本章重点在于二极管的特性、曲线以及基本电路的分析方法,以下是重点知识以及例题
主要有:硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等。其中硅是最常用、最广泛的半导体材料,因其储量丰富、热稳定性好、氧化膜性能优良。
最外层电子数:硅原子最外层有4个电子(价电子)共价键数量:一个硅原子与周围的4个硅原子形成4个共价键,构成正四面体结构的晶体
多数载流子(多子):空穴
少数载流子(少子):电子
多数载流子(多子):电子
少数载流子(少子):空穴
漂移运动:在电场作用下,载流子的定向运动,运动方向与电场方向有关
扩散运动:由于浓度差引起的载流子从高浓度区向低浓度区的运动
形成过程:P型半导体与N型半导体结合后,因浓度差产生多子扩散,在交界面形成空间电荷区,产生内建电场,最终扩散与漂移达到动态平衡
三个别名:空间电荷区、耗尽层、势垒区
单向导电性:PN结在正向偏置时导通,反向偏置时截止的特性
正向偏置:P区接正极,N区接负极,外电场削弱内建电场,PN结导通
反向偏置:P区接负极,N区接正极,外电场增强内建电场,PN结截止
伏安特性方程:iD=IS(euD/UT−1)
IS :反向饱和电流
UT :温度电压当量(常温约26mV)
特性描述:
正向:uD>0 时,电流随电压指数增长
反向:uD<0 时,电流很小(≈IS ),基本保持不变
势垒电容(CB ):描述耗尽层电荷变化
扩散电容(CD ):描述扩散区非平衡少子电荷变化
正向偏置:扩散电容起主导作用
反向偏置:势垒电容起主导作用
点接触型二极管
特点:结面积小,结电容小,工作频率高,但允许通过的电流小
应用:高频检波、脉冲数字电路
面接触型二极管
特点:结面积大,结电容大,工作频率低,但允许通过的电流大
应用:整流电路
重点:二极管曲线及其特性
曲线分为三大部分:
正向特性
描述:存在死区电压(硅管约0.5V,锗管约0.1V),超过后电流指数增长
特点:导通后压降基本稳定(硅管约0.7V,锗管约0.2V)
反向特性
描述:反向电压下仅有很小的反向饱和电流IS (硅管nA级)
特点:电流几乎不随电压变化
反向击穿特性
描述:反向电压超过击穿电压UBR后,电流急剧增大
特点:击穿后电压基本稳定
最高工作频率fM(要求结电容小)
反向恢复时间trr(影响开关速度)
正向压降UF
最大整流电流IF(承受负载电流)
最高反向工作电压UR(承受反向峰值电压)
反向恢复时间trr(高频整流时重要)
图解法:利用特性曲线和负载线作图求解
模型分析法(等效电路法):用线性电路模型等效非线性二极管
已知二极管的伏安特性曲线
已知外电路参数(电源电压、负载电阻等)
列负载线方程:根据KVL写出 UD=VCC−IDR
画特性曲线:在坐标系中画出二极管伏安特性曲线
画负载线:在坐标系中画出负载线(两点法:ID=0 时UD=VCC ;UD=0 时ID=VCC/R )
确定工作点:特性曲线与负载线的交点Q即为静态工作点
读取数值:Q点的横坐标为UD ,纵坐标为ID
优点:直观形象,能全面反映器件工作状态,便于观察参数变化的影响
缺点:过程繁琐,精度不高,需已知特性曲线,不适合复杂电路分析
重点:用模型法分析,求电压
稳压二极管(齐纳二极管)
肖特基二极管
光电二极管
发光二极管(LED)
变容二极管
正向压降小(约0.3-0.5V,硅管0.7V)
开关速度极快(反向恢复时间极短,ps级)
结电容小(适合高频)
反向耐压低(一般<100V)
重点练习
参考康华光第七版模电