二极管及其基本电路讲稿1

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1、Fundamental of Electronic TechnologyCTGU11 半导体的基本知识半导体的基本知识3 二极管的结构类型二极管的结构类型4 二极管的伏安特性及主要参数二极管的伏安特性及主要参数5 特殊二极管特殊二极管2 PN结的形成及特性结的形成及特性2一、一、半导体的基本知识半导体的基本知识 1 半导体材料半导体材料 2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构 3 本征半导体本征半导体4 杂质半导体杂质半导体3 1 半导体材料半导体材料 根据物体导电能力根据物体导电能力(电阻率电阻率)的不同，来划分的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有典型的

2、半导体有硅硅Si和和锗锗Ge以及以及砷化镓砷化镓GaAs等。等。4 2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构硅晶体的空间排列硅晶体的空间排列5 2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构6 3 本征半导体本征半导体本本征征半半导导体体化化学学成成分分纯纯净净的的半半导导体体。它它在在物物理理结结构构上上呈呈单单晶体形态。晶体形态。空穴空穴共价键中的空位共价键中的空位。电子空穴对电子空穴对由热激发而由热激发而产生的自由电子和空穴对产生的自由电子和空穴对。空穴的移动空穴的移动空穴的运动空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子是靠相邻共价键

3、中的价电子依次充填空穴来实现的。依次充填空穴来实现的。7电子空穴对电子空穴对8空穴的移动空穴的移动9空穴的移动空穴的移动104 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为称为杂质半导体杂质半导体。N型半导体型半导体掺入五价杂质元素（如磷）的掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。半导体。P型半导体型半导体掺入三价杂质元素（如硼）掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。的半导体。

4、11N型半导体型半导体 因五价杂质原子中因五价杂质原子中只有四个价电子能与周只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形共价键束缚而很容易形成自由电子。成自由电子。在在N型半导体中型半导体中自由自由电子是多数载流子（多子），电子是多数载流子（多子），它主要它主要由杂质原子提供由杂质原子提供；空穴是少数载流子（少子）空穴是少数载流子（少子）,由热激发形成。由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子正离子，因此五价杂质原子

5、也称为因此五价杂质原子也称为施主杂质施主杂质。12 P型半导体型半导体 因三价杂质原子因三价杂质原子在与硅原子形成共价在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电键时，缺少一个价电子而在共价键中留下子而在共价键中留下一个空穴。一个空穴。在在P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子，空穴是多数载流子，它主要由掺杂它主要由掺杂形成形成；自由自由电子是少数载流子，电子是少数载流子，由热激发形成。由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子负离子。三价杂质三价杂质 因而也称为因而也称为受主杂质受主杂质。13 本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体 本小节中的有关

6、概念本小节中的有关概念 自由电子、空穴自由电子、空穴 N型半导体、型半导体、P型半导体型半导体 多数载流子、少数载流子多数载流子、少数载流子 施主杂质、受主杂质施主杂质、受主杂质14二、二、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（了解）结的反向击穿（了解）4 PN结的电容效应（了解）结的电容效应（了解）15 1 PN结的形成结的形成在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成分别形成N型半导体和型半导体和P型半导体。型半导体。对于对于P型半导体和型半导体和N型半导体结合面

7、，离子型半导体结合面，离子薄层形成的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，所以也称在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗耗尽层尽层。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。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区 16 2 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

8、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17PN结的伏安特性结的伏安特性 2 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。(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

9、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，由本征激发决定的少子浓度是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恒定的，基本上与所加一定的，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，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。18 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

10、此可以得出结论：PN结具有单结具有单向导电性。向导电性。19 2 PN结的单向导电性结的单向导电性(3)PN结的伏安特性结的伏安特性其中其中PN结的伏安特性结的伏安特性IS 反向饱和电流反向饱和电流域值电压域值电压0.5V20 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。击穿。反向击穿反向击穿不可逆不可逆VBR反向击穿电压反向击穿电压21 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22 PN结的电容效应结的电容效

11、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23三、三、二极管二极管 1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 3 二极管的参数二极管的参数241 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平点接触型、面接触型和平面型面型三大类。三大类。(1)点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电结面积小，结电容小，用于检波和变频等容小，用于检波和变频等高频电路。高频电路。(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图

12、二极管的结构示意图25(3)平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造往往用于集成电路制造艺中。艺中。PN 结面积可大可小，结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。(b)(b)面接触型面接触型(c)(c)平面型平面型(4)二极管的代表符号二极管的代表符号26 2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V V-I I 特性特性锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V V-I I 特性特性正向

13、特性正向特性反向特性反向特性反向击穿特性反向击穿特性关注：域值电压反向击穿电压273 二极管的参数二极管的参数(1)最大整流电流最大整流电流IOM(2)反向击穿电压反向击穿电压VBR和最大反向工作电压和最大反向工作电压URM(3)反向电流反向电流I IRMRM（又称反向漏电流）（又称反向漏电流）(4)正向压降正向压降VF(5)极间电容极间电容CB(6)最高工作频率最高工作频率fM28半导体二极管图片29303132四如何用万用表判别二极管的好坏和正负极1判别二极管的极性用万用表测量二极管的极性时，如图所示，把万用表的开关置于R1K或100挡(注意调零)，各测二极管的正、反向电阻一次，若测得阻值小的一次，黑表笔(接内电池的正极)所接的一极为二极管的正极，反之，测得阻值大的一次，红表笔(接内电池负极)所接的一极为二极管的正极。33二极管极性的判别342 判别二极管性能的好坏在判别二极管的极性时，若测得正反向的阻值相差越大，表示二极管的单向导电性越好，一般二极管的正向电阻约几千欧，反向电阻约几百千欧。若测得二极管的正、反向电阻阻值相近，表示二极管已坏。若测得二极管正、反向阻值很小或为零，表示管子已被击穿，两电极已短路。若测得正、反向阻值都很大，则表明管子内部已断路，不能再使用。35