半导体二极管及其电路156733
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半导体二极管及其基本应用电路
图1-2-2为二极管正向的固定压降伏安特性。由图可知，当二极管正向压降超过导通电压UF时，二极管导通。并在电路中呈现为一个固定正向压降（通常硅管取0.7V，锗管取0.3V），否则二极管不导通，电流为零。
1.3半导体二极管的基本应用
1.3.1 单相整流滤波电路
1.3半导体二极管的基本应用
1.3.1 单相整流滤波电路
1.1 半导体二极管
本征半导体的热敏特性和光敏特性 本征半导体受热或光照后产生电子空穴对的物理现象称为本征激发。 当温度升高或光照增强，本征半导体内原子运动加剧，有较多的电子获得能量成为自由电子，即电子空穴对增多，与此同时，又使复合的机会相应增多，最后达到一个新的相对平衡，这时电子空穴对的数目自然比原先多，所以本征半导体中电子空穴对的数目与温度或光照有密切关系。温度越高或光照越强，本征半导体内载流子数目越多，导电性能越好。
1.1.3 半导体二极管的伏安特性 二极管的主要特性是单向导电。二极管的特性可用伏安特性曲线来描述。 二极管的伏安特性曲线 二极管的种类虽然很多，但它们都具有相似的伏安特性。所谓二极管伏安特性曲线就是流过二极管的电流Ｉ与加在二极管两端电压U之间的关系曲线。图1-1-13 所示为硅和锗二极管伏安特性曲线，
1.3半导体二极管的基本应用
1.3.1 单相整流滤波电路
1.3半导体二极管的基本应用
2
1.3.2 倍压整流电路简介
利用二极管的单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点，可组成限幅电路，用来限制输出电压的幅度。图1-3-11(a)为一双向限幅电路。设ui为幅值大于直流电源电压UC1（=UC2）值的正弦波，则输出电压uo被限制在UC1、-UC2之间，将输入电压的幅度削掉了一部分，其波形如图1-3-11(b)所示。
半导体二极管及其应用电路
01
（1. 7）
02
图1.18桥堆内部结构及外形图 半桥堆；(b)全桥堆
使用一个“全桥”或连接两个“半桥”,就可代替四只二极管与电源变压器相连,组成桥式整流电路,非常方便。选用时,应注意桥堆的额定工作电流和允许的最高反向工作电压应符合整流电路的要求。
滤波电路 见的电路形式如图1.19所示。
图1.19 各种滤波电路
由上述分析可知,桥式整流负载电压和电流是半波 整流的两倍。
3）整流二极管的参数
（1. 8）
04
从图1.16可知，每个二极管在截止时承受的反向 峰值电压为
03
桥式整流电路与半波整流电路相比,电源利用率提高了1倍,同时输出电压波动小,因此桥式整流电路得到了广泛应用。电路的缺点是二极管用得较多，电路连接复杂，容易出错，为了解决这一问题，生产厂家常将整流二极管集成在一起构成桥堆,内部结构及外形如图1.18所示。
按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。
类型
1.2.2 半导体二极管的命名方法 导体器件的型号由五个部分组成,如图1.10所示。其型号组成部分的符号及其意义见附录一。如2AP9,“2”表示电极数为2,“A”表示N型锗材料,“P”表示普通管,“9”表示序号。
图1.10 半导体器件的型号组成
02
二极管正向导通时,要特别注意它的正向电流不能超过最大值,否则将烧坏PN结。
,反向电流很小,且不随反向电压而变化。此时的电流称之为反向饱和电流IR,见图1.11中OC（OC′）段。
反向击穿特性
温度对特性的影响
由于二极管的核心是一个PN结,它的导电性能与温度有关,温度升高时二极管正向特性曲线向左移动,正向压降减小;反向特性曲线向下移动,反向电流增大。
01
（1. 7）
02
图1.18桥堆内部结构及外形图 半桥堆；(b)全桥堆
使用一个“全桥”或连接两个“半桥”,就可代替四只二极管与电源变压器相连,组成桥式整流电路,非常方便。选用时,应注意桥堆的额定工作电流和允许的最高反向工作电压应符合整流电路的要求。
滤波电路 见的电路形式如图1.19所示。
图1.19 各种滤波电路
由上述分析可知,桥式整流负载电压和电流是半波 整流的两倍。
3）整流二极管的参数
（1. 8）
04
从图1.16可知，每个二极管在截止时承受的反向 峰值电压为
03
桥式整流电路与半波整流电路相比,电源利用率提高了1倍,同时输出电压波动小,因此桥式整流电路得到了广泛应用。电路的缺点是二极管用得较多，电路连接复杂，容易出错，为了解决这一问题，生产厂家常将整流二极管集成在一起构成桥堆,内部结构及外形如图1.18所示。
按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。
类型
1.2.2 半导体二极管的命名方法 导体器件的型号由五个部分组成,如图1.10所示。其型号组成部分的符号及其意义见附录一。如2AP9,“2”表示电极数为2,“A”表示N型锗材料,“P”表示普通管,“9”表示序号。
图1.10 半导体器件的型号组成
02
二极管正向导通时,要特别注意它的正向电流不能超过最大值,否则将烧坏PN结。
,反向电流很小,且不随反向电压而变化。此时的电流称之为反向饱和电流IR,见图1.11中OC（OC′）段。
反向击穿特性
温度对特性的影响
由于二极管的核心是一个PN结,它的导电性能与温度有关,温度升高时二极管正向特性曲线向左移动,正向压降减小;反向特性曲线向下移动,反向电流增大。
01
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第一章半导体二极管及其基本电路第一节学习要求第二节半导体的基本知识第三节 PN结的形成及特性第四节半导体二极管第五节二极管基本电路及其分析方法第六节特殊二极管第一节学习要求（1）了解半导体器件中扩散与漂移的概念、PN结形成的原理。
（2）掌握半导体二极管的单向导电特性和伏安特性。
（3）掌握二极管基本电路及其分析方法。
