模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版)新 康華光 課件

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1、3.1 半 導(dǎo) 體 的 基 本 知 識3.3 半 導(dǎo) 體 二 極 管3.4 二 極 管 基 本 電 路 及 其 分 析 方 法3.5 特 殊 二 極 管3.2 PN結(jié) 的 形 成 及 特 性 3.1 半 導(dǎo) 體 的 基 本 知 識 3.1.1 半 導(dǎo) 體 材 料 3.1.2 半 導(dǎo) 體 的 共 價(jià) 鍵 結(jié) 構(gòu) 3.1.3 本 征 半 導(dǎo) 體 3.1.4 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 3.1.1 半 導(dǎo) 體 材 料 根 據(jù) 物 體 導(dǎo) 電 能 力 (電 阻 率 )的 不 同 ， 來 劃 分導(dǎo) 體 、 絕 緣 體 和 半 導(dǎo) 體 。 導(dǎo) 體 ： 容 易 導(dǎo) 電 的 物 體 。 如 ： 鐵 、 銅 等2. 絕

2、 緣 體 ： 幾 乎 不 導(dǎo) 電 的 物 體 。 如 ： 橡 膠 等 半 導(dǎo) 體 是 導(dǎo) 電 性 能 介 于 導(dǎo) 體 和 絕 緣 體 之 間 的 物 體 。 在一 定 條 件 下 可 導(dǎo) 電 。 典 型 的 半 導(dǎo) 體 有 硅 Si和 鍺 Ge以 及 砷 化 鎵 GaAs等 。半 導(dǎo) 體 特 點(diǎn) ： 1) 在 外 界 能 源 的 作 用 下 ， 導(dǎo) 電 性 能 顯 著 變 化 。 光 敏 元 件 、 熱 敏 元 件 屬 于 此 類 。 2) 在 純 凈 半 導(dǎo) 體 內(nèi) 摻 入 雜 質(zhì) ， 導(dǎo) 電 性 能 顯 著 增 加 。 二 極 管 、 三 極 管 屬 于 此 類 。 1. 本 征 半 導(dǎo)

3、體 化 學(xué) 成 分 純 凈 的 半 導(dǎo) 體 。 制 造 半 導(dǎo) 體 器 件的 半 導(dǎo) 體 材 料 的 純 度 要 達(dá) 到 99.9999999%， 常 稱 為 “ 九 個 9” 。它 在 物 理 結(jié) 構(gòu) 上 呈 單 晶 體 形 態(tài) 。 電 子 技 術(shù) 中 用 的 最 多 的 是 硅 和鍺 。硅 和 鍺 都 是 4價(jià) 元 素 ， 它 們 的 外 層 電 子 都 是 4個 。 其 簡 化 原 子結(jié) 構(gòu) 模 型 如 下 圖 ： 硅 和 鍺 都 是 四 價(jià) 元 素 ， 外 層 原子 軌 道 上 具 有 四 個 電 子 ， 稱 為價(jià) 電 子 。 價(jià) 電 子 受 原 子 核 的 束縛 力 最 小 。 物

4、質(zhì) 的 性 質(zhì) 是 由 價(jià)電 子 決 定 的 。 3.1.3 本 征 半 導(dǎo) 體 本 征 晶 體 中 各原 子 之 間 靠 得 很 近 ，使 原 分 屬 于 各 原 子 的四 個 價(jià) 電 子 同 時 受 到相 鄰 原 子 的 吸 引 ， 分別 與 周 圍 的 四 個 原 子的 價(jià) 電 子 形 成 共 價(jià) 鍵 。共 價(jià) 鍵 中 的 價(jià) 電 子 為這 些 原 子 所 共 有 ， 并為 它 們 所 束 縛 ， 在 空間 形 成 排 列 有 序 的 晶體 。 如 下 圖 所 示 ： 1、 本 征 半 導(dǎo) 體 的 共 價(jià) 鍵 結(jié) 構(gòu) 2、 共 價(jià) 鍵 性 質(zhì) 共 價(jià) 鍵 上 的 兩 個 電 子 是 由

5、相 鄰 原 子 各 用 一 個電 子 組 成 的 ， 這 兩 個 電 子 被 成 為 束 縛 電 子 。 束 縛 電 子 同 時 受 兩 個 原 子 的 約 束 ， 如 果 沒 有足 夠 的 能 量 ， 不 易 脫 離 軌 道 。 因 此 ， 在 絕 對 溫 度 T=0K（ -273 C） 時 ， 由 于共 價(jià) 鍵 中 的 電 子 被 束 縛 著 ， 本 征 半 導(dǎo) 體 中 沒 有 自 由 電子 ， 不 導(dǎo) 電 。 只 有 在 激 發(fā) 下 ， 本 征 半 導(dǎo) 體 才 能 導(dǎo) 電 。 由 于 隨 機(jī) 熱 振 動 致 使 共 價(jià) 鍵 被 打 破 而 產(chǎn) 生空 穴 電 子 對3、 電 子 與 空 穴

