二極管及其基本電路講稿課件

二極管及其基本電路FundamentalofElectronicTechnologyCTGU1二極管及其基本電路FundamentalofElectr1半導體的基本知識3二極管的結構類型4二極管的伏安特性及主要參數(shù)5特殊二極管2PN結的形成及特性內(nèi)容21半導體的基本知識3二極管的結構類型4二極管的一、半導體的基本知識

1半導體材料

2半導體的共價鍵結構

3本征半導體4雜質半導體3一、半導體的基本知識1半導體材料2半導體的共價鍵

1半導體材料根據(jù)物體導電能力(電阻率)的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。典型的半導體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。41半導體材料根據(jù)物體導電能力(電阻率)的不同，來

2半導體的共價鍵結構硅晶體的空間排列52半導體的共價鍵結構硅晶體的空間排列5

2半導體的共價鍵結構硅和鍺的原子結構簡化模型及晶體結構62半導體的共價鍵結構硅和鍺的原子結構簡化模型及晶體結構6

3本征半導體本征半導體——化學成分純凈的半導體。它在物理結構上呈單晶體形態(tài)?？昭ā矁r鍵中的空位。電子空穴對——由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對?？昭ǖ囊苿印昭ǖ倪\動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現(xiàn)的。73本征半導體本征半導體——化學成分純凈的半導體。它在物理電子空穴對8電子空穴對8空穴的移動9空穴的移動9空穴的移動10空穴的移動104雜質半導體

在本征半導體中摻入某些微量元素作為雜質，可使半導體的導電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質主要是三價或五價元素。摻入雜質的本征半導體稱為雜質半導體。

N型半導體——摻入五價雜質元素（如磷）的半導體。

P型半導體——摻入三價雜質元素（如硼）的半導體。114雜質半導體在本征半導體中摻入某些微量元N型半導體因五價雜質原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。在N型半導體中自由電子是多數(shù)載流子（多子），它主要由雜質原子提供；空穴是少數(shù)載流子（少子）,由熱激發(fā)形成。提供自由電子的五價雜質原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質原子也稱為施主雜質。12N型半導體因五價雜質原子中只有四個價電子能與

P型半導體因三價雜質原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成?？昭ê苋菀追@電子，使雜質原子成為負離子。三價雜質因而也稱為受主雜質。13P型半導體因三價雜質原子在與硅原子形成共價本征半導體、雜質半導體

本小節(jié)中的有關概念自由電子、空穴N型半導體、P型半導體多數(shù)載流子、少數(shù)載流子施主雜質、受主雜質14本征半導體、雜質半導體本小節(jié)中的有關概念自由電子、空穴二、PN結的形成及特性1

PN結的形成

2

PN結的單向導電性

3

PN結的反向擊穿（了解）

4

PN結的電容效應（了解）15二、PN結的形成及特性1PN結的形成2PN結的單向

1PN結的形成在一塊本征半導體在兩側通過擴散不同的雜質,分別形成N型半導體和P型半導體。對于P型半導體和N型半導體結合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。

因濃度差空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴散

最后,多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。多子的擴散運動由雜質離子形成空間電荷區(qū)161PN結的形成在一塊本征半導體在兩側通過擴散不同的雜質

2

PN結的單向導電性當外加電壓使PN結中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。

(1)PN結加正向電壓時PN結加正向電壓時的導電情況低電阻大的正向擴散電流PN結的伏安特性172PN結的單向導電性當外加電壓使PN結中P區(qū)的電PN結的伏安特性

2

PN結的單向導電性當外加電壓使PN結中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。

(2)PN結加反向電壓時PN結加反向電壓時的導電情況高電阻很小的反向漂移電流

在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關，這個電流也稱為反向飽和電流。18PN結的伏安特性2PN結的單向導電性當外加電壓使

PN結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。

由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。19PN結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散

