半导体二极管的结构及特性
半导体二极管(Diode)
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[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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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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2.4.1 二极管V-I特性的建模
1. 理想模型(ideal model)
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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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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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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。
半导体二极管的类型
半导体二极管的类型半导体二极管的类型及其特性半导体二极管是电子工程中的基础元件，广泛应用于各种电子设备中。
了解不同类型的半导体二极管以及其特性对于电子工程师和设计师至关重要。
本文将详细介绍几种常见的半导体二极管类型及其主要特性。
一、普通二极管普通二极管是最基本的半导体二极管，由P型半导体和N型半导体组成。
它具有单向导电性，即只允许电流从一个方向流过。
正向偏置时，二极管导通，电阻较小；反向偏置时，二极管截止，电阻极大。
普通二极管常用于整流、检波和开关等电路。
二、发光二极管（LED）发光二极管是一种能够将电能转化为光能的特殊二极管。
当LED正向偏置时，电子与空穴复合释放出能量，激发荧光物质发光。
LED具有发光效率高、寿命长、体积小等优点，广泛应用于显示器、照明、指示器等领域。
三、稳压二极管（Zener Diode）稳压二极管是一种利用PN结反向击穿特性实现电压稳定的特殊二极管。
当反向电压达到稳压值时，稳压二极管进入击穿状态，保持电压基本不变。
稳压二极管具有稳定电压、响应速度快等优点，常用于电压稳定器、过电压保护等电路。
四、肖特基二极管（Schottky Diode）肖特基二极管是一种采用金属与半导体接触形成的结构，具有低功耗、快速开关速度和高频特性。
与普通二极管相比，肖特基二极管的反向漏电流较大，但正向压降低，适用于高频整流、检波、开关等电路。
五、光电二极管（Photodiode）光电二极管是一种能够将光能转化为电能的特殊二极管。
当光照射到光电二极管上时，光子激发半导体内的电子，产生电流。
光电二极管具有灵敏度高、响应速度快等优点，广泛应用于光通信、光电检测等领域。
总结：半导体二极管作为电子工程中的基础元件，具有多种类型，每种类型都有其独特的特性和应用场景。
普通二极管实现基本的整流和开关功能；发光二极管将电能转化为光能，为显示和照明领域提供支持；稳压二极管实现电压稳定，保护电路免受电压波动影响；肖特基二极管适用于高频电路，提高电路性能；光电二极管实现光能与电能的转换，为光通信和光电检测等领域提供解决方案。
二极管的工作原理与特性分析
二极管的工作原理与特性分析二极管是一种电子元件，在电子电路中扮演着重要的角色。
它作为一种半导体器件，具有独特的工作原理和特性，对于电子技术的发展起到了重要的推动作用。
1. 基本构造二极管是由两个不同材料构成的P型和N型半导体材料组成。
它有一条p-n结，即P区和N区之间的交界处。
P区富含正电荷，而N区富含负电荷。
这种特殊的结构决定了二极管的特性。
2. 工作原理二极管的工作原理基于P-N结形成的内建电场。
当不加电压时，内建电场会将自由电子从N区传输到P区，同时会将空穴从P区传输到N区。
这个过程被称为扩散。
当向二极管加正向偏置电压时，即正极连接P区，负极连接N区，内建电场受到抑制。
自由电子会被电场吸引到P区，空穴会被抑制在N区。
这样，P区内的电子浓度增加，N区内的空穴浓度增加，形成电子流和空穴流的导电状态。