6、 當(dāng) 導(dǎo) 體 處 于 熱力 學(xué) 溫 度 0K時 ，導(dǎo) 體 中 沒 有 自 由 電子 。 當(dāng) 溫 度 升 高 或受 到 光 的 照 射 時 ，價(jià) 電 子 能 量 增 高 ，有 的 價(jià) 電 子 可 以 掙脫 原 子 核 的 束 縛 ，而 參 與 導(dǎo) 電 ， 成 為自 由 電 子 。 這 一 現(xiàn) 象 稱 為 本 征 激 發(fā) ， 也 稱 熱 激 發(fā) 。 自 由 電 子 產(chǎn) 生 的 同 時 ， 在 其 原 來 的 共 價(jià) 鍵中 就 出 現(xiàn) 了 一 個 空 位 ， 原 子 的 電 中 性 被 破 壞 ，呈 現(xiàn) 出 正 電 性 ， 其 正 電 量 與 電 子 的 負(fù) 電 量 相 等， 人 們 常 稱 呈 現(xiàn)

7、 正 電 性 的 這 個 空 位 為 空 穴 。 可 見 因 熱 激 發(fā) 而 出 現(xiàn) 的 自 由 電 子 和 空 穴 是 同 時成 對 出 現(xiàn) 的 ， 稱 為 電 子 空 穴 對 。 游 離 的 部 分 自 由 電子 也 可 能 回 到 空 穴 中 去 ， 稱 為 復(fù) 合 。 本 征 激 發(fā) 和 復(fù)合 在 一 定 溫 度 下 會 達(dá) 到 動 態(tài) 平 衡 。 空 穴 的 移 動由 于 共 價(jià) 鍵 中 出 現(xiàn) 了 空 穴 ， 在 外 加 能 源 的 激 發(fā)下 ， 鄰 近 的 價(jià) 電 子 有 可 能 掙 脫 束 縛 補(bǔ) 到 這 個 空 位 上 ，而 這 個 電 子 原 來 的 位 置 又 出 現(xiàn) 了

8、 空 穴 ， 其 它 電 子 又有 可 能 轉(zhuǎn) 移 到 該 位 置 上 。 這 樣 一 來 在 共 價(jià) 鍵 中 就 出現(xiàn) 了 電 荷 遷 移 電 流 。 電 流 的 方 向 與 電 子 移 動 的 方 向 相 反 ， 與 空 穴移 動 的 方 向 相 同 。 本 征 半 導(dǎo) 體 中 ， 產(chǎn) 生 電 流 的 根本 原 因 是 由 于 共 價(jià) 鍵 中 出 現(xiàn) 了 空 穴 。 +4+4+4 +4 +4+4 +4 +4+4自 由 電 子空 穴 3.1.4 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 在 本 征 半 導(dǎo) 體 中 摻 入 某 些 微 量 元 素 作 為 雜 質(zhì) ，可 使 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 性 發(fā) 生 顯 著

9、 變 化 。 摻 入 的 雜 質(zhì)主 要 是 三 價(jià) 或 五 價(jià) 元 素 。 摻 入 雜 質(zhì) 的 本 征 半 導(dǎo) 體稱 為 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 。 N型 半 導(dǎo) 體 摻 入 五 價(jià) 雜 質(zhì) 元 素 （ 如 磷 ） 的半 導(dǎo) 體 。 P型 半 導(dǎo) 體 摻 入 三 價(jià) 雜 質(zhì) 元 素 （ 如 硼 ） 的半 導(dǎo) 體 。 1. N型 半 導(dǎo) 體 3.1.4 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 因 五 價(jià) 雜 質(zhì) 原 子 中只 有 四 個 價(jià) 電 子 能 與 周圍 四 個 半 導(dǎo) 體 原 子 中 的價(jià) 電 子 形 成 共 價(jià) 鍵 ， 而多 余 的 一 個 價(jià) 電 子 因 無共 價(jià) 鍵 束 縛 而 很 容 易 形成 自 由

10、 電 子 。 在 N型 半 導(dǎo) 體 中 自 由 電 子 是 多 數(shù) 載 流 子 ， 它 主 要 由 雜 質(zhì) 原子 提 供 ； 空 穴 是 少 數(shù) 載 流 子 , 由 熱 激 發(fā) 形 成 。 提 供 自 由 電 子 的 五 價(jià) 雜 質(zhì) 原 子 因 帶 正 電 荷 而 成 為 正 離 子 ，因 此 五 價(jià) 雜 質(zhì) 原 子 也 稱 為 施 主 雜 質(zhì) 。 N型 半 導(dǎo) 體 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 如 圖 所 示 ： 磷 原 子 核自 由 電 子所 以 ， N型 半 導(dǎo) 體 中 的 導(dǎo) 電 粒 子 有 兩 種 ： 自 由 電 子 多 數(shù) 載 流 子 （ 由 兩 部 分 組 成 ） 空 穴 少 數(shù) 載