（4）熟悉硅稳压管的稳压原理和主要参数。
第二节半导体的基本知识多数现代电子器件是由性能介于导体与绝缘体之间的半导体材料制成的。
为了从电路的观点理解这些器件的性能，首先必须从物理的角度了解它们是如何工作的。
一、半导体材料从导电性能上看，物质材料可分为三大类：导体：电阻率ρ < 10-4 Ω·cm绝缘体：电阻率ρ > 109 Ω·cm半导体：电阻率ρ介于前两者之间。
目前制造半导体器件的材料用得最多的有：硅和锗两种二、本征半导体及本征激发1、本征半导体没有杂质和缺陷的半导体单晶，叫做本征半导体。
2、本征激发当温度升高时，电子吸收能量摆脱共价键而形成一对电子和空穴的过程，称为本征激发。
三、杂质半导体在本征半导体中掺入微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著的变化。
因掺入杂质不同，杂质半导体可分为空穴（P）型半导体和电子（N）型半导体两大类。
1、P型半导体在本征半导体中掺入少量的三价元素杂质就形成P型半导体，P型半导体的多数载流子是空穴，少数载流子是电子。
2、N型半导体在本征半导体中掺入少量的五价元素杂质就形成N型半导体。
N型半导体的多数载流子是电子，少数载流子是空穴。
返回第三节PN结的形成及特性一、PN结及其形成过程在杂质半导体中，正负电荷数是相等的，它们的作用相互抵消，因此保持电中性。
1、载流子的浓度差产生的多子的扩散运动在P型半导体和N型半导体结合后，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差，N型区内的电子很多而空穴很少，P型区内的空穴很多而电子很少，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，因此，有些电子要从N 型区向P型区扩散，也有一些空穴要从P型区向N型区扩散。
半导体二极管及其基本应用电路PPT课件
反向
外电场不足以克服 内电场,电流很小
7
当外加电压大于死区
I
电压内电场被大大减
削弱,电流增加很快。
正向
死区 死区电压 硅管 0.5V,锗管0.1V。电压
导通压降: 硅 管0.6~0.7V,锗 管0.1~0.3V。
U反向击穿电 压U(BR) Nhomakorabea反向
8
I 由于少子的漂移运动形成很 小的反向电流,且U <U(BR)在内, 其大小基恒定,称反向饱和电流, 其随温度变化很大。
以上为低电平选择电路。
39
从多路输入信号中选出最低电平或最高电平的电路，称 为电平选择电路。一种二极管低电平选择电路如图所示。 设两路输入信号u1, u2均小于E。表面上看似乎V1,V2都 能导通，但实际上若u1 < u2 ，则V1导通后将把uo限制在 低电平u1上，使V2截止。反之，若u2 < u1 ，则V2导通， 使V1截止。只有当 u1 = u2时， V1, V2才能都导通。 可见，该电路能选出任意时刻两路信号中的低电平信号。 当u1, u2为方波时，输出端选出的低电平波形。如果把高 于2.3V的电平当作高电平，并作为逻辑1，把低于0.7V的 电平当作低电平，并作为逻辑0，由图可知，输出与输入 之间是逻辑与的关系。因此，当输入为数字量时，该电 路也称为与门电路。将图电路中的V1,V2反接，将E改为 负值，则变为高电平选择电路。如果输入也为数字量， 则该电路就变为或门电路
半导体二极管及其基本应用电路
半导体二极管的几种常用结构
结构
二极管 = 一个PN结 + 管壳 + 引线
P
N
符号
+
-
阳极
阴极
1
二极管的符号
外电场不足以克服 内电场,电流很小
7
当外加电压大于死区
I
电压内电场被大大减
削弱,电流增加很快。
正向
死区 死区电压 硅管 0.5V,锗管0.1V。电压
导通压降: 硅 管0.6~0.7V,锗 管0.1~0.3V。
U反向击穿电 压U(BR) Nhomakorabea反向
8
I 由于少子的漂移运动形成很 小的反向电流,且U <U(BR)在内, 其大小基恒定,称反向饱和电流, 其随温度变化很大。
以上为低电平选择电路。
39
从多路输入信号中选出最低电平或最高电平的电路，称 为电平选择电路。一种二极管低电平选择电路如图所示。 设两路输入信号u1, u2均小于E。表面上看似乎V1,V2都 能导通，但实际上若u1 < u2 ，则V1导通后将把uo限制在 低电平u1上，使V2截止。反之，若u2 < u1 ，则V2导通， 使V1截止。只有当 u1 = u2时， V1, V2才能都导通。 可见，该电路能选出任意时刻两路信号中的低电平信号。 当u1, u2为方波时，输出端选出的低电平波形。如果把高 于2.3V的电平当作高电平，并作为逻辑1，把低于0.7V的 电平当作低电平，并作为逻辑0，由图可知，输出与输入 之间是逻辑与的关系。因此，当输入为数字量时，该电 路也称为与门电路。将图电路中的V1,V2反接，将E改为 负值，则变为高电平选择电路。如果输入也为数字量， 则该电路就变为或门电路
半导体二极管及其基本应用电路
半导体二极管的几种常用结构
结构
二极管 = 一个PN结 + 管壳 + 引线
P
N
符号
+
-
阳极
阴极
1
二极管的符号
第二章半导体二极管及其基本电路
稳压管稳压时必须工作在反向电击穿状态。
特性参数
2.5.1 稳压二极管
(1) 稳定电压VZ 在规定的稳压管反向
工作电流IZ下，所对应的 反向工作电压。
(2) 动态电阻rZ rZ =VZ /IZ
(3)最大耗散功率 PZM
(4)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流 IZmin
(5)稳定电压温度系数——VZ
外 内
PN 结 的 单 向 导 电 性
动画三
PN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。
PN结电流方程
PN结两端的电压与
由半导体物理可推出： I 流IS过(ePUN结UT电流1)的关系式
外电场方向与PN结内电
外
场方向相反，削弱了内电
场。于是内电场对多子扩
