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半导体二极管(Diode)
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模拟电子技术基础
[解] 理想 恒压
VDD = 10 V IO = VDD/ R = 10 / 2 = 5 (mA) UO = 10 0.7 = 9.3 (V) IO = 9.3 / 2 = 4.65 (mA)
折线 IO = (VDD-Vth)/ (R+rd) = (10-0.5 )/ (2+0.2) = 4.318 (mA)
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模拟电子技术基础
2.4
二极管基本电路及其分析方法
二极管是一种非线性器件，一般采用非线性电路
分析方法。主要介绍模型分析法。 2.4.1 2.4.2 二极管V-I特性的建模 模型分析法应用举例
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模拟电子技术基础
2.4.1 二极管V-I特性的建模
1. 理想模型(ideal model)
模拟电子技术基础
2.3 半导体二极管（Diode）
二极管 ：一个PN结就是一个二极管。
半导体二极管的类型与结构
二极管的V-I特性
★二极管的参数
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模拟电子技术基础
2.3.1 半导体二极管的类型与结构
硅管
(1) 按使用的半导体材料不同分为
锗管 面结型(junction type) 点接触型(point contact type)
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模拟电子技术基础
2
限幅电路
用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部分。
例3：理想二极管电路中 vi= Vm sinωt V，求输出波形v0。
vi
Vm
VR
解： Vi> VR时，二极管导通，vo=vi。
PN结和二极管
旧符号
2015年9月21日星期一
标记 Diode
31
种类 1、普通二极管 2、稳压二极管 3、光电二极管 将光信号转换为电信号的器件，
常用于光的测量，或做光电池。
4、发电二极管
（LED）
5、激光二极管
将电信号转换为光信号的器件， 常用于显示，或做光纤传输中 的光发射端。
发射相干单色光的特殊发光二 极管。主要用于小功率光电设 备，如光驱、激光打印头等。
2.1.1 本征半导体 2.1.2 P型和N型半导体
2
2015年9月21日星期一
2.1.1 本征(intrinsic)半导体
——纯净无掺杂的半导体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到 99.9999999%，常称为“九个9”。
(1) 共价键结构 (2) 电子空穴对 (3) 空穴的移动 (4) 能带结构
2015年9月21日星期一 发光管
触敏屏
32
二极管是一种非线性器件，需应用线性化 模型分析法对其应用电路进行分析。
33
2015年9月21日星期一
型号命名规则
2AP9 2DW7B 1N4001 1N4007 1N4148 1N5819 2DW7B
34
2015年9月21日星期一
2.4.2 整流电路
2015年9月21日星期一
注意：
稳压二极管在工作时应反接，并 串入一只电阻。
电阻的作用： 限流保护 误差调节
42
2015年9月21日星期一
二、电路原理
(1) 输入电压变化时
VI↑→VO↑ →VZ↑ →IZ↑ →IR↑ →VR↑ →VO↓
(2) 负载电流变化时
IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑
《模拟电子技术》课件第2章半导体二极管及其基本电路
成为本自由征电半子导（体带负电）， 同时的共价导键电中机留理下一个空
位，称为空穴（带正电）。
+4
+4
+4
+4 空穴
&;4
4
自由电子
空穴：共价键中的空位。
空穴的移动：相邻共价
+4
键中的价电子依次充填
空穴来实现。 +4
电子空穴对：由热激发
而产生的自由电子和空
+4
穴对。
§1.1 半导体的基本知识
P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的 半导体。【Positive】
1. P型半导体
三、杂质半导体
掺入三价元素（如硼）
Si
Si
BS–i
Si
空穴
掺杂后空穴数 目大量增加，空穴导电 成为这种半导体的主要 导电方式，称为空穴半 导体或 P型半导体。
接受一个 电子变为 负离子
硼原子
空穴：多子（多数载流子）
26
三、二极管的主要参数： (1) 最大整流电流IF
§3.3 二极管
二极二管极长管期反连向续电工流作急时， 允许剧通增过加二时极对管应的的最反大 整流向电电流压的值平称均为值反。向
