1、半導體知識二極管知識二極管應用半導體材料及二極管 小結 1本征半導體純凈且具有完整晶體結構的半導體稱為本征半導體。在一定的溫度下，本征半導體內的最重要的物理現象是本征激發（又稱熱激發或產生）。本征激發產生兩種帶電性質相反的載流子自由電子-空穴對。溫度越高，本征激發越強。空穴是半導體中的一種等效載流子。空穴導電的本質是價電子依次填補本征晶格中的空位，使局部顯示電荷的空位宏觀定向運動。在一定的溫度下，自由電子與空穴在熱運動中相遇，使一對自由電子和空穴消失的現象稱為載流子復合。復合是產生的相反過程，當產生等于復合時，稱載流子處于平衡狀態。小結一：半導體在本征Si（或Ge）中摻入微量5價（或3價）元素

2、后形成N型（或P型）雜質半導體。在很低的溫度下，N型（P型）半導體中的雜質會全部電離，產生自由電子-雜質正離子對（空穴-雜質負離子對）。由于雜質電離，使N型半導體中的多子是自由電子，少子是空穴，而P型半導體中的多子是空穴，少子是自由電子。在常溫下，多子少子,且多子濃度幾乎等于雜質濃度，與溫度無關；少子濃度是溫度的敏感函數。在相同摻雜和常溫下，Si的少子濃度遠小于Ge的少子濃度。這也是Si器件工作溫度高于Ge器件的原因。2雜質半導體關鍵名詞：本征半導體、價電子、本征激發、電子-空穴對、載流子雜質半導體、施主雜質、受主雜質N型半導體、P型半導體、多子、少子漂移電流、擴散電流導體或半導體的導電作用是

3、通過載流子的運動（形成電流）來實現的。導體中的載流子是自由電子，半導體中的載流子則是帶負電的電子和帶正電的空穴。在半導體中存在兩類電流：一是因電場作用產生的載流子漂移電流（這與金屬導電一致）；二是因載流子濃度差而產生的載流子擴散電流。 3半導體中的兩種電流制作在同一硅或鍺片上的P型和N型半導體的物理界面附近，會形成一個特殊的薄層PN結。PN結是非中性區（稱空間電荷區），存在由N區指向P區的內建電場和內建電壓；PN結內載流子數遠少于結外的中性區（稱耗盡層）；PN結內的電場是阻止結外兩區的多子越結擴散的（稱勢壘層或阻擋層）。偏置外加在器件上的直流電壓或電流。PN結的單向導通特性、伏安特性、電容效應

4、小結二：PN結0普通二極管內芯片就是一個PN結，P區引出正電極，N區引出負電極。在低頻運用時，二極管具有單向導電特性，正偏時導通，Si管和Ge管導通電壓典型值分別是0.7V和0.2V；反偏時截止，但Ge管的反向飽和電流(A量級)比Si管(pA量級)大得多。二極管的低頻小信號模型就是交流電阻，它反映了在工作點Q(VD, ID)處，二極管的微變電流與微變電壓之間的關系。二極管的低頻大信號模型是一種開關模型，有理想開關、恒壓源模型和折線模型三種近似。小結三：二極管二極管伏安特性:二極管交流電阻定義： ，估算:RD：工作點與原點連線的斜率的倒數rd：工作點切點處 斜率的倒數vD/ViDvD/ViD0.

5、14.58pA-0.1-0.098pA0.20.219nA-0.2-0.098pA0.310.26nA-0.3-0.099954pA0.40.48A-0.4-0.09999998pA0.522.45 A-0.5-0.1pA0.61.052mA-0.6-0.1pA0.657.2mA-0.7-0.1pA0.749.3mA-1-0.1pA0.75337.1mA-10-0.1pA特點：反向偏壓工作狀態下，電流飽和，表現出反向電流恒定的特征。將反向電流命名為：單向導電死區電壓 開啟電壓 恒壓 VON壓控器件（電壓控制電流）VON二極管的低頻大信號模型：1. 理想開關模型：二極管正偏導通時，認為vD0，

6、RD0， rd0，正向電流由外電路決定；二極管反偏截止時，認為iD0， RD， rd， 反向管壓降vD由外電路決定；2. 恒壓源模型：二極管正偏導通時，認為vDVON， RD0， rd0，正向電流由外電路決定；二極管反偏或正偏電壓小于VON時，二極管截止，認為iD0， RD， rd， 管壓降vD由外電路決定；3. 折線近似模型：二極管vDVON時，二極管導通，且交流電阻 rd不變。 二極管的低頻小信號模型： 在低頻小信號條件下，二極管工作點Q附近的伏安特性曲線可近似堪稱直線，二極管可近似等效為一個線性元件（交流電阻），這種模型用來計算疊加在工作點Q上微小電壓或電流變化時的響應。重點難點之一：二

7、極管的四種模型單向導電特性應用：整流器：半波整流，全波整流，橋式整流。濾波電路限幅器：頂部限幅，底部限幅，雙向限幅。鉗位電路*電容效應應用變容二極管反向擊穿特性穩壓二極管小結四：二極管應用重點難點之二：二極管應用電路分析可用圖解法（即負載線法）來分析。將穩壓管的外電路用戴維寧定理化簡。空載輸出電阻：空載輸出電壓穩壓管穩壓電路的穩壓原理負載線方程：負載線方程：求負載線方程的第二種方法：穩壓二極管限流電阻 R 的取值范圍當輸入電壓最高，負載電阻又最大時，穩壓管電流最大，但必須滿足IZIzmin，則有：先假設二極管斷開，確定二極管兩端電位差。根據二極管兩端加的是正電壓還是反電壓判定二極管是否導通，若