散运动的阻碍减弱，扩散
电流加大。
内
扩散电流远大于漂移电
流，可忽略漂移电流的影
响。PN结呈现低阻性。
PN结的单向导电性
2. PN结加反向电压时的导电情况
P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏；
外电场与PN结内电场方 向相同，增强内电场。 内电场对多子扩散运动阻 碍增强，扩散电流大大减 小。少子在内电场的作用 下形成的漂移电流加大。 此时PN结区少子漂移电流 大于扩散电流，可忽略扩 散电流。 PN结呈现高阻性
U
U 交流电阻：r=26mv/ ID(mA)
2.3.3 二极管的参数
(1) 最大整流电流IF (2) 反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM
(3) 反向电流IR
(4) 正向压降VF (5) 极间电容CB
特性参数
2.5.1 稳压二极管
(1) 稳定电压VZ 在规定的稳压管反向
工作电流IZ下，所对应的 反向工作电压。
(2) 动态电阻rZ rZ =VZ /IZ
(3)最大耗散功率 PZM
(4)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流 IZmin
(5)稳定电压温度系数——VZ
外 内
PN 结 的 单 向 导 电 性
动画三
PN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。
PN结电流方程
PN结两端的电压与
由半导体物理可推出： I 流IS过(ePUN结UT电流1)的关系式
外电场方向与PN结内电
外
场方向相反，削弱了内电
场。于是内电场对多子扩
散运动的阻碍减弱，扩散
电流加大。
内
扩散电流远大于漂移电
流，可忽略漂移电流的影
响。PN结呈现低阻性。
PN结的单向导电性
2. PN结加反向电压时的导电情况
P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏；
外电场与PN结内电场方 向相同，增强内电场。 内电场对多子扩散运动阻 碍增强，扩散电流大大减 小。少子在内电场的作用 下形成的漂移电流加大。 此时PN结区少子漂移电流 大于扩散电流，可忽略扩 散电流。 PN结呈现高阻性
U
U 交流电阻：r=26mv/ ID(mA)
2.3.3 二极管的参数
(1) 最大整流电流IF (2) 反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM
(3) 反向电流IR
(4) 正向压降VF (5) 极间电容CB
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二者产生的电流大小相等，方向相反。因此，在相对
平衡时，流过PN结的电流为0。
空穴空间电荷区ຫໍສະໝຸດ 耗尽层电子P区内电场
N区
精选ppt课件
20
PN结的形成
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。由于耗尽层的存在，PN结的 电阻很大。
不导电。只有在激发下，本征半导体才能导电。
精选ppt课件
6
3. 电子与空穴
当导体处于热 力 学 温 度 0K 时 ，
自由电子
空穴
束缚电子
导体中没有自由电
子。当温度升高或
共
受到光的照射时， 价电子能量增高，
+4
+4
价
键
有的价电子可以挣
脱原子核的束缚，
而参与导电，成为
+4
+4
自由电子。 这一现象称为本征激发，也称热激发。
第二章 半导体二极管及其基本电路
半导体基本知识 PN结及其特性 半导体二极管特性及其应用 稳压二极管
精选ppt课件
1
§2.1 半导体基础知识
2.1.1 概念
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。
1. 导体：容易导电的物体。如：铁、铜等
2. 绝缘体：几乎不导电的物体。 如：橡胶等
精选ppt课件
10
2.1.3 杂质半导体
(1) N型半导体 (2) P型半导体
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。
精选ppt课件
半导体二极管及其应用电路
面接触型
硅平面型
阳极
阴极
金属支架
正极引线
负极引线
金锑合金
P型硅
铝合金小球
N型硅片
阳极引线
阴极引线
N型锗片
金属触丝
管壳
二氧化硅保护层
负极引线
阳极引线
N型硅
P型硅
二极管外形示意图
阳极
阴极
面接触型二极管特点：结面积大、结电容大，允许通过较大的电流，适用于低频整流。
硅平面型二极管特点：结面积大的可用于大功率整流；结面积小的，结电容大，适用于脉冲数字电路，作为开关管使用。
u
u<0时
整流电路
uo(io）
0
π
2π
3π
ωt
0
π
2π
3π
ωt
u
uo
io
D4
D1
D2
D3
u
+ -
uo
+
-
RL
io
0
π
2π
3π
ωt
iD
iD1 ,iD3
iD2 ,iD4
整流电路
uo(io）
0
П
2П
3П
ωt
uo
io
桥式全波整流输出电压uO的平均值UO为:
U为交流电源u的有效值
负载电阻RL中流过的电流iO的平均值IO为:
其中IDZ=(5~25)mA IL=UZ/RL=6/600=10mA
本节知识要点
1. 伏安特性方程：
A
D
C
B
iD
uD
o
UBR
一、二极管的伏安特性
2. 伏安特性曲线
模拟电子技术---半导体二极管及其基本电路概要
内电场
P
N
PN结
1、PN结的形成
PN结的动态平衡
因浓度差
形成多子的 扩散运动
杂质离子形成 空间电荷区
动画3
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
达到动态平衡
二、PN结的单向导电性
PN结的单向导电性是其基本特性 1、外加正向电压 外加电场方向与内电场方向相反
P
内电场
N
IF
半导体二极管就是一个PN结。
结构不同
