二极管及其基本电路讲稿

FundamentalofElectronicTechnologyCTGU21半导体的基本知识3二极管的结构类型4二极管的伏安特性及主要参数5特殊二极管2PN结的形成及特性一、半导体的基本知识1半导体材料2半导体的共价键结构3本征半导体4杂质半导体41半导体材料根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。2半导体的共价键结构硅晶体的空间排列2半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构3本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。空穴——共价键中的空位。电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。电子空穴对空穴的移动空穴的移动4杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。N型半导体因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。在N型半导体中自由电子是多数载流子（多子），它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子（少子）,由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。P型半导体因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。•本征半导体、杂质半导体本小节中的有关概念•自由电子、空穴•N型半导体、P型半导体•多数载流子、少数载流子•施主杂质、受主杂质二、PN结的形成及特性1PN结的形成2PN结的单向导电性3PN结的反向击穿（了解）4PN结的电容效应（了解）1PN结的形成在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。因浓度差空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区2PN结的单向导电性当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。(1)PN结加正向电压时PN结加正向电压时的导电情况•低电阻•大的正向扩散电流iD/mA1.00.5–0.5–1.00.501.0D/VPN结的伏安特性iD/mA1.00.5–0.5–1.00.501.0D/VPN结的伏安特性2PN结的单向导电性当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。(2)PN结加反向电压时PN结加反向电压时的导电情况•高电阻•很小的反向漂移电流在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。iD/mA1.00.5iD=–IS–0.5–1.00.501.0D/VPN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。2PN结的单向导电性(3)PN结的伏安特性其中iD/mA1.00.5–0.5–1.00.501.0D/VPN结的伏安特性iD/mA1.00.5iD=–IS–0.5–1.00.501.0D/VIS——反向饱和电流域值电压＝0.5V３PN结的反向击穿当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。iDOVBRD反向击穿——不可逆VBR反向击穿电压４PN结的电容效应(1)势垒电容CB势垒电容示意图４PN结的电容效应(2)扩散电容CD扩散电容示意图三、二极管1半导体二极管的结构2二极管的伏安特性3二极管的参数1半导体二极管的结构在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。(1)点接触型二极管PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。(a)点接触型二极管的结构示意图(3)平面型二极管往往用于集成电路制造艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型(c)平面型阴极引线阳极引线PNP型支持衬底(4)二极管的代表符号(d)代表符号k阴极阳极a2二极管的伏安特性二极管的伏安特性0D/V0.20.40.60.810203040510152010203040iD/AiD/mA死区VthVBR硅二极管2CP10的V-I特性0D/V0.20.40.6204060510152010203040iD/AiD/mA②①③VthVBR锗二极管2AP15的V-I特性+iDvD-R正向特性反向特性反向击穿特性关注：域值电压反向击穿电压3二极管的参数(1)最大整流电流IOM(2)反向击穿电压VBR和最大反向工作电压URM(3)反向电流IRM（又称反向漏电流）(4)正向压降VF(5)极间电容CB(6)最高工作频率fM半导体二极管图片3233四如何用万用表判别二极管的好坏和正负极•1．判别二极管的极性•用万用表测量二极管的极性时，如图所示，把万用表的开关置于R1K或100挡(注意调零)，各测二极管的正、反向电阻一次，若测得阻值小的一次，黑表笔(接内电池的正极)所接的一极为二极管的正极，反之，测得阻值大的一次，红表笔(接内电池负极)所接的一极为二极管的正极。34黑红+－×1K二极管极性的判别352．判别二极管性能的好坏•在判别二极管的极性时，若测得正反向的阻值相差越大，表示二极管的单向导电性越好，一般二极管的正向电阻约几千欧，反向电阻约几百千欧。若测得二极管的正、反向电阻阻值相近，表示二极管已坏。若测得二极管正、反向阻值很小或为零，表示管子已被击穿，两电极已短路。若测得正、反向阻值都很大，则表明管子内部已断路，不能再使用。