这个过程被称为正向导通。
相反，当向二极管加反向偏置电压时，即正极连接N区，负极连接P区，内建电场受到增强。
自由电子会被电场抑制在N区，空穴会被电场吸引到P区。
这样，内建电场阻碍了电子流和空穴流的导电状态，二极管处于反向截止状态。
3. 特性分析二极管的关键特性是单向导通性。
正向导通时，二极管具有低电阻，几乎没有电压降。
而反向截止时，二极管具有高电阻，即使有微小的反向电流，也能有效抑制。
此外，正向导通时二极管还有一个特殊的特性，即正向压降。
当正向电压超过二极管的截止电压（一般在0.6V-0.7V之间），电流急剧增加，且电压变化很小。
这使得二极管可以用作电压稳压器件。
另外一个重要特性是二极管的响应速度。
由于其内部结构简单，二极管具有非常快的响应速度，可用于高频电路以及快速开关应用中。
此外，二极管还具有非线性的伏安特性，这使得它可以被用作整流器件，将交流电转换为直流电。
这在电源和通信设备中起到了关键作用。
4. 应用领域二极管应用广泛，常见的应用包括电源电路、整流器、放大器、调制器、开关、放电管等。
二极管的小体积、低功耗以及快速的响应速度使其成为现代电子设备必不可少的组成部分。
12二极管的特性及主要参数
1 .2 二极管的特性及主要参数教学要求了解二极管的结构；掌握二极管的伏安特性；熟悉二极管的主要参数。
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、平面型二极管的结构和符号（a）结构示意图（b）电路符号（c）点接触型（d）面接触型（e）平面型二极管常见外型图：二、二极管的伏安特性二极管由一个PN结构成，具有单向导电性。
二极管电流ID 随外加于二极管两端的电压uD的变化规律，称为二极管的伏安特性曲线。
1.PN 结的伏安方程曼常数，q为电子电量，当T = 300(27 C)时，UT= 26 mV。
2.二极管的伏安特性二极管由一个PN结构成，具有单向导电性。
当外加正向电压小于Uth时，外电场不足以克服PN结的内电场对多子扩散运动造成的阻力，正向电流几乎为零，二极管呈现为一个大电阻，好像有一个门坎，因此将电压Uth 称为门槛电压(又称死区电压)。
在室温下硅管Uth≈0.5V，锗管Uth≈0.1V。
当外加正向电压大于Uth后，PN结的内电场大为削弱，二极管的电流随外加电压增加而显著增大，电流与外加电压呈指数关系，实际电路中二极管导通时的正向压降硅管约为0.6～0.8V，锗管约为0.1～0.3V，因此工程上定义这一电压为导通电压，用UD(ｏn)表示，认为u D＞ＵD(ｏn)时，二极管导通，i D有明显的数值，而u D＜U D(ｏn)时，i D很小，二极管截止，工程上，一般取硅管UD(ｏn)=0.7V，锗管UD(ｏn)=0.2V。
二极管电流i D随外加于二极管两端的电压u D的作用而变化的规律，称为二极管的伏安特性曲线。
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，锗管为几十微安。
）.当加于二极管两端的反向电压增大到U(BR) 时，二极管的PN结被击穿，此时反向电流随反向电压的增大而急剧增大，U(BR) 称为反向击穿电压。
二极管的分类与特性参数(精)
二极管的分类与特性参数(精)二极管的分类与参数一、半导体二极管1.1二极管的结构半导体二极管简称二极管，由一个PN 结加上相应的电极引线和管壳构成，其基本结构和符号如图1所示。
图1 二极管的结构及符号1.2 二极管的分类1、根据所用的半导体材料不同，可分为锗二极管和硅二极管。
2、按照管芯结构不同，可分为： （1）点接触型二极管由于它的触丝与半导体接触面很小，只允许通过较小的电流（几十毫安以下），但在高频下工作性能很好，适用于收音机中对高频信号的检波和微弱交流电的整流，如国产的锗二极管2AP 系列、2AK 系列等。
（2）面接触型二极管面接触型二极管PN 结面积较大，并做成平面状，它可以通过较大了电流，适用于对电网的交流电进行整流。
如国产的2CP 系列、2CZ 系列的二极管都是面接触型的。
（3）平面型二极管它的特点是在PN 结表面被覆一层二氧化硅薄膜，避免PN 结表面被水分子、气体分子以及其他离子等沾污。
这种二极管的特性比较稳定可靠，多用于开关、脉冲及超高频电路中。
国产2CK 系列二极管就属于这种类型。
3、根据管子用途不同，可分为整流二极管、稳压二极管、开关二极管、光电二极管及发光二极管等。
