第十八讲晶体二极管 北京航空航天大学电工电子技术讲义
北航考试大纲知识点
模拟电子技术基础1半导体器件1.1 二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode);它只往一个方向传送电流的电子零件。
它是一种具有1个零件号接合的2个端子的器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。
晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。
当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。
二极管图示二极管的特性二极管是一种具有单向导电的二端器件，有电子二极管和晶体二极管之分，电子二极管现以很少见到，比较常见和常用的多是晶体二极管。
二极管的单向导电特性，几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常[1]广泛。
二极管的管压降：硅二极管（不发光类型）正向管压降0.7V，锗管正向管压降为0.3V,发光二极管正向管压降为随不同发光颜色而不同。
二极管的电压与电流不是线性关系，所以在将不同的二极管并联的时候要接相适应的电阻。
整流二极管：利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。
开关元件：二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。
利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。
限幅元件：二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。
利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。
继流二极管：在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。
检波二极管：在收音机中起检波作用。
变容二极管：使用于电视机的高频头中。
显示元件：用于VCD、DVD、计算器等显示器上。
稳压二极管：反向击穿电压恒定，且击穿后可恢复，利用这一特性可以实现稳压电路。
nnel Diode）1.2 双极型晶体管双极型晶体管由两个背靠背PN结构成的具有电流放大作用的晶体三极管。
晶体二极管
1.3 晶体二极管1.3.1 二极管的结构与伏安特性一、二极管的结构晶体二极管也称半导体二极管，它是在PN结上加接触电极、引线和管壳封装而成的。
按其结构，通常有点接触型和面结型两类。
常用符号如图1.3.1中V、VD（本书采用D）来表示。
点接触型适用于工作电流小、工作频率高的场合，（如图1.3.2）。
面结合型适用于工作电流较大、工作频率较低的场合，（如图1.3.3）。
平面型适用于工作电流大、功率大、工作频率低的场合，（如图1.3.4）。
图1.3.1 半导体二极管的电路符号图1.3.2 点触型二极管的结构图1.3.3 面结型二极管的结构图1.3.4 平面型二极管的结构按使用的半导体材料分，有硅二极管和锗二极管；按用途分，有普通二极管、整流二极管、检波二极管、混频二极管、稳压二极管、开关二极管、光敏二极管、变容二极管、光电二极管等。
二、二极管的伏安特性二极管是由一个PN结构成的，它的主要特性就是单向导电性，通常主要用它的伏安特性来表示。
二极管的伏安特性是指流过二极管的电流i D与加于二极管两端的电压u D之间的关系曲线。
用逐点测量的方法测绘出来或用晶体管图示仪显示出来的U～I曲线，称二极管的伏安特性曲线，如图1.3.5所示。
1. 正向特性由图可以看出，当所加的正向电压为零时，电流为零；当正向电压较小时，由于外电场远不足以克服PN结内电场对多数载流子扩散运动所造成的阻力，故正向电流很小（几乎为零），二极管呈现出较大的电阻。
这段曲线称为死区。
当正向电压升高到一定值Uγ（U th、V j）以后内电场被显著减弱，正向电流才有明显增加。