2

PN結的單向導電性

(3)PN結的伏安特性其中PN結的伏安特性IS——反向飽和電流域值電壓＝0.5V202PN結的單向導電性(3)PN結的伏安特性其中PN３

PN結的反向擊穿當PN結的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結的反向擊穿。反向擊穿——不可逆VBR反向擊穿電壓21３PN結的反向擊穿當PN結的反向電壓增加到４

PN結的電容效應

(1)勢壘電容CB勢壘電容示意圖22４PN結的電容效應(1)勢壘電容CB勢壘電容示意圖2

４

PN結的電容效應(2)擴散電容CD擴散電容示意圖23４PN結的電容效應(2)擴散電容CD擴散電容示意圖2三、二極管

1半導體二極管的結構

2二極管的伏安特性

3二極管的參數(shù)24三、二極管1半導體二極管的結構2二極管的伏安特性1半導體二極管的結構

在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結構分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1)點接觸型二極管PN結面積小，結電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(a)點接觸型

二極管的結構示意圖251半導體二極管的結構在PN結上加上引線和(3)平面型二極管往往用于集成電路制造藝中。PN結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。(2)面接觸型二極管PN結面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型(c)平面型(4)二極管的代表符號26(3)平面型二極管往往用于集成電路制

2二極管的伏安特性二極管的伏安特性硅二極管2CP10的V-I特性鍺二極管2AP15的V-I特性正向特性反向特性反向擊穿特性關注：域值電壓反向擊穿電壓272二極管的伏安特性二極管的伏安特性硅二極管2CP10的V3二極管的參數(shù)(1)最大整流電流IOM(2)反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓URM(3)反向電流IRM（又稱反向漏電流）(4)正向壓降VF(5)極間電容CB(6)最高工作頻率fM283二極管的參數(shù)(1)最大整流電流IOM(2)反向擊穿電半導體二極管圖片29半導體二極管圖片29303031313232四如何用萬用表判別二極管的好壞和正負極1．判別二極管的極性用萬用表測量二極管的極性時，如圖所示，把萬用表的開關置于R1K或100擋(注意調(diào)零)，各測二極管的正、反向電阻一次，若測得阻值小的一次，黑表筆(接內(nèi)電池的正極)所接的一極為二極管的正極，反之，測得阻值大的一次，紅表筆(接內(nèi)電池負極)所接的一極為二極管的正極。33四如何用萬用表判別二極管的好壞和正負極1．判別二極管的極性二極管極性的判別34二極管極性的判別342．判別二極管性能的好壞在判別二極管的極性時，若測得正反向的阻值相差越大，表示二極管的單向導電性越好，一般二極管的正向電阻約幾千歐，反向電阻約幾百千歐。若測得二極管的正、反向電阻阻值相近，表示二極管已壞。若測得二極管正、反向阻值很小或為零，表示管子已被擊穿，兩電極已短路。若測得正、反向阻值都很大，則表明管子內(nèi)部已斷路，不能再使用。352．判別二極管性能的好壞在判別二極管的極性時，若測得正反向二極管及其基本電路FundamentalofElectronicTechnologyCTGU36二極管及其基本電路FundamentalofElectr1半導體的基本知識3二極管的結構類型4二極管的伏安特性及主要參數(shù)5特殊二極管2PN結的形成及特性內(nèi)容371半導體的基本知識3二極管的結構類型4二極管的一、半導體的基本知識

1半導體材料

2半導體的共價鍵結構

3本征半導體4雜質半導體38一、半導體的基本知識1半導體材料2半導體的共價鍵

1半導體材料根據(jù)物體導電能力(電阻率)的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。典型的半導體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。391半導體材料根據(jù)物體導電能力(電阻率)的不同，來

