体二极管及应用电路1.1.1 1.1.1 本征半导体及其导电特性本征半导体及其导电特性 现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗,它们现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗,它们的最外层电子(价电子)都是四个。的最外层电子(价电子)都是四个。GeSi电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路电气与电子工程学院硅和锗的晶体结构硅和锗的晶体结构4 价价元元素素的的原原子子常常常常用用+4 电电荷荷的的正正离离子子和和周周围围 4个个价价电子表示。电子表示。+4简化模型简化模型电子器件所用的半导体具有晶体结构,因此把半导电子器件所用的半导体具有晶体结
7、构,因此把半导体也称为体也称为晶体晶体。第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路+4+4+4+4+4+4+4+4+4完完全全纯纯净净的的、不不含含其其他他杂杂质质且且具具有有晶晶体体结结构构的的半半导导体称为体称为本征半导体本征半导体。将将硅硅或或锗锗材材料料提提纯纯便便形形成成单单晶晶体体,它它的的原原子子结结构构为为共共价价键键结结构。构。价价电电子子共共价价键键在在绝绝对对0度度(T=0K),价价电电子子被被共共价价键键束束缚缚着着,本本征征半半导导体体中中没没有有可可以以运运动动的的带带电电粒粒子子(即即载载流流子子),它它的的导导电电能能力为力为0,相当于绝缘体,
8、相当于绝缘体。第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴 当当温温度度升升高高或或受受光光照照时时,将将有有少少数数价价电电子子克克服服共共价价键键的的束束缚缚成成为为自自由由电电子子,在在原原来来的的共共价价键键中中留留下下一一个空位个空位空穴。空穴。T 自自由由电电子子和和空空穴穴使使本本征征半半导导体体具具有有导导电电能能力力,但很微弱。但很微弱。空穴可看成带正电的载流子。空穴可看成带正电的载流子。电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路第第1 1章章 半导体二极管及应用电
9、路半导体二极管及应用电路第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路电气与电子工程学院1.半导体中两种载流子半导体中两种载流子带负电的带负电的自由电子自由电子带正电的带正电的空穴空穴 2.本本征征半半导导体体中中,自自由由电电子子和和空空穴穴总总是是成成对对出出现现,称为称为 电子电子-空穴对。空穴对。3.本征半导体中本征半导体中自由电子的浓度自由电子的浓度等于等于空穴的浓度空穴的浓度4.由由于于物物质质的的运运动动,自自由由电电子子和和空空穴穴不不断断的的产产生生又又不不断断的的复复合合。在在一一定定的的温温度度下下,产产生生与与复复合合运运动动会会达达到到平衡,载流子的浓度
10、就一定了。平衡,载流子的浓度就一定了。5.载载流流子子的的浓浓度度与与温温度度密密切切相相关关,它它随随着着温温度度的的升升高,基本按指数规律增加。高,基本按指数规律增加。第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路1.1.2 N1.1.2 N型半导体型半导体 杂质半导体有两种杂质半导体有两种N 型半导体型半导体P 型半导体型半导体在在硅硅或或锗锗的的晶晶体体中中掺掺入入少少量量的的 5 价价杂杂质质元元素素,如如磷磷、锑锑、砷砷等等,即即构构成成 N 型型半半导导体体(或或称称电电子子型型半半导导体体)。常用的常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。价杂质元素有磷、锑、砷等。在
11、本征半导体中掺入某些微量的杂质,就会使半在本征半导体中掺入某些微量的杂质,就会使半导体的导电性能发生显著变化。导体的导电性能发生显著变化。电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路电气与电子工程学院 本本征征半半导导体体掺掺入入 5 价价元元素素后后,原原来来晶晶体体中中的的某某些些硅硅原原子子将将被被杂杂质质原原子子代代替替。杂杂质质原原子子最最外外层层有有 5 个个价价电电子子,其其中中 4 个个与与硅硅构构成成共共价价键键,多多余余一一个个电电子子只只受受自身原子核吸引,在室温下即可成为自由电子。自身原子核吸引,在室温下即可成为自由电子。+4+4+4+
12、4+4+4+4+4+4+5自由电子自由电子施主原子施主原子电子称为多数载流子电子称为多数载流子空穴称为少数载流子空穴称为少数载流子5 价价杂杂质质原原子子称称为为施施主原子。主原子。第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路1.1.3 P1.1.3 P型半导体型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在在硅硅或或锗锗的的晶晶体体中中掺掺入入少少量量的的 3 价价杂杂质质元元素素,如如硼、镓、铟等,即构成硼、镓、铟等,即构成 P 型半导体型半导体。+3空空穴穴浓浓度度多多于于电电子子浓浓度度,即即 p n。空空穴穴为为多多数数载载流流子子,电电子子为为少数载流子。少数载流子。
