北京大学：《电路分析原理 Circuit Analysis》课程教学资源（课件讲稿）第八章 二极管电路 §8-1 半导体基础知识（了解）§8-2 二极管的特性 §8-3 二极管开关与整流电路

第八章:二极管电路 扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫 §8-1半导体基础知识(了解) §8-2二极管的特性 §8-3二极管开关与整流电路 §8-4稳压管与稳压电路 第八章及以后的参考书: 《电路分析》王楚,余道衡编著 北京大学出版社

第八章：二极管电路 §8-1 半导体基础知识(了解) §8-2 二极管的特性 §8-3 二极管开关与整流电路 §8-4 稳压管与稳压电路 第八章及以后的参考书： 《 电路分析》 王楚，余道衡 编著 北京大学出版社

§8-1-1半导体材料 扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫 导体、半导体、绝缘体 导体:容易传导电流(电导率高)。 绝缘体:几乎不易传导电流(电导率很低)。 半导体:导电性介于导体和绝缘体之间。 常见的半导体材料: 硅Si锗Ge砷化镓GaAs等 半导体材料的特性 光敏、热敏、掺杂

§8-1-1 半导体材料 导体、半导体、绝缘体 常见的半导体材料： 导 体：容易传导电流（电导率高）。 绝缘体：几乎不易传导电流（电导率很低）。 半导体：导电性介于导体和绝缘体之间。 硅Si 锗Ge 砷化镓GaAs 等 半导体材料的特性 光敏、热敏、掺杂

由§8-1-1半导体材料 扫本征半导体 扫扫扫扫 高纯度的、结构完整的半导体单晶体。 自由 价电子 共价键 空穴 电子 扫扫扫扫扫扫扫扫扫择扫扫扫扫扫扫扫扫 +4 +4、··+4 4 +4 +4 +4 +4 4 °+4··+4· 4 硅晶体结构的共价键 本征半导体晶体结构中的 电子空穴对

§8-1-1 半导体材料 本征半导体 ——高纯度的、结构完整的半导体单晶体。 价电子 共价键 自由 空穴 电子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 硅晶体结构的共价键 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 本征半导体晶体结构中的 电子——空穴对

§8-1-1半导体材料 本征半导体 扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫 本征激发—在热或者光的激励下,一些价电子获得足够能量而成为 自由电子,相应的原子因缺少电子而成为带正电粒子即 空穴),这个过程叫做本征激发。 复合—自由电子再次进入空穴,体现为电子一空穴对消失 两种载流子:自由电子、空穴 两种导电性:自由电子和空穴在外电场作用下的定向移动。 本征半导体的结论: ①电子和空穴成对出现。 ②由自由电子和空穴两种载流子参与导电。 ③常温下本征半导体内载流子数目较少,导电能力弱。 ④半导体的导电能力与温度有关

§8-1-1 半导体材料 本征半导体 本征激发 —— 复 合 —— 自由电子再次进入空穴，体现为电子－空穴对消失。 在热或者光的激励下，一些价电子获得足够能量而成为 自由电子，相应的原子因缺少电子而成为带正电粒子(即 空穴)，这个过程叫做本征激发。 两种载流子： 自由电子、空穴 两种导电性： 自由电子和空穴在外电场作用下的定向移动。 本征半导体的结论：  电子和空穴成对出现。  由自由电子和空穴两种载流子参与导电。  常温下本征半导体内载流子数目较少，导电能力弱。  半导体的导电能力与温度有关

由§8-1-1半导体材料 日掺杂质的半导体 N型半导体 ●+4、··+4 扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫 +4··+5··+4 →本征半导体中掺入少量5价元素(磷、砷、锑等)。 →多余的电子跃迁为自由电子,此跃迁不产生空穴。 →自由电子是多数载流子(多子)。 空穴是少数载流子(少子) →5价的杂质原子叫做施主原子

§8-1-1 半导体材料 掺杂质的半导体 +4 +4 +4 +4 +4 +5 N型半导体  本征半导体中掺入少量5价元素（磷、砷、锑等）。  多余的电子跃迁为自由电子，此跃迁不产生空穴。  自由电子是多数载流子（多子）。  空穴是少数载流子（少子）。  5价的杂质原子叫做施主原子

