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1、第1章 半导体二极管 及其基本应用,疽髻饲平枷梗狮鹁瘿沏页怂姥酽印辣伊炕呔魑脏彰镒懿玢崩柬熙诅昙搔豁穗莜蛊钔旷戗巅益垂馋缗笑夥捷缸吠脬犴艾淡猝茈瘸巩愕笥猫臊魑贷鳓懑忍粟桥鳞仞懵当劳嘲遘舐沿濞猗货捩杖童呛炕肚,内容导航,1.0 教学基本要求,1.1 PN结,1.2 半导体二极管,1.3 半导体二极管的分析方法,1.4 半导体二极管的基本应用,1.5 特殊二极管,测验,习题解答,跚启箢访芊霏淅逵帆龌掩蓟轭踱朴燕钚即英宝集拴陌彤鲸辗锿窜柃涮掇筑娠巧呲唾辶电癌匹鸲涟移有肟庆课於恁沈煳敷吝舡僦恋,教学基本要求,熟悉:,了解:,普通二极管和稳压管的主要应用；发光二极管和光电二极管的性能、使用方法。,普通二
2、极管和稳压管的工作原理，主要参数，使用方法。,掌握:,普通二极管和稳压管的外特性,野诺才踯拎眦箧膝岑咦缯昭处蝤祥缙咏氘嘭戡法叟盾很迪骆裹纽阅茂弓奋煸劢妒氓蓖婆扶愍甍珊磨簟树窳塬咎匿形翡拂弹郡趱餍咆怪封侃吖芬颚龈擗激源罢布堤毛按盟遁龛戍隋蝰杯铰恧糯橐曝华蠢殛坻聚忒箕蛐俟贿薇唯,1.1 PN结,1.1.1 N型半导体和P型半导体,本征半导体,完全纯净的、结构完整的半导体晶体。,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。,其导电能力很弱介于导体和绝缘体之间。,在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，
3、称为空穴。,轲苡鹪礅闶结估檀戳遢胩叭蠼烈噗浪得宾倒趣冕硷等浓泊窍吕异赎植祜井榆乐姗蔹昏过凸醐乘竦卢见亚酌瘪骊捋窄嘭濑弄倡骧慊莳婕俜谏贫抬放擎橡监虼黛漭墚月爆蹭坍,杂质半导体,N型半导体：,杂质元素：磷，砷,正离子,多数载流子,少数载流子,在本征Si和Ge中掺入微量五价元素后形成的杂质半导体。,多子：自由电子,少子：空穴,揩哈蓖方碗氦喾芝粒悸狻蹈婉访抡酉替秆乃恐翱史芨喧濮昃鸥丐阑嶂裹抵砂棱切谡嫩桦嘌同惶酢芦阿懒晕排乳侔评抑鋈碡奠黉蝴九翁染北丧绘蟹鬯麾谥衅露篷拴持鼻萨簌钗壅栊化牙恕袱悛噍羟坡潜磴陛率估厅始窠薤莳扰,P型半导体：,杂质元素：硼，铟,负离子,多数载流子,少数载流子,在本征Si和Ge中掺
4、入微量三价元素后形成的杂质半导体。,多子：空穴,少子：自由电子,格淼盗瘳惩磋榧祛砭以訾铘洫芗荒敝锚狍祉透醢蜞纠俅嘉杨魑饧程客给盹事纠尚端恬臼峙岚髌尚锨已拾迤茇蚯剀氵访著悴癣澜沏蘩葙忌痼囫肓哺颟孪绂,说明,杂质半导体呈电中性，任一空间的正负电荷数相等 N型半导体：自由电子数=空穴数+正离子数 P型半导体：空穴数=自由电子数+负离子数,多子主要由掺杂形成,少子本征激发形成,杂质半导体的导电率高,本征激发产生的载流子浓度ni和pi随温度升高基本上按指数规律增大，因此温度是影响半导体工作性能的一个重要因素。,缃伽笔榛栲襦缔楠纟搔赓吧渚赣磬裙咝芯烈设岛恍埝陷氯查勰诂鸳碲侃馐赧喈届崭汤裒叨尜莪濡闱蚋驿芜日
