第2章-二极管及其典型应用课件.ppt(72页)
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- 二极管 及其 典型 应用 课件
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1、1/137电子技术(模拟部分)2/137北京市精品课程教学网站http:/202.112.146.13/jxjd/moniliu/wl/index.html3/137l平时平时 1010分分l研究报告研究报告 1010分分l实验实验 1515分分l期中考试期中考试 1515分分 l期末考试期末考试 5050分分考核方法考核方法下周各自然班班长到九教五楼电子实验室找佟老师下周各自然班班长到九教五楼电子实验室找佟老师商量本学期电子实验的安排。商量本学期电子实验的安排。4/137答疑答疑l平时答疑时间:自定平时答疑时间:自定 l期末答疑时间:待定期末答疑时间:待定5/137第第1章章 绪论绪论一、基
2、本概念一、基本概念二、模拟电子技术课程特点二、模拟电子技术课程特点三、电子技术主要应用三、电子技术主要应用四、电子技术的发展四、电子技术的发展6/137一、基本概念电子器件:电子器件:组成电子电路的基本物理单元叫做电组成电子电路的基本物理单元叫做电子器件,简称器件。器件有分立器件和集成电路子器件,简称器件。器件有分立器件和集成电路器件两种。器件两种。7/137l 电子电路:电子电路:由电子器件按一定规律和要求组成的由电子器件按一定规律和要求组成的系统叫做电子电路系统叫做电子电路(或简称电路或简称电路),电路可以实现一,电路可以实现一定的功能。定的功能。l 电子技术概念:电子技术概念:研究电子器
3、件与电路系统分研究电子器件与电路系统分析、设计、制造的工程实用技术。析、设计、制造的工程实用技术。8/137电子电路分类:电子电路分类:模拟电子电路和数字电子电路。模拟电子电路和数字电子电路。模拟电路:模拟电路:对模拟量进行处理的电路,最基本的对模拟量进行处理的电路,最基本的处理是放大。处理是放大。数字电路数字电路:对数字量进行处理的电路。:对数字量进行处理的电路。9/137电子技术分类电子技术分类模拟电子技术模拟电子技术数字电子技术数字电子技术低频模拟电子技术低频模拟电子技术高频模拟电子技术高频模拟电子技术电子技术的基础知识电子技术的基础知识:(1)电路理论电路理论(2)信号与系统理论。信号
4、与系统理论。模拟电子技术:模拟电子技术:研究模拟电子器件与系统分析、设研究模拟电子器件与系统分析、设计、制造的工程实用技术。计、制造的工程实用技术。数字电子技术数字电子技术:研究数字电子器件与系统分析、设:研究数字电子器件与系统分析、设计、制造的工程实用技术。计、制造的工程实用技术。10/1371规律性规律性2非线性非线性3工程性工程性4实践性实践性二、模拟电子技术课程特点二、模拟电子技术课程特点11/137应用领域应用领域 Application area1通信系统通信系统 Telecommunication System2控制系统控制系统 Control System3测试系统测试系统 T
5、esting System4计算机计算机 Computers5例如家用电器例如家用电器 Family Electronic6农业机械农业机械 Agriculture Machine7生物医学工程生物医学工程 Biomedical Engineering8航空航天技术航空航天技术 Spaceflight and Airplane9现代智能交通(现代智能交通(ITS)三、电子技术的应用三、电子技术的应用诺利刀诺利刀 12/137四、电子技术的发展l1904年:第一只真空二极年:第一只真空二极电子管电子管、电子学诞生。电子学诞生。l19471947年:贝尔实验室制成第一只年:贝尔实验室制成第一只晶体
6、管晶体管l19581958年:集成电路年:集成电路ICICl19691969年:大规模集成电路年:大规模集成电路LSILSIl19751975年:超大规模集成电路年:超大规模集成电路VLSI VLSI(10105 5)13/137第第1 1章章 结束结束14/137第第2章章 二极管及其典型应用二极管及其典型应用2.1 2.1 半导体基础知识半导体基础知识2.2 2.2 PN结结2.3 2.3 二极管二极管2.4 2.4 二极管典型应用二极管典型应用2.5 2.5 二极管电路分析二极管电路分析15/137一、半导体的特性一、半导体的特性二、本征半导体二、本征半导体三、杂质半导体三、杂质半导体1
7、6/137 何谓半导体?何谓半导体?物体分类物体分类导体导体 导电率为导电率为10105 5s.cms.cm-1-1,量级,如金属量级,如金属绝缘体绝缘体 导电率为导电率为1010-22-22-10-10-14-14 s.cms.cm-1-1量级,量级,如:橡胶、云母、塑料等。如:橡胶、云母、塑料等。导电能力介于导体和绝缘体之间。导电能力介于导体和绝缘体之间。如:硅、锗、砷化镓等。如:硅、锗、砷化镓等。半导体半导体 半导体特性半导体特性掺入杂质则导电率增加几百倍掺入杂质则导电率增加几百倍掺杂特性掺杂特性半导体器件半导体器件温度增加使导电率大为增加温度增加使导电率大为增加温度特性温度特性热敏器件
