模电第一章
半导体二极管
PN结
结构
类型
伏安特性
温度上升时对其影响
主要电参数
模型
二极管的应用
封装的一个PN结
硅管/锗管(按使用的半导体材料不同分类)
点接触型/平面型(按结构形式分类)
点接触型
平面型
正向特性(主要受与PN结串联的较小引线电阻及体电阻影响)
反向特性
非线性
死区电压
硅管约为0.5V
锗管约为0.1V
反向电流由少子漂移形成,几乎不随反向电压改变而改变
反向击穿
电击穿(可逆)
热击穿(不可逆)
死区电压和正向电压降降低
反向饱和电流增大 温度升高10℃,反向饱和电流扩大一倍
温度上升1℃,正向电压降降低2-2.5V
额定整流电流IF
反向击穿电压U(BR)
最高允许反向工作电压UR
反向电流IR
正向电压降UF
最高工作频率fM(截止频率)
管子工作在半波整流电路中长期运行所允许的电流的平均值
二极管能承受的最大反向电压,与温度有关
越小导电性越好,一般硅<锗
(1/2~2/3)U(BR)
工作频率过高时,PN结单向导电性变差
开关模型—理想二极管
恒压降模型
折线模型
小信号模型
特种二极管
硅稳压二极管
变容二极管
发光二极管LED
光敏二极管
反向电流视为0
当信号幅度小时,近似认为导通后正向电压恒定(硅0.7V,锗0.3V)
考虑正向压降和正向电阻
直流激励源+小信号交流激励源
整流电路
检波电路
限幅电路
半波整流电路
全波整流电路
桥式整流电路
……
具有很陡的反向击穿特性,小电压引起大电流变化
常工作于反向电击穿状态,用来稳定直流电压
主要电参数
稳定电压UZ
动态电阻Rz
最大允许工作电流IZM
最大允许功率耗散PZM
稳定电压的温度系数αU
两种外加电源方法
正向偏置
反向偏置
外加电源正极接P型半导体,负极接N型半导体
势垒下降,有利于多子扩散
外加电压使PN结外N型半导体一端电位高于P型半导体
势垒升高,不利于多子扩散,有利于少子漂移
PN结低阻导通
PN结高阻截止
电压与电流关系
i=Is[e^(u/uT)-1],室温(300K)时UT≈26V
正向偏置时近似呈指数变化
反向偏置时反向电流与反向电压几乎无关
反向击穿
电容效应
齐纳击穿
雪崩击穿
半导体的掺杂浓度高,PN结很薄
击穿电压低于4V
具有负的温度系数
半导体的掺杂浓度低,PN结很厚
击穿电压高于6V
具有正的温度系数
机理:电场将PN结的价电子从共价键中激发出来
机理:电场使PN结中的少子“碰撞电离”共价键中的价电子
击穿电压介于4~6V之间时两种击穿都有可能发生,可能同时发生,击穿电压的温度系数较小
扩散电容(CD)
势垒电容(CB)
PN结正向偏置电压越高,积累的非平衡少子越多
PN结的偏置电压能使空间电荷层中电荷量发生变化
结电容Cj=CD+CB
正偏时一般以CD为主
反偏时近似等于CB
UZ>6V雪崩击穿,αU为正
UZ<4V齐纳击穿,αU为负
UZ在4V~6V之间的αU可能为正可能为负
正负串联可构成具有温度补偿的硅稳压管
硅稳压管稳压电路
稳压原理
限流电阻的计算,要保证稳压管被击穿
UI改变
RL改变
正偏时多子扩散,压降1.6~2V
反偏时受光照产生光电流
当二极管反向偏置时,因反向电阻为很大,可作电容使用
半导体基本知识
本征半导体
掺杂半导体
导电能力介于导体和绝缘体之间,最常用的半导体材料是硅和锗
完全纯净的半导体
两种载流子
带正电的空穴
带负电的自由电子
本征激发出的电子和空穴成对产生、浓度相等
N型半导体
P型半导体
本征半导体掺入少量五价杂质元素,例As或P等(施主杂质)
多数载流子(多子):电子
少数载流子(少子):空穴
本征半导体掺入少量三价杂质元素,例B或In等(受主杂质)
多数载流子(多子):空穴
少数载流子(少子):电子
多子的浓度取决于掺杂密度,少子的浓度取决于温度
多子的浓度取决于掺杂密度,少子的浓度取决于温度
特点:(1)电阻率大(2)导电性能随温度变化大
本征半导体不能在半导体器件中直接使用!
半导体中宏观呈电中性!
空穴浓度和电子浓度的乘积是一个和温度有关的函数
空穴浓度和电子浓度的乘积是一个和温度有关的函数
单向导电性
非平衡少子的积累形成的
空间电荷层存在电容
有压降
硅管约为0.7V
锗管约为0.3V
指通过一定的直流测试电流时的管压降
限流电阻的范围
电容量与所加的反向偏置电压的大小有关
有机发光二极管OLED
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