Uγ被称为门限电压或阀电压。
Uγ视二极管材料和温度的不同而不同，常温下，硅管一般为0.5V左右，锗管为0.1V左右。
在实际应用中，常把正向特性较直部分延长交于横轴的一点，定为门限电压Uγ的值，如图中虚线与uD轴的交点。
当正向电压大于Uγ以后，正向电流随正向电压几乎线性增长。
把正向电流随正向电压线性增长时所对应的正向电压，称为二极管的导通电压，用U F来表示。
电工电子技术晶体二极管教案(1)1
电工电子技术晶体二极管教案一、教学内容本节课选自《电工电子技术》教材第四章第一节，详细内容为晶体二极管的原理、特性、主要参数及其应用。
二、教学目标1. 让学生理解晶体二极管的工作原理、特性及分类。
2. 使学生掌握晶体二极管的主要参数，并能正确选用。
3. 培养学生运用晶体二极管解决实际问题的能力。
三、教学难点与重点重点：晶体二极管的原理、特性、主要参数。
难点：晶体二极管的工作状态及其判别方法。
四、教具与学具准备1. 教具：晶体二极管实物、示波器、信号发生器、多媒体设备。
2. 学具：电路实验箱、晶体二极管、电阻、电容、万用表。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示一个简单的晶体二极管整流电路，让学生观察其工作原理，引发兴趣。
2. 理论讲解：讲解晶体二极管的原理、特性、分类及主要参数。
3. 例题讲解：分析一个具体的晶体二极管应用电路，引导学生运用所学知识解决问题。
4. 随堂练习：让学生绘制一个晶体二极管整流电路，并分析其工作过程。
5. 实验操作：指导学生使用实验箱搭建晶体二极管电路，观察其工作状态，测量相关参数。
六、板书设计1. 晶体二极管原理2. 晶体二极管特性3. 晶体二极管分类及主要参数4. 晶体二极管应用实例七、作业设计1. 作业题目：设计一个晶体二极管整流电路，并分析其工作原理。
2. 答案：略。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：关注学生在实验操作中的表现，及时发现问题并进行指导。
2. 拓展延伸：引导学生了解其他半导体器件，如晶体三极管、场效应管等，拓展知识面。
在教学过程中，注意理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养其动手能力及创新能力。
通过本节课的学习，使学生掌握晶体二极管的基本原理、特性和应用，为后续学习打下基础。
重点和难点解析1. 晶体二极管的工作原理和特性2. 晶体二极管的主要参数及其判别方法3. 实践操作中晶体二极管电路的搭建与测量4. 作业设计中晶体二极管整流电路的分析详细补充和说明：一、晶体二极管的工作原理和特性晶体二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的PN 结。
晶体二极管(说课课件)2012
高等教育出版社出版
、
。 。 之间
，加反向电压时 和
3.二极管的伏安特性是指流过二极管的 的关系。
4.从二极管的伏安特性曲线上我们知道：一般硅二极管 的“死区”电压约为 V。正向电压超过“死区”电压 后，电流随电压按指数规律增长。此时，两端电压降 基本保持不变，硅二极管约为 V，锗二极管约为 V。
《电子技术基础与技能》 张金华主编 说教法
高等教育出版社出版
以学生为主体，落实教学目标。
以学生为中心，教师采用“探究— 发现—证明—应用”的教学模式；突出 活动的组织设计与方法的引导，为学生 搭建参与、交流的平台。
多种教学手段并用，解决重、难点
结合本节教材的重点难点和我们学生 的特点，考虑到中职学校学生已经具有一 定的思维能力，主要突出能力目标的实现。 采取情境教学、实验教学、探究教学、多 媒体动画演示等教学方法，把主动权交给 学生，使学生主动参与到课堂中来。
SHEXIANZHIYEJISHUJIAOYUZHONGXIN
《电子技术基础与技能》 张金华主编
高等教育出版社出版
学情分析
授课对象： 职专12春电子电工班
理论基础差 分析能力较弱
好奇心强
对具体事务 比较感兴趣
喜欢动手 和实践操作
