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1、2009-10-15电子协会电子协会 吴林恒吴林恒主要内容二极管 二极管二极管又称晶体二极管二极管又称晶体二极管,简称二极管简称二极管(diode);它只往一个方向传送电流的电子它只往一个方向传送电流的电子零件。它是一种具有零件。它是一种具有1个零件号接合的个零件号接合的2个个端子的器件，具有按照外加电压的方向，端子的器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。晶体二极管使电流流动或不流动的性质。晶体二极管为一个由为一个由p型半导体和型半导体和n型半导体形成的型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时
2、，由建有自建电场。当不存在外加电压时，由于于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。平衡状态。二极管工作原理晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压
3、范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。p-n结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。 PN结的形成及特性结的形成及特性1 PN结的形成结的形成2 PN结的单向导电性结的单向导电性3 PN结的反向击穿结的反向击穿4 PN结的电容效应结的电容效应PN节的形成 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质质, ,分别形成分别形成N型半导体和型半导体和P型半导体。此时将在型半导体。此时将在N型半导体
4、和型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理型半导体的结合面上形成如下物理过程过程: : 因浓度差因浓度差空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。 对于对于P型半导体和型半导体和N型半导体结合面，离型半导体结合面，离子薄层形成的子薄层形成的空间电荷区空间电荷区称为称为PN结结。 在空间电荷区，由于缺少多子，所以也在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称称耗尽层耗尽层。 多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷
5、区 PN结的单向导电性结的单向导电性 当外加电压使当外加电压使PN结中结中P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为区的电位，称为加加正向电压正向电压，简称，简称正偏正偏；反之；反之称为加称为加反向电压反向电压，简称简称反偏反偏。 (1) PN结加正向电压时结加正向电压时PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 低电阻低电阻 大的正向扩散电流大的正向扩散电流PN结的伏安特性结的伏安特性PN结的伏安特性结的伏安特性 PN结的单向导电性结的单向导电性 当外加电压使当外加电压使PN结中结中P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为区的电位，称为加加正向电压正向电压，简称，简称正偏正偏；反
6、之；反之称为加称为加反向电压反向电压，简称简称反偏反偏。 (2) PN结加反向电压时结加反向电压时PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 高电阻高电阻 很小的反向漂移电流很小的反向漂移电流 在一定的温度条件下，由本征激发决定的在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为这个电流也称为反向饱和电流反向饱和电流。 PN结的单向导电性结的单向导电性 (3) PN结结V- I 特性表达式特性表达式其中其中PN结的伏安特性结的
7、伏安特性IS 反向饱和电流反向饱和电流VT 温度的电压当量温度的电压当量且在常温下（且在常温下（T=300K） PN结加正向电压时，呈现低电阻，结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；具有较大的正向扩散电流； PN结加反向电压时，呈现高电阻，结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。具有很小的反向漂移电流。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单结具有单向导电性。向导电性。 PN结的反向击穿结的反向击穿 当当PN结的反向电压结的反向电压增加到一定数值时，反增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，向电流突然快速增加，此现象称为此现象称为PN结的结的反向反向击穿。击
8、穿。热击穿热击穿不可逆不可逆 雪崩击穿雪崩击穿 齐纳击穿齐纳击穿 电击穿电击穿可逆可逆 PN结的电容效应结的电容效应 (1) 势垒电容势垒电容CB势垒电容示意图势垒电容示意图 PN结的电容效应结的电容效应(2) 扩散电容扩散电容CD扩散电容示意图扩散电容示意图end 2.4.1 二极管二极管V- I 特性的建模特性的建模 1. 理想模型理想模型3. 折线模型折线模型 2. 恒压降模型恒压降模型 2.4.2 应用举例应用举例 1. 二极管的静态工作情况分析二极管的静态工作情况分析理想模型理想模型（R=10k ）（1）VDD=10V 时时恒压模型恒压模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）折线模型
9、折线模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）设设（2）VDD=1V 时时（自看）（自看）二极管的特性常见二极管介绍整流二极管整流二极管发光二极管发光二极管红外对管红外对管稳压二级管稳压二级管整流电路（a）电路图）电路图 （b）vs和和vo的波形的波形简单电路A光电传输系统光电传输系统注意：反向接注意：反向接注意：反向接注意：反向接三端稳压管三端稳压管三端稳压管三端稳压管常见三极管(a) 小功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管 半导体三极管的结半导体三极管的结构示意图如图所示。构示意图如图所示。它有两种类型它有两种类型:NPN型型和和PNP
10、型。型。三极管的结构简介三极管的结构简介(a) NPN型管结构示意图型管结构示意图(b) PNP型管结构示意图型管结构示意图(c) NPN管的电路符号管的电路符号(d) PNP管的电路符号管的电路符号三极管的三种组态三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示。表示。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示；表示；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的三种组态小电路感光器R循环闪灯集成芯片贴片芯片贴片芯片贴片芯片贴片芯片单片机学习板单片机学习板集成芯片引脚集成芯片引脚