13、3 价价杂杂质质原原子子称称为为受受主原子。主原子。受主受主原子原子空穴空穴空穴空穴电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路说明:说明:1.掺掺入入杂杂质质的的浓浓度度决决定定多多数数载载流流子子浓浓度度;温温度度决决定少数载流子的浓度。定少数载流子的浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。杂质半导体总体上保持电中性。4.杂质半导体的表示方法如下图所示。杂质半导体的表示方法如下图所示。2.杂杂质质半半导导体体载载流流子子的的数数目目要要远远远远高高于于本本征征半半导导体,因而其导电能力大大改善。体,因而其导电能力大大改善。(a)N 型半导体型半导体(b)P
14、型半导体型半导体第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路1.2 PN1.2 PN结的形成及特性结的形成及特性1.2.1 PN1.2.1 PN结的形成结的形成 在在一一块块半半导导体体单单晶晶上上一一侧侧掺掺杂杂成成为为 P 型型半半导导体体,另另一一侧侧掺掺杂杂成成为为 N 型型半半导导体体,两两个个区区域域的的交交界界处处就就形形成成了了一个特殊的薄层,一个特殊的薄层,称为称为 PN 结结。PNPN结结PN PN 结的形成结的形成电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路一、一、PN 结中载流子的运动结中载流子的运动耗尽层耗尽层空间电荷
15、区空间电荷区PN1.扩散运动扩散运动2.扩扩散散运运动动形成空间电荷区形成空间电荷区电电子子和和空空穴穴浓浓度度差差形形成成多多数数载载流流子子的的扩扩散散运运动。动。PN 结结,耗耗尽层。尽层。PN第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路3.空间电荷区产生内电场空间电荷区产生内电场PN空间电荷区空间电荷区内电场内电场UD空间电荷区正负离子之间电位差空间电荷区正负离子之间电位差 UD 电位壁垒电位壁垒;内电场内电场;内电场阻止多子的扩散;内电场阻止多子的扩散 阻挡层阻挡层。4.漂移运动漂移运动内内电电场场有有利利于于少少子子运运动动漂漂移。移。少少子子的的运运动动与与多多子
16、子运运动动方方向向相反相反 阻挡层阻挡层第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路5.扩散与漂移的动态平衡扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大,扩散电流逐渐减小;扩散运动使空间电荷区增大,扩散电流逐渐减小;随着内电场的增强,漂移运动逐渐增加;随着内电场的增强,漂移运动逐渐增加;当扩散电流与漂移电流相等时,当扩散电流与漂移电流相等时,PN 结总的电流结总的电流空间电荷区的宽度约为几微米空间电荷区的宽度约为几微米 几十微米;几十微米;等于零,空间电荷区的宽度达到稳定。即等于零,空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与扩散运动与漂移运动达到动态平衡。漂移运动达到动态平衡。电压
17、壁垒电压壁垒 UD,硅材料约为,硅材料约为(0.6 0.8)V,锗材料约为锗材料约为(0.2 0.3)V。电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路 总结总结:在一块本征半导体在两侧通过扩散不在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质同的杂质,分别形成分别形成N型半导体和型半导体和P型半导体。型半导体。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
18、电荷区杂质离子形成空间电荷区 第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路1.2.2 PN1.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 1.PN 1.PN 外加正向电压外加正向电压外加正向电压外加正向电压又称正向偏置,简称正偏。又称正向偏置,简称正偏。外电场方向外电场方向内电场方向内电场方向空间电荷区空间电荷区VRI空间电荷区变窄,有利空间电荷区变窄,有利于扩散运动,电路中有于扩散运动,电路中有较大的正向电流。较大的正向电流。PN电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路形成正向形成正向电流电流多子向多子向PN结移动结移动空间电荷变窄空间电荷
19、变窄内电场减弱内电场减弱扩散运动大于扩散运动大于漂移运动漂移运动PN结在外加正向电压时的情况结在外加正向电压时的情况外加电场与内电场方向相反,外加电场与内电场方向相反,削减内电场的作用削减内电场的作用电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路在在 PN 结加上一个很小的正向电压,即可得到较大的结加上一个很小的正向电压,即可得到较大的正向电流,为防止电流过大,可接入电阻正向电流,为防止电流过大,可接入电阻 R。2.PN 2.PN 结外加反向电压结外加反向电压结外加反向电压结外加反向电压(反偏反偏反偏反偏)反反向向接接法法时时,外外电电场场与与内内电电场场的的方