1.3 二极管的特性引外壳触丝基PN二极管的电路P N阳阴极点接面接1、正向特性二极管正向连接时的电路如图所示。
二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就处于导通状态（灯泡亮），如同一只接通的开关。
实际上，二极管导通后有一定的管压降（硅管0.6～0.7V，锗管0.2～0.3V）。
我们认为它是恒定的，且不随电流的变化而变化。
但是，当加在二极管两端的正向电压很小的时候，正向电流微弱，二极管呈现很大的电阻，这个区域成为二极管正向特性的“死区”，只有当正向电压达到一定数值（这个数值称为“门槛电压”，锗二极管约为0.2V，硅二极管约为0.6V）以后，二极管才真正导通。
此时，正向电流将随着正向电压的增加而急速增大，如不采取限流措施，过大的电流会使PN结发热，超过最高允许温度（锗管为90℃～100℃，硅管为125℃～200℃）时，二极管就会被烧坏。
二极管的结构及性能特点
二极管的结构及性能特点（一）半导体、晶体与PN结1．半导体半导体是导电能力介于导体（例如，金、银、铜、铁、铝等材料）和绝缘体（例如，塑料、橡胶、陶瓷、环氧树脂、云母等材料）之间的物质，具有热敏特性、光敏特性和掺杂特性。
常用的半导体材料有硅、锗、硒、砷化镓及金属的氧化物、硫化物等。
纯净的、不含任何杂质的半导体材料（例如硅、锗等四价元素）称为本征半导体。
2．晶体自然界的一切物质都是由很小的物质微粒—原子构成的。
按照原子排列形式的不同，物质又可分为晶体和非晶体两类。
晶体通常都具有规则的几何形状，其内部的原子按照一定的晶格结构有规律地整齐排列羊，而非晶体内部的原子排列则无规律，杂乱无章。
本征半导体属于理想的晶体，在热激发的作用下，其内部会产生载流子（指自由电子和空穴）。
3．N型半导体在硅或锗等本征半导体材料中掺入微量的磷、锑、砷等五价元素，就变成了以电子导电为主的半导体，即N 型半导体。
在N型半导体中，电子（带负电荷）叫多数载流子，空穴（带正电荷）叫少数载流子。
4．P型半导体在硅或锗等本征半导体材料中掺入微量的硼、铟、镓或铝等三价元素，就就成了以空穴导电为主的半导体，即P型半导体。
在P型半导体中，空穴（带正电荷）叫多数载流子，电子（带负电荷）叫少数载流子。
5．PN结语通过特殊的“扩散”制作工艺，将一块本征半导体的一半掺入微量的五价元素、变成P型半导体，而将其另一半掺入微量的三价元素、变成N型半导体，在P型半导体区和N型半导体区的交界面处就会形成一个具有特殊导电性能的薄层，这就是PN结，它对P型区和N型区中多数载流子的扩散运动产生了阻力。
6．单向导电性 PN结主要的特性就是其具有单方向导电性，即在PN加上适当的正向电压（P区接电源正极，N区接电源负极），PN结就会导通，产生正向电流。
若在PN结上加反向电压，则PN结将截止（不导通），正向电流消失，仅有极微弱的反向电流。
当反向电压增大至某一数值时，PN结将击穿（变为导体）损坏，使反向电流急剧增大。
半导体二极管的导通电压特性及应用分析
半导体二极管的导通电压特性及应用分析半导体二极管是一种最简单的半导体器件，具有非常重要的导电特性和广泛的应用。
导通电压是二极管的一个重要参数，决定了二极管能否在电路中起到理想的作用。
本文将深入探讨半导体二极管的导通电压特性，同时分析其在实际应用中的重要作用。
一、二极管的基本结构和性质半导体二极管由P型半导体和N型半导体材料组成，分别形成PN结。
在PN结中，P区富含电子空位，N区富含自由电子。
这种结构的二极管在无外加电压的情况下会形成一个正向偏置，导致电子从N区向P区运动，同时空位从P区向N区运动，形成电流。
二、半导体二极管的导通电压特性半导体二极管在导通状态下，需要达到一定的电压才能开始导电。
这个导通电压被称为正向电压或者开启电压。
实际上，正向电压会引起PN结的耗能，从而产生正向电流。
而当PN结处于反向电压下时，电流极小，甚至可以忽略不计。
PN结的导通电压特性是非线性的，也就是说导通电压并非线性增长。
在二极管导通之前，需要克服PN结产生的势垒电压（Schottky势垒），才能使电流流过。
当正向电压超过势垒电压时，电流会快速增大，最终进入饱和状态。
因此，导通电压是二极管导通的关键电压，也是二极管正常工作的必要条件。
三、导通电压的影响因素导通电压的大小受到PN结材料特性和结构参数的影响。
以下是导通电压变化的主要因素：1. 材料特性：PN结的材料特性对导通电压有直接影响。
不同的半导体材料有着不同的导通电压特性。