涉县职教中心 张晓刚
SHEXIANZHIYEJISHUJIAOYUZHONGXIN
难 点 问 题 解 决
涉县职教中心 张晓刚
SHEXIANZHIYEJISHUJIAOYUZHONGXIN
分组讨论：当加在二极管两端的电压大小 和方向发生变化时，流过二极管的电流又是如 何变化的呢？ 教师引导学生在原有实验基础上设计新电 路，一起研究二极管电压和电流的关系。教师 和学生一起动手做“研究二极管电压电流关系” 的演示实验，边做边指导学生读数并让学生记 录实验数据；根据数据一起做练习：绘制出 “二极管伏安特性曲线”；利用多媒体课件具 体分析“二极管伏安特性曲线”的特点，并介 绍二极管的主要参数。这个过程重在强化“实 验―记录数据―分析数据―总结规律”的研究 方法，并改变以往演示实验的做法，充分发挥 学生的主体地位。教师引导学生动脑设计、亲 自操作、相互交流、归纳总结，使学生既学习 知识又锻炼能力，爱学更会学。
晶体二极管详解
晶体二极管半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以称为半导体。
我们常听说的美国硅谷，就是因为起先那里有好多家半导体厂商。
在纯净的硅材料中掺杂将会大大地改变它的导电性能，掺入5价元素将多出一个电子形成N型半导体，掺入3价元素将少一个电子形成P型半导体，将P 型和N型半导体有机地组合在一起便形成了有特殊导电能力的器件，这个器件就是晶体管。
1.3.1 二极管的特性图 1.13 二极管示意图如图 1.13(a)所示为二极管的电路符号，它有两个电极，一个称为阳极（A），另一个称为阴极（K）。
二极管最基本的特性是单向导电性，电路符号中箭头所指方向为电流容易流过的方向。
表示若在阳极A加正电压，而在阴极K加负电压，则能流过较大的正向电流，如图1.13(b)所示；若所加电压极性相反，则流过的反向电流非常小，几乎可以忽略不计，如图 1.13(c)所示。
图1.14 二极管的正向导通实验电路利用如图1.14所示的电路可以测量二极管的正向导通特性，通过改变电源电压，同时监测回路电流和二极管正向电压，就可测出二极管的伏安特性，本电路通过计算机仿真软件Protel进行了仿真。
从仿真结果中可以看出，当由于电源电压较低使二极管正向电压小于0.7V时，回路电流较小，当电源电压上升使二极管正向电压达到0.7V时，回路电流上升较快，而且电源电压继续上升，回路电流也继续上升，但二极管正向电压保持在0.7V不变。
因此VT=0.7V被称为是这个类型二极管的正向导通电压，可以这么认为，当二极管的正向电压小于VT时，二极管未导通或未完全导通，而当二极管正常导通时，它的正向电压将保持在VT不变。
因此回路电流可通过下式计算：图1.15 二极管的伏安特性曲线同样将图1.14中的电源电压反向，可以测量二极管的反向特性，这时会发现不论电源电压在图中所示范围内怎样改变，回路电流始终接近为零。
期末复习 北京航空航天大学电工电子技术讲义
I1 RC IB
B
IC UCE
RB2 RE
R
IE
1. 稳定静态工作点的原理
直流通路
对于设计好的电路均能满足 I1>> IB , I2 >> IB , 可以
认为 I1 ≈ I2 则
VB
=
VCC
RB2 RB1+ RB2
UBE = VB – VE
温度升高 IC IE VE UBE
R F2
N1
ui2
R21
R13
N2
uo
R22
u u u o = —RR1F–11 • —RR1F–32 i1 – —RR1F–22 i2
正弦波振荡电路应由以下部分组成： 放大电路 正反馈电路 选频电路 稳幅电路
RC正弦波振荡电路
1.电路组成
负反馈网络 （稳幅环节）
R C
正反馈选频网络
Rf
+ A∞o
15.掌握不同触发器的逻辑关系及触发方式，会画时序波 形。
16.掌握时序逻辑电路的分析（同步、异步）。
三极管饱和时所需的基极电流 IBS
VCC
RC
RB
uo
ui
T
当 VCC>> VCE(sat) 时：
IBS ≈
VCC βRC
分压式偏置电路
电路组成
VCC
VCC
RS
us
C1+
RB1
RC +C2
T
RB1
IC
IB
