第一章半导体二极管极其电路
好资料二极管
图1－7 PN结加正向电压 时的导电情况
第一章 半导体二极管
(2) PN结加反向电压时的导电情况 PN结加反向电压时的导电情况如图1－8所示。
外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内 电场方在向一相定同的，温加度强条了件内下电，场。内电场对多子扩散运动的阻碍 增由强本，征激发决定的少子浓 扩度散是电一流定大的大，减故小少。子此形时成 P的N结漂区移电的流少是子恒在定内的电，场基的 作本用上下与形所成加的反漂向移电电压流的大大 于小扩无散关电，流这，个可电忽流略也扩称散为 电反流向，饱P和N结电呈流现。高阻性。
P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压， 简称反偏。
第一章 半导体二极管
(1) PN结加正向电压时的导电情况 PN结加正向电压时的导电情况如图1－7所示。
外加的正向电压有一部 分降落在PN结区，方向与 PN结内电场方向相反，削弱 了内电场。于是,内电场对 多子扩散运动的阻碍减弱， 扩散电流加大。扩散电流远 大于漂移电流，可忽略漂移 电流的影响，PN结呈现低阻 性。
图 1－8 PN结加反向电压时 的导电情况
第一章 半导体二极管
图 1－9 PN结加反向电压时 的导电情况
PN结加正向电压时 ，呈现低电阻，具有较大 的正向扩散电流；PN结 加反向电压时，呈现高电 阻，具有很小的反向漂移 电流。由此可以得出结论 ：PN结具有单向导电性 。
第一章 半导体二极管
往往用于集成电路制造工
4、最高工作频率ｆＭ。ｆＭ的值主要取决于ＰＮ
结结电容的大小, 结电容越大, 则二极管允许的最高工 作频率越低。
第一章 半导体二极管
1.3 二极管电路的分析方法
线性化：用线性电路的方法来处理，将非线性器件用恰 当的元件进行等效，建立相应的模型。
半导体二极管及其应用习题解答
半导体二极管及其应用习题解答Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT第1章半导体二极管及其基本电路教学内容与要求本章介绍了半导体基础知识、半导体二极管及其基本应用和几种特殊二极管。
教学内容与教学要求如表所示。
要求正确理解杂质半导体中载流子的形成、载流子的浓度与温度的关系以及PN结的形成过程。
主要掌握半导体二极管在电路中的应用。
表第1章教学内容与要求内容提要1.2.1半导体的基础知识1．本征半导体高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。
常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。
本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。
自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对，它们的浓度相等。
本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，随着温度的升高，载流子的浓度基本按指数规律增加。
但本征半导体中载流子的浓度很低，导电能力仍然很差，2．杂质半导体(1) N 型半导体 本征半导体中，掺入微量的五价元素构成N 型半导体，N 型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴。
N 型半导体呈电中性。
(2) P 型半导体 本征半导体中，掺入微量的三价元素构成P 型半导体。
P 型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。
P 型半导体呈电中性。
在杂质半导体中，多子浓度主要取决于掺入杂质的浓度，掺入杂质越多，多子浓度就越大。
而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，温度越高，少子浓度越大。
1.2.2 PN 结及其特性1．PN 结的形成在一块本征半导体上，通过一定的工艺使其一边形成N 型半导体，另一边形成P 型半导体，在P 型区和N 型区的交界处就会形成一个极薄的空间电荷层，称为PN 结。
PN 结是构成其它半导体器件的基础。
2．PN 结的单向导电性PN 结具有单向导电性。
外加正向电压时，电阻很小，正向电流是多子的扩散电流，数值很大，PN 结导通；外加反向电压时，电阻很大，反向电流是少子的漂移电流，数值很小，PN 结几乎截止。
第1章二极管及其整流电路
第1章二极管及其整流电路第1章二极管及其整流电路1.1目标1.了解半导体的导电特性。
2..理解PN结的单向导电性。
2.了解二极管、稳压管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义。
3.了解二极管在电路中的几种应用，掌握二极管电路的基本分析方法。
4.学会用万用表判断二极管、稳压管的质量及管脚。
