第半導體二極管及其基本電路

1、第1章 半導體二極管及其半導體二極管及其基本電路基本電路n半導體的基本知識n半導體二極管及其基本特性n二極管的基本應用電路第1章 半導體二極管及其基本電路1.1 半導體基本知識在自然界中，根據物質導電能力的差別，可在自然界中，根據物質導電能力的差別，可將它們劃分為將它們劃分為導體導體、絕緣體絕緣體和和半導體半導體。如：金屬如：金屬如：橡膠、陶瓷、塑如：橡膠、陶瓷、塑料和石英等等料和石英等等容易導電的物質容易導電的物質不導電的物質不導電的物質第1章 半導體二極管及其基本電路最最典型的半導體是典型的半導體是硅硅Si和和鍺鍺Ge，它們都是它們都是4價價元素元素典型的半導體材料典型的半導體材料 元素元

2、素硅（硅（Si）、鍺（鍺（Ge）化合物化合物砷化鎵（砷化鎵（GaAs）摻雜元素摻雜元素 硼（硼（B）、磷（磷（P）1.1.1 1.1.1 半導體材料半導體材料半導體半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間導電能力介于導體和絕緣體之間第1章 半導體二極管及其基本電路n半導體的特性：半導體的特性： 熱敏性熱敏性半導體的導電能力隨溫度的變化 而變化。 熱敏電阻熱敏電阻 光敏性光敏性半導體的導電能力與光照有關。 光敏二、三極管及光敏電阻光敏二、三極管及光敏電阻 摻雜性摻雜性在半導體中摻入微量雜質后其導 電能力要發(fā)生很大變化。 普通二、三極管普通二、三極管 、場效應管、場效應管n電子技術中的二極管、三極管都

3、是用半導體電子技術中的二極管、三極管都是用半導體材料制成的材料制成的第1章 半導體二極管及其基本電路1 本征半導體本征半導體 不含雜質的純凈半導體叫本征半導體不含雜質的純凈半導體叫本征半導體, 如鍺、硅等。如鍺、硅等。2 雜質半導體雜質半導體 在本征半導體中摻入某些微量雜質元素后的半導體在本征半導體中摻入某些微量雜質元素后的半導體稱為稱為雜質半導體雜質半導體。nN型半導體型半導體: 在本征半導體硅或鍺中摻入微量的在本征半導體硅或鍺中摻入微量的五價元素五價元素，可使自由電子的濃度大大增加，主要靠，可使自由電子的濃度大大增加，主要靠電子導電，故稱為電子型半導體，簡稱電子導電，故稱為電子型半導體，簡

4、稱N型半導體。型半導體。nP型半導體型半導體: 在本征半導體硅或鍺中摻入微量的在本征半導體硅或鍺中摻入微量的三價元素三價元素,則空穴的濃度大大增加，這種以空穴導電則空穴的濃度大大增加，這種以空穴導電為主的半導體稱為為主的半導體稱為P型半導體。型半導體。第1章 半導體二極管及其基本電路1.1.2 PN結及其單向導電性1. PN結的形成在一塊完整的晶片上，通過一定的摻雜工藝，一邊為在一塊完整的晶片上，通過一定的摻雜工藝，一邊為P型型半導體，另一邊為半導體，另一邊為N型半導體，則在它們的交界處形成一型半導體，則在它們的交界處形成一個具有特殊物理性能的薄層，稱為個具有特殊物理性能的薄層，稱為PN結。結

5、。第1章 半導體二極管及其基本電路 將將P區(qū)接電源正極，區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負極，稱區(qū)接電源負極，稱為為PN結結正向偏置正向偏置，此時PN結處于正向導通狀態(tài)。 +-空穴(多子)電子(多子)變薄PN內電場外電場mA+-IUa)2 PN結的單向導電性結的單向導電性前提：只有在外加電壓時才會顯示出來1.外加正向電壓第1章 半導體二極管及其基本電路 將將P區(qū)接電源負區(qū)接電源負極，極，N區(qū)接電源區(qū)接電源正極，稱為正極，稱為PN結結反向偏置反向偏置，此，此時時PN結處于反結處于反向向截止截止狀態(tài)。狀態(tài)。+-電子(少子)變寬PN內電場外電場AIRU+-+-空穴(少子)b)2.外加反向電壓第1章 半導體二

6、極管及其基本電路歸納： PNPN結加正向電壓時，具有較大的正向結加正向電壓時，具有較大的正向擴散電擴散電流流，呈現低電阻，呈現低電阻， PNPN結結導通導通； PNPN結加反向電壓時，具有很小的反向結加反向電壓時，具有很小的反向漂移電漂移電流流，呈現高電阻，呈現高電阻， PNPN結結截止截止。這就是PN結的單向導電性。第1章 半導體二極管及其基本電路 1.2.1 二極管的結構與符號二極管實物認識二極管實物認識1.2 1.2 半導體二極管及其特性半導體二極管及其特性第1章 半導體二極管及其基本電路二極管圖形符號、文字符號二極管圖形符號、文字符號第1章 半導體二極管及其基本電路1.2.2 二極管的