2 .静态分析和动态分析
VCC
RB1 RC IB B
IC UCE
RB2 RE IE
例：在分压式偏置电路中，已知：VCC =12V，RB1= 30K, RB2 = 10K, RC =4K, RE =2.2K, RL =4K, CE = 100µF ,
模拟电子技术一晶体二极管及其基本电路PPT课件
㎝-3· ， 锗为1.76×1016㎝-3· ）。
本征载流子浓度：
ni
pi
A T e 3/ 2 EG 0 / 2kT 0
1、对温度非常敏感：随着T的增加，载流子浓度按 指数规律增加。
2019年11月22日星期五
模拟电子电路
17
本征载流子浓度：
ni
pi
A T e 3/ 2 EG 0 / 2kT 0
式中：
ni、pi ——分别表示电子和空穴的浓度（㎝-3）
；
T——为热力学温度（K）；
EG0为T= 0K（-273oC）时的禁带宽度（硅为
1.21eV，锗为0.78eV）；
k为玻尔兹曼常数（8.63×10-6V/K）；
图1-1 硅和锗原
子
10
结构简化模型
+4
价
电
子
+4
+4
共 价 键
+4
图1-2 单晶硅和锗共价键结构示意图
本征半导体：纯净的（未掺杂）单晶半导体称为本 征半导体。
共价键中的电子，受所属原子核的束缚，不能参与
导电。 2019年11月22日星期五
模拟电子电路
11
一、半导体中的载流子
载流子(Carrier) 指半导体结构中获得运 动能量的带电粒子。
结论
本征激发 和温度有关
会成对产生电子-空穴对
--- 自由电子(Free Electron) 带负电荷 --- 空 穴(Hole) 带正电荷
两种载流子（带电粒子）是半导体的重
晶体二极管说课稿
晶体二极管说课稿各位领导、各位老师大家好：今天我要进行说课的内容是《晶体二极管》。
首先，我对本节内容进行分析。
一、说教材的地位和作用：《晶体二极管》是《电子电路基础》第一章，第一节内容，根据教学大纲的要求考虑学生的基础用2课时完成第一节，第一，第二小课题教学内容，本节内容是《电子电路基础》的重点并且所有半导体器件结构的基础。
二、说教学目标：根据课程的结构和内容分析，结合电工专业对《电工基础》理论知识的需要，我制定了以下教学目标：1.理解并掌握晶体二极管的结构，电路中的符号2.掌握晶体二极管单向导电性三、说教学重点和难点重点：理解晶体二极的管结构，掌握晶体二极管的单向导电性和伏安特性难点：掌握晶体二极管的单向导电性。
为了讲清本节的教学重点和难点，使学生能够理解并掌握本节内容所设定的教学目标，我再从教法和学法上谈谈我的观点。
四、说教法：1.讲授法：半导体的基础知识，PN结的形成，二极管的结构，二极管的伏安特性等知识点通过讲授让学生掌握。
2.演示法：二极管的单向导电性不仅是本节课的重点内容又是难点，证实二极管的单向导电性需要作简单的实验突破这个难点。
3.探究法：为学生充分发挥自己的思维能力，调动学生的主体作用，引导学生积极思考，培养学生分析问题的能力。
本节提出的第一个问题是：二极管的结构，第二个问题是二极管的单向导电性。
让学生通过对知识的理解和掌握来回答这两个问题。
4.归纳法：通过讲授和探究，以及学生回答的情况，对本节的重点和难点以及应掌握的知识点、还有提出的两个问题进行归纳和总结，五、说学法：在讲授杂质半导体和PN结的形成时为了提高理论知识的直观性并且集中学生的注意力把学生当做电子，空椅子当做空穴，让两排学生移动，这样以来学生很快就理解了杂质半导体和PN结的形成过程。
还有重点内容让学生记笔记，提出问题通过学生的回答，并做分析、规纳、总结。
使学生加深记忆和理解以达到掌握本课程教学内容的目的，指导学生学习和培养学生独立思考的能力。
电工电子技术晶体二极管教案
电工电子技术晶体二极管教案教案：电工电子技术晶体二极管教学内容：本节课的教学内容主要来自于《电工电子技术》教材的第四章，重点讲解晶体二极管的结构、特性及应用。
具体内容包括：1. 晶体二极管的结构：PN结、半导体材料、二极管的引脚识别等；2. 晶体二极管的特性：正向特性、反向特性、正向电压、反向电压等；3. 晶体二极管的应用：整流、滤波、稳压等。