5.理解单相整流电路的工作原理。
6.了解几种滤波电路的工作原理和合理应用。
7.了解稳压管稳压电路的稳压原理和应用条件。
8.掌握直流稳压电路的组成原理、结构特点和分析计算方法。
1.2内容1.2.1知识结构框图二极管及其整流电路的基本知识点见图1.1。
限幅电路钳位电路二极管续流电路单相半波整流电路半导体本征半导体杂质半导体PN结检波电路…整流电路单相桥式整流电路三相桥式整流电路稳压管稳压电路稳压管稳压电路电容滤波器直流稳压电源滤波电路电感滤波器p型滤波器图1.1二极管及其整流电路的基本知识点-3-电子同步指导与实习1.2.2基本知识点一、半导体基础知识1.半导体半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。
它的导电能力随温度、光照或掺杂不同而发生显著变化。
2.本征半导体的导电性在绝对零度(0K)时，本征半导体中没有载流子，它是良好的绝缘体。
在热激发条件下，本征半导体共价键结构中的少数价电子获得足够能量，挣脱了原子核的束缚，成为自由电子。
激发产生电子空穴对，复合消失电子空穴对。
本征半导体中具有两种载流子——自由电子和空穴，二者数量相等。
在常温下，载流子数量很少。
当温度升高时本征激发所产生的载流子浓度基本上按指数规律增大，温度是影响半导体性能的一个重要因素。
但是本征半导体的载流子数量较少，因此导电性能很差。
3.杂质半导体的导电性在本征半导体中掺入不同的杂质，可得到N型（多子是电子）或P型（多子是空穴）半导体。
微量掺杂就可以形成大量的多子，其导电性能大大增强，所以杂质半导体的导电率高。
4.PN结PN结是载流子在浓度差作用下的扩散运动和内电场作用下的漂移运动所产生的，它具有单向导电性。
第一章二极管-PPT课件
本征半导体：
四价元素
外层四个电子
原子实或惯性核 为原子核和内层电子组成
价电子为相邻两原子所共有
3.本征激发：
本征激发 电子空穴 成对产生
自由电子（带负电-e)
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
4.载流子 ：自由 +4 运动的带电粒子：
电子带负电： +4 －e=-1.6×10-19c,
空穴带正电:
e=1.6×10-19c.
锗管UD(ｏn)=0.2V。
（2）反向特性： 二极管两端加上反向 电压时，反向饱和电流IS很小（室温下， 小功率硅管的反向饱和电流IS小于0.1μA。 （3）反向击穿特性 二极管两端反向电压 超过U(BR)时，反向电流IR随反向电压的增大 而急剧增大， U(BR) 称为反向击穿电压。
（5）齐纳击穿：由高浓度掺杂材料制成的PN结中耗尽区宽度很窄，即使反向电
压不高也容易在很窄的耗尽区中形成很强的电场，将价电子直接从共价键中拉出 来产生电子-空穴对，致使反向电流急剧增加，这种击穿称为齐纳击穿。
§1 .2 二极管的特性及主要参数 一、 半导体二极管的结构和类型
构成：PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode) 符号：阳极（正极） 阴极（负极） 分类： 1.根据材料 硅二极管、锗二极管 2.根据结构 点接触型、面接触型、平面型 1．二极管的结构和符号
空穴（带正电+e)
5.复 合： 自由电子和空穴在运动 中相遇重新结合成对消 失的过程。 电子电流:IN
空穴电流:IP 共有电子 递补运动
+4
+4
二极管及其基本电路
vD
nV T
指数 关系
D
当加反向电压时： v
vD<0，当|vD|>>|V T |时 e 则 iD IS
常数
nV T
1
4、PN结的反向击穿
二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过 PN结的电流很小，但电压超过某一数值(反向击穿电压)时， 反向电流急剧增加，这种现象就称为PN结的反向击穿。
+4 +4 +4
+4
+3
+4
+4
+4
+4
自 由 电 子 空 穴 对
P型半导体的示意方法
空穴 受 主 离 子
－ － －
－ － －
－ － －
－ －
－
2.N型半导体
在硅（或锗）的晶体中掺入少量的五价元素杂质。(磷、锑)
硅原子
多余电子
+4
+4
+4
磷原子多余的电子易受 热激发而成为自由电子， 使磷原子成为不能移动的 正离子。 磷→施主杂质、N型杂质
正偏时，结电容较大，CJ≈CD 反偏时，结电容较小，CJ≈CB
§1.2 二极管
1.2.1 二极管的结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
（Anode）
1、二极管的电路符号：
2、分类
（Kathode）
按结构分：点接触型，面接触型，平面型。
按用途分：整流二极管，检波二极管，稳压二极管，„„。 按材料分：硅二极管，锗二极管。
（3）PN结的V--I 特性及表达式
i D I S (e
vD
nV T
1)
vD ：PN结两端的外加电压
模电第一章半导体基础及二极管电路
vS
if (vS 0) vS
if (vS 0) vS
D1
vS