击穿电压VBR。
(2) 反向击穿电压VBR和最大反向工为作安全电计压，V在R实M际工作
(3) 反向电流IR (4) 极间电容Cj
当vI = 6 sinωt (V)时，分别对于理想模型和恒压降模型绘出相应
的输出电压vO的波形。
R
+a.理想模型 D
当AVI=0V时 +
D截止
当VI=4V时
D导通
当VI=6V时
D导通
vI
VREF
位，称为空穴（带正电）。
+4
+4
+4
+4 空穴
&;4
4
自由电子
空穴：共价键中的空位。
空穴的移动：相邻共价
+4
键中的价电子依次充填
空穴来实现。 +4
电子空穴对：由热激发
而产生的自由电子和空
+4
穴对。
§1.1 半导体的基本知识
P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的 半导体。【Positive】
1. P型半导体
三、杂质半导体
掺入三价元素（如硼）
Si
Si
BS–i
Si
空穴
掺杂后空穴数 目大量增加，空穴导电 成为这种半导体的主要 导电方式，称为空穴半 导体或 P型半导体。
接受一个 电子变为 负离子
硼原子
空穴：多子（多数载流子）
26
三、二极管的主要参数： (1) 最大整流电流IF
§3.3 二极管
二极二管极长管期反连向续电工流作急时， 允许剧通增过加二时极对管应的的最反大 整流向电电流压的值平称均为值反。向
击穿电压VBR。
(2) 反向击穿电压VBR和最大反向工为作安全电计压，V在R实M际工作
(3) 反向电流IR (4) 极间电容Cj
当vI = 6 sinωt (V)时，分别对于理想模型和恒压降模型绘出相应
的输出电压vO的波形。
R
+a.理想模型 D
当AVI=0V时 +
D截止
当VI=4V时
D导通
当VI=6V时
D导通
vI
VREF
第一章二极管-PPT课件
本征半导体：
四价元素
外层四个电子
原子实或惯性核 为原子核和内层电子组成
价电子为相邻两原子所共有
3.本征激发：
本征激发 电子空穴 成对产生
自由电子（带负电-e)
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
4.载流子 ：自由 +4 运动的带电粒子：
电子带负电： +4 －e=-1.6×10-19c,
空穴带正电:
e=1.6×10-19c.
锗管UD(ｏn)=0.2V。
（2）反向特性： 二极管两端加上反向 电压时，反向饱和电流IS很小（室温下， 小功率硅管的反向饱和电流IS小于0.1μA。 （3）反向击穿特性 二极管两端反向电压 超过U(BR)时，反向电流IR随反向电压的增大 而急剧增大， U(BR) 称为反向击穿电压。
（5）齐纳击穿：由高浓度掺杂材料制成的PN结中耗尽区宽度很窄，即使反向电
压不高也容易在很窄的耗尽区中形成很强的电场，将价电子直接从共价键中拉出 来产生电子-空穴对，致使反向电流急剧增加，这种击穿称为齐纳击穿。
§1 .2 二极管的特性及主要参数 一、 半导体二极管的结构和类型
构成：PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode) 符号：阳极（正极） 阴极（负极） 分类： 1.根据材料 硅二极管、锗二极管 2.根据结构 点接触型、面接触型、平面型 1．二极管的结构和符号
空穴（带正电+e)
5.复 合： 自由电子和空穴在运动 中相遇重新结合成对消 失的过程。 电子电流:IN
空穴电流:IP 共有电子 递补运动
+4
+4
模拟电子课件第一章_半导体材料及二极管
–10 0 0.2 0.4
–20
I/uA
锗管的伏安特性
图 二极管的伏安特性
ID
UD
-
UD / V
34
1.正偏伏安特性
当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。，
相应的电压叫死区电压。
死区电压： 硅二极管为0.5V左右 锗二极管为0.1V左右
i/mA 30
当正向电压超过死区电压后，二极 管导通, 电流与电压关系近似指数关 系。
42
3.二极管的其它主要参数
➢最大平均整流电流 : I F 允许通过的最大正向平均电流 ➢最高反向工作电压 : 最V大R 瞬时值，否则二极管击穿
1
18
半导体中某处的扩散电流 主要取决于该处载流子的浓 度差（即浓度梯度），而与 该处的浓度值无关。即扩散 电流与载流子在扩散方向上 的浓度梯度成正比，浓度差 越大，扩散电流也越大。
图1.6 半导体中载流子的浓度分布
1
19
即:某处扩散电流正比于浓度分布曲线上该点处的斜率
和。
dn( x) dx
dp ( x) dx
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，即构成 N 型半导体 (或称电子型半导体)。
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
1
10
