模拟电子技术基础第1章半导体二极管及其应用

第1章半导体二极管及其应用

1.1 半导体物理基础知识

半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。

如硅(Si)

1.1.1 本征半导体（纯净的单晶半导体）

1.1.2杂质半导体（本质半导体掺入少量其他元素）

分为

1.N型半导体（掺入5价元素）自由电子为多子

2.P型半导体（掺入3价元素）空穴为多子

杂质半导体的载流子浓度：

多子浓度=杂质浓度

少子浓度根据

可求。（右式的ni是本征载流子浓度）

1.2 PN结

P型半导体和N型半导体结合，交界处形成的特殊物理层称为PN结。

1.2.1 PN结的形成

浓度差à扩散运动àN区失去电子、P区失去空穴à交界处的正负离子由于物质结构不能随意移动à空间电荷区（耗尽层/阻挡层）

空间电荷区à内电场à漂移电流

最终扩散电流和漂移电流达到动态平衡。

1.2.2 PN结的单向导电性（正向导通，反向阻止）

1.PN结外加正向电压

P区接正极，N区接负极。

外电场和内电场方向相反，耗尽层变窄，多子扩散运动加强，电路形成流入P区的正向电流。

正向PN结表现为一个很小的电阻。

2.PN结加反向电压

P接负极，N接正极。

外电场和内电场方向相同，耗尽层变宽，阻止了多子的扩散运动，而少子浓度很低，所以少子的漂移电流很小，电路形成流入N区的电流，称为反向饱和电流用Is表示。 Is近似为定值。

反向PN结表现为一个很大的电阻。

3.PN结电流方程

PN结的电流i和外加电压u的关系：

i=IS equkT-1= IS (eu/UT-1)

其中反向饱和电流IS 与PN结物理性质有关，UT=k*T/q 常温下UT = 26mV

4.PN结的伏安特性

由i和u关系可知，u>0时，近似成指数关系，

u<0时，I ≈-IS

PN结伏安特性对温度敏感，温度升高，正向特性左移，反向特性下移。

1.2.3 PN结的反向击穿特性

PN结反向电压增加到 UBR，反向电流急剧增大，称为反向击穿。

1.2.4 PN结的电容特性

PN结电荷量随外加电压变化，由电容效应。

低频时可忽略。

1.3 半导体二极管及其基本电路

PN结加上两个引线就成了半导体二极管。

1.3.1 半导体二极管的伏安特性曲线

近似计算时，使用PN结的电流方程

i=IS equkT-1= IS (eu/UT-1)

1.3.2 半导体二极管的主要参数

1.直流电阻RD

2.交流电阻rD

rD= UTIDQ

3.最大整流电流IFM

4.最大方向工作电压URM

5.反向电流IR

6.最大工作频率fM

1.3.3 半导体二极管的电路模型

1. 理想模型（开关）

2.恒压降模型（开关+电压源UDon ） //UDon 称为导通电压，硅管取0.7V

3.折线模型(开关+电压源UDon +电阻rD(on))

4.交流小信号模型(使用交流电阻rD= UTIDQ 来等效)

1.3.4 二极管基本应用电路

1.二极管整流电路

2.二极管限幅电路

3.二极管开关电路

1.4 特殊二极管

1.4.1 稳压二极管（在击穿后，特性曲线更陡峭）

电流在一个范围内变化时，电压基本不变，保持为稳定电压UZ

1.4.2变容二极管

1.4.3 光敏二极管

1.4.4 发光二极管

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