11、流 子 2. P型 半 導(dǎo) 體 3.1.4 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 因 三 價(jià) 雜 質(zhì) 原 子在 與 硅 原 子 形 成 共 價(jià)鍵 時 ， 缺 少 一 個 價(jià) 電子 而 在 共 價(jià) 鍵 中 留 下一 個 空 穴 。 在 P型 半 導(dǎo) 體 中 空 穴 是 多 數(shù) 載 流 子 ， 它 主 要 由 摻 雜 形 成 ；自 由 電 子 是 少 數(shù) 載 流 子 ， 由 熱 激 發(fā) 形 成 。 空 穴 很 容 易 俘 獲 電 子 ， 使 雜 質(zhì) 原 子 成 為 負(fù) 離 子 。 三 價(jià) 雜 質(zhì) 因 而 也 稱 為 受 主 雜 質(zhì) 。 P型 半 導(dǎo) 體 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 如 圖 所 示 ： 硼 原 子 核空

12、穴P型 半 導(dǎo) 體 中 ： 空 穴 是 多 數(shù) 載 流 子 ， 主 要 由 摻 雜 形 成 ； 電 子 是 少 數(shù) 載 流 子 ， 由 熱 激 發(fā) 形 成 。 3. 雜 質(zhì) 對 半 導(dǎo) 體 導(dǎo) 電 性 的 影 響 3.1.4 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 摻 入 雜 質(zhì) 對 本 征 半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo) 電 性 有 很 大 的 影響 ， 一 些 典 型 的 數(shù) 據(jù) 如 下 : T=300 K 室 溫 下 ,本 征 硅 的 電 子 和 空 穴 濃 度 : n = p =1.4 1010/cm31 本 征 硅 的 原 子 濃 度 : 4.96 1022/cm3 3 以 上 三 個 濃 度 基 本 上 依 次

13、相 差 10 6/cm3 。 2 摻 雜 后 N型 半 導(dǎo) 體 中 的 自 由 電 子 濃 度 : n=5 1016/cm3 本 征 半 導(dǎo) 體 、 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 本 節(jié) 中 的 有 關(guān) 概 念 自 由 電 子 、 空 穴 N型 半 導(dǎo) 體 、 P型 半 導(dǎo) 體 多 數(shù) 載 流 子 、 少 數(shù) 載 流 子 施 主 雜 質(zhì) 、 受 主 雜 質(zhì) 3.2 PN結(jié) 的 形 成 及 特 性 3.2.2 PN結(jié) 的 形 成 3.2.3 PN結(jié) 的 單 向 導(dǎo) 電 性 3.2.4 PN結(jié) 的 反 向 擊 穿 3.2.5 PN結(jié) 的 電 容 效 應(yīng) 3.2.1 載 流 子 的 漂 移 與 擴(kuò) 散 3.2

14、.1 載 流 子 的 漂 移 與 擴(kuò) 散漂 移 運(yùn) 動 ： 在 電 場 作 用 引 起 的 載 流 子 的 運(yùn) 動 稱 為 漂 移 運(yùn) 動 。擴(kuò) 散 運(yùn) 動 ： 由 載 流 子 濃 度 差 引 起 的 載 流 子 的 運(yùn) 動 稱 為 擴(kuò) 散運(yùn) 動 。 3.2.2 PN結(jié) 的 形 成因 濃 度 差 多 子 擴(kuò) 散 形 成 空 間 電 荷 區(qū) 促 使 少 子 漂 移 阻 止 多 子 擴(kuò) 散 擴(kuò) 散 到 對 方 的 載 流 子 在 P區(qū) 和 N區(qū) 的 交 界 處 附 近 被 相 互 中和 掉 ， 使 P區(qū) 一 側(cè) 因 失 去 空 穴 而 留 下 不 能 移 動 的 負(fù) 離 子 ，N區(qū) 一 側(cè) 因 失

15、 去 電 子 而 留 下 不 能 移 動 的 正 離 子 。 這 樣 在兩 種 半 導(dǎo) 體 交 界 處 逐 漸 形 成 由 正 、 負(fù) 離 子 組 成 的 空 間 電荷 區(qū) （ 耗 盡 層 ） 。 由 于 P區(qū) 一 側(cè) 帶 負(fù) 電 ， N區(qū) 一 側(cè) 帶 正 電 ，所 以 出 現(xiàn) 了 方 向 由 N區(qū) 指 向 P區(qū) 的 內(nèi) 電 場 3.2.2 PN結(jié) 的 形 成當(dāng) 擴(kuò) 散 和 漂 移運(yùn) 動 達(dá) 到 平 衡 后 ， 空間 電 荷 區(qū) 的 寬 度 和 內(nèi)電 場 電 位 就 相 對 穩(wěn) 定下 來 。 此 時 ， 有 多 少個 多 子 擴(kuò) 散 到 對 方 ，就 有 多 少 個 少 子 從 對方 飄 移