原来晶格中的某些硅原子将 被杂质原子代替。 杂质原子与周围四个硅原子 组成共价键时多余一个电子。 这个电子只受自身原子核吸引， 在室温下可成为自由电子。
5价的杂质原子可以提供电子， 所以称为施主原子。
Problem: N型半导体是否呈电中性？
1
+4
+4
+5
+4
+4
+4
–20
I/uA
锗管的伏安特性
图 二极管的伏安特性
ID
UD
-
UD / V
34
1.正偏伏安特性
当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。，
相应的电压叫死区电压。
死区电压： 硅二极管为0.5V左右 锗二极管为0.1V左右
i/mA 30
当正向电压超过死区电压后，二极 管导通, 电流与电压关系近似指数关 系。
42
3.二极管的其它主要参数
➢最大平均整流电流 : I F 允许通过的最大正向平均电流 ➢最高反向工作电压 : 最V大R 瞬时值，否则二极管击穿
1
18
半导体中某处的扩散电流 主要取决于该处载流子的浓 度差（即浓度梯度），而与 该处的浓度值无关。即扩散 电流与载流子在扩散方向上 的浓度梯度成正比，浓度差 越大，扩散电流也越大。
图1.6 半导体中载流子的浓度分布
1
19
即:某处扩散电流正比于浓度分布曲线上该点处的斜率
和。
dn( x) dx
dp ( x) dx
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，即构成 N 型半导体 (或称电子型半导体)。
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
1
10
原来晶格中的某些硅原子将 被杂质原子代替。 杂质原子与周围四个硅原子 组成共价键时多余一个电子。 这个电子只受自身原子核吸引， 在室温下可成为自由电子。
5价的杂质原子可以提供电子， 所以称为施主原子。
Problem: N型半导体是否呈电中性？
1
+4
+4
+5
+4
+4
+4
半导体二极管
(1-4)
1. 4 二极管的主要参数
1. 最大整流电流 IFM
在规定的环境温度和散热条件下，二极管长 期使用时，所允许流过二极管的最大正向平 均电流。
2. 最高反向工作电压URM
通常称耐压值或额定工作电压，是指保证二 极管截止的条件下，允许加在二极管两端的 最大反向电压。手册上给出的最高反向工作 电压URM一般是击穿电压UBR的一半。
(1-5)
3. 反向电流 IR
指二极管未击穿时的反向电流。反向电流 越小越好。通常反向电流数值很小，但受 温度影响很大，温度越高反向电流越大， 一般温度每升高10o,反向电流约增大一倍。 硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要 比硅管大几十到几百倍。
4. 最最高工作频率fM
指保证二极管导向导电作用的最高工作频 率。当工作频率超过fM时，二极管将失去导 向导电性。
模拟电子技术
半导体二极管
1. 1 半导体二极管的结构和符号
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
点接触型
触丝线
PN结
引线 外壳线
基片
面接触型
二极管的ห้องสมุดไป่ตู้路符号： 阳极
阴极
(1-2)
二极管的主要特性---单向导电
1、二极管的偏置：二极管单向导电的特性，只有外加一定极 性的电压（称为偏置）才能表现出来。阳极电位高于阴极 电位称为二极管的正向偏置，反之称为反向偏置。
2、二极管的主要特性：单向导电，即正向导通，反向截止。 或曰：只能一个方向导电，另一个方向不导电，即由阳极 向阴极可以顺利的流电流，反方向不流电流。
只能一个方向 电，
(1-3)
1. 3 二极管的伏安特性
I
反向击穿 电压UBR
1.2 半导体二极管
面接触型管子的特点是，PN 结的结面积大，能通过较大电流，但结电容也大，适用于低频较低整流电路。
半导体二极管半导体二极管是由一个PN 结构成的二端元件。
其端钮有确定的命名，即一端叫阳极a ，一端叫阴极k 。
1.2 半导体二极管1.2.1 半导体二极管结构和类型（1）点接触型二极管（2）面接触型二极管（3）平面型二极管点接触型管子的特点是，PN 结的结面积小，因而结电容小，主要用于高频检波和开关电路。
既不能通过较大电流，也不能承受高的反向电压。
平面型管子的特点是，PN 结的结面积大时，能通过较大电流，适用于大功率整流电路；结面积较小时，结电容较小，工作频率较高，适用于开关电路。
1.结构2. 分类普通二极管特殊二极管变容二极管发光二极管光电二极管激光二极管二极管稳压二极管稳压光电转换调谐按材料的不同，常用的二极管有硅管和锗管两种；按其用途二极管分为普通二极管和特殊二极管两大类：整流、滤波、限幅、钳位、检波及开关等。
忽略正向导通压降和电阻，二极管相当短路；二极管反向截止时忽略反向饱和电流，反向电阻无穷大，二极管相当开路路。
I S uiU R 二极管是一种非线性元件，其特性就是PN 结的特性，而电流i D 与两端的电压u D 的关系近似为：1.2.2 二极管的伏安特性普通二极管是应用PN 结的饱和区、死区和导通区的特性制成的二端元件。