7、V-I特性晶體二極管兩端所加的電壓與流過管子的電流的關系特性稱為二極管的“ 伏安特性”。第1章 半導體二極管及其基本電路1 正向特性 硅二極管的死區(qū)電壓Von=0.50.8V左右， 鍺二極管的死區(qū)電壓Von=0.10.3 V左右。 當0VVon時，正向電流為零，Von稱死區(qū)電壓或開啟電壓。正向區(qū)分為兩段： 當V Von時，開始出現正向電流，并按指數規(guī)律增長。第1章 半導體二極管及其基本電路 當VBRV0時，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時的反向電流也稱反向飽和電流IS 。 當VVBR時，反向電流急劇增加，VBR稱為反向擊穿電壓 。2, 反向特性第1章 半導體二極管及其基本電路

8、 硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽和電流也很小；鍺二極管的反向擊穿特性比較軟，過渡比較圓滑，反向飽和電流較大。 普通二極管不允許工作在反向擊穿區(qū)。普通二極管不允許工作在反向擊穿區(qū)。3. 反向擊穿特性第1章 半導體二極管及其基本電路0.2 0.4 0.6 0.8O51015 30 U(BR)CCDDIRAABB硅鍺iV / mAuV / V(A) 5反向截止反向截止區(qū)區(qū)反向擊穿反向擊穿區(qū)區(qū)死區(qū)死區(qū)正向導通區(qū)正向導通區(qū)死區(qū)死區(qū):當二極管加上正向電壓且較低時, 電流非常小, 如OA, OA段。正向導通區(qū)：正向導通區(qū)：當正向電壓大于死區(qū)電壓之后, 正向電流明顯增加, 如圖中的AB 和AB段

9、。反向截止反向截止區(qū)：區(qū)：在二極管兩端加上反向電壓時, 有微弱的反向電流, 如圖 中的OC 和OC段。反向擊穿反向擊穿區(qū)：區(qū)：當反向電壓增大到一定數值后, 反向電流會突然增大, 如圖 中的CD 和CD段。第1章 半導體二極管及其基本電路 溫度對二極管的性能有較大的影響，溫度升溫度對二極管的性能有較大的影響，溫度升高時，反向電流將呈指數規(guī)律增加，如硅二極管高時，反向電流將呈指數規(guī)律增加，如硅二極管溫度每增加溫度每增加88，反向電流將約增加一倍；鍺二極，反向電流將約增加一倍；鍺二極管溫度每增加管溫度每增加1212，反向電流大約增加一倍。，反向電流大約增加一倍。4. 溫度影響第1章 半導體二極管及其

10、基本電路VthV（BR）vD/ViD/mAiD/A環(huán)境溫度升高，二極管的正向特性曲線將左移，反向特性曲線下移。第1章 半導體二極管及其基本電路1.IF：最大整流電流1.2.3.二極管的參數指二極管長期運行時，允許通過的最大正向平指二極管長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。均電流。2.VBR：反向擊穿電壓指管子反向擊穿時的電壓值。指管子反向擊穿時的電壓值。一般手冊上給出的最大反向工作電壓約為一般手冊上給出的最大反向工作電壓約為VBR的的一半。一半。第1章 半導體二極管及其基本電路指管子未擊穿時的反向電流。其值愈小，則管指管子未擊穿時的反向電流。其值愈小，則管子的單向導電性愈好。子的單向導電性

11、愈好。溫度對它影響很大，使用時應注意。溫度對它影響很大，使用時應注意。3.IR：反向電流第1章 半導體二極管及其基本電路1.3.1 穩(wěn)壓二極管(齊納二極管）iZ/mAvZ/VVZIZVZV-I特性特性ak代表符號代表符號穩(wěn)壓特性：穩(wěn)壓特性：當反向電壓不夠大時當反向電壓不夠大時穩(wěn)壓二極管不工作；反向電壓達穩(wěn)壓二極管不工作；反向電壓達到擊穿電壓時，電流增量到擊穿電壓時，電流增量IZ很很大，只引起很小的電壓變化大，只引起很小的電壓變化VZ。1.31.3二極管的應用電路二極管的應用電路V VZ Z：反向擊穿電壓，即穩(wěn)壓反向擊穿電壓，即穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。管的穩(wěn)定電壓。第1章 半導體二極管及其基本電路VI