16、過 來 ， 二 者 產(chǎn)生 的 電 流 大 小 相 等 ，方 向 相 反 。 因 此 ， 在相 對 平 衡 時 ， 流 過 PN結(jié) 的 電 流 為 0。 在 一 塊 本 征 半 導(dǎo) 體 兩 側(cè) 通 過 擴(kuò) 散 不 同 的 雜 質(zhì) ,分 別 形 成 N型 半 導(dǎo) 體 和 P型 半 導(dǎo) 體 。 此 時 將 在 N型 半導(dǎo) 體 和 P型 半 導(dǎo) 體 的 結(jié) 合 面 上 形 成 如 下 物 理 過 程 : 因 濃 度 差 空 間 電 荷 區(qū) 形 成 內(nèi) 電 場 內(nèi) 電 場 促 使 少 子 漂 移 內(nèi) 電 場 阻 止 多 子 擴(kuò) 散 最 后 ,多 子 的 擴(kuò) 散 和 少 子 的 漂 移 達(dá) 到 動 態(tài) 平

17、 衡 。多 子 的 擴(kuò) 散 運(yùn) 動 由 雜 質(zhì) 離 子 形 成 空 間 電 荷 區(qū) 對 于 P型 半 導(dǎo) 體 和 N型 半 導(dǎo) 體 結(jié) 合 面 ， 離子 薄 層 形 成 的 空 間 電 荷 區(qū) 稱 為 PN結(jié) 。 在 空 間 電 荷 區(qū) ， 由 于 缺 少 多 子 ， 所 以 也稱 耗 盡 層 。 由 于 耗 盡 層 的 存 在 ， PN結(jié) 的 電 阻很 大 。 PN結(jié) 的 形 成 過 程 中 的 兩 種 運(yùn) 動 ： 多 數(shù) 載 流 子 擴(kuò) 散 少 數(shù) 載 流 子 飄 移 end 3.2.3 PN結(jié) 的 單 向 導(dǎo) 電 性 當(dāng) 外 加 電 壓 使 PN結(jié) 中 P區(qū) 的 電 位 高 于 N區(qū) 的

18、 電 位 ， 稱 為 加正 向 電 壓 ， 簡 稱 正 偏 ； 反 之 稱 為 加 反 向 電 壓 ， 簡 稱 反 偏 。 (1) PN結(jié) 加 正 向 電 壓 時 外 加 的 正 向 電 壓 有一 部 分 降 落 在 PN結(jié) 區(qū) ，方 向 與 PN結(jié) 內(nèi) 電 場 方 向相 反 ， 削 弱 了 內(nèi) 電 場 。于 是 ,內(nèi) 電 場 對 多 子 擴(kuò) 散運(yùn) 動 的 阻 礙 減 弱 ， 擴(kuò) 散電 流 加 大 。 擴(kuò) 散 電 流 遠(yuǎn)大 于 漂 移 電 流 ， 可 忽 略 漂 移 電 流 的 影 響 ， PN結(jié)呈 現(xiàn) 低 阻 性 。 3.2.3 PN結(jié) 的 單 向 導(dǎo) 電 性 當(dāng) 外 加 電 壓 使 PN結(jié)

19、 中 P區(qū) 的 電 位 高 于 N區(qū) 的 電 位 ， 稱 為 加正 向 電 壓 ， 簡 稱 正 偏 ； 反 之 稱 為 加 反 向 電 壓 ， 簡 稱 反 偏 。 (1) PN結(jié) 加 正 向 電 壓 時 低 電 阻 大 的 正 向 擴(kuò) 散 電 流 iD/mA 1.0 0.5 0.5 1.0 0.50 1.0 D/VPN結(jié) 的 伏 安 特 性 3.2.3 PN結(jié) 的 單 向 導(dǎo) 電 性 當(dāng) 外 加 電 壓 使 PN結(jié) 中 P區(qū) 的 電 位 高 于 N區(qū) 的 電 位 ， 稱 為 加正 向 電 壓 ， 簡 稱 正 偏 ； 反 之 稱 為 加 反 向 電 壓 ， 簡 稱 反 偏 。 (2) PN結(jié) 加