电路符号为：（1）伏安关系（2）理想二极管）（1-=T D V u S D e I i I S —反向饱和电流；V T —温度的电压当量，当常温（T=300K ）时，V T =26mV 。
在正常工作范围内，当电源电压远大于二极管正向导通压降时，可将二极管当作理想二极管处理，其伏安特性如图示。
k a D最大整流电流又称为额定正向平均电流，是指二极管长时间使用时，允许通过的最大正向平均电流。
此值取决于PN 结的面积、材料和散热情况。
1.2.3 二极管的主要电参数1）最大整流电流I F2）最高反向工作电压U R3）最大反向电流I RM I F I RM ui U R 最大反向电流是指二极管加上最高反向工作电压时的反向电流值。
半导体二极管图片
(1) 稳定电压UZ — 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 —— 其概念与一般二极管的动态
电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的
。 rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 rZ =VZ /IZ
3稳定电流IZ
IZ是稳压管正常工作时电流的参考值， 该值应选在Izmin~Izmax之间
3.1.1 本征半导体及其导电性
本征半导体 —— 化学成分纯净的半导体
晶体。
制造半导体器件的半导体材料的纯度要达 到 99.9999999% ，常称为“九个 9” 。它在物 理结构上呈单晶体形态。
(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。
。
。
c
4. 在外加电压的作用下 ， P 型半导体中的电流主要 是 b ，N 型半导体中的电流主要是 a 。 （a. 电子电流、b.空穴电流）
半导体二极管
1
半 导 体 二 极 管 的 基 本 结 构
2
半 导 体 二 极 管 的 伏 安 特 性
3
半 导 体 二 极 管 的 主 要 参 数
(2) 面接触型二极管
这种结构的立体和平面示意图见图。
(c)
(a) 硅晶体的空间排列
(b) 共价键结构平面示意图
图 硅原子空间排列及共价键结构平面示意图
（2）电子空穴对
当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度 升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原 子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。
电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的
。 rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 rZ =VZ /IZ
3稳定电流IZ
IZ是稳压管正常工作时电流的参考值， 该值应选在Izmin~Izmax之间
3.1.1 本征半导体及其导电性
本征半导体 —— 化学成分纯净的半导体
晶体。
制造半导体器件的半导体材料的纯度要达 到 99.9999999% ，常称为“九个 9” 。它在物 理结构上呈单晶体形态。
(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。
。
。
c
4. 在外加电压的作用下 ， P 型半导体中的电流主要 是 b ，N 型半导体中的电流主要是 a 。 （a. 电子电流、b.空穴电流）
半导体二极管
1
半 导 体 二 极 管 的 基 本 结 构
2
半 导 体 二 极 管 的 伏 安 特 性
3
半 导 体 二 极 管 的 主 要 参 数
(2) 面接触型二极管
这种结构的立体和平面示意图见图。
(c)
(a) 硅晶体的空间排列
(b) 共价键结构平面示意图
图 硅原子空间排列及共价键结构平面示意图
（2）电子空穴对
当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度 升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原 子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。
二极管PPT课件
二极管的单向导电性
综上所述，二极管加正向电压大 于死区电压时才会导通，加反向电压 时管子处于截止状态，这一特性称为 二极管的单向导电性。
第13页/共21页
[例1.1] 图1-3所示电路中，当开关S闭合后，H1、H2两个指 示解 ：灯 ，由哪电 路一图个可可知能，发开光关 S？闭 合 后 ， 只 有 二 极 管 V 1 正 极 电 位 高 于 负 极 电 位 ，
(b)面接触型
结面积大、正向电流大、结 电容大，用于大电流整流电路。
金属触丝 N型锗片
