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1、项目4 半导体二极管的检测与识别,项目要求: 通过对一个功率放大器的实际解剖，要求学生会识别半导体二极管（以下称二极管）的种类，熟悉各种二极管的名称，了解不同类型的二极管的作用，掌握用万用表检测二极管的方法。,知识要求 :（1）掌握二极管的种类、作用与标识方法。（2）掌握各种二极管的主要参数。,能力要求 :（1）能用目视法判断、识别常见二极管的种类，能正确说出各种二极管的名称。（2）对二极管上标识的型号能正确识读，了解该二极管的作用和用途。（3）会用万用表对各种二极管进行正确测量，并对其质量做出评价,学习方法:该项目通过对实际功率放大器进行现场拆卸，对电路板上的各种二极管进行认识；通过对各种类
2、型的新二极管进行认识，进而学习二极管指标的标注方法；使用万用表对各种二极管进行在线测量和离线测量，达到能判别二极管质量好坏的目的。特别是需要准备一些已经确认损坏的各种类型的二极管，对这些已经损坏的二极管进行外观识别和指标测量。,项目实施方法与步骤 【项目实施目标】 （1）熟悉各种二极管的类型和形状。 （2）熟悉各种二极管的规格和用途。 （3）掌握用万用表检测二极管的方法。,【项目实施器材】 （1）电子产品：功率放大器若干台，两人配备一台。 （2）各种类型、不同规格的新二极管若干。 （3）各种类型、不同规格的已经损坏的二极管若干（可到电子产品维修部寻找）。 （4）每两个人配备指针式万用表和数字式
3、万用表各一只。 【项目实施步骤】 （1）拆卸功率放大器外壳，观看其内部结构，认识各种类型的二极管，识读二极管上的各种数字和其他标志。 （2）用万用表对电路板上的二极管进行在线检测。 （3）用万用表对与电路板上型号和规格相同的新二极管进行离线检测，并分析比较在线检测与离线检测的结果。 （4）完成在项目实训报告中要求的操作，将操作结果填入相应的表格中。,常用半导体器件 半导体基础知识,将所有的物质按照导电性能进行分类，可以分为导体、绝缘体和半导体三类。,导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体：另有一类物
4、质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等,半导体是制作晶体二极管、晶体三极管、场效应管和集成电路的材料。 导电机理不同于其它物质的特点：掺杂性、热敏性和光敏性半导体的电阻率随着温度的升高而下降，即温度升高，半导体的导电能力增强。半导体的导电能力受掺入杂质的影响显著，即在半导体材料中掺入微量杂质（特定的元素），电阻率下降，导电能力增强。半导体的导电能力随着光照强度的增强而增强。,常用的半导体材料有硅（元素符号为Si）和锗（元素符号为Ge）两种。纯净的半导体称为本征半导体。因为半导体的原子结构是晶体结构，所以又称为半导体晶体。用半导体材料做成的二极管、三
5、极管又称为晶体二极管、晶体三极管。,本征半导体,本征半导体的结构特点,现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。,在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。,硅和锗的共价键结构,共价键共 用电子对,+4表示原子核内质子,共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。,形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。,共价键有
6、很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。,自由电子,空穴,束缚电子,本征半导体的导电机理,在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。,本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。,温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。,本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。,本征半导体中电流由两部分组成：1. 自由电子移动产生的电流。2. 空穴移动产生的电流。,（在本征半导体中 自由电子和空穴成对出现,同时又不断的复合）,几个
7、名词,半导体硅元素和锗元素的单个原子都是4价元素，其原子结构为相对稳定的共价健结构。所以在室温下有少数的价电子可以从原子的热运动中获得能量，挣脱共价健的束缚，成为带负电荷的自由电子；在原来的位置上留下一个带正电荷的空位，这个空位称为空穴。在本征半导体中自由电子和空穴是成对出现的称为电子空穴对。,在外加电压的作用下，电子和空穴都参与导电，所以电子和空穴都称为载流子。两种载流子所带的电量相等、极性相反，对外不显电性。自由电子与空穴相遇时也会中和，称为复合。常温下本征半导体导电能力差，要提高它的导电能力，必须掺入微量的杂质（特定元素），这就是杂质半导体。,在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导
8、体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。,P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。,N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。,杂质半导体,N 型半导体,在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，晶体中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。,多余 电子,磷原子,N 型半导体中的载流子是什么？,1.由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。,2.本征半导体中成对