20、 反 向 電 壓 時 外 加 的 反 向 電 壓 方 向與 PN結(jié) 內(nèi) 電 場 方 向 相 同 ，加 強(qiáng) 了 內(nèi) 電 場 。 內(nèi) 電 場 對多 子 擴(kuò) 散 運(yùn) 動 的 阻 礙 增 強(qiáng) ，擴(kuò) 散 電 流 大 大 減 小 。 此 時PN結(jié) 區(qū) 的 少 子 在 內(nèi) 電 場 的作 用 下 形 成 的 漂 移 電 流 大于 擴(kuò) 散 電 流 ， 可 忽 略 擴(kuò) 散 電 流 ， PN結(jié) 呈 現(xiàn) 高 阻 性 。 3.2.3 PN結(jié) 的 單 向 導(dǎo) 電 性 當(dāng) 外 加 電 壓 使 PN結(jié) 中 P區(qū) 的 電 位 高 于 N區(qū) 的 電 位 ， 稱 為 加正 向 電 壓 ， 簡 稱 正 偏 ； 反 之 稱 為 加 反

21、 向 電 壓 ， 簡 稱 反 偏 。 (2) PN結(jié) 加 反 向 電 壓 時 高 電 阻 很 小 的 反 向 漂 移 電 流 在 一 定 的 溫 度 條 件 下 ， 由本 征 激 發(fā) 決 定 的 少 子 濃 度 是 一定 的 ， 故 少 子 形 成 的 漂 移 電 流是 恒 定 的 ， 基 本 上 與 所 加 反 向 電 壓 的 大 小 無 關(guān) ， 這 個 電 流 也稱 為 反 向 飽 和 電 流 。 iD/mA1.00.5iD= IS 0.5 1.0 0.50 1.0 D/VPN結(jié) 的 伏 安 特 性 PN結(jié) 加 正 向 電 壓 時 ， 呈 現(xiàn) 低 電 阻 ，具 有 較 大 的 正 向 擴(kuò)

22、散 電 流 ； PN結(jié) 加 反 向 電 壓 時 ， 呈 現(xiàn) 高 電 阻 ，具 有 很 小 的 反 向 漂 移 電 流 。 由 此 可 以 得 出 結(jié) 論 ： PN結(jié) 具 有 單向 導(dǎo) 電 性 。 3.2.3 PN結(jié) 的 單 向 導(dǎo) 電 性 (3) PN結(jié) V-I 特 性 表 達(dá) 式其 中 PN結(jié) 的 伏 安 特 性)1e( /SD D TVIi vIS 反 向 飽 和 電 流VT 溫 度 的 電 壓 當(dāng) 量且 在 常 溫 下 （ T=300K） V026.0 qkTVT mV 26 3.2.4 PN結(jié) 的 反 向 擊 穿 當(dāng) PN結(jié) 的 反 向 電 壓增 加 到 一 定 數(shù) 值 時 ， 反向

23、電 流 突 然 快 速 增 加 ，此 現(xiàn) 象 稱 為 PN結(jié) 的 反 向擊 穿 。熱 擊 穿 不 可 逆 雪 崩 擊 穿 齊 納 擊 穿 電 擊 穿 可 逆 PN結(jié) 被 擊 穿 后 ， PN結(jié) 上 的壓 降 高 ， 電 流 大 ， 功 率 大 。 當(dāng) PN結(jié) 上 的 功 耗 使 PN結(jié) 發(fā) 熱 ， 并 超 過它 的 耗 散 功 率 時 ， PN結(jié) 將 發(fā) 生 熱擊 穿 。 這 時 PN結(jié) 的 電 流 和 溫 度 之間 出 現(xiàn) 惡 性 循 環(huán) ， 最 終 將 導(dǎo) 致 PN結(jié) 燒 毀 。 3.2.5 PN結(jié) 的 電 容 效 應(yīng)(1) 擴(kuò) 散 電 容 CD 擴(kuò) 散 電 容 示 意 圖是 由 多 數(shù)

24、載 流 子 在 擴(kuò) 散 過 程 中 積 累 而 引 起 的 。 當(dāng) PN結(jié) 處 于 正 向 偏 置 時 ， 擴(kuò)散 運(yùn) 動 使 多 數(shù) 載 流 子 穿 過 PN結(jié) ， 在對 方 區(qū) 域 PN結(jié) 附 近 有 高 于 正 常 情 況時 的 電 荷 累 積 。 存 儲 電 荷 量 的 大 小 ，取 決 于 PN結(jié) 上 所 加 正 向 電 壓 值 的 大小 。 離 結(jié) 越 遠(yuǎn) ， 由 于 空 穴 與 電 子 的復(fù) 合 ， 濃 度 將 隨 之 減 小 。 若 外 加 正 向 電 壓 有 一 增 量 V，則 相 應(yīng) 的 空 穴 （ 電 子 ） 擴(kuò) 散 運(yùn) 動 在結(jié) 的 附 近 產(chǎn) 生 一 電 荷 增 量 Q

