模拟电子技术基础--二极管及其基本电路。

2 二极管及其基本电路

教学内容

• 半导体的基本知识
• P-N结形成及特点
• 半导体二极管的结构、I-V特性及其基本应用

基本要求

• 了解半导体材料的基本构成及PN结的形成
• 掌握PN结单向导电原理
• 掌握二极管（包括稳压管）的I-V特性及其基本应用

半导体的基本知识

本征半导体

杂质半导体

在本征半导体中掺杂某些元素可使半导体的导电性发生显著变化。

N型半导体——掺入五价杂质元素如磷的半导体 多一个电子呈 Neg 自由电子是多数载流子 原子成为正离子 称为施主杂质

P型半导体——掺入三价杂质元素如硼的半导体 少一个电子呈 Pos 空穴是多数载流子 容易俘获电子原子称为负离子 称为受主杂质

PN结的形成和特性

PN结的形成

1. 载流子的漂移和扩散

   漂移运动：在电场作用下引起的载流子运动

   扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子运动

2. PN结的形成

PN结的单向导电性

1. 外加正向电压，与内电场方向相反，使多子成功扩散实现导电，另外电源源源不断提供电子。

2. 外加反向电压，与内电场方向相同，阻止多子扩散抑制导电，但由于促进少子的漂移运动 产生了很小的漂移电流（在一定温度下，少子浓度是一定的，这个电流基本是恒定的，称为反向饱和电流）

3. PN结的I-V特性

   $$\begin{array}{lr} i_D=I_s(e^{\frac{v_D}{nV_T}}-1) \\ I_S--\text{反向饱和电流}\\ V_T--\text{温度电压当量}\\ V_T=\frac{kT}{q}=26mV(T=300K) \end{array}$$

   

PN结的反向击穿和电容效应

1. PN结的反向击穿

   当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，称为反向击穿。

   电击穿--可逆 热击穿--不可逆

   • 雪崩击穿：少子获得足够动能撞击出更多的自由电子-空穴对
   • 齐纳击穿：电场足够强破坏共价键的束缚产生自由电子-空穴对

2. PN结的电容效应

二极管及其简化模型

二极管的I-V特性

二极管的主要参数

二极管模型

1. 理想模型

2. 恒压降模型与折线模型

3. 小信号模型

在静态工作点Q小信号波动时等效为一个电阻，通过求导可以得到阻值

$$r_d=\frac{1}{g_d}\approx\frac{V_T}{I_{DQ}}=\frac{26(mV)}{I_{DQ}(mA)}(T=300K)$$

特殊二极管

齐纳二极管

利用齐纳二极管的反向击穿特性实现稳压。

光电子二端器件

1. 光电二极管：将光转化为电的二极管，工作在反向偏置状态下，其反向电流随光照强度变化。

2. 发光二极管：将电转化为光的二极管，通过一定正向电流会发光。

3. 肖特基二极管