阳极引线
阴极引线
( a ) 点接触型 外壳
铝合金小球 阳极引线
N型硅
PN结 金锑合金
底座
阴极引线 ( b ) 面接触型
第8页/共21页
(c) 平面型
用于集成电路制作工艺中。 PN结结面积可大可小，用于高频整 流和开关电路中。
1、半导体的特点：
（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 。
半导体中两种携带电荷粒子： （1）空穴（带正电荷） （2）自由电子（带负电荷）
载流子
第1页/共21页
2、Ｐ型半导体和Ｎ型半导体
即处于正向导通状态，所以H1指示灯发光。
图1-3 [例1.1]电路图
第14页/共21页
4. 晶体二极管的主要参数
（1）最大整流电流IFM
指管子长期运行时，允许通过的最大直流电流。
（2）反向击穿电压UBR
指管子反向击穿时的电压值。
（3）最高反向工作电压URM
二极管正常工作时允许承受的最高反向电压 （约为UBR的一半）。
半导体二极管的结构和分类
半导体二极管的构成的，其基本 特性就是PN结的特性，它的伏安特性曲线形象的反 映了半导体二极管的单向导电性和反向击穿特性。 二极管的伏安特性呈非线性，二极管是非线性器件。
• 二极管的基本结构是一个PN结，将PN结加上欧姆接触电 极和外引线，再用管壳封装起来，就成为一个二极管，如 下图（箭头所指：正向导通，反向截止）：
面接触型的二极管的特点是：PN结面积大，结电容 大，一般只用在低频电路中，常用于整流。国产2CP系列、 2CZ系列的二极管都是面接触型二极管。
平面型二极管的特点是：PN结的面积可大可小。结 面积小的，其结电容也小，国产2CK系列二极管就属于这 种类型，多用在信号检测和数字电路中；结面积大的，其 结电容也大，多用于大功率整流电路中。
二极管的种类很多，可按不同方法进行分类。 （1）按PN结的半导体材料分有：硅（Si）二极管、
锗（Ge）二极管及砷化镓（GaAs）二极管等。 （2）按二极管的内部结构分有：点接触型、面接触 型及平面型等。 三种结构各有特点，其用途也不同。
点接触型二极管的特点是：PN结面积小，因而结电 容小，允许流过的电流小（几十毫安以下），适用于调制 信号的检波。如收音机、通信机等常用的国产 2AP1~2AP7和2AP9~2AP17等2AP系列及2CZ系列的二 极管，都是点接触型锗二极管。
三种二极管的内部结构示意图如下：
（3）按用途不同，二极管可分为检波二极管、整流 二极管、高压整流二极管、稳压二极管、开关二 极管、发光二极管、光电二极管及磁敏二极管等。
二极管的伏安特性曲线
二极管最重要的特性就是单向导电性，可以 用伏安特性来说明。所谓伏安特性是指二极 管两端所加电压与通过它的电流之间的关系， 可用曲线形象地表示出来。如图：
第三单元半导体双极器件(PN结器件)讲解
N0 xe x dV q x [ NS erfc N B ( x) erfc ] 2 dx 0 L1 2 L2
2
解泊松方程可求得结电场与电势，进而 求得结电容、击穿电压等参数。
3.隧道二极管
4.整流器 • 整流器是一种对交流电进行整流的PN结二极管
I I s (e
（1）变容二极管的参数 电容变化系数，品质因数，串联电 阻和击穿电压。 （A）电容变化系数：电容-电压非线性 变化程度 Cmax Cmin 2(Cmax Cmin ) Cmax：零偏压时的结电容 Cmin：击穿电压时的结电容 值越大，表示结电容相对变化越大。
（B）品质因数Q：储存能量与消耗能量的 比值。变容二极管的效率也由品质因数 表示。 1
稳压管的最大功率损耗 (C) 最大耗散功率 PZM —— 取决于PN结的面积和散热等 条件。反向工作时PN结的功 (D) 最大稳定工作电流 率损耗为 PZ= VZ IZ，由 PZM IZmax 和最小稳定工作 和VZ可以决定IZmax。
电流IZmin —————
稳压管的最大稳定工作 电流取决于最大耗散功率， 即PZmax =VZIZmax 。而Izmin对 应VZmin。 若IZ＜IZmin则不能 稳压。
稳压二极管在工作时应反接，并
串入一只电阻。
电阻的作用一是起限流作用，以 保护稳压管；其次是当输入电压或负
载电流变化时，通过该电阻上电压降
的变化，取出误差信号以调节稳压管
的工作电流，从而起到稳压作用。
2.变容二极管 利用PN结电容随外加电压非线性变 化的特性，即电抗可变器件。 具有以下三种效应： （1）通过外加电压改变电抗，用做微波信 号的开关或调制。 （2）利用非线性特性产生外加微波信号的 谐波。 （3）用两个不同频率的微波信号进行参量 放大，或将其中一个信号上变频。
半导体二极管
半导体二极管半导体二极管是由PN结加上引出线和管壳构成的。
一、二极管的分类1、按照所用的半导体材料：可分为锗管和硅管。
2、根据其不同用途：可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。
3、按照管芯结构：可分为点接触型二极管（电流小，高频应用）、面接触型二极管(电流大，用于整流)及平面型二极管。