25、， 二 者之 比 Q/V為 擴(kuò) 散 電 容 CD。 3.2.5 PN結(jié) 的 電 容 效 應(yīng) (2) 勢 壘 電 容 CB end是 由 PN 結(jié) 的 空 間 電 荷 區(qū) 變 化 形 成 的 。空 間 電 荷 區(qū) 的 正 負(fù) 離 子 電 荷 數(shù) 的 增 減 ，類 似 于 平 行 板 電 容 器 兩 極 板 上 電 荷 的變 化 。勢 壘 電 容 的 大 小 可 用 下 式 表 示 ：lSUQC ddb 由 于 PN 結(jié) 寬 度 l 隨 外 加 電 壓 U 而 變 化 ， 因此 勢 壘 電 容 Cb不 是 一 個 常數(shù) 。 ： 半 導(dǎo) 體 材 料 的 介 電 比 系 數(shù) ；S ： 結(jié) 面 積 ；l

26、 ： 耗 盡 層 寬 度 。 3.2.5 PN結(jié) 的 電 容 效 應(yīng) PN 結(jié) 總 的 結(jié) 電 容 Cj 包 括 勢 壘 電 容 Cb 和 擴(kuò) 散電 容 Cd 兩 部 分 。 一 般 來 說 ， 當(dāng) 二 極 管 正 向 偏 置 時 ，擴(kuò) 散 電 容 起 主 要 作 用 ， 即 可 以 認(rèn) 為 Cj Cd； 當(dāng) 反向 偏 置 時 ， 勢 壘 電 容 起 主 要 作 用 ， 可 以 認(rèn) 為 Cj Cb。 C b 和 Cd 值 都 很 小 ， 通 常 為 幾 個 皮 法 -幾 十 皮 法 ，有 些 結(jié) 面 積 大 的 二 極 管 可 達(dá) 幾 百 皮 法 。綜 上 所 述 ： 3.3 半 導(dǎo) 體 二

27、極 管 3.3.1 半 導(dǎo) 體 二 極 管 的 結(jié) 構(gòu) 3.3.2 二 極 管 的 伏 安 特 性 3.3.3 二 極 管 的 主 要 參 數(shù) 3.3.1 半 導(dǎo) 體 二 極 管 的 結(jié) 構(gòu) 在 PN結(jié) 上 加 上 引 線 和 封 裝 ， 就 成 為 一 個 二 極管 。 二 極 管 按 結(jié) 構(gòu) 分 有 點(diǎn) 接 觸 型 、 面 接 觸 型 兩 大類 。(1) 點(diǎn) 接 觸 型 二 極 管 (a)點(diǎn) 接 觸 型 二 極 管 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 PN結(jié) 面 積 小 ， 結(jié)電 容 小 ， 用 于 檢 波 和變 頻 等 高 頻 電 路 。 （ a） 面 接 觸 型 （ b） 集 成 電 路 中 的

28、平 面 型 （ c） 代 表 符 號 (2) 面 接 觸 型 二 極 管 PN結(jié) 面 積 大 ， 用 于工 頻 大 電 流 整 流 電 路 。(b)面 接 觸 型 3.3.2 二 極 管 的 伏 安 特 性二 極 管 的 伏 安 特 性 曲 線 可 用 下 式 表 示)1e( /SD D TVIi v 鍺 二 極 管 2AP15的 V-I 特 性硅 二 極 管 2CP10的 V-I 特 性 3.3.2 二 極 管 的 伏 安 特 性 鍺 二 極 管 2AP15的 V-I 特 性 硅 二 極 管 的 死 區(qū) 電 壓Vth=0.5 V左 右 ， 鍺 二 極 管 的 死 區(qū) 電 壓Vth=0.1 V

29、左 右 。 當(dāng) 0 V Vth時 ， 正 向 電 流 為 零 ，Vth稱 為 死 區(qū) 電 壓 或 開 啟 電 壓 。當(dāng) V 0即 處 于 正 向 特 性 區(qū) 域 。 正 向 區(qū) 又 分 為 兩 段 ：當(dāng) V Vth時 ， 開 始 出 現(xiàn) 正 向電 流 ， 并 按 指 數(shù) 規(guī) 律 增 長 。 3.3.2 二 極 管 的 伏 安 特 性 鍺 二 極 管 2AP15的 V-I 特 性 當(dāng) V 0時 ， 即 處 于 反 向 特 性區(qū) 域 。 反 向 區(qū) 也 分 兩 個 區(qū) 域 ： 當(dāng) VBR V 0時 ， 反 向 電 流 很 小， 且 基 本 不 隨 反 向 電 壓 的 變 化 而變 化 ， 此 時

