課題一 半導體二極管及其基本電路課件

課題1:半導體二極管對應教材章節(jié)內容:14.1半導體的導電特性14.2PN結及其單向導電性14.3二極管14.4穩(wěn)壓二極管半導體二極管1.1半導體二極管的特性：半導體二極管具有單向導電性。14.1半導體的導電特性半導體的導電特性：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質，導電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當受到光照時，導電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導電能力顯著增強14.1.1本征半導體完全純凈的、具有晶體結構的半導體，稱為本征半導體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價健結構共價健共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。

Si

Si

Si

Si價電子

Si

Si

Si

Si價電子本征半導體的導電機理空穴自由電子

當半導體兩端加上外電壓時，在半導體中將出現(xiàn)兩部分電流：

1）自由電子作定向運動電子電流2）價電子遞補空穴空穴電流自由電子和空穴都稱為載流子。載流子形成動畫

Si

Si

Si

Si硼原子接受一個電子變?yōu)樨撾x子空穴P

型半導體：

多子空穴少子自由電子

BB–(2)P型半導體無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。1.在雜質半導體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。2.在雜質半導體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。3.當溫度升高時，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導體中的電流主要是

，N型半導體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）baP型半導體N型半導體(1)PN結的形成

－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空間電荷區(qū)內電場E擴散運動漂移運動PN結形成動畫14.2PN結及其單向導電性漂移運動P型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內電場E所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，相當于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。

因濃度差空間電荷區(qū)形成內電場

內電場促使少子漂移

內電場阻止多子擴散

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)在一塊本征半導體的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。PN結的形成

(2)PN結的單向導電性

①PN結加正向電壓（正向偏置）

P接正、N接負

IF

PN結加正向電壓時，正向電流較大，正向電阻較小，PN結處于導通狀態(tài)。PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–外電場PN正偏動畫PN結單向導電性小結PN結單向導電性動畫

PN結正向導通：

加正向偏置電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具

有較大的正向導通電流；

PN結反向截止：

加反向偏置電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具

有較小的反向飽和電流；14.3二極管14.3.1基本結構(a)點接觸型(b)面接觸型

結面積小、結電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。

結面積大、正向電流大、結電容大，用于工頻大電流整流電路。(c)平面型

用于集成電路制作工藝中。PN結結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。陰極引線陽極引線二氧化硅保護層P型硅N型硅(

c

)平面型金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼(

a)點接觸型鋁合金小球N型硅陽極引線PN結金銻合金底座陰極引線(

b)面接觸型圖1–12半導體二極管的結構和符號二極管的結構示意圖陰極陽極(

d

)符號D(2)伏安特性:硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導通。

外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向導電性。正向特性反向特性特點：非線性硅0.6~0.8V,鍺0.2~0.3VuDiD/mA死區(qū)電壓陽陰+–陽陰–+

反向電流在一定電壓范圍內保持常數(shù)。iD/uA(1)最大整流電流

IF二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。(2)反向擊穿電壓

UBR(3)反向電流

IR二極管反向電流急劇增加時對應的反向電壓值。

最大反向工作電壓URM——實際工作時，為安全：

URM

≈

UBR/2，在室溫及規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。

硅管：(nA)級；

鍺管：(A)級。14.3.3半導體二極管的主要參數(shù)

思考:如何判斷二極管的好壞以及它的極性?使用萬用表的R×1K檔先測一下它的電阻，黑紅表筆分別搭在二極管的兩端，若阻值很小，說明黑表筆搭著的是正端。(指針式表)如果測的電阻不管表筆如何搭都是無窮，說明二極管已損壞。②恒壓降模型：(UD＞UF)二極管導通UD

=UFr=0開關閉合(UD

<UF)二極管截止iD

=0r=∞開關斷開(2)二極管電路分析定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導通截止分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位。若V陽>V陰，二極管導通若V陽<V陰，二極管截止若V陽>V陰+VF，二極管導通若V陽<V陰+VF，二極管截止理想模型：恒壓模型：電路如圖，二極管為硅管,求：UABV陽=－6VV陰=－12VV陽>V陰+VF二極管導通例1：取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3kBAUAB+–（1）理想模型：UAB=－6V（2）恒壓降模型：UAB=－6.7V+-練習：

電路如圖，(設D為理想二極管）

判斷二極管工作狀態(tài)，并求輸出電壓。a1a2b1b2ui>8V，二極管導通已知：二極管是理想的，試畫出uo波形。8V例3：限幅電路ui18V參考點VD陰=8V;VD陽=uiD8VRuoui++––uo=8Vuo=uiui<8V，二極管截止14.4穩(wěn)壓二極管1.符號UZIZIZMUZIZ2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO3.主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù)ｕ環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分數(shù)。(3)動態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。4.基本穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管工作必要條件：

工作在反向擊穿狀態(tài)

串入電阻R

IZmin

＜

IZ＜IZmax

思考：1.若穩(wěn)壓管極性接反,會出現(xiàn)什么問題?2.電阻R的作用是什么？不加可不可以？5.選管的原則IZmax

＝(1.5～5)

Iomax

UZ＝UoUI＝（２～３)Uo例1：穩(wěn)壓電路如圖。已知穩(wěn)定電壓UZ=6V，R=200Ω，RL=1kΩ，當UI=9V時，求R上的電流I、負載電流IL，穩(wěn)定電流IZ以及輸出電壓UO。例2：已知穩(wěn)壓管2CW17的參數(shù)為：UZ=10V，穩(wěn)定電流為5mA，額定功耗PZ=250mW，求電源電壓E分別為8V，18V，-6V時的UO和I。為使電路正常穩(wěn)壓,E的最大允許值為多大?(1)E=8V<Uz=10V,穩(wěn)壓管Dz未被擊穿,相當于斷開∴UO=E=8V,I=0(2)E=