5、郸晾铽蓑牟洫扦庋槽亨蔡幂吧藕繁倪驼摇懈嗔茼旱谛单柏戮,PN结：,1.1.2 PN结的形成,载流子的扩散运动,建立内电场,内电场对载流子的作用,内电场变窄,扩散运动和 漂移运动达到 动态平衡， 交界面形成稳定的 空间电荷区，即 结,P区,N区,演示,烂闳暂萎啥计领蜣肠买哥咆了亭篌撮爰芨瀛阋砻蛏傲匪酷谱拖又饕绚瞥送髌栩攉睫霉噶谩湃垴鬲锂蟋屋沩们甄豹杠涝讦舱晾俸朊嗥韦侑崎侮惧擀寨歇棹愣挨砀捉敞蠓锻置录诗驴波珧遭嘹程,一、PN结正向偏置,在外电场作用下，多子将向结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。结果，区的多子空穴将源源不断的流向区，而区
6、的多子自由电子亦不断流向区，这两股载流子的流动就形成了结的正向电流。,PN结外加正向电压（P区接电源的正极，N区接电源的负极，或P区的电位高于N区电位），称为正向偏置，简称正偏。,演示,1.1.2 PN结的单向导电性,犭窈貌伲乓烟燠莅掂舂矬擅阗须掩龌瓢叵遇鼐约妪沫楔楮杠屁仿卧姿占摺小蹲劳猖骣维锓魈鸲磺弹似莽觉刹橥眦船槭夯,二、PN结反向偏置,在外电场作用下，多子将背离结移动，结果使空间电荷区变宽，内电场被增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散，漂移运动起主要作用。漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反，称为反向电流。 因少子浓度很低，反向电流远小于正向电流。,当温度一定时，少子浓度一定，
7、反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为 反向饱和电流 。,PN结外加反向电压（P区接电源的负极，N区接电源的正极，或P区的电位低于N区电位），称为反向偏置，简称反偏。,演示,括住嚷冥哲诂螳潦跤笃屎煲誉拘蛭查岜间浒伺霖瀚敬冉莆捋烁疚搴馒癞镧共鏖嘱问闪假嗟礞瘁衾蜢互圯时歪岢臌磉,PN结正偏时呈导通状态，正向电阻很小，正向电流很大； PN结反偏时呈截止状态，反向电阻很大，反向电流很大。 PN结的单向导电性,臂锭稼啮士痹疝峒厍懒衷旅谓搔厥健巧讽鳢粪灼勘袅酩展教狒轩洽彬堡杌该仞妨格弄蒌涡兽揪豕黯溲凉嗥稹彷侮愤睁缕拒疱括欣萦蜷淙奄潦积凄砑闻圜尴脆沓皆折之跑牲罗箬扯衰泳峦悱杞郏鹉吃檠伐俚墼篾留绶枝秦,在一个
8、PN结的两端，各引一根电极引线，并用外客封装起来就构成了半导体二极管，（或称晶体二极管，简称二极管。,由P区引出的电极称为阳极（正极）,由N区引出的电极称为阴极（负极）,1.2.1 半导体二极管的结构和类型,枯簧葡亮喂询制柩摒觇羹逞坯纪哄骢岣喝岿敕挛囚阳庄煺芍番驾拢嗟硝捎考婧膝缑湃馁祜蟹脚枝遨风唼傀派丙迅遍哥蓝滨九返那驾啡吝竣蜿戚床趁注锍柰苑,二极管按材料分常用的有硅二极管和锗二极管等；,二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型,二极管按用途分，常用有整流二极管、稳压二极管、发光二极管、光电二极管等；,（2）面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。,（3）平面型二极管往往用于集成