20、方向向一一致致,增增强强了了内内电场的作用;电场的作用;外电场使空间电荷区变宽;外电场使空间电荷区变宽;不不利利于于扩扩散散运运动动,有有利利于于漂漂移移运运动动,漂漂移移电电流流大大于于扩扩散电流,电路中产生反向电流散电流,电路中产生反向电流 I;由于少数载流子浓度很低,反向电流数值非常小。由于少数载流子浓度很低,反向电流数值非常小。第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路空间电荷区空间电荷区反相偏置的反相偏置的PNPN结结反反向向电电流流又又称称反反向向饱饱和和电电流流。对对温温度度十十分分敏敏感感,随随着温度升高,着温度升高,IS 将急剧增大将急剧增大。PN外电场方向
21、外电场方向内电场方向内电场方向VRIS第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路形成反向形成反向电流电流多子背离多子背离PN结移动结移动空间电荷区变空间电荷区变宽宽,内电场增强内电场增强漂移运动大漂移运动大于扩散运动于扩散运动PN结的外加反向电压时的情况结的外加反向电压时的情况外加电场与内电场方向一外加电场与内电场方向一致,增强内电场的作用致,增强内电场的作用第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路综上所述:综上所述:当当 PN 结结正正向向偏偏置置时时,回回路路中中将将产产生生一一个个较较大大的的正正向向电电流流,PN 结结处处于于 导导通通状状态态;当
22、当 PN 结结反反向向偏偏置置时时,回回路路中中反反向向电电流流非非常常小小,几几乎乎等等于于零零,PN 结结处处于于截截止止状态状态。可见,可见,PN PN 结具有结具有单向导电性单向导电性。电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路1.2.3 PN1.2.3 PN结的电容效应结的电容效应PN结具有一定的电容效应,它由两方面的因素决定。结具有一定的电容效应,它由两方面的因素决定。一是势垒电容一是势垒电容CT,二是扩散电容二是扩散电容CD 1.势垒电容势垒电容CT 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。势垒电容示意图
23、第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路 扩散电容是由多子扩散后,在扩散电容是由多子扩散后,在PN结的另一侧面积累而结的另一侧面积累而形成的。因形成的。因PN结正偏时,由结正偏时,由N区扩散到区扩散到P区的电子,与区的电子,与外电源提供的空穴相复合,形成正向电流。刚扩散过来外电源提供的空穴相复合,形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在的电子就堆积在 P 区内紧靠区内紧靠PN结的附近,形成一定的结的附近,形成一定的多子浓度梯度分布曲线。多子浓度梯度分布曲线。2.扩散电容扩散电容CD 反之,由反之,由P区扩散到区扩散到N区的空穴,在区的空穴,在N区内也形区内也形成类似的浓度梯度
24、分布曲线。成类似的浓度梯度分布曲线。电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路扩散电容示意图扩散电容示意图 当外加正向电压不当外加正向电压不同,扩散电流即外电路同,扩散电流即外电路电流的大小也就不同。电流的大小也就不同。所以所以PN结两侧堆积的多结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不子的浓度梯度分布也不同,这就相当电容的充同,这就相当电容的充放电过程。势垒电容和放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电扩散电容均是非线性电容。容。第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路 势垒、扩散电容都与结面积势垒、扩散电容都与结面积S成正比成正比 点接触二极
25、管的结面积很小,点接触二极管的结面积很小,CT、CD都很小,只有都很小,只有0.5几几pF。面结合型二极管中的整流管,因结面积大,面结合型二极管中的整流管,因结面积大,CT、CD约在几约在几pF200pF。在等效电路中,在等效电路中,CT和和CD是并联的,总的结电容为两是并联的,总的结电容为两者之和,即者之和,即 C=CT+CD。当当PN结正偏时,扩散电容起主结正偏时,扩散电容起主要要作用,作用,CCD,当当PN结反偏时,势垒电容起主要作用,结反偏时,势垒电容起主要作用,CCT。电气与电子工程学院第第1 1章章 半导体二极管及应用电路半导体二极管及应用电路1.3 1.3 二极管二极管 1.3.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电子技术 半导体 二极管 应用 电路
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【可****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【可****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。