半导体二极管极其电路

第一章 半导体二极管极其电路
1、 什么是本征半导体？什么是杂质半导体（N 型、P 型）？
本征半导体是非常纯净的半导体晶体，而在单晶半导体内，原子按晶体结构排列得非常
整齐。

杂质半导体：掺入微量元素的本征半导体，例：N 型掺入五价元素磷，P 型掺入三价
元素硼。

2、在半导体中有几种载流子？半导体的导电方式与金属的导电方式有什么不同？
答：在半导体中有两种载流子，电子和空穴。

而金属导体中只有自由电子参与导电。

3、如何理解电子-空穴对的产生和复合？
电子空穴对的产生与复合是由于自由电子的移动，空穴并不是真正存在的粒子，电子填充空穴位置即复合。

电子离开空穴即产生。

4、在PN 结中什么是扩散电流？什么是漂移电流？
答：PN 结两侧的P 型半导体、N 型半导体掺入的杂质元素不同，其载流子浓度也不相同。

由于存在载流子浓度的差异，载流子会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，通常把这种运动称为扩散运动，把扩散运动产生的电流称为扩散电流。

在内电场的作用下，N 区的少数载流子（空穴）会向P 区做定向运动，同样P 区的少数载流子（自由电子）会向N 区做定向运动，这种运动称为漂移运动，由漂移运动产生的电流称为漂移电流。

5、说明扩散运动、漂移运动对空间电荷区（耗尽层）的影响。

答：扩散运动会使空间电荷区变宽、内电场加大；内电场的产生和加强又阻止了多子的扩散，
有助于少子的漂移，结果使空间电荷区变窄，削弱了内电场，如此反复，在P 区和N 区之间，多子的扩散和少子的漂移会形成动态平衡，扩散电流等于漂移电流，总电流等于零，空间电荷区宽度一定，内电场强度一定，PN 结呈电中性。

6、写出PN 结的伏安特性表达式并绘出响应的曲线。

答：PN 结的伏安特性可用下式描述：)1e (T D /s D -=nV v I i
7、 解释雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿形成的原因，并说明热击穿与电击穿的异同。

雪崩击穿：当加在PN 结两端反向电压足够大时 PN 结内的自由电子数量激增导致反向电流迅速增大，导致击穿。

齐纳击穿：在PN 结两端加入高浓度的杂质，在不太高的反向电压作用下同样会使反向电流迅 迅增大产生击穿
热击穿：加在PN 结两端的电压和流过PN 结电流的乘积大于PN 结允许的耗散功率，PN 结会因为热量散发不出去而被烧毁
不同：电击穿可逆，热击穿不可逆，需要避免
8、PN结中的势垒电容、扩散电容是如何形成的？
势垒电容：是由空间电荷区产生的，在空间电荷区中缺少载流子、只有不能移动的正、负离子。

且当外加电压发生变化，空间电荷区电荷量发生变化呈现电容效应。

扩散电容：在PN结正偏时，N区电子向P区扩散，靠近结边缘的浓度大，远离结边缘的浓度小，产生电容效应。

9、为什么PN结具有单向导电性？
答：PN结两端加入正向电压时，外场强的方向和内场强的方向相反。

在外场强的作用下，空间电荷区变窄，使扩散运动大于漂移运动，从而产生较大的正向扩散电流（一般为几毫安），此时称PN结处于导通状态。

PN结两端加入反向电压时，外场强的方向和内场强的方向相同。

在外场强的作用下，空间电荷区变宽，阻止了扩散运动，扩散电流接近于零，PN结只存在由少数载流子形成的微小的漂移电流。

又称为反向饱和电流（典型值范围为10-14～10-8A），此时称PN结处于截止状态。

所以PN结具有单向导电性。

10、根据二极管的伏安特性曲线，解释二极管在3个区段（截止区、导通区、击穿区）的工作
情况。

答：二极管的伏安（V−I）特性分为3个区间：①段为正向导通区；②段为反向截止区；③段为反向击穿区。

1．正向特性
在二极管正向偏置且电压比较小时，外加电压不足以克服PN结的内电场，二极管的电流约等于零，二极管等同于一个大的电阻；当正向电压大于门坎电压时，二极管等同于一个小的电阻，因而电流迅速加大，二极管开始导通。

2．反向特性
在二极管反向偏置时，在内电场和外加电压的共同作用下，很容易通过空间电荷区形成反向饱和电流，此时，扩散电流约为零。

由于反向饱和电流是由少数载流子漂移形成的，它的数值一般比较小。

3．击穿特性
当二极管处于反向偏置状态，且反向电压大于击穿电压V BR时，二极管电流迅速增加，这种击穿称为反向击穿。

11、简述二极管基本电路及其分析方法。

答：1．指数模型：
)1
(/D
s
D
-=T V v e
I
i
2．理想模型：当外加电压大于０Ｖ时，二极管导通，电阻为0Ω；当外加电压小于0V 时，二极管截止，电阻无穷大。

此模型适用于外加电压远远大于二极管的管压降情况。

3．恒压降模型：当二极管导通时，认为管压降是一个恒定的值，对于硅管典型值是0.7V 。

此模型适用于二极管中的电流大于等于1mA 的情况。

二极管理想模型 二极管恒压降模型
4．折线模型：较真实地描述了二极管的伏安特性，用理想二极管、一个门槛电压为V th （硅管约为0.5V ）的电池和一个电阻r D （约200欧）的串联来等效。

5．小信号模型：在直流工作电压的基础上，求出Q 点附近的二极管的等效电阻Q
I r D d mV 26 。

二极管折线模型 二极管小信号模型
12、二极管的四种简化模型时什么？使用小信号模型的条件是什么？
理想模型、折线模型、恒压降模型、小信号模型。

使用小信号模型时，输入信号的幅值一定要小。

13、分析题图1-1中各二极管的工作状态（导通或截止），并求出输出电压，设二极管是理想的。

题图1-1
（a ）导通，15o v =V ； （b ）截止，35o v =V ； （c ）导通，31o v =V ； （d ）截止，20o v =V ； （e ）导通，46o v =V ； （f ）截止，6 2.5o v =V ；
14、分析题图1-2中各二极管的工作状态（导通或截止），并求出输出电压的值。

题图1-2
（a ）D （左）截止，D （右）导通，12o v =V ；（b ）D （左）导通，D （右）截止，20o v =V ；
15、电路如题图1-3（a ）所示，输入电压如题图1-3（b ）所示，在0 < t < 5ms 的时间周期内，
画出输出电压的波形。

用恒压降模型，管压降为0.7V 。

题图1-3
16、
17、电路如题图1-5所示，当vi1、vi2、vi3分别输入0V 或5V 电压时，求输出电压vo 的值，用表格的形式给出，如题表1-1所示。

（利用二极管的理想模型）
题表1-1
题图1-5
18、
稳压二极管是根据齐纳击穿效应制成的二极管，流过其的电流变化很大，但是稳压管两端电压变化却很小。

注意事项：
1工作在反向击穿区; 2合理控制稳压管反向工作电流;3 稳压管要和负载并联.
19、
发光二极管将电能转换成光能。

20、
注：为示意图，没
做精确计算
21、
22、在正半周时A、B同向，负半周时反向。

因为该电路是整流电路。

23、理论值：[12/(1+0.5)]﹡0.5 = 4V
实际测量值会小一些：
二极管会有一定的电阻，二极管左端的电压会比4V高一些（4.22V）；
二极管会有0.7V的电压降，二极管的右端会比4V低一些（3.54V）。