《第2讲 二极管》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2讲 二极管（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.2 半导体二极管,1.2.1 二极管的几种常见结构,1.2.2 二极管的伏安特性,1.2.4 二极管的等效电路,1.2.3 二极管的主要参数,1.2.5 稳压二极管,1.2.1 二极管的几种常见结构,将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。,点接触型： 结面积小，结电容小 故结允许的电流小 工作频率较高,面接触型： 结面积大，结电容大 故结允许的电流大 工作频率较低,平面型： 结面积可小、可大, 小的工作频率高 大的允许的电流大,1.2.2 二极管的伏安特性 二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性,开启电压,反向饱和电流,击穿电压,伏安特性受温度影响,T（）正向特性左移，反向特性下移
2、 T（）在电流不变情况下管压降u 反向饱和电流IS，击穿电压U(BR) ,1.2.3 二极管的主要参数,最大整流电流IF：二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，即最大平均值。 最高反向工作电压UR：二极管工作时允许外加的最大反向电压，即最大瞬时值。 反向电流 IR：二极管未被击穿时的反向电流，即IS。 最高工作频率fM：二极管工作的上限截止频率。,1.2.4 二极管的等效电路,等效电路：能够模拟二极管特性的电路称为二极管的等效电路，也称二极管的等效模型。,二极管的伏安特性具有非线性，为了便于分析，常在一定的条件下，用线性元件所构成的电路来近似模拟二极管的特性，并用之取代电路中的二极管。,
3、一、由伏安特性折线化得到的等效电路,理想 二极管,理想开关 导通时 UD0截止时IS0,近似分析中最常用,导通时UDUon 截止时IS0,导通时i与u成线性关系,应根据不同情况选择不同的等效电路,例1.2.1 电压如图所示，二极管导通电压UD=0.7V， 分别估算开关断开和闭合时输出电压的数值。,二、二极管的微变等效电路,当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。,ui=0时直流电源作用,小信号作用,静态电流,Q越高，rd越小。,二极管的特殊性：,当直流电源作用于二极管时，二极管等效成一个小电压源，电压为Uon； 当交流电源同时作用于
4、二极管时，二极管等效成一个小阻值的电阻rd。,1.2.5 稳压二极管,一、 稳压二极管的伏安特性,稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压基本不变，表现出稳压特性。,进入稳压区的最小电流,不至于损坏的最大电流,二、稳压管的主要参数,稳定电压UZ：在规定电流下稳压管的反向击穿电压。,最大功耗PZM,动态电阻rz，稳压管工作在稳压区时，端电压变化量与其电流变化量之比。,稳定电流IZ ：稳压管工作在稳压状态时的参考电流。,温度系数：温度每变化1 C, 稳压值的变化量。,为保证稳压管正常工作，在稳压管中必串联一电阻来限制电流，称限流电阻，使得,例1.2.1 在如图所示稳压管稳压电路中，已知稳压管
5、的稳定电压UZ=6V，最小稳定电流IZmin=5mA，最大稳定电流IZmax=25mA ; 负载电阻RL=600 欧姆 。求解限流电阻R的取值范围。,图：,1.3 晶体三极管,晶体管的几种常见外形,1.3.1 晶体管的结构及类型,掺杂浓度高,很薄，且 杂质浓度很低,面积大,晶体管有三个极、三个区、两个PN结。,根据不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，就构成晶体管。,1.3.2 晶体管的电流放大作用,基本共射放大电路,扩散运动形成发射极电流IE，,少数载流子的运动,因发射区掺杂浓度高使大量电子从发射区扩散到基区,因基区薄且杂质浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复
6、合,因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区,一、晶体管内部载流子的运动,复合运动形成基极电流IB，,漂移运动形成集电极电流IC。,二、晶体管的电流分配关系,电流分配：IEIBIC IE扩散运动形成的电流 IB复合运动形成的电流 IC漂移运动形成的电流,三、晶体管的共射电流放大系数,穿透电流,集电结反向电流,直流电流放大系数,交流电流放大系数,作 业,1.2 1.4 1.6,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,一、输入特性曲线,为什么UCE增大曲线右移？,对于小功率管，UCE大于1V的任何一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。,为什么像PN结的伏安特性