点接触型 ：适用于高频检波和 数字电路开关。
面接触型 ：适用于整流
掺杂质浓度 不同
对称PN型 P+N型 PN+型
按材料分:有硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等。 按用途分:有整流、稳压、开关、发光、光电、变容、 阻尼等二极管。 按封装形式分:有塑封及金属封等二极管。 按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管
范围内工作
二、分析方法应用
例1
VDD 10KΩ
电路如图所示，分别用理想模型，恒压降模
型和折线模型来求电路的ID和VD。
+10V 解 首先标出参考方向
R
1)理想模型
VD=0V, ID=VDD/R=1mA
+
2)恒压降模型
ID
vD
_
VD=0.7V, ID=(VDD-VD)/R=0.93mA 3）折线模型
O
5K 10K
解 分析方法：先将要分析 的二极管断开，求VD
10K VA (140 10)K 15V 1V
VB VBO VO
2K 10V 5K 15V
(18 2)K
(25 5)K
3.5V
半导体器件与二极管电路
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体
将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。
价电子
共价键
二、本征半导体的晶体结构
当温度 T = 0 K 时，半导体不导电，如同绝缘体。
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
1. 符号和特性
工作条件：正向偏置
一般工作电流几十 mA， 导通电压 (1 2) V
符号
u /V
i /mA
O
2
特性
5.1.5 其它类型的二极管
发光类型： 可见光：红、黄、绿 显示类型： 普通 LED ， 不可见光：红外光 点阵 LED 七段 LED ,
二、光电二极管
符号和特性
(1) 稳定电压UZ
(2) 动态电阻rZ
在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。
rZ =VZ /IZ
(3)最大耗散功率 PZM
(4)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流 IZmin
(5)温度系数——VZ
二、稳压管的主要参数
一、发光二极管 LED (Light Emitting Diode)
为分析问题简单起见，设二极管为理想二极管，变压器内阻为0。
整流二极管的伏安特性：
实际特性
理想化特性
正向导通电压为0，正向电阻为0。
5.2 二极管整流电路
半导体二极管及基本电路-精选
(1) 正向特性
正向区分为两段：
当0＜V＜Vth时，正 向电流为零，Vth称死 区电压或开启电压。
当V ＞Vth时，开始 出现正向电流，并按 指数规律增长。
硅二极管的死区电压Vth=0.5~0.8V左右， 锗二极管的死区电压Vth=0.2~0.3 V左右。
(2) 反向特性
反向区也分两个区域：
当VBR＜V＜0时， 反向电流很小，且基 本不随反向电压的变 化而变化，此时的反 向电流也称反向饱和
半导体二极管的参数
(1) 最大整流电流IF
二极管连续工作时，允许流过的最大整流电流的平均值。
(2) 反向击穿电压VBR
二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击 穿电压VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电 压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。
(3) 反向电流IR
在室温，规定的反向电压下，最大反向工作电压下的反向 电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极 管在微安(A)级。
半导体二极管的伏安特性曲线
第一象限的是正 向伏安特性曲线， 第三象限的是反向 伏安特性曲线。
VD
I IS(e VT 1)
式中IS 为反向饱和电流，VD 为二极管两端的 电压降，VT =kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳 兹曼常数，q 为电子电荷量，T 为热力学温度。对 于室温（相当T=300 K），则有VT=26 mV。
返回
PNP结N结的的形形成成及及特特性性
PN结的形成 PN结的单向导电性
PN结的形成
在一块本征半导体 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。
因浓度差
+ 三价的元素
产生多余空穴
2 半导体二极管及其电路56736-PPT文档资料
导通压降: 硅管0.6~0.7V, 锗管0.2~0.3V。
-
vD
反向漏电流Is （很小，A级） 死区电压 硅管 0.5V,锗管0.2V。
电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
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二极管主要参数
• 为描述二极管的性能，常引用如下几个主要参数： • — 1. 最大整流电流IF
• IF是指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。其值与 PN结面积以及外部散热条件有关。在规定的散热条件下，二极管正向平 均电流若超过此值，则将因结温升高而烧坏。 • — 2. 反向击穿电压VBR和最高反向工作电压VRM •
大小。结电容愈大，二极管允许的最高工作频率愈低。超过此值时，由于结电容 的作用，二极管将不能很好的体现单向导电性。
电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