例如，硅(Si)二极管通常具有一个较高的导通电压（约0.6V），而锗(Ge)二极管则具有较低的导通电压（约0.3V）。
2. 温度对导通电压的影响：温度变化会导致PN结材料内禀载流子浓度的变化，从而影响导通电压。
一般来说，温度升高会引起导通电压的减小，而温度降低则会使导通电压增加。
3. PN结的几何参数：导通电压还受到PN结的几何参数的影响。
例如，PN结的面积和长度等参数会对导通电压造成显著影响。
半导体发光二极管工作原理特性及应用
半导体发光二极管工作原理特性及应用半导体发光器件包含半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。
事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。
一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）LED发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP （磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。
因此它具有通常P-N结的I-N 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。
进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间邻近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。
发光的复合量相关于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。
由于复合是在少子扩散区内发光的，因此光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
理论与实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。
若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。
比红光波长长的光为红外光。
现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
（二）LED的特性1．极限参数的意义（1）同意功耗Pm:同意加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。
超过此值，LED发热、损坏。
（2）最大正向直流电流IFm：同意加的最大的正向直流电流。
超过此值可损坏二极管。
（3）最大反向电压VRm：所同意加的最大反向电压。
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iD / mA
60
40
20 –50 –25
0 0.4 0.8 uD / V
– 0.02 硅管的 – 0.04 伏安特性
第1章 半导体二极管 iD / mA
V
击
电压
0.2 0.3 V 锗管0.2 V
穿
U（BR) U 0 iD = IS < 0.1 A(硅) 几十A (锗)
第1章 半导体二极管
U < U（BR） 反向电流急剧增大 (反向击穿) 反向击穿类型：
电击穿 — PN结未损坏，断电即恢复。 热击穿 — PN结烧毁。 反向击穿原因： 齐纳击穿：反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 （Zener) (击穿电压 < 6V, 负温度系数)
半导体二极管的结构及特性
1.2.2 二极管的伏安特性
第1章 半导体二极管
0 U Uth iD = 0
iD /mA 正向特性
Uth
=
0.5 0.2
V V
(硅管) (锗管)
U (BR) IS
反 向
反向特性O
UthuD ຫໍສະໝຸດ V 死区U UD(on)=
Uth 0.6
iD 急剧上升
0.7 V 硅管0.7
15
10 5
– 50 – 25
–0.01 0 0.2 0.4 uD / V
–0.02
锗管的 伏安特性
1.2.3 温度对二极管特性的影响 T升高时，
iD / mA 90C
60
20C
UD(on)以 2 2.5 mV/ C下降
40 20
–50 –25
O 0.4
uD / V
– 0.02