7、？,为什么UCE增大到一定值曲线右移就不明显了？,二、输出特性曲线,对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。,为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？,放大区,截止区,饱和区,（1）截止区：,发射结电压小于开启电压且集电结反向偏置。,（2）放大区：,发射结电压正向偏置（且uBE Uon）且集电结反向偏置。,（3）饱和区：,发射结和集电结均处于正向偏置。,晶体管的三个工作区域,对于共射电路：,1.3.4 晶体管的主要参数,c-e间击穿电压,最大集电极电流,最大集电极耗散功率，PCMiCuCE,安全工作区,交流参数：、fT（使1的信号频率）,极限参数
8、：ICM、PCM、U（BR）CEO,直流参数： ICBO、 ICEO,1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响,例1.3.1 现已测得某电路中几只NPN型晶体管三个极的直流电位如表所示，各晶体管b-e间开启电压为0.5V，分别说明各管子的工作状态。,放大,放大,饱和,截止,例1.3.2 在一个单管放大电路中，电源电压为30V，已知三只管子的参数如表所示，请选用一只管子，并简述理由。,T2最合适。,1.4 场效应管,场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。,场效应管(FET:
9、 Field Effect Transistor)是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型晶体管。,场效应管的优点：体积小、重量轻、寿命长、输入内阻高、噪声低、热稳定性好，抗辐射能力强，耗电省。,1.4.1 结型场效应管,N沟道结型场效应管的结构示意图,导电沟道,N沟道管的符号,N沟道和 P沟道,1.栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用(uDS=0),沟道最宽,UGS（off）,N沟道结型管：,2.漏-源电压对漏极电流的影响,uGDUGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。,预夹断,uGDUGS（off）,VDD的增大，几乎全
10、部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。,uGDUGS（off）,uGDUGS（off）,3. 当 时，uGS 对iD 的控制作用,uGDUGS（off）,这时，对于确定的栅源电压就有确定的漏电流。,场效应管用 来描述动态的栅-源电压对漏电流的控制作用。,g-s电压控制d-s的等效电阻,1.输出特性,预夹断轨迹，uGDUGS（off）,iD几乎仅决定于uGS,夹断电压,不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。,低频跨导：,夹断电压,饱和漏极电流,2.转移特性,1.4.2 绝缘栅型场效应管,uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个N区相接
11、时，形成导电沟道。,一、N沟道增强型MOS管,SiO2绝缘层,衬底,耗尽层,空穴,高掺杂,反型层,大到一定值才开启,1. uDS对iD的影响,iD随uDS的增大而增大，可变电阻区,uGDUGS（th）, 预夹断,iD几乎仅仅受控于uGS，恒流区,刚出现夹断,uGS的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻,2. 特性曲线和电流方程,二、N沟道耗尽型MOS管,耗尽型MOS管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0时均可导通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在uGS0时仍保持g-s间电阻非常大的特点。,加正离子,小到一定值才夹断,uGS=0时就存在导电沟道,MOS管的特性,1)增强型MOS
12、管,2)耗尽型MOS管,开启电压,夹断电压,场效应管的分类 工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性,uGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？,1.4.3 场效应管的主要参数,一、直流参数 （1）开启电压 UGS(th) ：增强型MOS管的参数。,（2）夹断电压UGS(off) ：,（3）饱和漏极电流 I (DSS),对耗尽型管，在时产生的预夹断时的漏极电流定义为I (DSS)。,（4）直流输入电阻 RGS(DC),结型场效应管和耗尽型场效 应管的参数。,二、交流参数,三、极限参数,例1.4.1已知某管
13、子的输出特性曲线如图所示，试分析该管是什么类型的场效应管（结型、绝缘栅型、N沟道、P沟道、增强型、耗尽型）。,例1.4.2 电路和输出特性曲线分别如图所示，试分析UI为0V、8V、10V三种情况下，UO分别为多少伏。,1.4.4 场效应管和晶体管的比较,1场效应管的栅极g、源极s、漏极d对应于晶体管的基极b、发射极e、集电极c。场效应管用控制漏极电流，栅极没有电流；而晶体管基极有一定的电流。 2场效应管只有多子参与导电；晶体管多子、少子都参与导电，而少子受温度、辐射等因素影响较大，因此场效应管的温度稳定性好。 3场效应管的噪声系数小。,4场效应管的漏极与源极可以互换使用；晶体管的 发射极和集电极一般不互换使用。 5场效应管比晶体管的种类多，特别是耗尽型MOS管，可正可负可零，均能控制漏极电流。 6场效应管集成工艺简单，功耗小，工作电源电压范围宽，越来越多的应用于集成电路中。,