二、二极管图形符号①整流二极管：利用单向导电性把交流电变成直流电的二极管。
②稳压二极管：利用反向击穿特性进行稳压的二极管。
③发光二极管：利用磷化镓把电能转变成光能的二极管。
④光电二极管：将光信号转变为电信号的二极管。
⑤变容二极管：利用反向偏压改变 PN 结电容量的二极管三、型号命名整流二极管——2CZ82B稳压二极管——2CW50变容二极管——2AC1 等等。
四、二极管的特性单向导电性。
正向导通反向载止。
五、二极管的参数1、最大整流电流(IF) （由于电流通过PN结，使得管子发热，电流达到一定程度，管子因过热而烧坏。
）指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。
2、反向击穿电压 (VBR)指管子反向击穿时的电压。
3、最大反向工作电压VRM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。
4、反向电流IR（由于反向电流与温度有关，所以使用二极管时注意温度的影响。
）5、正向压降VF在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。
小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下，约0.6V～0.8V；锗二极管约0.1V～0.3V。
6、最高工作频率fM二极管工作的上限频率，超过该频率，结电容起作用，二极管将不能很好的体现单向导电性。
六、二极管的检测1、判别正负极性万用表：R ×100 或 R×1 k 挡；将红、黑表笔分别接二极管两端。
所测电阻小时，黑表笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。
2、质量好坏判别万用表：R 1k。
(1)若正反向电阻均为零，二极管短路；(2)若正反向电阻非常大，二极管开路。
半导体二极管
阴极
(b)
R
＋
＋
Ui －
Uz
－
(c)
图1.10 稳压管的伏安特性曲线、 （a）伏安特性曲线;（b）图形符号;（c）稳压管电路
半导体二极管
2）基本参数
（1）稳定电压UZ是指在规定的测试电流下，稳
压管工作在击穿区时的稳定电压。
（2）稳定电流IZ是指稳压管在稳定电压时的工作 电流，其范围在IZmin～IZmax之间。
半导体二极管
普通二极被击穿后，不能恢复，失去单向导电性， 将造成永久性损坏。
理想二极管：外加正向电压时，正向电压降和正 向电阻等于零，相当于开关闭合； 外加反向电压时，二极管截止，相当于开关断 开。
半导体二极管
三 半导体二极管的主要参数 二极管的参数是定量描述二极管性能的质量指标，
只有正确理解这些参数的意义，才能合理、正确地使 用二极管。
第二节 半导体二极管
一 基本结构和表示符号
在一个PN结的P区和N区各接出一条引线，然后再封装在管壳内，就制成一只晶体二极管。 P区引出线叫正极（或阳极）N区引出端叫负极（阴极）
半导体二极管
它的符号为：
半导体二极管又称晶体二极管，简称二极管。二极管按其 结构的不同可以分为点接触型和面接触型两类。
点接触型二极管的结构，如图1.4（a）所示。这类 管子的PN结面积和极间电容均很小，不能承受高的反向电压和 大电流，因而适用于制做高频检波和脉冲数字电路里的开关元 件，以及作为小电流的整流管。
半导体二极管
二 伏安特性 根据制造材料的不同，二极管可分为硅、锗两大
类。相应的伏安特性也分为两类。图1.5（a）所示为 硅二极管的伏安特性;图1.5（b）所示为锗二极管的伏 安特性。现以图1.5（a）所示硅二极管为例来分析二 极管的伏安特性。
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稳压管
稳压管是应用在反向击穿区的特殊硅 二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二 极管的伏安特性曲线完全一样，稳压二极管 伏安特性曲线的反向区、符号和典型应用电 路如图所示。
(a)
(b)
(c)
(a)符号 (b) 伏安特性 (c)应用电路
稳压二极管的伏安特性
从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极 管的参数。
P型半导体中空穴是多数载流子， 主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热 激发形成。
P型半导体的结构示意图
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。P型半导体的结构示意图如图所示
。
P型半导体的结构示意图
杂质对半导体导电性的影响
掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大 的影响，一些典型的数据如下:
(3) 最大反向电流IRM
