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(dǎo)體的基本知識3二極管的結(jié)構(gòu)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(jié)的形成及特性內(nèi)容21半導(dǎo)體的基本知識3二極管的結(jié)構(gòu)類型4二極管的一、半導(dǎo)體的基本知識

1半導(dǎo)體材料

2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)

3本征半導(dǎo)體4雜質(zhì)半導(dǎo)體3一、半導(dǎo)體的基本知識1半導(dǎo)體材料2半導(dǎo)體的共價鍵

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

2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅晶體的空間排列52半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅晶體的空間排列5

2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)62半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)6

3本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。空穴——共價鍵中的空位。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\(yùn)動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實(shí)現(xiàn)的。73本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)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(zhì)半導(dǎo)體

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

N型半導(dǎo)體——摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體——摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。114雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元N型半導(dǎo)體因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導(dǎo)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(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子（多子），它主要由雜質(zhì)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(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。12N型半導(dǎo)體因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與

P型半導(dǎo)體因三價雜質(zhì)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(dǎo)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(zhì)原子成為負(fù)離子。三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。13P型半導(dǎo)體因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體

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

PN結(jié)的形成

2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

3

PN結(jié)的反向擊穿（了解）

4

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

1PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。對于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。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(kuò)散

最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動態(tài)平衡。多子的擴(kuò)散運(yùn)動由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)161PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì)

2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使PN結(jié)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(jié)加正向電壓時PN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況低電阻大的正向擴(kuò)散電流PN結(jié)的伏安特性172PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電PN結(jié)的伏安特性

2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使PN結(jié)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(jié)加反向電壓時PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)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(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。18PN結(jié)的伏安特性2PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使

PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；PN結(jié)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(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?9PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散

2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(3)PN結(jié)的伏安特性其中PN結(jié)的伏安特性IS——反向飽和電流域值電壓＝0.5V202PN結(jié)的單向?qū)щ娦?3)PN結(jié)的伏安特性其中PN３

PN結(jié)的反向擊穿當(dāng)PN結(jié)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(jié)的反向擊穿。反向擊穿——不可逆VBR反向擊穿電壓21３PN結(jié)的反向擊穿當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到４

PN結(jié)的電容效應(yīng)

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

４

PN結(jié)的電容效應(yīng)(2)擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容示意圖23４PN結(jié)的電容效應(yīng)(2)擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容示意圖2三、二極管

1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)

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(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)2二極管的伏安特性1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)

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

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖251半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)在PN結(jié)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(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。(2)面接觸型二極管PN結(jié)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(guān)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(dǎo)體二極管圖片29半導(dǎo)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(fù)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(guān)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(fù)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(fù)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?qū)щ娦栽胶茫话愣O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?yàn)榱悖硎竟茏右驯粨舸?，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(dǎo)體的基本知識3二極管的結(jié)構(gòu)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(jié)的形成及特性內(nèi)容371半導(dǎo)體的基本知識3二極管的結(jié)構(gòu)類型4二極管的一、半導(dǎo)體的基本知識

1半導(dǎo)體材料

2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)

3本征半導(dǎo)體4雜質(zhì)半導(dǎo)體38一、半導(dǎo)體的基本知識1半導(dǎo)體材料2半導(dǎo)體的共價鍵

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

2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅晶體的空間排列402半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅晶體的空間排列5

2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)412半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)6

3本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。空穴——共價鍵中的空位。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\(yùn)動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實(shí)現(xiàn)的。423本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)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(zhì)半導(dǎo)體

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

N型半導(dǎo)體——摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體——摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。464雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元N型半導(dǎo)體因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導(dǎo)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(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子（多子），它主要由雜質(zhì)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(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。47N型半導(dǎo)體因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與

P型半導(dǎo)體因三價雜質(zhì)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(dǎo)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(zhì)原子成為負(fù)離子。三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。48P型半導(dǎo)體因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體

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

PN結(jié)的形成

2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

3

PN結(jié)的反向擊穿（了解）

4

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

1PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。對于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。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(kuò)散

最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動態(tài)平衡。多子的擴(kuò)散運(yùn)動由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)511PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì)

2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使PN結(jié)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(jié)加正向電壓時PN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況低電阻大的正向擴(kuò)散電流PN結(jié)的伏安特性522PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電PN結(jié)的伏安特性

2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使PN結(jié)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(jié)加反向電壓時PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)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(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。53PN結(jié)的伏安特性2PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使

PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；PN結(jié)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(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?4PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散

2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(3)PN結(jié)的伏安特性其中PN結(jié)的伏安特性IS——反向飽和電流域值電壓＝0.5V552PN結(jié)的單向?qū)щ娦?3)PN結(jié)的伏安特性其中PN３

PN結(jié)的反向擊穿當(dāng)PN結(jié)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(jié)的反向擊穿。反向擊穿——不可逆VBR反向擊穿電壓56３PN結(jié)的反向擊穿當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到４

PN結(jié)的電容效應(yīng)

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

４

PN結(jié)的電容效應(yīng)(2)擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容示意圖58４PN結(jié)的電容效應(yīng)(2)擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容示意圖2三、二極管

1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)

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(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)2二極管的伏安特性1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)

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

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖601半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)在PN結(jié)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(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。(2)面接觸型二極管PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型(c)平面型