2半導體的共價鍵結構硅晶體的空間排列402半導體的共價鍵結構硅晶體的空間排列5

2半導體的共價鍵結構硅和鍺的原子結構簡化模型及晶體結構412半導體的共價鍵結構硅和鍺的原子結構簡化模型及晶體結構6

3本征半導體本征半導體——化學成分純凈的半導體。它在物理結構上呈單晶體形態(tài)?？昭ā矁r鍵中的空位。電子空穴對——由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對?？昭ǖ囊苿印昭ǖ倪\動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現(xiàn)的。423本征半導體本征半導體——化學成分純凈的半導體。它在物理電子空穴對43電子空穴對8空穴的移動44空穴的移動9空穴的移動45空穴的移動104雜質半導體

在本征半導體中摻入某些微量元素作為雜質，可使半導體的導電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質主要是三價或五價元素。摻入雜質的本征半導體稱為雜質半導體。

N型半導體——摻入五價雜質元素（如磷）的半導體。

P型半導體——摻入三價雜質元素（如硼）的半導體。464雜質半導體在本征半導體中摻入某些微量元N型半導體因五價雜質原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。在N型半導體中自由電子是多數(shù)載流子（多子），它主要由雜質原子提供；空穴是少數(shù)載流子（少子）,由熱激發(fā)形成。提供自由電子的五價雜質原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質原子也稱為施主雜質。47N型半導體因五價雜質原子中只有四個價電子能與

P型半導體因三價雜質原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。空穴很容易俘獲電子，使雜質原子成為負離子。三價雜質因而也稱為受主雜質。48P型半導體因三價雜質原子在與硅原子形成共價本征半導體、雜質半導體

本小節(jié)中的有關概念自由電子、空穴N型半導體、P型半導體多數(shù)載流子、少數(shù)載流子施主雜質、受主雜質49本征半導體、雜質半導體本小節(jié)中的有關概念自由電子、空穴二、PN結的形成及特性1

PN結的形成

2

PN結的單向導電性

3

PN結的反向擊穿（了解）

4

PN結的電容效應（了解）50二、PN結的形成及特性1PN結的形成2PN結的單向

1PN結的形成在一塊本征半導體在兩側通過擴散不同的雜質,分別形成N型半導體和P型半導體。對于P型半導體和N型半導體結合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。

因濃度差空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴散

最后,多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。多子的擴散運動由雜質離子形成空間電荷區(qū)511PN結的形成在一塊本征半導體在兩側通過擴散不同的雜質

2

PN結的單向導電性當外加電壓使PN結中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。

(1)PN結加正向電壓時PN結加正向電壓時的導電情況低電阻大的正向擴散電流PN結的伏安特性522PN結的單向導電性當外加電壓使PN結中P區(qū)的電PN結的伏安特性

2

PN結的單向導電性當外加電壓使PN結中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。

(2)PN結加反向電壓時PN結加反向電壓時的導電情況高電阻很小的反向漂移電流

在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關，這個電流也稱為反向飽和電流。53PN結的伏安特性2PN結的單向導電性當外加電壓使

PN結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。

由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。54PN結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散

2

PN結的單向導電性

(3)PN結的伏安特性其中PN結的伏安特性IS——反向飽和電流域值電壓＝0.5V552PN結的單向導電性(3)PN結的伏安特性其中PN３

PN結的反向擊穿當PN結的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結的反向擊穿。反向擊穿——不可逆VBR反向擊穿電壓56３PN結的反向擊穿當PN結的反向電壓增加到４

PN結的電容效應

(1)勢壘電容CB勢壘電容示意圖57４PN結的電容效應(1)勢壘電容CB勢壘電容示意圖2

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PN結的電容效應(2)擴散電容CD擴散電容示意圖58４PN結的電容效應(2)擴散電容CD擴散電容示意圖2三、二極管

1半導體二極管的結構

2二極管的伏安特性

3二極管的參數(shù)59三、二極管1半導體二極管的結構2二極管的伏安特性1半導體二極管的結構

在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結構分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1)點接觸型二極管PN結面積小，結電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(a)點接觸型

二極管的結構示意圖601半導體二極管的結構在PN結上加上引線和(3)平面型二極管往往用于集成電路制造藝中。PN結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。(2)面接觸型二極管PN結面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型(c)平面型