在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大 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。
(4) 最高工作频率fM
PN结内的正负离子随着外加电压的变化而变 化，说明PN结具有电容特性。fM值主要取决于PN结 的结电容，结电容越大，二极管允许的最高工作频 率越低。
从击穿的机理上看，硅 二极管若|VBR|≥7V时,主要是雪 崩击穿；若|VBR|≤4V时, 则主要 是齐纳击穿。当在4V～7V之间 两种击穿都有。
半导体二极管的参数
半导体二极管的参数包括最大整流电流IOM、反向击穿电压 UBR、最大反向工作电压URM、最大反向电流IRM、最高工作频率fmax和 结电容Cj等。几个主要的参数介绍如下：
半导体二极管的伏安特性曲线
半导体二极管的伏安特性曲线如图 01.12 所示。处于第一象 限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。 根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示:
V
I IS (e VT 1)
(1.1)
式中IS 为反向饱和电流，V 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
PN结的形成 PN结的单向导电性 PN结的电容效应
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。此时将在N型半 导体和 P 型半导体的结合面上形成如下物理过程:
因浓度差
多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区
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
半导体二极管图片
半导体二极管图片
半导体二极管图片
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0.6~0.7V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。
电子技术基础
主讲：林昕
第三章 半导体二极管、三极管和场效应管
3.1 PN结与半导体二极管、稳压管 3.2 半导体三极管 3.3 场效应管
3.1 PN结与半导体二极管、稳压管
1 本征半导体 2 N型半导体和P型半导体 3 PN结及其单向导电性
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 半导体的电阻率为10-3～109 cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以 及砷化镓GaAs等。
最后多子扩散和少子的漂移达到动态平衡。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 P N 结 , 在空间 电荷区，由于缺 少多子，所以也 称耗尽层。
PN 结形成的 过程可参阅图。
PN结的形成过程
PN结的单向导电性
PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从 P 区 流到 N 区， PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻 性，电流小。
PN结加正向电压 时的导电情况
（动画1-4）
(2) PN结加反向电压时的导电情况
PN结加反向电压时的导电情况如图所示。
外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相 同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减
在一小定。温此度时条P件N结下区，的少子在内电场的作用 由本征激发决定的下少形子成浓的漂移电流大于扩 度是一定的，故少散子电形流成，可忽略扩散电流 的漂移电流是恒定，的由，于基漂移电流本身就很 本上与所加反向电小压，的P大N结呈现高阻性。 小无关，这个电流也称为
这种结构的立体和平面示意图见图。
(c)
(a) 硅晶体的空间排列 (b) 共价键结构平面示意图 图 硅原子空间排列及共价键结构平面示意图
（2）电子空穴对
当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度 升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原 子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。
本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。
(3) 空穴的移动