30、的 反 向 電 流 也 稱 反 向飽 和 電 流 IS 。 當(dāng) V VBR時 ， 反 向 電流 急 劇 增 加 ， VBR稱 為 反向 擊 穿 電 壓 。 3.3.3 二 極 管 的 主 要 參 數(shù)(1) 最 大 整 流 電 流 IF(2) 反 向 擊 穿 電 壓 VBR和最 大 反 向 工 作 電 壓 VRM 二 極 管 反 向 電 流急 劇 增 加 時 對 應(yīng) 的 反 向電 壓 值 稱 為 反 向 擊 穿電 壓 V BR。 為 安 全 計(jì) ， 在 實(shí) 際工 作 時 ， 最 大 反 向 工 作 電 壓VRM一 般 只 按 反 向 擊 穿 電 壓VBR的 一 半 計(jì) 算 。二 極 管 長 期

31、連 續(xù) 工作 時 ， 允 許 通 過 二極 管 的 最 大 整 流電 流 的 平 均 值 。 3.3.3 二 極 管 的 主 要 參 數(shù)(3) 反 向 電 流 IR 在 室 溫 下 ， 在 規(guī) 定 的 反 向 電壓 下 ， 一 般 是 最 大 反 向 工 作 電 壓 下 的 反 向 電流 值 。 硅 二 極 管 的 反 向 電 流 一 般 在 納 安 (nA)級 ； 鍺 二 極 管 在 微 安 (A)級 。(4) 正 向 壓 降 VF 在 規(guī) 定 的 正 向 電 流 下 ， 二 極管 的 正 向 電 壓 降 。 小 電 流 硅 二 極 管 的 正 向 壓降 在 中 等 電 流 水 平 下 ，

32、約 0.6 0.8V； 鍺 二 極管 約 0.2 0.3V。(5) 極 間 電 容 C d（ CB、 CD ） 3.4 二 極 管 基 本 電 路 及 其 分 析 方 法 3.4.1 簡 單 二 極 管 電 路 的 圖 解 分 析 方 法 3.4.2 二 極 管 電 路 的 簡 化 模 型 分 析 方 法 3.4.1 簡 單 二 極 管 電 路 的 圖 解 分 析 方 法 二 極 管 是 一 種 非 線 性 器 件 ， 因 而 其 電 路 一 般 要 采用 非 線 性 電 路 的 分 析 方 法 ， 相 對 來 說 比 較 復(fù) 雜 ， 而 圖解 分 析 法 則 較 簡 單 ， 但 前 提 條

33、件 是 已 知 二 極 管 的 V -I 特 性 曲 線 。 例 3.4.1 電 路 如 圖 所 示 ， 已 知 二 極 管 的 V-I特 性 曲 線 、 電 源VDD和 電 阻 R， 求 二 極 管 兩 端 電 壓 vD和 流 過 二 極 管 的 電 流 iD 。 解 ： 由 電 路 的 KVL方 程 ， 可 得 RVi DDDD vDDDD 11 VRRi v即 是 一 條 斜 率 為 -1/R的 直 線 ， 稱 為 負(fù) 載 線 Q的 坐 標(biāo) 值 （ VD， ID） 即 為 所 求 。 Q點(diǎn) 稱 為 電 路 的 工 作 點(diǎn) 3.4.2 二 極 管 電 路 的 簡 化 模 型 分 析 方 法

34、1.二 極 管 V-I 特 性 的 建 模 將 指 數(shù) 模 型 分 段 線 性 化 ， 得 到 二 極管 特 性 的 等 效 模 型 。 )1e( DSD TVIi v（ 1） 理 想 模 型 （ a） V-I特 性 （ b） 代 表 符 號 （ c） 正 向 偏 置 時 的 電 路 模 型 （ d） 反 向 偏 置 時 的 電 路 模 型 3.4.2 二 極 管 電 路 的 簡 化 模 型 分 析 方 法1.二 極 管 V-I 特 性 的 建 模（ 2） 恒 壓 降 模 型 （ a） V-I特 性 （ b） 電 路 模 型 （ 3） 折 線 模 型 （ a） V-I特 性 （ b） 電 路

35、模 型 3.4.2 二 極 管 電 路 的 簡 化 模 型 分 析 方 法1.二 極 管 V-I 特 性 的 建 模 （ 4） 小 信 號 模 型 vs =0 時 , Q點(diǎn) 稱 為 靜 態(tài) 工 作 點(diǎn) ， 反 映 直 流 時 的 工 作 狀 態(tài) 。)(11 sDDDD vv VRRi vs =Vmsint 時 （ VmVT 。 （ a） V-I特 性 （ b） 電 路 模 型 3.4.2 二 極 管 電 路 的 簡 化 模 型 分 析 方 法2 模 型 分 析 法 應(yīng) 用 舉 例（ 1） 整 流 電 路（ a） 電 路 圖 （ b） v s和 vo的 波 形 2 模 型 分 析 法 應(yīng) 用 舉