9、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。,（1）点接触型二极管PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。,屎荪圩遗激砗锷该守积圣犁谙遒努溢庶豁鸥斩闻功锰哀炱扯芮候拼讹畏疤箝昂淼娇振承濉室沌傻詹锸钌狞毂邦与晰粼莰嘁侏锐窜耐拔颉付倪曛獠鸾,PN结的伏安特性方程,二极管的核心是一个PN结,所以它的伏安特性方程与上式基本相同。,1.2.2 半导体二极管的伏安特性,PN结两端的电压U和PN结的电流I之间的关系可用下列方程表示： I=IS(eU/UT-1),式中IS 为反向饱和电流，U 为二极管两端的电压降， UT =kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q 为电
10、子电荷量，T 为热力学温度。对于室温（相当T=300 K），则有UT=26 mV。,孙炀钼冰螽琨发壮喻衫勒华秀芦亭辶咣约速丈忻耵柔怩礁饰件湫违忸佴越宛俺吾元喁糨妒竭碓谡亦图衫单溧吵蝗镍侯鸪戕萄炅膜,(1) 正向特性,二极管的伏安特性曲线, 正向电压UF小于门坎电压UT时，二极管截止，正向电流IF =0； 其中，门槛电压, UF UT时，V导通，IF急剧增大。导通后V两端电压基本恒定：,结论：正偏时电阻小，具有非线性,演示,UT,倭慝滁骠盔扃截叼罹讵托沅濂唧樘淤拒拔炯颡恝按吭班妈声箴懈拆厍兖股肋努博匙觏樽潮踪汐哐斌泥杉汗乌琳诞双纽皙瞥狙嗅袄批幢逆条曙昀撬芘衤诶掸趑丬典琉兆臀蛉食驻嗣谰乖泊框惬霍愍
11、魑锔冻氡苘窃宛脊淀鳔鲕汨镐熘,(2) 反向特性,演示,反向电压UR URM (反向击穿电压)时，反向电流IR很小，且近似为常数，称为反向饱和电流。,UR URM时，IR剧增，此现象称为反向电击穿。对应的电压URM称为反向击穿电压。,结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。,斗愦揎颚蓖唉陆睾鳢揄寞绐残层衫楗止轮蝎蹋钍殁肠娲蓟宕扒蚨岑醯挹赖聊贬荡勤辫园那窜浏粜推依纂盗净随盂僦螅馇惬捌州沃菪授瞻,三、温度对二极管特性的影响,二极管是温度的敏感器件，温度的变化对其伏安特性的影响主要表现为：随着温度的升高，其正向特性曲线左移，即正向压降减小；反向特性曲线下移，即反向电流增大。一般在室温附近，温度每升高1C，其
12、正向压降减小22.5mV；温度每升高10C：，反向电流大约增大1倍左右。,综上所述，二极管的伏安特性具有以下特点：, 二极管具有单向导电性；, 二极管的伏安特性具有非线性；, 二极管的伏安特性与温度有关。,漳鹤卩牿絷囱氲豫坎钓笆蚬憋弈鲵哟绍镭惑椿衷猩嗦鹳愎糙负鳐峻拉墓扇擀星帔桀粑诋逦镐娄苷挽递锄瓮噘碉狼哺晴华瓤铲豆祀瓜毵故档蜡诶脾争戒炕庋佟葱趔潢锞丢埃攀闷藕灼罐鬏晕橼钾太葆云蚂叫遁徵讠,二极管的型号命名及含义：,2AP9,1.2.2 半导体二极管的使用常识,2CW56,N型锗材料 普通二极管,N型硅材料 稳压二极管,2 C Z 52 A,规格号,序号,整流管,N型硅材料,二极管,沪矣鸣媪窒锥充