由§8-1-1半导体材料 日掺杂质的半导体 P型半导体 ●+4、··+4 +4··+3o·+4 扫→本征半导体中掺入少量3价元素(硼、铝、镓、铟等) 少杂质原子与周围原子形成共价键时缺一个电子,成为空穴。 →空穴是多数载流子(多子)。 自由电子是少数载流子(少子)。 →3价的杂质原子叫做受主原子

§8-1-1 半导体材料 掺杂质的半导体 +4 +4 +4 +4 +4 +3 P型半导体  本征半导体中掺入少量3价元素（硼、铝、镓、铟等）。  杂质原子与周围原子形成共价键时缺一个电子，成为空穴。  空穴是多数载流子（多子）。  自由电子是少数载流子（少子）。  3价的杂质原子叫做受主原子

§8-1-2PN结 PN结的形成 空间电荷区 P区 N区 P区耗尽层1N区 oo000o 扩散后 000000●°。●● ++++ 00000 ●●●●0 扫①多子的扩散形成空间电荷区。 内电场 电势 扫②空间电荷区内载流子大量流失。 扫空间电荷区内存在N少向的内电场。 电荷密度 扫③内电场阻止多子扩散,促进少子漂移。 扫⑤平衡时扩散电流=漂移电流 扫[空间电荷区一耗尽层一结

§8-1-2 PN结 PN结的形成 P区 N区 电势 扩散后 P区 N区 ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － 耗尽层 内电场 空间电荷区 空间电荷区 — 耗尽层 — PN结  多子的扩散形成空间电荷区。  空间电荷区内载流子大量流失。  空间电荷区内存在NP方向的内电场。  内电场阻止多子扩散，促进少子漂移。  平衡时 扩散电流=漂移电流 。 电荷密度 ＋ －

第八章:二极管电路 扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫扫 §8-1半导体基础知识 §8-2二极管的特性 二极管的伏安特性曲线 二极管的分析方法 二极管的极限参量 §8-3二极管开关与整流电路 §8-4稳压管与稳压电路

第八章：二极管电路 §8-1 半导体基础知识 §8-2 二极管的特性  二极管的伏安特性曲线  二极管的分析方法  二极管的极限参量 §8-3 二极管开关与整流电路 §8-4 稳压管与稳压电路

§8-2-1二极管的伏安特性曲线 日正向偏置的二极管 二极管 内电场 扭r:(电极的接触电阻 oP区o1-+·N区 扫正向偏置:外电场与内电场方向 扫相反,即外电场方向P→N。 外电场 正向偏置的二极管中: 内电场作用被削弱,空间电荷区变窄 多子扩散运动被增强,形成正向电流 当外电场等于内电场时,电流将随外电场增加而迅速增强

§8-2-1 二极管的伏安特性曲线 P区 ＋ N区 ＋ ＋ － － － 内电场 + - 外电场 二极管 r D 正向偏置的二极管 r D : (电极的)接触电阻 正向偏置: 外电场与内电场方向 相反，即外电场方向PN。 正向偏置的二极管中： 内电场作用被削弱，空间电荷区变窄 多子扩散运动被增强，形成正向电流 当外电场等于内电场时，电流将随外电场增加而迅速增强

§8-2-1二极管的伏安特性曲线 日反向偏置的二极管 二极管 内电场 扫r:电极的接触电阻 P区 +++:N区 扫反向偏置:外电场与内电场方向 +++●● 扫相同,即外电场方向N→P。 外电场 反向偏置的二极管中: 内电场作用被增强,空间电荷区变宽 多子扩散运动被阻止,少子飘移运动形成微弱的反向电流 当反向偏置电压超过某一值时,反向电流急剧增大—击穿现象

§8-2-1 二极管的伏安特性曲线 反向偏置的二极管 r D : 电极的接触电阻 反向偏置: 外电场与内电场方向 相同，即外电场方向NP。 反向偏置的二极管中： 内电场作用被增强，空间电荷区变宽 多子扩散运动被阻止，少子飘移运动形成微弱的反向电流 当反向偏置电压超过某一值时，反向电流急剧增大——击穿现象 P区 ＋ N区 ＋ ＋ － － － 内电场 - + 外电场 二极管 r D － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