9、产生的电子和空穴。,掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。,P 型半导体,在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的,半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。,空穴,硼原子,P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。,三、杂质半导体的符号,总结,本征半导体中受激产生的电子很少。 N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子，N型半导体中空穴是少子，少子的
10、迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。 P型半导体中空穴是多子，电子是少子。,比较,PN结,将N型半导体与P型半导体采用特殊的工艺结合在一起时，在其交界处会形成一种特殊的阻挡层，这就是PN结。PN结具有很重要的特性单向导电性。实际电路中，PN结上总要加上一定的电压，外加电压的极性不同，导电性能差异很大。,P 型半导体,N 型半导体,扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。,内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,空间电荷区， 也称耗尽层。,P型半导体,N 型半导体,所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空
11、间电荷区的厚度固定不变。,空间电荷区,N型区,P型区,电位V,V0,注意 1.空间电荷区中没有载流子。 2.空间电荷区中内电场阻碍P区中的空穴.N 区 中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。 3. P 区中的电子和 N区中的空穴（都是少），数量有限，因此由它们形成的电流很小。,(1) 加正向电压（正偏）电源正极接P区，负极接N区,外电场的方向与内电场方向相反。外电场削弱内电场,耗尽层变窄,扩散运动漂移运动,多子扩散形成正向电流I F,PN结的单向导电性,(2) 加反向电压电源正极接N区，负极接P区,外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电场,耗尽层变宽,漂移运动扩散运动,少子漂移形成
12、反向电流I R,在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。,P型半导体,N 型半导体,所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。,空间电荷区,N型区,P型区,电位V,V0,注意 1.空间电荷区中没有载流子。 2.空间电荷区中内电场阻碍P区中的空穴.N 区 中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。 3. P 区中的电子和 N区中的空穴（都是少），数量有限，因此由它们形成的电流很小。,(1) 加正向电压（正偏）电源正极接P区，负极接N区,外电场的方向与内电
13、场方向相反。外电场削弱内电场,耗尽层变窄,扩散运动漂移运动,多子扩散形成正向电流I F,PN结的单向导电性,(2) 加反向电压电源正极接N区，负极接P区,外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电场,耗尽层变宽,漂移运动扩散运动,少子漂移形成反向电流I R,在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。,PN结的单向导电性,PN结加正向电压导通,图1-1 PN结的单向导电性,将PN结按照图1-1（a）所示接上电源称为加正向电压，加正向电压时阻挡层（PN结）变窄，电阻变小，电流增大，称为PN结处于导通状态。,PN结的
14、单向导电性,将PN结按照图1-1（b）所示接上电源称为加反向电压，加反向电压时阻挡层（PN结）变宽，电阻变大，电流减小，称为PN结处于截止状态。,综上所述，当PN结加正向电压时会导通，加反向电压时会截止，这就是PN结的单向导电性。,PN结加反向电压截止,综上所述，当PN结加正向电压时会导通，加反向电压时会截止，这就是PN结的单向导电性。 P接高电位、N接低电位，PN结正偏导通 P接低电位、N接高电位，PN结反向截止,PN结小结,晶体二极管图,晶体二极管的结构,用外壳把一个PN结封装起来，从P区和N区各引出一个电极，就组成一个晶体二极管，简称二极管，用VD表示。示意图如图1-2（a）所示。图（b
15、）是晶体二极管的电路符号。,图1-2 晶体二极管,点接触型,面接触型,晶体二极管的分类,晶体二极管种类很多按照制造材料的不同分为硅二极管和锗二极管。按照用途分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照制造工艺分类有点接触型、面接触型、平面型等。,2.2.1 二极管的结构、类型及符号 将一个PN结封装起来，引出两个电极，就构成半导体二极管，也称晶体二极管。其电路中的表示符号如图2-11a所示。二极管的外形如图2-1b所示。,二极管的结构示意图 二极管的结构有三种，点接触型、面接触型、平面型，如图2-12所示。,点接触型,面接触型,平面型,2二极管的特性,伏安特性：二极管的导电性能由
16、加在二极管两端的电压和流过二极管的电流来决定，这两者之间的关系称为二极管的伏安特性。硅二极管的伏安特性曲线如图所示。,特性曲线,1.1 半导体二极管,二极管两端的电压u（单位为伏）与电流i（单位为安）之间的变化规律称为晶体二极管的伏安特性。通常用曲线来表示二极管的伏安特性，这条曲线称为伏安特性曲线。伏安特性曲线可以通过实验的方法得到，测试电路如下图1-3所示。,图1-3 晶体二极管伏安特性测试, 正向导通：当外加电压大于死区电压后，电流随电压增大而急剧增大，二极管导通。, 死区：当正向电压较小时，正向电流极小，二极管呈现很大的电阻，如 OA 段，通常把这个范围称为死区。,死区电压：,导通电压：,结论：正偏时电阻小，具有非线性。,（1）正向特性（二极管正极电压大于负极电压）,1.1 半导体二极管, 反向击穿：若反向电压不断增大到一定数值时，反向电流就会突然增大，这种现象称为反向击穿。, 反向饱和电流：当加反向电压时，二极管反向电流很小，而且在很大范围内不随反向电压的变化而变化，故称为反向饱和电流。,
