PN结与二极管.pptx

第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管1 多子扩散 形成空间电荷区 建立内电场 少子漂移 方向相反方向相反动态平衡动态平衡Ij=02）PN结内电场的形成结内电场的形成第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管22.PN2.PN结的单向导电性结的单向导电性1)PN结外加正向电压时处于导通状态结外加正向电压时处于导通状态 外外电电场场与与内内电电场场的的方方向向相相反反，空空间间电电荷荷区区变变窄窄，内内电电场场被被削削弱弱，多多子子扩扩散散得得到到加加强强，少少子子漂漂移移将将被被削削弱弱，扩扩散散电电流流大大大大超超过过漂漂移移电电流流，最最后后形形成成较较大大的正向电流。的正向电流。第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管32)PN结外加反向电压时处于截止状态结外加反向电压时处于截止状态 外外电电场场与与内内电电场场方方向向一一致致，空空间间电电荷荷区区变变宽宽内内电电场场增增强强，不不利利于于多多子子的的扩扩散散，有有利利于于少少子子的的漂漂移移。在在电电路路中中形形成成了了基基于于少少子子漂漂移移的的反反向向电电流流。由由于于少少子子数数量量很很少少，因因此此反反向向电电流很小。流很小。结论：结论：PN结具有单向导电性，结具有单向导电性，即正偏导通，反偏截止。即正偏导通，反偏截止。第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管41)PN结的电流方程结的电流方程令令:u uT T=kTkT/q q 称温度电压当量称温度电压当量T=300K时，时，uT=26mV 3.PN3.PN结（二极管）的伏安特性结（二极管）的伏安特性第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管52)PN结的正向伏安特性结的正向伏安特性u0，正向特性，正向特性:uUT,指数特性指数特性u0，反向特性，反向特性:u-UT，i-IS uUBR，击穿特性，击穿特性:齐纳击穿、雪崩击穿齐纳击穿、雪崩击穿3)PN结的反向击穿特性结的反向击穿特性第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管64)PN结的电容效应结的电容效应1）势垒电容势垒电容:Cb第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管72)扩散电容扩散电容:CdCj=Cb+Cd第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管81.二极管的结构及类型二极管的结构及类型1 1）二极管的外形）二极管的外形PN结结+管壳管壳+引线引线1.2.2 二极管及其伏安特性第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管9阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅(c)平面型平面型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(b)面接触型面接触型阴极阳极(d)符号符号D(a)点点接触型接触型2 2）二极管的内部结构与符号）二极管的内部结构与符号第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管10按按PN结结构结结构分：分：有点接触型和面接触型二极管。有点接触型和面接触型二极管。点点接接触触型型管管子子中中不不允允许许通通过过较较大大的的电电流流，因因结结电电容容小，可在高频下工作。小，可在高频下工作。面面接接触触型型二二极极管管PN结结的的面面积积大大，允允许许流流过过的的电电流流大，但只能在较低频率下工作。大，但只能在较低频率下工作。按按用用途途划划分分：有有整整流流二二极极管管、检检波波二二极极管管、稳稳压压二二极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。按半导体材料分：按半导体材料分：有硅二极管、锗二极管等。有硅二极管、锗二极管等。3 3）二极管的类型）二极管的类型第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管11正向特性正向特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性6040200.0020.00400.5 1.02550I/mAU/V击穿电压击穿电压U(BR)在在二二极极管管的的两两端端加加上上电电压压，测测量量流流过过管管子子的的电电流，则流，则I=f(U)之间的关系曲线为伏安特性。之间的关系曲线为伏安特性。50I/mAU/V0.20.425510150.010.02锗管的伏安特性锗管的伏安特性02.二极管的伏安特性二极管的伏安特性第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管121 1）正向特性）正向特性当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。相相应应的的电电压压叫叫死死区区电电压压。范范围围称称死死区区。死死区区电电压压与与材材料料和和温温度度有有关关，硅硅管管约约0.5V左左右右，锗锗管约管约0.1V左右。左右。正向特性正向特性当当正正向向电电压压超超过过死死区区电电压压后后，随随着着电电压压的的升升高高，正正向向电电流流迅迅速速增大。增大。60402000.4 0.8I/mAU/V第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管132 2）反向特性）反向特性0.020.0402550I/mAU/V反向特性反向特性当当电电压压超超过过零零点点几几伏伏后后，反反向向电电流流不不随随电电压压增增加加而而增增大，即饱和；大，即饱和；二二极极管管加加反反向向电电压压，反反向电流很小；向电流很小；如如果果反反向向电电压压继继续续升升高高，大大到到一一定定数数值值时时，反反向向电电流会突然增大；流会突然增大；反向饱反向饱和电流和电流这种现象称这种现象称击穿击穿，对应电压叫，对应电压叫反向击穿电压反向击穿电压。击击穿穿并并不不意意味味管管子子损损坏坏，若若控控制制击击穿穿电电流流，电电压压降降低后，还可恢复正常。低后，还可恢复正常。击穿击穿电压电压U(BR)第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管143 3）伏安特性表达式）伏安特性表达式(二极管方程二极管方程)IS：反向饱和电流：反向饱和电流UT：温度的电压当量：温度的电压当量在常温在常温(300K)下，下，UT 26mV二二极极管管加加反反向向电电压压，即即UDUT，则，则I -IS。二极管加正向电压，即二极管加正向电压，即UD0，且，且UDUT，则，则，可得，可得，说明电流，说明电流I 与电压与电压UD基本上成指数关系。基本上成指数关系。第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管154)4)结论结论：二二极极管管具具有有单单向向导导电电性性。加加正正向向电电压压时时导导通通，呈呈现现很很小小的的正正向向电电阻阻，如如同同开开关关闭闭合合；加加反反向向电电压压时时截截止止，呈现很大的反向电阻，如同开关断开。呈现很大的反向电阻，如同开关断开。从从二二极极管管伏伏安安特特性性曲曲线线可可以以看看出出，二二极极管管的的电电压压与与电电流流变变化化不不呈呈线线性性关关系系，其其内内阻阻不不是是常常数数，所所以以二二极极管管属于非线性器件。属于非线性器件。第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管161.2.3 二极管的主要参数1 1）最大整流电流最大整流电流 IFIF二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。2 2）最高反向工作电压）最高反向工作电压 URUR工工作作时时允允许许加加在在二二极极管管两两端端的的反反向向电电压压值值。通通常常将将击击穿穿电压电压UBR的一半定义为的一半定义为UR。3 3）反向电流）反向电流 IRIR通常希望通常希望IR值愈小愈好。值愈小愈好。4 4）最高工作频率）最高工作频率 fMfMfM值值主主要要决决定定于于PN结结结结电电容容的的大大小小。结结电电容容愈愈大大，二二极管允许的最高工作频率愈低。极管允许的最高工作频率愈低。第第1章半导体二章半导体二极管及其应用极管及其应用1.2PN结与结与二极管二极管17