模电课件半导体二极管.ppt

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一、PN结及其单向导电性
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P
N
1. PN结中载流子的运动
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空间电荷区
内电场
UD
又称耗尽层，即PN结。
最终扩散(diffusion)运动与漂移(drift)运动达到动态平衡，PN结中总电流为零。
内电场又称阻挡层，阻止扩散运动，却有利于漂移运动。
硅约为（~）V锗约为（~）V
扩散
漂移
2. PN结的单向导电性
N
P
-
+
+
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R
V
正向电流
外电场削弱了内电场有利于扩散运动，不利于漂移运动。
空间电荷区变窄
加正向电压
+
-
U
耗尽层
内电场
UD - U
外电场
I
称为正向接法或正向偏置（简称正偏，forward bias)
PN结处于正向导通(on)状态，正向等效电阻较小。
加反向电压
+
-
U
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
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-
R
V
称为反向接法或反向偏置（简称反偏）
一定温度下， V 超过某一值后 I 饱和，称为反向饱和电流 IS 。
结论：PN结具有单向导电性：正向导通，反向截止。
内电场
外电场
UD + U
空间电荷区
外电场增强了内电场有利于漂移运动，不利于扩散运动。
反向电流非常小，PN结处于截止(cut-off)状态。
I
反向电流
IS 对温度十分敏感。
P
N
二、二极管的伏安特性
阳极从P区引出，阴极从N区引出。
1. 二极管的类型
从材料分：硅二极管和锗二极管。
从管子的结构分：
对应N区
对应P区
点接触型二极管，工作电流小，可在高频下工作，适用于检波和小功率的整流电路。
面接触型二极管，工作电流大，只能在较低频率下工作，可用于整流。
开关型二极管，在数字电路中作为开关管。
二极管的符号
阳极
anode
阴极
cathode
2. 二极管的伏安特性
30
20
10
I/mA
UD/V

20 10
2
4
-I/μА
O
正向特性
死区电压
Is
UBR
反向特性
+
UD
I
动画
死区电压：
当正向电压超过死区电压后，
二极管导通,
电流与电压关系近似指数关系。
V左右
V左右
死区电压
正向特性

10
20
30
U/V
I/mA
0
二极管正向特性曲线
V左右
V左右
导通压降：
正向特性
反向特性
反偏时，反向电流值很小，
反向电阻很大，
反向电压超过UBR则被击穿。
IS
反向特性
结论：二极管具有单向导电性，正向导通，反向截止。
二极管方程：
反向饱和电流
反向击穿电压
若U<0,且|U| >>UT,则 I ≈ - IS
式中： IS为反向饱和电流
UT 是温度电压当量，
常温下UT近似为26mV。
-2
-4
-I/μA
I/mA
U/V
-20 -10
0
若U >> UT
则
三、二极管的主要参数
最大整流电流 IF
指二极管长期运行时，
允许通过管子的最大正向平均电流。
IF的数值是由二极管允许的温升所限定。
最高反向工作电压 UR
工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值，
否则二极管可能被击穿。
为了留有余地，通常将击穿电压UBR的一半定为UR 。
室温条件下，在二极管两端加上规定的反向电压时，
流过管子的反向电流。
通常希望IR值愈小愈好。 IR受温度的影响很大。
最高工作频率 fM
fM值主要决定于PN结结电容的大小。
结电容愈大，则二极管允许的最高工作频率愈低。
01
反向电流 IR
02