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1、二极管知识学习報告报告者：胡国光时间：2012-9-12一. 半导体的基础知识.半导体材料：硅（Si）锗（Ge）等元素 .电阻率：（=RS/L）1）导体：10（-6） 10（-3）2）半导体：10（-3） 10（8）3）绝缘体：10（8） 10（20） .空穴的概念：电子挣脱共价键束缚成为自由电子，共价键留下空位叫空穴。空穴 是半导体区别于导体一个重要特点。 .杂质半导体分类P型：掺入少量三价元素杂质（受热激发易产生空穴导电）N型：掺入少量五价元素杂质（受热激发易产生电子导电）二. PN结形成及特性图（1）图（2）. PN结形成P与N区的空穴与电子存在浓度差，根据 扩散原理浓度高处向浓度低处进
2、行扩散。在P 与N区交界区，电子与空穴最易扩散并中和， 留下不能移动的带电粒子（N区带正电荷，P区 带负电荷），形成图2中空间电荷区称为PN结 。. 扩散运动与漂移运动扩散运动是由P与N区的电子和空穴浓度差 引起的，这也形成PN结的原因。空间电荷区 的内电场阻止扩散运动。漂移运动是少数载流子（N区空穴，P区 电子）在内电场作用下进行运动。运动方向与 扩散运动方向相反。于是它的作用是使PN结 变薄。三. PN结的单向导电性(1) PN结加正向电压 当外加正向电压，即电源的正负端分别接P型和N型半导体时，外加 电场的方向与内建电场E的方向相反，相应的阻挡层宽度减小，这样就 打破了扩散运动的和漂移运
3、动的动态平衡，其中扩散运动起主要作用， 形成扩散电流。 PN结呈现低阻性。P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压， 简称正偏。外加反向电压,方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的 少子在内电场的作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电 流，PN结呈现高阻性。 P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压 ，简称反偏。 总结： PN结具有单向导电 性，若外加电压使电流从P 区流到N区， PN结呈低阻 性，所以电流大；反之是 高阻性，电流不能通过。（2）PN结加反向电压四.半导体二极管结构类型及特性在PN结上加上引线和封装，就
4、成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。它们 的结构示意图如图110所示。PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。往往用于集成电路制造工 艺中。PN 结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。集成电路中平面型(1) 正向特性硅二极管的死区电压Vth=0.50.8V左右，锗二极管的死区电压Vth=0.20.3 V左右。 当0VVth时，正 向电流为零，Vth称死区电压或开启电压。正向区分为两段：当V Vth时，开始出现正向电流，并按 指数规律增长。(2). 半导体二极管的参数(a) 最大整流电流IF(b) 反向击穿电
5、压VBR二极管连续工作时，允许流过的最大正向整流电流的 平均值。工作时应使平均工作电流小于, 如超过, 二极管将过热而烧毁。此值取决于结的面积、材料和 散热情况。二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反 向击穿电压VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工 作电压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。(d) 正向压降VF在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。硅二极 管约0.60.8V；锗二极管约0.20.3V。(e) 最高工作频率f的值主要取决于结结电容的大小, 结电容（势 垒电容与扩散电容）越大, 则二极管允许的最高工作频率 越低。(c) 反向电流IR未击穿时反向电流（少数载流
6、子漂移），值愈小，二 极管单向导电性愈好。温度升高时，热激发强，反向电流 急增。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管 在微安(A)级。(a)整流二极管：多用硅半导体材料制成，有金属封装和塑料封装 两种，整流二极管是利用PN结的单向导电性，把交流电变成脉动的直 流电，多用在电源电路中。(b)检波二极管：检波的作用是把调制在高频电磁波上的低频信号 检出来，它是利用二极管的非线性，检波二极管要求结电容小，反向 电流小，必须有良好的高频特性。(c)稳压二极管：一种齐纳二极管，正常工作区为PN结的反向击穿 区，其特点是反向电流在一定的范围内变化时稳压管两端的电压几乎 不变。注意的是，稳压管的
7、电流一定要工作在稳压区，但电流也不能 无限制增大，必须串联一定的限流电阻，其作用是限制稳压管的反向 电流，防止因电流过大致使PN结结温过高而烧坏。(d)开关二极管：利用二极管的单向导电性，在正偏状态下电阻很 小，约几十欧；在反偏下呈截止状态，电阻很大，在几十千欧以上， 利用二极管的这一特性，在电路中对电流进行控制，可起到“接通”或 “关断”的开关作用，要求它的开关速度非常高，广泛应用在脉冲电路 和自动控制电路中。(3). 几种常见的二极管：(e)变容二极管：它是利用PN结的空间电荷层具有电容特性的原理，特 点是电容随管子上的反向电压大小而变化，它可以取代可变电容器，广泛 用在振荡电路和谐振电路
8、中，如高频头、压控振荡器等，它必须工作在反 偏状态。(f)阻尼二极管：它具有高频高压整流二极管特性，反向恢复时间小， 能承受较高的反向电压和较大的峰值电流，多用于电视机中的行扫描电路 。(g)发光二极管：它通常用砷化镓、磷化镓等半导体材料制成，它在通 过正向电流是会发光，发光的颜色取决于所用的材料，可发出红、黄、绿 及红外光，它广泛应用于数码指示、电气设备的工作状态指示和遥控发射 二极管。(h)光电二极管：它工作时加上反向电压，在光照射时产生光电流，光 电流随着光照强度的增强而上升。它广泛应用在光传感器中，如背投电视 中的自动汇聚调整。1、限幅电路：它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择 地
9、传输一部分。一限幅电路如图所示，R=1K，VREF=3V。当Ui=6sint(V) 时，利用恒压降模型绘出相应的输出电压UO的波形。二极管 的恒压降为0.7V。Ui3.7V时D导通 ， UO=0.7+3=3.7V五、二极管应用举例2、开关电路：利用二极管的单向导电性以接通或断开电 路，这在数字电路中广泛应用。二极管开关电路如图所示，当Ui1和Ui2为0V或5V时，求Ui1和 Ui2的值不同组合情况下，输出电压Uo的值。设二极管是理想 的。Ui1 Ui2 (单位V)二极管工作状态UO (单位V)D1D20 00 5 5 0 5 5截止截止 截止 截止导通 导通 导通导通0 5 5 53、整流电路：将交流电压转换成脉动的直流电压。单相桥式整流电路如图所示，电源US为正弦波电压，试绘出 负载RL两端的电压波形，设二极管为理想的。Ui0V时D2、D3导通，UO= UiUi0V时D4、D1导通，UO= -Ui齐纳二极管稳压RL IO IR VO IZ IRVO4、稳压管的基本电路普通二极管稳压5. 温度补偿电路6. 保护电路7. 稳压值调整电路8. 二极管钳位电路谢谢大家！ ！
