模电-电子线路线性部分第五版第一章课件
40页1、课程概述,电子线路:指包含电子器件,并能对电信号 实现某种处理的功能电路。,电路组成:电子器件 + 外围电路,电子器件:二极管、场效应管、集成电路。,外围电路:直流电源、电阻、电容、电流源 电路等。,第 1 章 晶体二极管,1.0 概 述,1.1 半导体物理基础知识,1.2 PN 结,1.3 晶体二极管电路分析方法,1.4 晶体二极管的应用,概 述,晶体二极管结构及电路符号:,PN 结正偏(P 接 +、N 接 -),D 导通。,晶体二极管的主要特性:单方向导电特性,PN 结反偏(N 接 +、P 接 -),D 截止。,即,主要用途:用于整流、开关、检波电路中。,第 1 章 晶体二极管,1.1 半导体物理基础知识,半导体:导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。,硅(Si)、锗(Ge)原子结构及简化模型:,第 1 章 晶体二极管,硅和锗的单晶称为本征半导体。它们是制造半导体器件的基本材料。,硅和锗共价键结构示意图:,1.1.1 本征半导体,第 1 章 晶体二极管,本征激发,共价键具有很强的结合力。 当 T = 0 K(无外界影响) 时,共价键中无自由移动的电子。,这种现象称,注意:空穴的出现是
2、半导体区别于导体的重要特征。,本征激发。,第 1 章 晶体二极管,当原子中的价电子激发为自由电子时,原子中留下空位,同时原子因失去价电子而带正电。,当邻近原子中的价电子不断填补这些空位时形成一种运动,该运动可等效地看作是空穴的运动。,注意:空穴运动方向与价电子填补方向相反。,自由电子 带负电,半导体中有两种导电的载流子,空穴的运动,空 穴 带正电,第 1 章 晶体二极管,温度一定时: 激发与复合在某一热平衡值上达到动态平衡。,热平衡载流子浓度,热平衡载流子浓度:,第 1 章 晶体二极管,N 型半导体:,1.1.2 杂质半导体,简化模型:,本征半导体中掺入少量五价元素构成。,第 1 章 晶体二极管,P 型半导体,简化模型:,本征半导体中掺入少量三价元素构成。,第 1 章 晶体二极管,杂质半导体中载流浓度计算,第 1 章 晶体二极管,1.1.3 两种导电机理漂移和扩散,漂移与漂移电流,载流子在电场作用下的运动称漂移运动,所形成的电流称漂移电流。,总漂移电流密度:,第 1 章 晶体二极管,半导体的电导率,电压: V = E l,电流: I = S Jt,电阻:,电导率:,第 1 章 晶体二极
3、管,载流子在浓度差作用下的运动称扩散运动,所形成的电流称扩散电流。,扩散电流密度:,扩散与扩散电流,第 1 章 晶体二极管,1.2 PN 结,利用掺杂工艺,把 P 型半导体和 N 型半导体在原子级上紧密结合,P 区与 N 区的交界面就形成了 PN 结。,N 型,PN 结,第 1 章 晶体二极管,1.2.1 动态平衡下的 PN 结,阻止多子扩散,利于少子漂移,PN 结形成的物理过程,第 1 章 晶体二极管,内建电位差:,阻挡层宽度:,注意:掺杂浓度(Na、Nd)越大,内建电位差 VB越大,阻 挡层宽度 l0 越小。,第 1 章 晶体二极管,1.2.2 PN 结的伏安特性,PN 结单向导电特性,I,第 1 章 晶体二极管,PN 结单向导电特性,IR,结论:PN 结具有单方向导电特性。,第 1 章 晶体二极管,PN 结伏安特性方程式,PN 结正、反向特性,可用理想的指数函数来描述:,其中:,IS 为反向饱和电流,其值与外加电压近似无关,但受温度影响很大。,正偏时:,反偏时:,第 1 章 晶体二极管,PN 结伏安特性曲线,温度每升高 10,IS 约增加一倍。,温度每升高 1, VD(on) 约
4、减小 2.5 mV。,第 1 章 晶体二极管,O,1.2.3 PN 结的击穿特性,第 1 章 晶体二极管,O,因为 T 载流子运动的平均自由路程 V(BR)。,击穿电压的温度特性,雪崩击穿电压具有正温度系数。,齐纳击穿电压具有负温度系数。,因为 T 价电子获得的能量 V(BR)。,稳压二极管,利用 PN 结的反向击穿特性,可制成稳压二极管。,要求:IZmin IZ IZmax,第 1 章 晶体二极管,1.2.4 PN 结的电容特性,势垒区内空间电荷量随外加电压变化产生的电容效应。,势垒电容 CT,扩散电容 CD,阻挡层外(P 区和 N 区)贮存的非平衡电荷量,随外加电压变化产生的电容效应。,第 1 章 晶体二极管,PN 结电容,PN 结反偏时,CT CD ,则 Cj CT,PN 结总电容: Cj = CT + CD,PN 结正偏时,CD CT ,则 Cj CD,故:PN 结正偏时,以 CD 为主。,故:PN 结反偏时,以 CT 为主。,通常:CD 几十 pF 几千 pF。,通常:CT 几 pF 几十 pF。,第 1 章 晶体二极管,1.3 晶体二极管电路分析方法,晶体二极管的内部结构就
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