8、為正電壓且大于閾值電壓則導通，否則為截止。若電路出現兩個或兩個以上二極管，應判定承受正向電壓較大者優先導通，再按照上面所講述的方法，判斷余下的二極管是否導通。判斷電路中二極管狀態的方法解：將二極管兩端斷開 10V5VABVAB=(-5)-(-10)=5VVthVB=-10VVA=-5V所以二極管導通所以D2截止。VB1A=0-(-9)=9VVB2A=(-6)-(-9)=3V所以：D1先導通D1導通后，VA=-0.7VVB2A=(-6)-(-0.7)=-5.3V解：先將二極管兩端斷開A開路比較法（判斷二極管的狀態）：二極管正偏最高端口電壓優先，再啟用回路或結點方法對電路實施分析的一種方法。2.

9、估算法：將二極管用恒壓源近似，并根據二極管的材料性質設定導通電壓VON值，后求解路中變量。估算法多用于靜態工作點電流ID求解。3. 模型法（交直流電路等效分析法）：將電路中的二極管用簡化電路模型替代，利用簡化電路直接分析求解。具體方法是：巧用開路、短路法，分別獲得電路的直流通路求解直流變量，獲得電路的交流通路求解動態變量。4. 圖解法(負載線法)：利用二極管的伏安特性曲線與外電路所確定的負載線，用作圖的方法進行求解。 二極管電路的分析方法必須建立的工程概念 1、條件的概念（任何結論都有前提條件）。 2、近似的概念（突出主要矛盾）。 3、數量級的概念。模電中符號大小寫的約定大寫字母大寫下標表示直

10、流量小寫字母大寫下標表示包含直流量的瞬時總量大寫字母小寫下標表示交流有效值小寫字母小寫下標表示交流瞬時值 第1章 習題解題方法指導解：畫出直流等效電路（利用開 路、短路法建立）直流通路圖畫法：電容。電感。直流通路圖1.8 二極管電路如圖1.8所示，設二極管的正向導通電壓 為0.7V，電容C1和C2容量足夠大，對信號可視為短 路，vi(t)=sint（mV）。（1）試畫出直流等效電路和交流等效電路；（2）求輸出電壓vo的值。采取上述方法，剩余的電路，即為直流等效電路，直流通路圖即-直流通路圖2. 畫出交流等效電路（利用開 路、短路法，剩余電路）交流通路畫法:交流通路圖4. 根據交流通路圖求交流輸

11、出電壓 vo1.15 穩壓二極管電路如圖1.15所示，已知穩壓管的穩定 電壓Vz=6V，動態電阻rz=10，輸入電壓的標稱值 VI為10V，但有1V的波動。（1）當RL=200時，試求標稱電壓下流過穩壓管的電 流Iz和輸出電壓Vo。在輸入電壓波動時，輸出電壓 的變化量Vo有多大？（2）當RL=50時， Iz =？ Vo =？解：（1）假設穩壓二極管開路，計算其開路端電壓VO是否大于VZ穩壓值，如果大于，則判定處于穩壓狀態。穩壓管穩壓。（2）畫出穩壓狀態下動態電路圖解Vo的方式有兩種：1 精細算法求解；2 估算法求解1 精細算法求解. 根據KVL和VCR求Vo. 根據KVL和VCR求IZ.輸入電

12、壓的波動交流峰峰值狀態交流通路圖.畫出穩壓狀態下動態電路圖2 估算法求解. 待求電壓Vo=串聯分壓系數輸入電壓VI. 根據KVL和VCR求IZ. 并聯電壓相等求Vo. 畫出交流通路圖. 化簡電路. 利用Vo=串聯分壓系數輸入電壓VI當 RL=50時，首先用開路穩壓管法，判定能否穩壓！所以，穩壓管處于截止狀態，IZ01. 雪崩擊穿與齊納擊穿的本質區別是什么？思考題雪崩擊穿發生條件：大多發生在摻雜濃度較低、空間電荷層較寬、反向偏壓較高的PN結中；形成原因：碰撞電離。少數載流子在較高的反偏電壓加速下，獲得很大的動能足以把空間電荷區內共價鍵的價電子撞出，由于阻擋層較寬，碰撞電離的機會增多，使載流子數目劇增，反向電流急劇增大，造成雪崩擊穿。雪崩擊穿電壓具有正的溫度系數。齊納（Zener）擊穿發生條件：發生在摻雜濃度較高、PN結較薄、反向偏壓較小的PN結中；形成原因：場致激發。由于空間電荷區較窄，即使不大的反向偏壓也會建立起很強的電場，該電場可直接將共價鍵的價電子拉出，使載流子數目劇增，反向電流急劇增大，造成齊納擊穿。齊納擊穿電壓具有負的溫度系數。思考題Vth的大小與材料、溫度、工藝等因素有關。計算公式：Vth=(KT/q)ln(NaNd/Ni2)，K是波爾茲曼常數1