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二极管基本电路
• 二极管等效模型
图4 理想模型
图5 恒压降模型
图6 折线模型
（a）V-I特性
（b）代表符号
电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
图8 半波整流电路（b） 电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
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rd
二极管基本电路
• 限幅电路
– 下图所示电路是一种简单的双向限幅电路，R 为限流电阻。
图9 限幅电路 电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
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rd
二极管基本电路
• 限幅电路
– 设二极管为恒压降模型。当输 入信号vi小于二极管的导通电 压（0.7v）时，二极管截止，
• 半导体二极管的类型
– 按半导体材料分：有硅二极管、锗二极管等。 – 按 PN 结结构分：有点接触型和面接触型二极管。
第2章半导体二极管及其及其基本电路
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第2章
8
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第2章
9
2.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用
1. 本征半导体 本征半导体是指一种非常纯净的、结构完整
的半导体晶体。 纯净的半导体其导电性是很差的。 本征半导体的导电性能受外界条件(温度、掺
杂等)的影响，会发生很大的变化。
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第2章
24
2．2 PN结的形成及其特性
1. PN结的形成 如果在一块本征半导体的两边，掺入不同的
杂质，使一边成为P型半导体，另一边成为N 型半导体，则在两种不同类型半导体的交接 面处就会形成一个特殊的电荷区，这个电荷 区称之为PN结(PNJ)。PNJ是构成半导体器 件的基础。
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第2章
21
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第2章
22
其中，每一个五价元素提供一个自由电 子，当丢失一个电子后及带正电，成为 不能移动的正离子，电子带负电，半导 体此时仍呈电中性。
由于五价元素在半导体晶体中能提供电
子，故称之为施主杂质。
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第2章
23
N型半导体中自由电子数目远远大于 空穴数目，所以，自由电子称为多 子，空穴称为少子。
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第2章
5
2.1.2 半导体的共价键结构
硅(原子序数是14)和锗(原子序数是32) 是最常用的半导体材料，它们都是四价
元素，其最外层原子轨道上具有四个价
电子，可用其简化模型来描述(如P27图 2.1.1所示)。
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第2章
6
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第1章半导体二极管与其应用电路
流为5 ~ 20mA时才能发光。试问： （1）开关处于何种位置时发光二极管可能发光？ （2）为使发光二极管发光，电路中R的取值范围为多少？
讨论十：电路如图所示，已知ui=5sint（V），画出uO波形。二极管为
理想元件。
讨论十一：二极管电路如图所示，考虑二极管的正向压降为0.7V，求输出电
压Uo 。
绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴都非常少，在分析PN结特性时忽略载流 子的作用，而只考虑离子区的电荷，这种方法称为“耗尽层近似”，故也称空间电 荷区为耗尽层。
PN 结的单向导电性
PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于
外电源的作用，形成扩散电流，PN结 处于导通状态。
必要吗？ PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于 漂移运动，形成漂移电流。由于电流很 小，故可近似认为其截止。
稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出稳压 特性。因而广泛用于稳压电源与限幅电路之中。
二、稳压二极管的主要参数
稳定电压UZ、稳定电流IZ 动态电阻 rz＝ΔUZ /ΔIZ
最大功耗 PZM＝ IZM UZ
若稳压管的电流太小则不稳压，电流太大则会因功耗过大而损坏， 因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的限流电阻！
讨论六：在图示稳压管稳压电路中，已知稳压管的稳定电压UZ=6V，最
小稳定电流Izmin=5mA，最大稳定电流Izmax=25mA；负载电阻RL=600。 求解限流电阻R的取值范围。
讨论七：在图示稳压管稳压电路中，已知稳压管的稳定电压UZ=6V，最
小稳定电流Izmin=5mA，求电路中UO1和UO2各为多少伏？
试画出ui与uo的波形，并标出幅值。
ui/V