自由电子的定向运动形成了 电子电流，空穴的定向运动也可 形成空穴电流，它们的方向相反 。只不过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，因此，空穴的导电能力 不如自由电子
空穴在晶格中的移动
2 杂质半导体
(1) N型半导体 (2) P型半导体
稳压二极管在工作时应反接，并串入一 只电阻。
电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压 管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过 该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳
电子。
在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主 要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发
形成。
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，因此，五价杂质原 子也被称为施主杂质。N型半导体的结构示意图
如图所示。
N型半导体结构示意图
(2) P型半导体
本征半导体中掺入三价杂质元 素，如硼、镓、铟等形成 P型半导体， 也称为空穴型半导体。因三价杂质原子 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。
1 T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3
3 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3
以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。
杂质半导体简化模型
P
N
3 PN结及其单向导电性
半导体二极管
1
2
3
半
半
半
导
导
导
体
体
体
二
二
二
极
极
极
管
管
管
的
的
的
基
伏
主
本
安
要
结
特
参
构
性
数
(2) 面接触型二极管
PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
往往用于集成电路制造工 艺中。PN 结面积可大可小， 用于高频整流和开关电路中。
(b)面接触型
(3) 平面型二极管
二极管符号
(c)平面型
图 01.11 二极管的结构示意图
VD2
VD１
3k 6V
12V
+A
UAB –
B
例3
+
ui
–
R D
8V
u2
18V 8V
+
uo–Leabharlann 参考点二极管整u的i流已用知、1途8：检s：in波、tV限
幅二、极箝管位是、理开想关的、，元试
器件画保出护u、o 波温形度。补偿
等。
t
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
(2) 反向特性
当V＜0时，即处于反向特性区域。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
饱和电流IS 。
当V≥VBR时，反 向电流急剧增加， VBR称为反向击穿电
压。
在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。 硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小 锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大
反向饱和电流。
图 01.08 PN 结加反向电压时的 导电情况
PN结加反向电压时的导电 情况
PN结外加正向电压时， 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。
思考题：
1. 在杂质半导体中多子的数量与
如果外加电压使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；
P 区的电位低于 N 区的电位，称为加反向电压， 简称反偏。
(1) PN结加正向电压时的导电情况
PN结加正向电压时的导电情况如图
外加的正向电压有一部分降 落在 PN 结区，方向与PN结内电 场方向相反，削弱了内电场。内电 场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩 散电流加大。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。
(1) 最大整流电流IFM——
(2) 反向击穿电压VBR—— 和最大反向工作电压VRM
二极二管极长管期反向连电续流工 急作剧时增，加时允对许应通的过反二向 电极压管值称的为最反大向整击流穿
电流电的压平VB均R。值。
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。