12、IZIO(IL)VO【分析】例如：假設例如：假設VI恒定，而恒定，而RL減小，則有減小，則有RLVZ穩(wěn)壓穩(wěn)壓IOIZ不變不變IRVRVI恒定恒定VOIZIRVRVI恒定恒定VO第1章 半導體二極管及其基本電路（1 1）應使外加電源的正極接管子的應使外加電源的正極接管子的N N區(qū)，電區(qū)，電源的負極接源的負極接P P區(qū)，以區(qū)，以保證穩(wěn)壓管工作在保證穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)【！】。（2 2）穩(wěn)壓管應與負載電阻）穩(wěn)壓管應與負載電阻R RL L并聯，由于穩(wěn)壓并聯，由于穩(wěn)壓管兩端電壓的變化量很小，因而使輸出電管兩端電壓的變化量很小，因而使輸出電壓比較穩(wěn)定。壓比較穩(wěn)定。（3 3）必須限制流過穩(wěn)壓管的電流）必須

13、限制流過穩(wěn)壓管的電流I IZ Z，不要超，不要超過規(guī)定值，以免因過熱而燒壞管子。過規(guī)定值，以免因過熱而燒壞管子。【注意】第1章 半導體二極管及其基本電路穩(wěn)壓管的一種實物圖黑頭一側為陰極，即k端第1章 半導體二極管及其基本電路符號符號1.3.2 1.3.2 發(fā)光二極管發(fā)光二極管(發(fā)光發(fā)光)主要特點：管子通過電流時將發(fā)出光來。 將電信號變成光信號。第1章 半導體二極管及其基本電路幾種普通發(fā)光二極管實物圖長腳為正極大頭為負極第1章 半導體二極管及其基本電路（a）符號）符號 （b）電路模型）電路模型1.3.3 1.3.3 光電二極管光電二極管主要特點：它的反向電流和照度主要特點：它的反向電流和照度成正

14、比。成正比。(接收光接收光)可用來作為光的測量，是將光可用來作為光的測量，是將光信號轉換為電信號的常用器件。信號轉換為電信號的常用器件。第1章 半導體二極管及其基本電路電光電：光電傳輸系統(tǒng)光電傳輸系統(tǒng) 第1章 半導體二極管及其基本電路習題：習題：1.1 答：答：當輸入直流電壓波動或外接負載電阻變動時，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的輸出電壓能保持基本穩(wěn)定，但是由于其反相擊穿特性曲線并非完全垂直下降，所以這種穩(wěn)定不是絕對的。1.2 答：答：因為可以利用可見或不可見光進行信號指示、遙控、遙測。減少了導線的連接和一些干擾，帶來了方便，比如電視機等家電的遙控器、指示燈等都是應用實例。 1.3 有有A、B兩個小功率二極

15、管，它們的反向飽和電流分別為兩個小功率二極管，它們的反向飽和電流分別為0.5 A和和0.01 A；在外加相同的正向電壓時的電流分別為在外加相同的正向電壓時的電流分別為20mA和和8mA。你認為哪一個管子的綜合。你認為哪一個管子的綜合性能較好？性能較好？ 答：答：因為二極管正、反相電阻差越大越好，而20/0.000540000；8/0.00001=800000；后者反差大于前者。所以8mA管子的綜合性能較好。 1.4 為什么說在使用二極管時，應特別注意不要超過最大整流電流和最高反向工為什么說在使用二極管時，應特別注意不要超過最大整流電流和最高反向工作電壓？作電壓？ 答：答：因為超過最大整流電流極

16、限值后會造成二極管燒壞。超過最高反向工作電壓會成二極管擊穿第1章 半導體二極管及其基本電路開關電路開關電路（理想模型理想模型）題題1：如圖所示，求：如圖所示，求AO的電壓值。的電壓值。解：解： 先斷開先斷開D，以，以O為基準電位，為基準電位， 即即O點為點為0V。 則接則接D陽極的電位為陽極的電位為-6V，接陰極，接陰極的電位為的電位為-12V。陽極電位高于陰極電位，陽極電位高于陰極電位，D接入時正向導通。接入時正向導通。導通后，導通后，D的壓降等于零，即的壓降等于零，即A點的電位就是點的電位就是D陽極的電位。陽極的電位。所以，所以，AO的電壓值為的電壓值為-6V。1.3.1 1.3.1 開關與整流電路開關與整流電路( (補補) )第1章 半導體二極管及其基本電路整流電路整流電路（理想模型理想模型）（a）電路圖）電路圖 （b）vs和和vo的波形的波形半波整流電路第1章 半導體二極管及其基本電路 將指數模型將指數模型 分段線性化，得到二極管特性的等效模型。分段線性化，得到二極管特性的等效模型。)1e (DSD TVIiv理想模型理想模型 （a a）