模拟电子技术第1章

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1、2022-5-311本章主要内容本章主要内容: :第第1 1章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 半导体基本知识半导体基本知识 PN PN结的单向导电性结的单向导电性 半导体二极管结构、特性曲线、主要参数半导体二极管结构、特性曲线、主要参数 特殊二极管和半导体应用电路特殊二极管和半导体应用电路2022-5-3121.1 半导体二极管半导体二极管半导体的基本知识半导体的基本知识PN结的单向导电性结的单向导电性半导体二极管的结构半导体二极管的结构半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性半导体二极管主要参数。半导体二极管主要参数。2022-5-313电导率一般在105s/cm量

2、级10-2210-14s/cm1.1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识2022-5-31410-9102s/cm半导体受光照后，其导电能力大大增强；受温度的影响，半导体导电能力变化很大；能力极大地增强；在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电能力极大地增强；2022-5-315锗原子锗原子GeGeGesi硅原子硅原子siSi2022-5-316+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4 硅或锗晶体中共价健结构硅或锗晶体中共价健结构 2022-5-3172022-5-3182022-5-319本征激发本征激发+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴 本征激发产

3、生的电子空穴对本征激发产生的电子空穴对 由于共价键中出现了空穴，在外电场或其他能源的作用下，相由于共价键中出现了空穴，在外电场或其他能源的作用下，相邻的价电子可以填补到这个空穴上，而在这个电子原来的位置上又邻的价电子可以填补到这个空穴上，而在这个电子原来的位置上又留下新的空穴，新的空穴又会被其相邻的其它价电子填补，如图所留下新的空穴，新的空穴又会被其相邻的其它价电子填补，如图所示。示。 由此可见，在半导体中存在由此可见，在半导体中存在两种载流子两种载流子：带负电的：带负电的自由电子自由电子和和带正电的带正电的空穴空穴。这是半导体导电方式的最大特点，也是半导体与金。这是半导体导电方式的最大特点，

4、也是半导体与金属导体在导电机理上的本质差别。属导体在导电机理上的本质差别。 电子与空穴的移动电子与空穴的移动 2022-5-3110在本征半导体中掺入五价的元素在本征半导体中掺入五价的元素( (磷、砷、锑磷、砷、锑 ) )多余电子，多余电子，成为自由电子成为自由电子自由电子自由电子+4+4+4+4+4+5+5+4+4+4+4+42022-5-3111+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3空穴空穴空穴空穴 这样，在杂质半导体中形这样，在杂质半导体中形成大量空穴，空穴导电为这种成大量空穴，空穴导电为这种杂质半导体的主要导电方式，杂质半导体的主要导电方式，故称这种杂质半导体为故称这

5、种杂质半导体为空穴型空穴型半导体半导体或或P型半导体型半导体。 P型半导体结构示意图型半导体结构示意图 2022-5-3112 于是，在杂质半导体中的自由电子于是，在杂质半导体中的自由电子数目大大增加，自由电子导电为这种杂数目大大增加，自由电子导电为这种杂质半导体的主要导电方式，故称这种杂质半导体的主要导电方式，故称这种杂质半导体为质半导体为电子型半导体电子型半导体或或N N型半导体型半导体。 在在N N型半导体中，自由电子为多数载型半导体中，自由电子为多数载流子，而空穴为少数载流子。控制掺入流子，而空穴为少数载流子。控制掺入杂质的多少，可以控制自由电子的数量。杂质的多少，可以控制自由电子的数

6、量。 N型半导体结构示意图型半导体结构示意图硅原子硅原子多余电子多余电子磷原子磷原子+4+4+4+4+4+4+4+4+52022-5-3113 杂质半导体结构示意图杂质半导体结构示意图 （a）P型半导体型半导体 （b）N型半导体型半导体自由电子自由电子+N N型半导体型半导体电子空穴对电子空穴对施主离子施主离子电子空穴对电子空穴对空空穴穴受主离子受主离子P P型半导体型半导体2022-5-3114形成空间电荷区形成空间电荷区内电场阻止扩散，促使少内电场阻止扩散，促使少 空间电荷区的出现形成内电场，空间电荷区的出现形成内电场，N指向指向P 。它阻止多子的扩散，有利。它阻止多子的扩散，有利于少子的

7、漂移，中和了离子，空间电荷区变窄。于少子的漂移，中和了离子，空间电荷区变窄。1.1.2 PN PN结的单向导电性结的单向导电性2022-5-3115 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 因浓度差因浓度差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 空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 PN结的形成结的形成 （a）载流子的扩散）载流子的扩散 （b）空间电荷区）空间电荷区2022-5-31162022-5-3117动画演示2022-5-3118R外电场外电场内电场内电场IR空穴空穴(多数多数)电子电子(多数多数)NP变薄变薄

8、（1）外加正向电压时导通）外加正向电压时导通把把PN结的结的P区接电源正极，区接电源正极，N区接电源负极，这种接法称为区接电源负极，这种接法称为正正向接法向接法或或正向偏置正向偏置(简称简称正偏正偏)，如，如图（图（a）所示。）所示。 外加电压时的外加电压时的PN结结 （a）正向偏置）正向偏置 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场外电场削弱内电场耗尽层变窄耗尽层变窄扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子扩散形多子扩散形成正向电流成正向电流I F2022-5-3119 PN结反向偏置时的情况2022-5-31204. PN结的单向导电性2022-5-312

9、12022-5-3122PN变厚变厚空穴空穴(少数少数)电子电子(少数少数)内电场内电场外电场外电场RIR0 外加电压时的外加电压时的PN结结（b）反向偏置）反向偏置外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场外电场加强内电场耗尽层变宽耗尽层变宽漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂少子漂移形成反向电流移形成反向电流I R2022-5-3123 PN结反向偏置时的情况2022-5-3124总之：总之：PN结结电流大，电流大，电阻小电阻小，处于导通状态；反偏，处于导通状态；反偏时电流很小，反向电阻大，时电流很小，反向电阻大，处于处于截止状态。截止状态。单向导电性

10、。单向导电性。2022-5-3125 1.1.3 半导体二极管的结构半导体二极管的结构电路符号电路符号内部结构内部结构2022-5-3126硅高频检波管开关管稳压管整流管发光二极管2022-5-3127(阴极阴极)阳极引线阳极引线阴极引线阴极引线外壳外壳(阳极阳极) 二极管内部结构示意图和电路符号二极管内部结构示意图和电路符号（a）内部结构）内部结构 P N2022-5-3128 二极管内部结构示意图和电路符号二极管内部结构示意图和电路符号（b）电路符号）电路符号NP阳极阳极 a a阴极阴极 k k2022-5-3129 二极管按结构分有二极管按结构分有点接触型、面接触型点接触型、面接触型二大

11、类。二大类。(1) 点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。(2) 面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用结面积大，用于大电流整流电路。于大电流整流电路。正极正极引线引线触丝触丝N 型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线负极引线负极引线 N型锗型锗PN 结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金2022-5-3130半导体二极管的型号2AP9用数字代表同类器件的不同规格。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，代表器件的类型，P为普通管，为普通管，Z为整流管，为整流管，K为