8、热敏器件光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照特性光照特性光敏器件光敏器件光电器件光电器件导电率单位:西门子导电率单位:西门子/米(米(S/m)17/137本征半导体本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体称为本征半导体。完全纯净、结构完整的半导体晶体称为本征半导体。纯度:纯度:99.9999999%,“九个九个9”它在物理结构上呈单晶体形态。它在物理结构上呈单晶体形态。常用的本征半导体常用的本征半导体晶体特征晶体特征在晶体中,质点的排列有一定的规律。在晶体中,质点的排列有一定的规律。硅、锗硅、锗18/137硅原子结构硅原子结构锗原子结构锗原子结构
9、+4硅(锗)的原子结构简化模型硅(锗)的原子结构简化模型价电子价电子正离子正离子19/137锗晶体的共价键结构示意图锗晶体的共价键结构示意图 半导体能带结构示意图半导体能带结构示意图价带中留下的空位称为价带中留下的空位称为空穴空穴导带导带自由电子定向移动自由电子定向移动形成形成电子流电子流 本征半导体的原子结构和共价键结构本征半导体的原子结构和共价键结构+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键内的电子共价键内的电子称为称为束缚电子束缚电子价带价带禁带禁带EG外电场外电场E束缚电子填补空穴的束缚电子填补空穴的定向移动形成定向移动形成空穴流空穴流挣脱原子核束缚的电子挣脱原子核束缚的电子称为称为自
10、由电子自由电子20/1371.本征半导体中有两种载流子本征半导体中有两种载流子 自由电子和空穴自由电子和空穴,成对出现。成对出现。2.在外电场的作用下,产生电流在外电场的作用下,产生电流 电子流和空穴流电子流和空穴流电子流电子流自由电子作定向运动形成的自由电子作定向运动形成的与外电场方向相反与外电场方向相反自由电子始终在导带内运动自由电子始终在导带内运动空穴流空穴流价电子递补空穴形成的价电子递补空穴形成的与外电场方向相同与外电场方向相同始终在价带内运动始终在价带内运动3.本征半导体在热力学温度和没有外界能量激发下,不导电。本征半导体在热力学温度和没有外界能量激发下,不导电。载流子载流子运载电荷
11、的粒子称为载流子。如自由电子和空穴。运载电荷的粒子称为载流子。如自由电子和空穴。21/137杂质半导体杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电率大为提高。掺杂后半导体的导电率大为提高。掺入的三价元素如掺入的三价元素如B(硼)、(硼)、Al(铝)(铝)等,形成等,形成P型半导体,也称空穴型半导体。型半导体,也称空穴型半导体。掺入的五价元素如掺入的五价元素如P(磷)(磷)、砷等,、砷等,形成形成N型半导体,也称电子型半导体。型半导体,也称电子型半导体。22/137 N型半导体型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5在本征半导体中掺入的五价元素如在本征半导
12、体中掺入的五价元素如P。自由电子是多子自由电子是多子空穴是少子空穴是少子杂质原子提供杂质原子提供由热激发形成由热激发形成由于五价元素很容易贡献电由于五价元素很容易贡献电子,因此将其称为子,因此将其称为施主杂质。施主杂质。施主杂质因提供自由电子而施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为带正电荷成为正离子。正离子。23/137 P型半导体型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3在本征半导体中掺入的三价元素如在本征半导体中掺入的三价元素如B。自由电子是少子自由电子是少子空穴是多子空穴是多子杂质原子提供杂质原子提供由热激发形成由热激发形成因留下的空位因留下的空位(穴穴)很容易很容易俘获电子,使
13、杂质原子成俘获电子,使杂质原子成为为负离子。负离子。三价杂质三价杂质 因因而也称为而也称为受主杂质受主杂质。24/13725/137P区区N区区扩散运动扩散运动载流子载流子从从浓度浓度大大向浓度向浓度小小的区域的区域扩散扩散,称称扩散运动扩散运动形成的电流成为形成的电流成为扩散电流扩散电流内电场内电场内电场内电场阻碍多子阻碍多子向对方的向对方的扩散扩散即即阻碍扩散运动阻碍扩散运动同时同时促进少子促进少子向对方向对方漂移漂移即即促进了漂移运动促进了漂移运动扩散运动扩散运动=漂移运动时漂移运动时达到达到动态平衡动态平衡耗尽层耗尽层=PN结结26/137内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 因浓度差
14、因浓度差多子的扩散运动多子的扩散运动杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移扩散运动扩散运动多子从浓度大向浓度小的区域扩散多子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动。称扩散运动。扩散运动产生扩散电流。扩散运动产生扩散电流。漂移运动漂移运动少子向对方漂移少子向对方漂移,称漂移运动。称漂移运动。漂移运动产生漂移电流。漂移运动产生漂移电流。动态平衡动态平衡扩散电流扩散电流=漂移电流,漂移电流,PNPN结内总电流结内总电流=0=0。PN PN 结结稳定的空间电荷区稳定的空间电荷区,又称高阻区,又称高阻区,也称耗尽层。,也称
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