讨论十：电路如图所示，已知ui=5sint（V），画出uO波形。二极管为
理想元件。
讨论十一：二极管电路如图所示，考虑二极管的正向压降为0.7V，求输出电
压Uo 。
绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴都非常少，在分析PN结特性时忽略载流 子的作用，而只考虑离子区的电荷，这种方法称为“耗尽层近似”，故也称空间电 荷区为耗尽层。
PN 结的单向导电性
PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于
外电源的作用，形成扩散电流，PN结 处于导通状态。
必要吗？ PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于 漂移运动，形成漂移电流。由于电流很 小，故可近似认为其截止。
稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出稳压 特性。因而广泛用于稳压电源与限幅电路之中。
二、稳压二极管的主要参数
稳定电压UZ、稳定电流IZ 动态电阻 rz＝ΔUZ /ΔIZ
最大功耗 PZM＝ IZM UZ
若稳压管的电流太小则不稳压，电流太大则会因功耗过大而损坏， 因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的限流电阻！
讨论六：在图示稳压管稳压电路中，已知稳压管的稳定电压UZ=6V，最
小稳定电流Izmin=5mA，最大稳定电流Izmax=25mA；负载电阻RL=600。 求解限流电阻R的取值范围。
讨论七：在图示稳压管稳压电路中，已知稳压管的稳定电压UZ=6V，最
小稳定电流Izmin=5mA，求电路中UO1和UO2各为多少伏？
试画出ui与uo的波形，并标出幅值。
ui/V
半导体二极管及其基本电路(4)
提供自由电子的五价杂质原子因自由电子脱 离而带正电荷成为正离子，五价杂质原子被 称为施主杂质
9
3.2 PN结的形成及特性
一、PN结的形成
将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另 一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面 处将形成一个特殊的薄层→ PN结。
载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动， 产生漂移电流
区别：导体只有一种载流子即自由电子
6
1.本征半导体中自由电子和空穴的浓度相等 2. 本征半导体中载流子的浓度与环境温度有关
温度T
载流子的浓度
3. 导电能力仍不如导体
导电能力增强
7
3、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。掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体。
3 半导体二极管及其基本电路
半导体的基本知识 半导体器件的核心——PN结 半导体二极管
1
3.1 半导体的基本知识
一、半导体材料
根据导电能力(电阻率)的不同，物体可 以划分为导体、绝缘体和半导体。
半导体导电性能具有多变特性
（1）热敏特性：温度升高导电能力显著增强。 （2）光敏特性：光线照射导电能力显著增强。 （3）掺杂特性：在本征半导体中掺入少量的有用的
(3)最大耗散功率 PZM (4)最稳定工作电流 IZmax 和最大小稳定工作电流 IZmin
(5)温度系数——VZ
33
简单稳压电路
R
IO
+
（1）设电源电压波动(负载不变)
IR
+
IZ
VI
DZ
VO RL
VI ↑→VO↑→VZ↑→ IZ↑
-
9
3.2 PN结的形成及特性
一、PN结的形成
将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另 一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面 处将形成一个特殊的薄层→ PN结。
载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动， 产生漂移电流
区别：导体只有一种载流子即自由电子
6
1.本征半导体中自由电子和空穴的浓度相等 2. 本征半导体中载流子的浓度与环境温度有关
温度T
载流子的浓度
3. 导电能力仍不如导体
导电能力增强
7
3、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。掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体。
3 半导体二极管及其基本电路
半导体的基本知识 半导体器件的核心——PN结 半导体二极管
1
3.1 半导体的基本知识
一、半导体材料
根据导电能力(电阻率)的不同，物体可 以划分为导体、绝缘体和半导体。
半导体导电性能具有多变特性
（1）热敏特性：温度升高导电能力显著增强。 （2）光敏特性：光线照射导电能力显著增强。 （3）掺杂特性：在本征半导体中掺入少量的有用的
(3)最大耗散功率 PZM (4)最稳定工作电流 IZmax 和最大小稳定工作电流 IZmin
(5)温度系数——VZ
33
简单稳压电路
R
IO
+
（1）设电源电压波动(负载不变)
IR
+
IZ
VI
DZ
VO RL
VI ↑→VO↑→VZ↑→ IZ↑
-
半导体二极管及基本电路PPT课件
3k 6V
12V
A + UAB –B
求：UAB 分析：
取B点作参考点，断开二极管，分 析二极管阳极和阴极的电位。
V1阳 =－6 V V2阳=0 V V1阴 = V2阴= －12 V 共阴极接法：阳极电位高的先导通。
V2阳> V1阳 ∴ D2 优先导通， D1截止。
若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V
V DU on ID rD0 .6V 9
