第一章

半導體材料及二極管1.3

晶體二極管及其應用二極管的核心是一個PN結。圖1.11二極管的結構和電路符號1.3.1晶體二極管的伏安特性

二極管的伏安特性是指流過二極管中的電流與其端電壓之間的關系。

（1.16）--加在二極管上的端電壓--流過二極管上的電流二極管的反偏伏安特性方程:

可見，二極管反向電流不隨反向偏壓而變化，僅有很小的反向飽和電流。

2.反偏伏安特性（1.18）圖1.12二極管的伏安特性曲線當加在二極管上的反偏電壓超過某一數值VBR時，反偏電流將急劇增大，這種現象稱為二極管的反向擊穿圖1.13二極管的反向擊穿特性3.反向擊穿特性4.溫度對二極管伏安特性的影響溫度對二極管正向特性的影響溫度對二極管反向特性的影響圖1.14溫度對二極管伏安特性的影響5.Si二極管與Ge二極管的差別Si

二極管的開啟電壓約0.5-0.6V，Ge二極管的開啟電壓約0.1-0.2V。Si二極管反向電流比Ge二極管反向電流小得多，Si管是pA量級，Ge管是μA量級。

為什么？圖1.15Si和Ge兩種二極管伏安特性的差別1.3.2二極管的直流電阻和交流電阻

1.直流電阻靜態工作點圖1.16二極管的直流電阻3.二極管的其它主要參數最大平均整流電流最高反向工作電壓

反向電流最高工作頻率含二極管電路的分析（非線性伏安關系）代數法：求解非線性方程組幾何法：圖解法模型法：近似線性法計算復雜，必須借助計算機粗糙，必須知道伏安關系曲線方便，可以利用線性電路分析方法如何模型化？根據伏安關系1.3.3二極管模型圖1.18二極管模型（a)理想開關模型（b）恒壓源模型（c）折線近似模型1.二極管伏安特性的分段線性近似模型解：將二極管用恒壓源模型近似后來估算二極管工作點。為什么采用恒壓源模型？2.二極管的交流小信號模型圖1.20二極管的交流小信號模型例1.2 若在例1.1電路中串聯一個正弦電壓源，圖1.21（a）為其電路圖，估算此時二極管上交流電壓與電流成分的振幅值和（T＝300K）。圖1.21二極管交流電路分析（a）電路圖（b）交流等效電路利用線性電路的疊加原理，可以畫出只反映交變電壓和交變電流之間關系的電路，稱之為交流等效電路，如圖1.21(b)所示，由此交流通路可求出:1.3.4二極管應用電路1.整流電路圖1.22直流穩壓電源方框圖

圖1.23半波整流電路

試分析半波整流電路的工作原理，指出其不足，提出改進方法。橋式整流電路試分析橋式整流電路的工作原理2.濾波電路圖1.25濾波電路試分析濾波電路的工作原理。限幅電路是一種能限制電路輸出電壓幅值的電路。

3.限幅電路圖1.26限幅電路的電壓傳輸特性VomaxVominVILVIH

鉗位電路是一種能使整個信號電壓直流平移的電路。在穩定狀態下，輸出波形完全是輸入波形的復制品，但輸出波形相對于輸入波形有直流平移現象，平移程度取決于電路。

4.鉗位電路圖1.28鉗位電路原理分析圖1.29鉗位電路的波形試找出圖中的錯誤1.3.5穩壓管及其應用

1.穩壓管的伏安特性圖1.30穩壓管伏安特性曲線及電路符號穩定電壓最小穩定電流最大穩定電流動態電阻電壓溫度系數2.穩壓管的主要參數3.穩壓管電路圖1.32穩壓管穩壓電路1）穩壓原理圖1.33穩壓管電路原理分析試分析穩壓原理問題：還有其他的分析方法嗎？2）限流電阻R的選取穩壓管正常工作范圍：可以求得：例1.3采用的Si穩壓管2DW3的穩壓電路如圖1.34所示。如果輸入電壓的波動，試問輸出電壓的波動

圖1.34解：圖1.35穩壓電路模型及增量等效模型輸入電壓的變化量為：輸出電壓的變化量為：輸出電壓的相對變化量為：例1.4 為汽車上的收音機設計一個穩壓電源。要求該穩壓電源為汽車收音機提供一個9V的電壓，穩壓電源的輸入電壓來自汽車電瓶，電瓶電壓的變化范圍（11～13.6）V，收音機的電流介于0(關掉)～100mA(最大音量)之間。圖1.36解：（1）當負載電流最大，輸出電壓最小時，流過穩壓管的電流最小，則

（2）當負載電流最小，輸入電壓最大時，流過穩壓管的電流最大,則令上兩式相等，則:

只含兩個未知量：和。取穩壓管的最小電流是最大電流的十分之一，即則限流電阻:提高訓練：如何設計小功率電壓源電路？1.3.6PN結電容效應及應用勢壘電容擴散電容變容二極管1.3.7 特殊二極管

太陽能電池

光電二極管

發光二極管肖特基二極管1.3.8小結半導體知識二極管知識二極管應用

一、半導體知識

1．本征半導體單質半導體材料是具有4價共價鍵晶體結構的硅（Si）和鍺（Ge）。前者是制造半導體IC的材料（三五價化合物砷化鎵GaAs是微波毫米波半導體器件和IC的重要材料）。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——自由電子和空穴對。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。2．雜質半導體在本征硅（或鍺）中滲入微量5價（或3價）元素后形成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，產生自由電子和雜質正離子對（空穴和雜質負離子對）。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。

3．半導體中的兩種電流在半導體中存在因電場作用產生的載流子漂移電流（這與金屬導電一致）；還存在因載流子濃度差而產生的擴散電流。

二、PN結在具有完整晶格的P型和N型材料的物理界面附近，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）。三、二極管知識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管的反向飽和電流比Si管大得多。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處，二極管的微變電流與微變電壓之間的關系。二極管交流電阻定義：估算:二極管伏安特性二極管