電子模擬技術

單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第六章 半導體二極管和三極管,6.1 半導體基礎知識,導 體：電阻率小于10,-4,cm,絕緣體：電阻率大于10,10,cm,半導體：電阻率介于10,-4,10,10,cm,之間,6.1.1 本征半導體,二個電子的共價鍵,二個電子的共價鍵,正離子,+4,電子空穴對的產(chǎn)生,共價鍵中原來位置留下一個空位,受熱掙脫共價鍵束縛形成自由電子,形成電子空穴對,在外電場作用下,空穴電流,兩部分電流：,本征激發(fā)的自由電子形成電子電流；,空穴移動產(chǎn)生的空穴電流,自由電子與空穴都稱為,載流子,，在本征半導體中，自由電子和空穴的數(shù)目相同,電子運動,空穴運動,束縛電子：x,2,x,1,，x,3,x,2,；,相當于空穴：x,1,x,2,x,3,外電場,E,6.1.2 雜質(zhì)半導體,N,型半導體（電子型半導體）和,P,型半導體（空穴型半導體）,1,N型半導體,摻入,五價,雜質(zhì)元素,雜質(zhì)原子提供多余的電子,電子是多數(shù)載流子,空穴是少數(shù)載流子,2,P型半導體,摻入,三價,雜質(zhì)元素,雜質(zhì)原子提供空穴,空穴是多數(shù)載流子,電子是少數(shù)載流子,6.1.3 PN結,1PN結的形成,空穴擴散,電子擴散,載流子在電場作用下的定向運動稱為漂移運動,當擴散和漂移達到動態(tài)平衡時，空間電荷區(qū)的寬度就穩(wěn)定下來。PN結就處于相對穩(wěn)定的狀態(tài),電位壁壘U,D,的大小，,硅,材料為,0.60.8V,，,鍺,材料為,0.20.3V,多數(shù)載流子的擴散,空間電荷區(qū),內(nèi)電場,2PN結的單向?qū)щ娦?(1)外加正向電壓,外加電壓,P,N,，外電場,削弱內(nèi)電場,，PN結的動態(tài)平衡被破壞，在外電場的作用下，P區(qū)中的空穴進入空間電荷區(qū)，與一部分負離子中和，N區(qū)中的自由電子進入空間電荷區(qū)與一部分正離子中和，于是整個,空間電荷區(qū)變窄,，從而使多子的,擴散運動增強,，形成較大的擴散電流，這個電流稱為,正向電流,，其方向是從P區(qū)指向N區(qū)。這種外加電壓接法稱為,正向偏置,(2)外加反向電壓,外加電壓,N,P,，這種情況稱為PN結,反向偏置,。這時，,外電場增強內(nèi)電場,的作用。在外電場的作用下，P區(qū)中的空穴和N區(qū)中的自由電子各自背離空間電荷區(qū)運動，使,空間電荷變寬,，從而,抑制了多子的擴散,，加強了少子的漂移，形成反向電流。由于少子的濃度很低，因此這個,反向電流非常小，,反向電流又稱為反向飽和電流，通常用,I,s,表示。,結論,PN結具有單向?qū)щ娦?：PN結,正向偏置,時，回路中有較大的正向電流，PN結呈現(xiàn)的電阻很小，,PN結處于導通狀態(tài),；當PN結,反向偏置,時，回路中的電流非常小，PN結呈現(xiàn)的電阻非常高，,PN結處于截止狀態(tài),。,6.2 半導體二極管,6.2.1 二極管的結構與特性,PN結面積小，結電容小，適用于高頻和小功率，用作高頻檢波和脈沖開關,點接觸型,：,面接觸型：,PN結面積大，可通過較大的電流，電容效應明顯。不能用于高頻，常用作低頻整流。,1.結構,2.特性,二極管的伏安特性曲線,二極管方程,U,T,=kT/q為溫度電壓當量。在常溫（T=300K）下，,U,T,26mV,。,當二極管加正向電壓時，若UU,T,，則，電流與電壓基本上為指數(shù)關系。,當二極管加反向電壓時，UU,T,，則，II,s,。,U,th,稱為,死區(qū)電壓,或,門坎電壓,。U,th,的大小與材料和溫度有關，通常硅管約為0.5V，鍺管約為0.1V；二極管導通時的正向壓降，硅管為0.60.8V，鍺管為0.20.3V。,U,BR,稱為,反向擊穿電壓,6.2.2 二極管的主要參數(shù),1最大整流電流I,F,最大整流電流是指二極管長時間工作時，允許流過二極管的最大正向平均電流，它由PN結的結面積和散熱條件決定。,2最大反向工作電壓U,R,它是二極管加反向電壓時為防止擊穿所取的安全電壓，一般將反向擊穿電壓U,BR,的一半定為最大反向工作電壓U,R,。,3反向電流,I,R,I,R,是指二極管加上最大反向工作電壓U,R,時的反向電流。,I,R,愈小，二極管的單向?qū)щ娦跃陀?。此外，由于反向電流是由少?shù)載流子形成的，所以，溫度對,I,R,的 影響很大,4最高工作頻率f,M,f,M,主要由PN結電容的大小決定，結電容愈大，則f,M,就越低。若工作頻率超過f,M,，則二極管的單向?qū)щ娦跃妥儾睿踔翢o法使用。,二極管主要是利用其,單向?qū)щ娦?，通常用于整流、檢波、限幅、元件保護等，在數(shù)字電路中常作為開關元件。,在圖示電路中，輸入電壓u,i,=10sintV，試畫出電路的輸出電壓波形。設二極管為理想二極管，正向?qū)〞r壓降為零，反向偏置時，反向電流為零。,解,：對圖 a所示電路，由于二極管具有單向?qū)щ娦?，在u,i,的正半周，D導通，u,o1,=u,i,；在u,i,的負半周，D截止，i=0，u,o1,=0。,對圖b所示電路，當u,i,5V時，D導通，u,o2,=5V；當u,i,5V時，D截止，i=0,u,R,=0，故u,o2,=u,i,-u,R,=u,i,。,例:求圖所示電路中O點的電位。設二極管的正向壓降為0.7V。,兩個二極管都能導通，由于A點電位比B點高，所以D,1,優(yōu)先導通，D,1,導通后，,此時D,2,上加的是反向電壓，故D,2,載止。在這里D,1,起鉗位作用，即把O點的電位鉗住在2.3V，而D,2,起隔離作用，把輸入端B和輸出端O隔離開來。,解：,課堂練習：,6.7 題 圖(a)所示電路中，設二極管的正向壓降為0.6V，輸入電壓的波形如圖(b)所示，試畫出輸出電壓波形。,作業(yè)：6.8;6.9,