最新课件
24
二极管开关电路
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或
所加电压UD的正负。
若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
电路如图，求：UAB D
A +
3k
6V
UAB
12V
2、漂移运动
浓度差 形成空间电荷区
多子的扩散运动
扩散的结果使空
间电荷区变宽。 最新课件
少子在内电场的作用 下形成漂移运动。
动画
10
二、PN结的单向导电性
1、PN 结加正向电压（正向偏置）
P接正、N接负
PN 结变窄
－－－－ － － + + + + + +
动画
－－－－ － － + + + + + +
－－－－ － － + + + + + +
u
iIS(eUT1)
(UT26m V)
UT： 常温下的电压当量 IS： PN结反向饱和电流
PN结的反向击穿
半导体二极管及其基本电路
第二章半导体二极管及其基本电路本章内容简介半导体二极管是由一个PN结构成的半导体器件,在电子电路有广泛的应用。
本章在简要地介绍半导体的基本知识后，主要讨论了半导体器件的核心环节——PN 结。
在此基础上，还将介绍半导体二极管的结构、工作原理,特性曲线、主要参数以及二极管基本电路及其分析方法与应用。
最后对齐纳二极管、变容二极管和光电子器件的特性与应用也给予简要的介绍。
（一）主要内容:✧半导体的基本知识✧PN结的形成及特点，半导体二极管的结构、特性、参数、模型及应用电路（二）基本要求:✧了解半导体材料的基本结构及PN结的形成✧掌握PN结的单向导电工作原理✧了解二极管（包括稳压管）的V-I特性及主要性能指标（三）教学要点：✧从半导体材料的基本结构及PN结的形成入手，重点介绍PN结的单向导电工作原理、✧二极管的V-I特性及主要性能指标半导体的基本知识2.1.1 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。
导电性能介于导体与绝缘体之间材料，我们称之为半导体。
在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体，如砷化镓（GaAs）等；以及掺杂或制成其它化合物半导体材料，如硼（B）、磷（P）、锢（In）和锑（Sb）等。
其中硅是最常用的一种半导体材料。
半导体有以下特点：1．半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间2．半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化。
3．在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会急剧增强。
2.1.2 半导体的共价键结构在电子器件中，用得最多的半导体材料是硅和锗，它们的简化原子模型如下所示。
硅和锗都是四价元素，在其最外层原子轨道上具有四个电子，称为价电子。
由于原子呈中性，故在图中原子核用带圆圈的+4符号表示。
半导体与金属和许多绝缘体一样，均具有晶体结构，它们的原子形成有排列，邻近原子之间由共价键联结，其晶体结构示意图如下所示。
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rd
二极管基本电路
• 整流电路
– 利用二极管的单向导电性把交流电转换成单向 脉动的直流电的过程称为整流。下图所示电路 为一种最简单的单向半波整流电路。
图8 半波整流电路（a） 电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
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rd
• 1)半波整流电路
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半导体二极管
• 二极管的V-I特性 • －与PN结一样，二极管具有单向导电性
I / mA
反向击穿 电压V(BR)
15
10
– 50 – 25
5
0 0.2 0.4 V/ V
图2 硅管的伏安特性
图3 锗管的伏安特性
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iD IS (evD /VT 1)
二极管基本电路
图8 半波整流电路（b）
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• 2)全波整流电路
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3)单相桥式整流电路
rd
二极管基本电路
• 限幅电路
– 下图所示电路是一种简单的双向限幅电路，R 为限流电阻。
图9 限幅电路 电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
vi1 vi2
D1
D2
vo
0V 0V
0V 5V 5V 0V 5V 5V
ห้องสมุดไป่ตู้
导通
导通 截止
截止
导通 0V 截止 0V 导通 0V
截止 5V
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• 稳压二极管 • 发光二极管 • 光电二极管 • 变容二极管 • 肖特基二极管
特殊二极管
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– 按用途分：有整流二极管、检波二极管、 稳压二极管、开关二极管、发光二极管、 变容二极管等。
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半导体二极管
几种常见的二极管外形
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半导体二极管