教学目标：1. 学生能够理解晶体二极管的结构和特性，掌握其基本工作原理；2. 学生能够分析晶体二极管在不同电压下的工作状态，并能够应用晶体二极管进行简单的电路设计；3. 学生能够通过实践操作，提高动手能力和问题解决能力。
教学难点与重点：重点：晶体二极管的结构、特性及应用；难点：晶体二极管的正向特性和反向特性，以及在不同电路中的作用。
教具与学具准备：教具：黑板、粉笔、多媒体教学设备；学具：教材、笔记本、实验器材（晶体二极管、电阻、灯泡等）。
教学过程：1. 引入：通过讲解实际电路中晶体二极管的应用，引起学生对晶体二极管的兴趣；2. 讲解：详细讲解晶体二极管的结构、特性及应用，结合教材中的图示和实例进行讲解；3. 演示：通过实验器材，现场演示晶体二极管的导通和截止状态，让学生直观地理解晶体二极管的特性；4. 练习：让学生结合教材中的例题，分析晶体二极管在不同电路中的作用；5. 讨论：组织学生进行小组讨论，分享各自的学习心得和疑问；7. 作业：布置相关的练习题，巩固所学知识。
板书设计：1. 晶体二极管的结构；2. 晶体二极管的特性；3. 晶体二极管的应用。
作业设计：1. 请简要描述晶体二极管的结构和特性；3. 请设计一个利用晶体二极管进行整流的电路。
课后反思及拓展延伸：本节课通过讲解和实验，让学生了解了晶体二极管的结构和特性，掌握了晶体二极管的基本应用。
在教学过程中，学生积极参与，课堂气氛良好。
但在作业布置方面，可以进一步加强练习，让学生更好地巩固所学知识。
拓展延伸：学生可以进一步学习晶体二极管的其他应用，如开关、稳压等，并通过实践操作，提高自己的电工电子技术水平。
1-晶体二极管及其基本电路83992-PPT精品文档
n p A Te i i 0
E / 2 k T 3 / 2 G 0
6
说明
• 随着T的增加，载流子浓度按指数规律增加——对 温度非常敏感。 在T=300K的室温下， 本征硅（锗）的载流子浓度= 1.43×1010㎝-3 （2.38×1013㎝-3）， 本征硅（锗）的原子密度= 5×1022㎝-3 （4.4×1022㎝-3）。 相比之下，室温下只有极少数原子的价电子(三 万亿分之一)受激发产生电子、空穴对。
3
1-1 半导体物理基础知识
１-１-１ 本征半导体
半导体导电的原因： 半导体中存在2种载流子(Carrier)，即自由电子 (Free Electron)和空穴(Hole)。
• 受外界能量激发（热、电、光），价电子获得一定的额外能 量，部分价电子能够冲破共价键的束缚,形成自由电子和空 穴对 ——本征激发。 • 复合：由于正负电荷相吸引，自由电子会填入空穴成为价电 子，同时释放出相应的能量，从而消失一对电子、空穴，这 一过程称为复合，与本征激发是相反的过程。
4
1-1 半导体物理基础知识
１-１-１ 本征半导体
本征载流子浓度： • 载流子浓度：载流子浓度越大，复合的机会就越 多。在一定温度下，当没有其它能量存在时，电 子、空穴对的产生与复合最终达到一种热平衡状 态，使本征半导体中载流子的浓度一定。
5
1-1 半导体物理基础知识
１-１-１ 本征半导体
本征载流子浓度： 式中： ni、pi ——分别表示电子和空穴的浓度（㎝-3）； T——为热力学温度（K）； EG0为T= 0K（-273oC）时的禁带宽度（硅为 1.21eV，锗为0.78eV）； k为玻尔兹曼常数（8.63×10-6V/K）； A0为与半导体材料有关的常数（硅为3.87×1016 3 3 -3 16 -3 2 ㎝ · K ， 锗为1.76×10 ㎝ · K 2 ）。
《晶体二极管》PPT课件_OK
RL
uo
t
uo t
(1-16)
二极管的应用举例2： ui
ui
R
uR RL
uR
t
uo t
uo
t
(1-17)
五、二极管的主要参数及选择原则
半导体器件的参数是对其特性的定量描述，是我们 正确使用和合理选择元器件的依据。
1、半导体二极管的主要参数有： ① 最大整流电流IF ：二极管长期工作时允许通过的 最大正向平均电流。 IF由PN结面积和外界散热条件决定，使用时，工作 电流不能超过IF且须满足散热条件，否则将烧坏二极 管。
DZ
iZRL uo