RL vO
D2
D1
vO
RL vO
D2
D1
RL vO
vS
D2
t
t
D1
RL vO
D2
38
二极管整流电路：全波整流
D4
D1
AC
Line
vS
vO
vS
Voltage
R
t
D2
D3
3
本征半导体及其特性
导 体 (Conductor)
电导率 ＞105 铝、金、钨、铜等金属，镍铬等合金。
半导体 (Semiconductor)
电导率 10-9~ 102 硅、锗、砷化镓、磷化铟、碳化镓、重掺杂多晶硅
绝缘体 (Insulator)
电导率10-22 ~10-14
二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等
RL VO
当 RL不变时：
Vs
Vo
Vz
I Vo z
IR
VR
Vo 当 Vs 不变时：
# 不加R可以吗？
RL Io IR Vo Iz IR VR
Vo
41
二极管模拟电路：限幅电路（一）
限幅：按照规定的范围，将输入信号波形的一部分传 送到输出端、而将其余部分消去。一般利用器件的开 关特性实现
I evD /VT S
当vD 100mV 时，i IS ，反向电流基本不变
模拟电路第一章-二极管
A 800Ω + + 0.5V B uo ui 200Ω 3V
1.2.5 稳压二极管
稳压二极管是硅材料制成的面接触型晶体二极管。 1、稳压管的伏安特性 u>UZ时作用同二极管 曲线越陡， 电压越稳定。
i
u增加到UZ 时，稳压管击穿
UZ u IZ
(a)
UZ
IZ
IZM
2、稳压管的主要参数
(1)稳定电压 UZ 规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电 压。 (2)稳定电流 IZ
+ ui -
0.7V 3V
B
+ uo -
[例7] 电路如图所示，设ui=6sinωt V，试绘出输出电压
uo的波形，设D为硅二极管，开启电压Uon=0.5V，电阻
rd=200Ω。 解： VA= ui
VB=3.5V
+ 800Ω ui 3V -
D +
uo -
ui3.5V D截止 uo=ui ui3.5V D导通 ui -0.5 -3 uo= 0.5 +3 + 200 800 +200 =0.2ui +2.8
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。 但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。
近似认为多子与杂质浓度相等。
小结
1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。
2、在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由 电子和空穴对，故其有一定的导电能力。 3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；
Ge
Si
即为本征半导体 通过一定的工艺过程，可将其制成晶体。
本征半导体的结构示意图
共用电子
第一章二极管及其基本电路
PN结方程
iD I S ( e
v D / nVT
1)
PN结的伏安特性 非线性
其中： IS ——反向饱和电流
VT ——温度的电压当量 常温下（T=300K） kT VT 0.026V 26 mV q n —发射系数 vD —PN结两端的外加电压
v D / nVT i I e 近似 正向： D S 估算 反向： i I D S
1 掺杂性：在纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。
§1.1 半导体的基本知识
电子器件中，用的最多的半导体材料是硅和锗。
Ge
Si
+4
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
2
二、本征半导体 本征半导体 — 完全纯净、结构完整的半导体晶体。
半导体的共价键结构
§1.1 半导体的基本知识
+4
⑴PN结加正向电压:P区接正，N区接负
变薄
－ － － － － + + + + +
＋
I ： 扩散电流 + + + + + － － － － － P区 N区
－ － － － － + + + + +
－
IF
外电场 小 内电场被削弱，多子的扩散加 结 强，形成较大的扩散电流I。 VF
16
内电场
3.PN结的单向导电性
b.恒压降模型
当二极管导通后，认 为其管压降vD=VON。 常取vD硅=VON=0.7V vD锗=VON=0.2V
适用
只有当二极管的电流iD近似 等于或大于1mA时才正确。
恒压降模型
应用较广泛。
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第三章 场效应管及其放大电路
1. JEFT 有两种类型，分别是N 沟道结型场效应管和P 沟道结型场效应管
2. 在JFET 中：
（1） 沟道夹断：假设0=DS v ，如图所示。