几种常见的二极管外形
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第2章 半导体二极管及其电路
模拟电子技术——电子技术基础精品课程
半导体二极管
• 将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线 就构成了半导体二极管，简称 二极管
符号 P 阳极
P
N N 阴极
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半导体二极管
• 半导体二极管的类型 – 按半导体材料分：有硅二极管、锗二极管 等。
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二极管基本电路
• 折线模型
– 此模型认为二极管的管压降不是恒定 的，而是随着通过二极管电流的增加 而增加，在模型中用一个电池和一个 电阻rD来作进一步的近似。恒压源的 电压选定为二极管的门坎电压Vth （Von），约为硅管0.5V、锗管0.1V。
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图6 折线模型
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• 小信号模型
即
rd
vD iD
常温下（T=300K）
二极管基本电路
rd
VT ID
26(mV ) ID (mA )
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图7 小信号模型
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rd
• 二极管应用电路
– 整流电路 – 限幅电路 – 开关电路 – 稳压电路 – 发光 – 变容
二极管基本电路
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二极管基本电路
• 理想模型
– 图中的虚线表示实际二极管的VI特性，图b为它的代表符号。由
图a可见，正向偏置时，其管压 降为0V，当二极管处于反向偏 置时，认为它的电阻为无穷大， 电流为零。在实际的电路中，当 电源电压远比二极管的管压降大 时，利用此法来近似分析是可行 的。
– 在分析这种电路时，应当掌握一条基本原则： 即判断电路中的二极管是处于导通或截止状态， 可以“先将二级管断开，然后分析正、负两极 间是正电压还是负电压，若是前者则二极管导 通，否则二极管截止”。
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• 开关电路
二极管基本电路
图10 开关电路
二极管工作状态
图4 理想模型
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二极管基本电路
• 恒压降模型
– 正向偏置时，其管压降认为 是恒定的，且不随电流而变， 典型值为硅管0.7V、锗管 0.1V。不过这只有当二极管 的电流近似等于或大于1mA 时才是正确的。
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图5 恒压降模型
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二极管基本电路
• 低压稳压电路
– 利用二极管正向导通时的恒压特性可以用作某 些电路的低压稳压电路
图9 限幅电路 电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
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二极管基本电路
• 开关电路
– 在开关电路中，利用二极管的单向导电性可以 接通或断开电路，这在数字电路中得到广泛的 应用。
反向击穿电 压U(BR)
二极管的伏安特性
iD
导通压降: 硅管0.7V 锗管0.3V
R
iD
+
vD
-
vD
反向漏电流Is
（很小，A级）
死区电压 硅管 0.5V,锗管0.1V
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• 二极管等效模型
二极管基本电路
图4 理想模型
图5 恒压降模型
图6 折线模型
（a）V-I特性 （b）代表符号
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• 稳压管的伏安特性
特殊二极管
稳压二极管工 作在反向击穿 状态,当工作 电流IZ在Izmax 和 Izmin之间 时,其两端电 压近似为常数
图11 稳压管的符号及伏安特性
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稳压二极管主要参数
(1) 稳定电压VZ
在规定的稳压管反向工作 电流IZ下，所对应的反向工作 电压。
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• 限幅电路
– 设二极管为恒压降模型。当输
入信号vi小于二极管的导通电
压（0.7v）时，二极管截止，
vo ≈ vi ；当 vi值超过0.7v后，
二极管导通。二极管导通后， 其伏安特性类似于恒压特性，
所以其两端电压vo被限制在
±0.7v附近。该电路常作为限 幅保护电路。
二极管基本电路
图9 限幅电路（b）
(2)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流 IZmin
(3)最大耗散功率 PZM
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稳压电路
正常稳压时 VO =VZ
# 稳压条件是什么？
+
VI
IZmin ≤ IZ ≤ IZmax
-
# 不加R可以吗？