劳动第三版电子电路基础---第一章 常用半导体器件1.1

§1-1晶体二极管一、半导体基础知识二、晶体二极管的结构和特性三、二极管的主要参数四、二极管的简易测试五、常用二极管一、半导体基础知识1.什么是导体物质按导电能力的强弱可分为导体、绝缘体和半导体三类。导体：导电能力很强。如：金属材料银、铜、铝、铁等；绝缘体：导电能力极弱的物质。如：木材、塑料、陶瓷等；半导体：介于导体与绝缘体之间。如：锗、硅、硒、砷化镓等。半导体之所以得到广泛的应用，是因为它的导体能力随着掺入杂质及温、光照等条件的变化会发生很大的变化。正是利用它的这些特点制成了很多种性能的电子元器件。用作半导体材料的硅和锗必须是原子排列完全一致的单晶体，所以半导体管通常也称为晶体管。晶体中的原子排列方式2.本征半导体化学成份纯净的半导体。制造半导体器的半导体材料的纯度要达99.9999999%，常称为“九个9”，它在物理结构上的呈单晶体形态。内部存在相等数量的截流子自由电子（带负电，可移动）空穴（带正电，不可移动）(1）本征半导体的共价键结构硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。图01.01硅原子空间排列及共价键结构平面示意图(a)硅晶体的空间排列(b)共价键结构平面示意图(c)在外加电场的作用下，半导体中出现两部分的电流：即自由电子作定向移动面形成的电子电流和仍被原子核束缚的价电子递补空穴而形成的空穴电流。因此，自由电子和空穴都称为截流子。两种截流子同时参与导电是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质区别所在。自由电子会不会填补空穴呢？会的，自由电子填补空穴也叫复合。在一定的温度下，本征半导体的电子空穴对数目保持一定，也就是说电子和空穴不断产生，又不断复合，处于一种动态平衡状态。温度越高，截流子数目越多，导电能力也越强。所以温度是影响半导体导电能力的一个很重要的外部因素。空穴在晶格中的移动（动画）3.杂质半导体在纯净半导体中掺入微量合适的杂质元素，可使半导体的导电能力大大增强。（1）N型半导体（负电多于正电）（2）P型半导体（正电多于负电）二、晶体二极管的结构和特性1、二极管的结构和符号正极（阳极）负极（阴极）结构正极（阳极）负极（阴极）V电流方向图形符号外壳PN结几种常见二极管玻璃封装塑料封装金属封装片状二极管二脚封装SOT-23封装1正极，2空脚，3负极SOT-89封装2.二极管的单向导电性（1）加正向电压时二极管导通（2）加反向电压时二极管截止3.二极管的伏安特性曲线（1）正向特性一般硅二极管开启电压约为0.5V，锗二极管的开启电压约为0.1V.硅二极管的正向压降约为0.7V，锗二极管的正向压降约为0.3V.（2）反向特性在实际应用中，反向电流越小，二极管的质量越好。硅管锗管死区导通区截止区反向击穿区当二极管加正向电压时并不一定能导通，必须是正向电压达到和超过死区电压时，二极管才能导通。当二极管加反向电压时不能导通，但反向电压达到反向击穿电压（很高的反向电压）时，二极管会反向击穿。开启电压Uon反向饱和电流除稳压管外，加在二极管上的反向电压不能超过击穿电压。击穿电压三、二极管的主要参数1.二极管的分类（1）按所用材料分硅二极管和锗二极管（2）按制造工艺点接触型二极管特点：PN结面积小，结电容小，允许通过的电流小，常用于高频电路和小功率电路。面接触型二极管特点：PN结面积大，结电容大，允许通过的电流大，但只能在低频下工作，通常仅用作整流管。平面型二极管则有两种：结面积较小的可作为脉冲数字电路中的开关管，结面积较大的可用于大功率整流电路。（3）按用途分：普通二极管，整流二极管，稳压二极管等。2.二极管的型号3.二极管的主要参数（1）最大整流电流IFM（2）最高反向工作电压URM（取反向击穿电压的一半）（3）反向饱和电流IR（受温度影响很大）（4）最高工作频率fM四、二极管的简易测试1.指针式万用表的检测2.数字万用表的检测：①量程开关所致“”档②红笔接正极，黑笔接负极，此时显示的是二极管的正向压降，若为锗管应显示0.15～0.300V，若为硅管应0.55～0.700V.若显示000，表示二极管内部短路；显示1，表示二极管内部开路。五、常用二极管1、整流二极管（１）单相半波整流电路:原理利用二极管的单向导电性在一个半周导通。（2）单相全波整流电路（3）单相桥式整流2.稳压二极管（又称齐纳二极管）原理：工作在硅二极管的反向击穿状态主要参数：（1）稳定电压UZ：稳压管的反向击穿电压（2）稳定电流IZ：稳压管在稳定电压下的工作电流（3）动态电阻rZ：稳压管两端电压变化量与通过电流变化量之比。动态电阻小的稳压管稳压性能好。应用：电视机里的过压保护电路串联型稳压电路3、发光二极管（LED）将电能转换成光能的半导体器件正向电压工作电压：作用：符号：应用：广泛应用于仪表、仪器，计算机、电气设备作电源信号指示；音响设备调谐和电平指示；广告显示屏的文字、图形、符号显示等。作用：工作电压：符号：它能将光信号转化为电信号反向电压又叫光敏二极管4、光电二极管应用：常用于可见光接收、红外光接收及光电转换的自动控制、报警、计数等设备，可制成光电池。5.光电耦合器（1）组成：由发光器件和光敏器件组合而成。（2）原理：进行电-光-电的转换。6.变容二极管变容二极管是利用PN结电容效应的一种特殊二极管。当变容二极管加上反向电压时，其结电容会随反向电压的大小而变化。