由于 0=DS v ，漏极和源极间短路，使整个沟道内没有压降，即整个沟道内的电位与源极的相同。
令反偏的栅-源电压GS v 由零向负值增大，使PN 结处于反偏状态，此时，耗尽层将变宽；由于在结型场效应管制作中，P 区的浓度远大于N 区的浓度，所以，耗尽层主要在N 沟道内变宽，随着耗尽层宽度加大，沟道变窄，沟道内的电阻增大。
继续反响加大GS v ，耗尽层将在沟道内合拢，此时，沟道电阻將变的无穷大，这种现象成为沟道夹断
（2）在DS v 较小时，DS v 的加大虽然会增大沟道内的电阻，但这种影响不是很明显，沟道仍处于比较宽的状态，即沟道的电阻在DS v 比较小的时候基本不变，此时加大DS v ，会使D i 迅速增加，D i 与DS v 近似为线性关系。
加大DS v ，沟道内的耗尽层会逐渐变宽，沟道电阻增加，D i 随DS v 的上升，速度会变缓。
当||P DS
V v =时，楔形沟道会在A 点处合拢，这种现象称为预夹断。
3. 解：
（1）（a ）为N 沟道场效应管 （b ）为P 沟道场效应管
（2）（a ）V V P 4-= （b ）V V P 4=
（3）（a ）A I DSS 5= （b ）A I DSS 5-=
（4）电压DS v 与电流D i 具有相同的极性且与GS v 极性相反，因而，电压DS v 的极性可根据D i 或GS v 的极性判断
4.解：
当JFET 工作在饱和区时，有关系式：2)1(P
GS DSS D V V I i -= 5. 解：在P 沟道JFET 中，要求栅-源电压GS v 极性为正，漏源电压DS v 的极性为负，夹断电源P V 的极性为正
6. 解：MOS 型场效应管的详细分类
7. 解：
耗尽型是指，当0=GS v 时，即形成沟道，加上正确的GS v 时，能使对数载流子流出沟道，
因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。
增强型是指， 当0=GS
v 时管子是呈截止状态，加上正确的GS v 后，多数载流子被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。
8.
MOS 管工作时一定要保证PN 结反偏。
因此输入电阻非常大。
9.
a.N 沟道耗尽型MOS 管 VP=-3V b P 沟道耗尽型 VP=4V
c N 沟道增强型MOS 管 VT=2V
d P 沟道增强型MOS 管 VP=-4V
10.
id=id0(vgs/vt -1)(vgs/vt-1)
Vgs=2vt
11.
对所有的N 沟道场效应管Vds>0 对于所有的P 沟道场效应管 Vds<0
N 沟道耗尽型VGS 可正可负 N 沟道增强型Vgs>0
P 沟道耗尽型Vgs 可正可负 P 沟道增强型Vgs<0
12
N 沟道增强型： VT 为正 N 沟道耗尽型：VP 为负
P沟道增强型：VT为负P沟道耗尽型：VP为正
13.
注意事项：
1 漏源两个电极可以互换衬底与源极不可互换
2.场效应管各个电压的极性不能接反
3.MOS场效应管极易被击穿，在焊接、保存时要注意防静电
14
a) N沟道结型场效应管vgs为负极性Vds为正极性VP为负极性
b)P沟道结型场效应管vgs为负极性Vds为正极性VP为负极性
c)N沟道增强型MOSFET管vgs为正极性Vds为正极性VT为正极性
d)P沟道增强型MOSFET管vgs为负极性Vds为负极性VT为负极性
e)N沟道耗尽型MOSFET管vgs为负极性Vds为正极性VP为负极性
f)P沟道耗尽型MOSFET管vgs为负极性Vds为负极性VP为正极性
15. 解：
16
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18
19
20
21.
Vi=Vgs V o=-gmVgsRd A V=V o/Vi=-gmRd=-20
输入电阻：Ri=Vi/Ii =Rg3+Rg1//Rg2=5Mῼ
输出电阻：Ro=Vt/It=Rd=4kῼ
22.
输入电阻：Ri=Rg=1Mῼ
电压增益：A V=V o/Vi=-gmVgsRd/（Vgs+gmVgs(R1+R2)）=-gmRd/（1+gm(R1+R2)）=-2500 输出电阻：Ro=Rd=10Mῼ
23.
(1)
(2)输入电阻：Ri=Rg3+Rg1//Rg2=5Mῼ
输出电阻：Ro=Vt/It
It=Vt/R -gmVgs Vgs=-Vt Ro=1/1/R+gm=444ῼ
电压增益：A V=V o/Vi
V o=gmVgsR Vi=Vgs+gmVgsR A V=gmR/1+gmR=1
24.
(1)
(2)
输入电阻：Ri=Rg1//Rg2=29kῼ
输出电阻：Ro=Vt/It
It=Vt/R -gmVgs Vgs=-Vt Ro=1/1/R+gm=200ῼ
电压增益：
A V=V o/Vi
V o=gmVgs（R//RL) Vi=Vgs+gmVgs(R//RL) A V=gmR/1+gmR=1 25.
(1)
电压增益：
A V=V o/Vi
V o=gmVgs（R//RL) Vi=Vgs+gmVgs(R//RL) A V=gmR/1+gmR=1。