i
I zmin
U ZW RL
10mA
0.8ui iR U zW 10R 10 R 0.5k
(1-32)
五、 其它二极管
二极管种类繁多，除普通二极管和稳压管外， 还有：
变容二极管：其增量电容值随外加反向电压而 变化；
根据实测如下页图示：
显然，在图中仍可用PN结方程来描述二极管 的伏安特性。
5
6
其中： Si: U(on)= 0.5～ 0.7V Ge：U(on)= 0.1～ 0.3V
2、其他特性： 由于一只二极管就是一个PN结，故二极管
的特性与PN结的特性差不多，也同样具有： 单向导电性、温度特性、反向击穿特性 （这里不再赘述）
10
rD
1 k直
1 rD
ID U
Q
U
[IS
(eU /UT
1)]|U UQ
IQ IS UT
IQ UT
rD
UT IQ
11
上述推导中ID=IS (eU/VUT-1)为二极管在Q点时的 电流，所以rD通常称为二极管的增量结电阻或肖特 基电阻，再称为动态电阻。 再考虑到PN结的串联电阻rs，晶体二极管的小 信号电路模型如图： 这一模型在ΔU极小时成立，故是线性电路，同 时还考虑到了ΔU的工作频率较高时的PN结等效电 容Cj。 显然，晶体二极管的小信号模型受ΔU足够小的 限制，工程上要求|ΔU∣ < 5.2mV。
北京航空航天大学《电子电路i》第一章 [1.1-1.2]zqv
![北京航空航天大学《电子电路i》第一章 [1.1-1.2]zqv](https://img.taocdn.com/s3/m/82c709c33968011ca20091e2.png)
引线 外壳
基片
二极管的电路符号： P
2021/7/13
北京航空航天大学202教研室
面接触型
N
32
二、二极管的参数 1. 二极管的电阻
直流等效电阻 RD：
RD
VD ID
交流（动态）电阻 rd：
rd
(ddviDD)Q 1
2vd 2id
rdBiblioteka (ddviDD)Q 1VT ID
2021/7/13
概念：在本征半导体中掺入低价元素（受主杂质）使 空穴浓度大大高于自由电子浓度的半导体。
2021/7/13
北京航空航天大学202教研室
14
+4
+4 空穴
+3
+4
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。
2021/7/13
北京航空航天大学202教研室
15
杂质半导体的示意表示法: －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
第一章 半导体基础
介绍半导体的有关基础知识，阐述PN结的原理及主要特性， 讨论以PN结为基本结构的双极型晶体三级管（BJT）和场效应管 （FET）的工作原理、特性及主要参数。
2021/7/13
北京航空航天大学202教研室
1
1.1 半导体基础知识
半导体的概念：导电能力处于导体和绝缘体之间的材料； 原子之间的共价键很弱。
P型半导体区
④漂移运动 N型半导体区
③内建电场E
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第1章
在半导 体中，同 时存在着 电子导电 和空穴导 电。空穴 和自由电 子都称为 载流子。 它们成对 出现，成 对消失。
复合 空穴
电子 空 电穴子 电子 电子 电子
本征 激发
自由电子
空穴 电子 电子 电子 电子
在常温下自由电子和空穴的形成
第1章
2. N型半导体和P型半导体
N型半导体
少子
在硅或锗中掺
IQ
Q
O
UQ
EU
工作点：Q
上页 下页 返回
第1章
二极管的静态电阻和动态电阻
I
U
IQ
Q I
静态电阻： RD =
UQ IQ
动态电阻： rD =
U
I
O
UQ
U
上页 下页 返回
第1章
2.二极管特性的折线近似及模型
I
Q
二极管的电路模型
－
+
P
O
U0N U
U = UON + rD I
r Di UON
D
上页 下页 返回
实物图示
发光二极管
光电二极管及结构原理图
作业：1.4.1，1.4.3
入少量的五价元
正离子
素，如磷或砷、
多余价电子 电子
锑，则形成N型
PP+
多子
