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1、1.1 二极管的特性及主要参数,一、本征半导体与两种载流子,半导体 ,导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。,本征半导体 ,纯净的单晶半导体。如硅、锗单晶体。,载流子 ,自由运动的带电粒子。,共价键 ,相邻原子共有价电子所形成的束缚。,硅(锗)的原子结构,简化 模型,硅(锗)的共价键结构,自 由 电 子,(束缚电子),空穴可在共 价键内移动,本征激发：,自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。,漂 移：,自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。,在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。,两种载流子,电子(自由电子),空穴,两种
2、载流子的运动,自由电子(在共价键以外)的运动,空穴(在共价键以内)的运动,结论：,1. 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；,2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；,3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关。,二、 杂质半导体 掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体,1、N 型半导体,本征半导体中掺入五价元素后形成以自由电子为多数载流子的杂质半导体（空穴为少数载流子）,2、P 型半导体,本征半导体中掺入三价元素后形成以空穴为多数载流子的杂质半导体（电子为少数载流子）,三、 PN 结及其单向导电性,1、PN 结,载流子的浓度差引起多子的扩散，复合使交界面形成空间电荷区(耗尽区)，同时建
3、立一内电场,空间电荷区特点:,无载流子，,阻止扩散进行，,有利于少子的漂移。,2、PN 结的单向导电性,a. 外加正向电压(正向偏置),P 区,N 区,内电场,外电场,外电场使空间电荷区变窄。,b. 外加反向电压(反向偏置),外电场使空间电荷区变宽。,PN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大; 反偏截止，电阻很大，电流近似为零。,一、结构与符号,正极,负极,构成,PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管,二、二极管的类型,分类,按材料分 硅二极管、锗二极管,按结构分 点接触型、面接触型、平面型,按功能分 普通二极管、特殊二极管,二极管的伏安特性方程,反向饱和电流,温度的 电压当量,电
4、子电量,玻尔兹曼常数,当 T = 300(27C)：,UT = 26 mV,一、二极管的伏安特性曲线,正向特性,Uth,死区 电压,iD = 0,Uth = 0.5 V,0.1 V,(硅管),(锗管),uD Uth,iD 急剧上升,0 uD Uth,UD(on) = (0.6 0.8) V,硅管 0.7 V,(0.1 0.3) V,锗管 0.2 V,反向特性,IS,-U (BR),反向击穿,-U(BR) uD 0,iD = IS, 0.1 A(硅),几十 A (锗),uD -U(BR),反向电流急剧增大,(反向击穿),1、正向特性,2、反向特性,3、反向击穿特性,反向击穿类型：,电击穿,热击穿
5、,反向击穿原因：,齐纳击穿：,反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (击穿电压 6 V，负温度系数),雪崩击穿：,反向电场使电子加速，动能增大，撞击 使自由电子数突增。, PN 结未损坏，断电即恢复。, PN 结烧毁。,(击穿电压 6 V，正温度系数),击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。,硅管的伏安特性,锗管的伏安特性,4、硅管与锗管特性比较：,死区电压和导通电压大，反向电流小，单向导电性和温度稳定性好,死区电压和导通电压小，反向电流大， 单向导电性和温度稳定性较差。,二、温度对二极管特性的影响,T 每升高10，反向电流约增大一倍,T 升高，UD(on)以 (2 2.5) mV/ C 下降,T 过高，PN结会消失,影响工作频率的原因 ,PN 结的电容效应,结论： 1. 低频时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。 高频时，因容抗减小，使结电容分流，导致单向 导电性变差。 2. 结面积小时结电容小，工作频率高。,
