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最新模拟电子技术精品课件第1章 半导体二极管及其基本应用电路_图文

最新模拟电子技术精品课件第1章  半导体二极管及其基本应用电路_图文

模拟电子技术 (第三版) 第1章 半导体二极管及其基本应用电路 高等教育出版社 1.1 半导体二极管 ? 知识导学 ? 教学内容 – 1.1.1 PN结及其单向导电特性 动画教学 动画教学 动画教学 PN结的形成 PN结的单向导电性 两种载流子 – 1.1.2 二极管的结构与符号 – 1.1.3 二极管的伏安特性 – 1.1.4 二极管的主要参数 – 1.1.5 二极管的简易测试 ? 课外拓展 模拟电子技术 知识导学 1. N型、P型半导体 2.PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗?它 为什么具有单向性?在PN结中另反向电压时真的 没有电流吗? 模拟电子技术 1.1.1 PN结及其单向导电特性 纯净的具有晶体结构的半导体 1. 半导体中两种载流子 带负电的自由电子 带正电的空穴 2. 本征半导体中,自由电子和空穴总是成对出现, 称为 电子 - 空穴对。 N 型半导体 3.杂质半导体有两种 P 型半导体 4. 载流子的浓度与温度密切相关,它随着温度的升 高,基本按指数规律增加。 模拟电子技术 4 1.1.1 PN结及其单向导电特性 一、 N 型半导体 在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素,如 磷、锑、砷等,即构成 N 型半导体(或称电子型 半导体)。 常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。 本征半导体掺入 5 价元素后,原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子,其中 4 个与硅构成共价键,多余一个电子只受 自身原子核吸引,在室温下即可成为自由电子。 模拟电子技术 5 1.1.1 PN结及其单向导电特性 电子浓度多于空穴浓度 电子称为多数载流子(简称多子), 空穴称为少数载流子(简称少子)。 (a)N 型半导体 模拟电子技术 6 1.1.1 PN结及其单向导电特性 二、 P 型半导体 在硅或锗的晶体中掺入少量的3 价杂质元素,如硼、 镓、铟等,即构成 P 型半导体。 空穴浓度多于电子浓度,空穴为多数载流 子,电子为少数载流子。 (b) P 型半导体 模拟电子技术 7 1.1.1 PN结及其单向导电特性 三、PN结 采用特殊工艺,在一块半导体单晶上一侧掺杂成 为 P 型半导体,另一侧掺杂成为 N 型半导体,两个区 域的交界处就形成了一个特殊的薄层,称为 PN 结。。 1、PN 结的形成 P PN结 N 模拟电子技术 8 1.1.1 PN结及其单向导电特性 2、PN 结中载流子的运动 ①. 扩散运动 P N 电子和空 穴浓度差形成 多数载流子的 定向扩散运动 P 区的多子(空穴)扩散 到 N 区,与 N 区的自由电 子复合而消失; N 区的多 子(自由电子)扩散到 P 区,与 P 区的空穴复合而 消失 P 耗尽层 空间电荷区 N ——PN结,耗尽层 模拟电子技术 1.1.1 PN结及其单向导电特性 ②. 空间电荷区产生内电场 P区与N区交界面附近载流子的浓度骤减,形成了由不 能移动的带电离子构成的空间电荷区,建立了由N区指向P 区的内电场,空间电荷区正负离子之间电位差阻止多子的 扩散——阻挡层。 阻挡层 ③. 漂移运动 空间电荷区 N P 内电场 有利于少子 运动—漂移 少子的运 动与多子运 动方向相反 模拟电子技术 内电场 Uho 电势差 10 1.1.1 PN结及其单向导电特性 ④. 扩散与漂移的动态平衡 扩散运动使空间电荷区增大,扩散电流逐渐减小; 随着内电场的增强,漂移运动逐渐增加; 当扩散电流与漂移电流相等时,PN 结总的电 流等于零,空间电荷区的宽度达到稳定。 即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。 P N 模拟电子技术 11 1.1.1 PN结及其单向导电特性 四、 PN 结的单向导电性 1. 若P区的电位高于N区的电位,称为正向偏 置,简称正偏(正向导通状态) P 耗尽层 N I 内电场方向 外电场方向 V R 模拟电子技术 12 1.1.1 PN结及其单向导电特性 结论:正偏时,由于外电场方向与内电场方向 相反,内电场被削弱,空间电荷区变窄,有利 于多子的扩散运动加强,并通过外加电源,回 路形成较大的正向电流。 P 空间 电荷区 N +I V U R - 模拟电子技术 1.1.1 PN结及其单向导电特性 在 PN 结加上一个很小的正向电压,即可得到较 大的正向电流,为防止电流过大,可接入电阻 R。 1. 若P区的电位低于N区的电位,称为反向偏置,简 称反偏 2. PN 结外加反向电压时处于截止状态(反偏) 反向接法时,外电场与内电场的方向一致,增强了内电场的作用; 外电场使空间电荷区变宽; P 空间 电荷区 N I - V U R + 不利于多子扩散运动, 有利于少子的漂移运 动,漂移电流大于扩 散电流,电路中产生 反向电流 由于少数载流子浓度很低,反向电流数值非常小。 模拟电子技术 14 1.1.1 PN结及其单向导电特性 P 耗尽层 N IS 内电场方向 外电场方向 V R 特别的,反向电流又称反向饱和电流。对温度十 分敏感, 随着温度升高, IS 将急剧增大。 模拟电子技术 15 1.1.1 PN结及其单向导电特性 结论: 当PN结反向偏置时,回路中反向电流非常小,几 乎等于零, PN 结处于截止状态。 可见, PN 结具有单向导电性。 模拟电子技术 1.1.2 二极管的结构与符号 在PN结上加上引线和封装,就成为一个二极管。 二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型 图1.2.1二极管的几种外形 模拟电子技术 17 1.1.2 二极管的结构与符号 (c) (a) (b) (d) 图1.1.3 半导体二极管的外形结构和符号 (a)二极管外形图(像片) (b)内部结构示意图 (c)几种常用的二极管外形图 (d)电路符号 模拟电子技术 1.1.3 二极管的

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