半导体。
结原构理图图
电子
正磷离原子子 自由电子
在N型半导体中，电子是多子，空穴是少子
第1章 P型半导体 在P型半导体中，空穴是多子，电子是少子。
在硅或锗中 掺入三价元素， 如硼或铝、镓， 则形成P型半导 体。
结原构理图图
负离子
第1章
在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡。
P区 少子漂移
空间电荷区
N区
多子扩散
内电场方向
第1章
P 少子漂移
空间电荷区
N
结论：
多子扩散
内电场方向
在PN结中同时存在多子的扩散运动和少子的漂移运动。
内电场阻挡多子的扩散运动，推动少子的漂移运动。
在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡，空间电荷区 的宽度基本上稳定。
(2) 电压温度系数ｕ
环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。
(3) 动态电阻 rZ
UZ IZ
rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。
(4) 稳定电流 IZ 、最大稳定电流 IZM
(5) 最大允许耗散功率 PZM = UZ IZM
4. 稳压管稳压电路稳压原理
稳压工作时的模型
Ui或RL Uo (UZ )IZ IR UR
若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V
流过
D2
的电流为
ID2
12 3
D1承受反向电压为－6 V
4mA
在这里， D2 起 钳位作用， D1起 隔离作用。
例3：
+ ui –
R
D 8V
ui
18V 8V
+ uo
–
已知：ui 18sin t V
二极管是理想的，试画 出 uo 波形。
二极管的用途：
电工电子技术 第十八讲
1.4 晶体二极管
1.4.1 PN结及其单向导电性 1.4.2 二极管的特性和主要参数 1.4.3 二极管的电路模型 1.4.4 稳压二极管
第1章
1.4.1 PN结及其单向导电特性
0. 半导体
① 从导电特性来看，物质可分为三大类： 导 体：如银、铜、铝、铁等 绝缘体：如橡胶、塑料、陶瓷、云母等
c) 掺杂特性
在纯净的半导体中，掺入极微量的杂质元素，就 会使电阻率发生极大的变化。
例如，纯硅中掺入百万分之一的硼，其电阻率会 从214000Ω·cm减小到0.4Ω·cm。
第1章
1.本征半导体
完全纯净 的具有晶体 结构的半导 体称为本征 半导体 。它 具有共价键 结构。
价电子
硅原子
锗和硅的原子结构 单晶硅中的共价键结构
常温下，反-20向饱和电流 很小.当PN结温度升高时， 反向电流明-40显增加。
I/μA
锗管的伏安特性
上页 下页 返回
第1章
3. 二极管的主要参数
最大正向电流IFM 最高反向电压URM 最大反向电流IRM
最高工作频率fM
I/mA 60
正向
40
20 死区 -50 -25 电压
O 0.4 0.8 U/V 击穿电压
2.4.4、稳压二极管
1. 符号
2. 伏安特性
I
_+
稳压管正常工作
时加反向电压
UZ
O
U
稳压管反向击穿
后，电流变化很大，
但其两端电压变化 很小，利用此特性，
UZ
IZ
IZ IZM
稳压管在电路中可 起稳压作用。
使用时要加限流电阻
2. 主要参数
(1) 稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。
少子
多B子B-
填补空位
电子 电子 电子
电子
电子
空穴
空穴
硼 负原 离子
第1章
3. PN结的形成
用专门的制 造工艺在同一 块半导体单晶 上，形成P型半 导体区域和N型 半导体区域， 在这两个区域 的交界处就形
成一个PN结 。
P区的空穴向N区扩散并与电子复合
P区
空间电荷区
N区
N区的电子内向电P区场扩方散并向与空穴复合
半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间
② 常用的半导体材料 硅、锗、硒、砷化镓以及金属的氧化物和 硫化物等