36、 例（ 2） 靜 態(tài) 工 作 情 況 分 析V 0D V mA 1/DDD RVI理 想 模 型 （ R=10k） 當(dāng) VDD=10V 時 ， mA 93.0/)( DDDD RVVI恒 壓 模 型 V 7.0D V （ 硅 二 極 管 典 型 值 ）折 線 模 型 V 5.0th V （ 硅 二 極 管 典 型 值 ）mA 931.0 DthDDD rR VVI k 2.0Dr設(shè) V 69.0DDthD rIVV當(dāng) VDD=1V 時 ， （ 自 看 ） （ a） 簡 單 二 極 管 電 路 （ b） 習(xí) 慣 畫 法 2 模 型 分 析 法 應(yīng) 用 舉 例（ 3） 限 幅 電 路 電 路 如

37、圖 ， R = 1k， VREF = 3V， 二 極 管 為 硅 二 極 管 。 分 別 用 理 想 模 型和 恒 壓 降 模 型 求 解 ， 當(dāng) vI = 6sint V時 ， 繪 出 相 應(yīng) 的 輸 出 電 壓 vO的 波 形 。 2 模 型 分 析 法 應(yīng) 用 舉 例（ 4） 開 關(guān) 電 路電 路 如 圖 所 示 ， 求 AO的 電 壓 值解 ： 先 斷 開 D， 以 O為 基 準(zhǔn) 電 位 ， 即 O點(diǎn) 為 0V。 則 接 D陽 極 的 電 位 為 -6V， 接 陰極 的 電 位 為 -12V。陽 極 電 位 高 于 陰 極 電 位 ， D接 入 時 正 向 導(dǎo) 通 。導(dǎo) 通 后 ， D

38、的 壓 降 等 于 零 ， 即 A點(diǎn) 的 電 位 就 是 D陽 極 的 電 位 。所 以 ， AO的 電 壓 值 為 -6V。 end 2 模 型 分 析 法 應(yīng) 用 舉 例（ 6） 小 信 號 工 作 情 況 分 析圖 示 電 路 中 ， VDD = 5V， R = 5k， 恒 壓 降 模 型 的 VD=0.7V， vs = 0.1sint V。（ 1） 求 輸 出 電 壓 vO的 交 流 量 和 總 量 ； （ 2） 繪 出 vO的 波 形 。 直 流 通 路 、 交 流 通 路 、 靜 態(tài) 、 動 態(tài) 等概 念 ， 在 放 大 電 路 的 分 析 中 非 常 重 要 。 3.5 特 殊

39、二 極 管 3.5.1 齊 納 二 極 管 (穩(wěn) 壓 二 極 管 )1.符 號 及 穩(wěn) 壓 特 性 利 用 二 極 管 反 向 擊 穿 特 性 實(shí) 現(xiàn) 穩(wěn) 壓 。 穩(wěn) 壓 二 極 管 穩(wěn) 壓 時 工 作 在 反 向電 擊 穿 狀 態(tài) 。 (1) 穩(wěn) 定 電 壓 VZ(2) 動 態(tài) 電 阻 rZ 在 規(guī) 定 的 穩(wěn) 壓 管 反 向 工 作電 流 IZ下 ， 所 對 應(yīng) 的 反 向 工 作電 壓 。 rZ =VZ /IZ(3)最 大 耗 散 功 率 PZM(4)最 大 穩(wěn) 定 工 作 電 流 I Zmax 和 最 小 穩(wěn) 定 工 作 電 流 IZmin(5)穩(wěn) 定 電 壓 溫 度 系 數(shù) VZ 2

40、. 穩(wěn) 壓 二 極 管 主 要 參 數(shù)3.5.1 齊 納 二 極 管 3. 穩(wěn) 壓 電 路正 常 穩(wěn) 壓 時 VO =VZ3.5.1 齊 納 二 極 管 3.5.2 變 容 二 極 管 （ a） 符 號 （ b） 結(jié) 電 容 與 電 壓 的 關(guān) 系 （ 縱 坐 標(biāo) 為 對 數(shù) 刻 度 ） 3.5.3 肖 特 基 二 極 管（ a） 符 號 （ b） 正 向 V-I特 性 3.5.4 光 電 子 器 件1. 光 電 二 極 管 （ a） 符 號 （ b） 電 路 模 型 （ c） 特 性 曲 線 3.5.4 光 電 子 器 件2. 發(fā) 光 二 極 管符 號 光 電 傳 輸 系 統(tǒng) 3.5.4 光 電 子 器 件3. 激 光 二 極 管 （ a） 物 理 結(jié) 構(gòu) （ b） 符 號 end