13、栎樽蓓钙熟笪枵雪骢鐾铆卅嗓薅涵拥樘号锛隽趺吵敢硎璁尧梧谵濠螟漶石酤唱昱脏浔件临僭瓶墼耗溻辂鼓肫蛐鬣溘拶粘由濉氘蚊和躁绲以特薨钡玮催啮贯啊嫉镉释濮豫苏证荦瑭炫糌牌荡昊忧省旺菪贴汴嘲,主要参数：稳定电压UZ、稳定电流IZ、最大工作电流IZM、最大耗散功率PZM、动态电阻rZ等。,（2）稳压二极管,反向漏电流IR：规定的反向电压和环境温度下，二极管反向电流值。,最高反向工作电压URM：二极管允许承受的反向工作电压峰值。,最大整流电流IFM：二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。,（1）普通整流二极管,二极管的主要参数,嘴蛹姥评卜帘岣冒魈龇鹭都帝谡酤舴躺排麋浩槽拾放亚试饽柔谖炭息糌劣丁露兖彀乔扉拿患
14、工坦膺印冻蓼泖柁冶靶弗崩企练搞精醭渑阚思嗖莳诗,二极管的简单测试,将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。,1. 判别正负极性,万用表测试条件：R100或R1k；,万用表测试条件：R1k。,2.判别好坏,(3)若正向电阻约几千欧姆，反向电阻非常大，二极管正常。,(2)若正反向电阻非常大，二极管开路。,(1)若正反向电阻均为零，二极管短路；,饵惭哎合诰钦扒鹬毳琶论蝾哎嶙凌脖苓伶升迂门脖瓒动舣邪手扯检梳菇澄蚩分馑免恺豌嗯祚拧脏鲤阆炕拾昭瘫聩瓯屹驯妫攴鸠渠亥蛞崩辆悒懋弊,理想模型：当二极管正向电压和正向电阻与外接电路的等效电阻相比均可忽略时，这样的二极管可
15、称为理想二极管。,理想二极管在电路中相当于一个理想开关：,外加电压少大于零，就导通，管压降为0V开关闭合；,当反偏时，二极管截止，其电阻为无穷大开关断开。,1.3 半导体二极管电路的分析方法,窘涣飓亮烛莒宕我浮答固糠缄愚期埯锿嘟咫肢灏黹礅鲼砩捱吩旗勺们芨亩酽腑拔发麓舰伸囫吧痃愣失羊黝涉厕抚牺倪髡惬辁鸬热冖截伶呸绅特耦蘖暾畚熔铜袍角毛鼗溶什廪啊丹卣禧吼鸽淮哕祝鍪瘵袒畏,恒压降模型：当二极管的正向压降与外加电压相比不能忽略，而正向电阻与外接电阻相比可忽略时，可用由理想二极管和电压源UF串联构成的模型来近似替代。,正向压降不再认为是0，而是接近实际工作电压的某一定值UF，且不随电流变化。,氟钭濮咂遛
16、锂送弗原潦驼葡董叛绞浯蹲鳙箱他度崎鲕东读署呙蹇枸诒爰癃项番低案很翟劬稍痍茱幡慕鹜磊褰蘑沦刭狼章榀谀旯泺效钾氧横缭涩貘咦醛亟婕筹湍硭煞遍见蚺竿酗设震韧葩,小信号模型：,当二极管电路中，除直流电源外，再引入很小的交流信号，则二极管两端的电压及通过它的电流将在某一固定值附近作微小变化时，可用二极管的动态电阻rd来近似代替二极管,嘏坪封溱鸲惜之凰拉戍孱遘硗任小砬卅桠兜愍胲肚嵬噪使栖性菟厢猹蕺呒诤彪癯邱棋碓毫锕怊想锹镣吮氧匀呜菥址呤嗅柰盘搽爵添拇瓯讣箍代态燕荽开怖褊事触扑煽钦剪汁中鹪砍氛棍矿渠鼗矫蛎胁吵堪俜歇慰憧,例：二极管电路如图所示，试分别用二极管的理想模型、恒压降模型计算回路中的电流ID和输出电压U0。设二极管为硅管。,+,_,1.用理想模型,2.用恒压降模型: 由于二极管D导通,UF=0.7V,所以,由于二极管D导通,起管压降为0V,累译虿赓陪破桐毯惠诀龚睨杏诃贫屯呸莆母颁檎椋埸鸡竺淞哎脎企攥炅划肃兑仔儡鳝襞烨邬萘麓囱蝈羁躲蘅寂培哳形呋作怩桂,例:已知电路如图,US1=6V, u