③ 半导体的特性 a) 热敏特性
半导体的电阻率随温度变化会发生明显的改变。 例如纯锗，温度每升高10℃，电阻率就减小到原 来的二分之一。
b) 光敏特性
半导体的电阻率对光的变化敏感。 例如硫化镉，无光照电阻高达几十MΩ，受到光照 电阻降到几十KΩ。
5.稳压管稳压电路分析： 输入电压变化对输出电压的影响
求
U o U I
（1）确定工作状态
（2）选择模型
（3）求不同输入下的 输出。
Uo
Ui
rZ // RL R rZ // RL
rz
Uz
光电二极管
反向电流随光照强度的增加而上升。
I U
符号
照度增加
光电二极管 发光二极管
发光二极管 有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目 前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的 电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管 高，电流为几 ~ 几十mA
-20
U(BR)
反向
-40 I/μA
上页 下页 返回
二极管电路分析举例
定性分析：判断二极管的工作状态
导通 截止
若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，
反向截止时二极管相当于断开。
否则，正向管压降
硅0.6~0.8V 锗0.2~0.3V
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。
3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失 去单向导电性。
4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反 向电流愈大。
第1章
1.4.2 二极管的特性和主要参数
1.结构
外壳
引线 阳极引线 PN结
铝合金小球 阴极
N型锗片
触丝
金锑合金
D
N型硅
底座
阴极引线
点接触型
面接触型
表示符号
第1章
几种二极管外观图
在这里，二极管起钳位作用。
例2: D2
D1
3k 6V
12V
求：UAB
两个二极管的阴极接在一起
A +
取 B 点作参考点，断开二极
UAB 管，分析二极管阳极和阴极 – B 的电位。
V1阳 =－6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= －12 V
UD1 = 6V，UD2 =12V
∵ UD2 >UD1 ∴ D2 优先导通， D1截止。
小功率 二极管
大功率 二极管
发光 二极管
第1章
2.二极管的伏安特性
I/mA 60
正向
40
20
死区 电压
-50 -25
O 0.4 击穿电压
-20
0.8 U/V
U(BR) 反向
-40 I/μA
硅管的伏安特性
注 I/mA 意:
15
死区电压：硅管约为： 0.5V,1锗0 管约为：0.1V。
-50 导管-通约25 时为5 :的0.死电正6V区压向～压0.降8V：,锗硅管 约为:0.2VO ～00.2.3V0。.4 U/V
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
例1： D
A +
3k
6V
UAB
12V
–
B
电路如图，求：UAB
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。
V阳 =－6 V V阴 =－12 V V阳>V阴 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V 否则， UAB低于－6V一个管压降，为－6.7V 或－6.3Ｖ
参考点
整流、检波、
限幅、钳位、开
关、元件保护、
t 温度补偿等。
二极管阴极电位为 8 V ui > 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui
第1章
1.4.3 二极管的电路模型
1.二极管的工作点