半导体二极管的单向导电特性特点共46页文档

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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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)
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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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。

半导体的特性

一、本征半导体的导电特性1.导体、绝缘体和半导体自然界中的物质从其电结构和导电性能上区分，可分为导体、绝缘体和半导体。

如金、银、铜、铝、铁等金属材料很容易导电，我们称它们为导休。

导体的电阻率小于10-6cm。

如陶瓷、云母、塑料、橡胶等物质很难导电，我们称它们为绝缘体。

绝缘体的电阻率大于108cm。

有一类物质，如硅、锗、硒、硼及其一部分化合物等，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，故称之为半导体。

半导体的电阻率在10-6～108之间。

众所周知，导体具有良好的导电性，绝缘体具有良好的绝缘性，它们都是很好的电工材料。

我们用导体制成电线，用绝缘体来防止电的浪费和保障安全。

而半导体却在很长时间被人们所不齿，因为它的导电性能不好，绝缘性能又差。

然而它的不公正待遇随着人们对它所产生的愈来愈浓厚的兴趣消失了，它终于登上了大雅之堂！这是为什么呢？这是因为它具有一些可以被人们所利用的奇妙特性。

半导体在不同情况下，导电能力会有很大差别，有时犹如导体。

在什么情况下呢？①掺杂：在纯净的半导体中适当地掺入极微量（百万分之一）的杂质，就可以引起其导电能力成百万倍的增加。

②温度：当温度稍有变化，半导体的导电能力就会有显著变化。

如温度稍有增高，半导体的电阻率就会显著减小。

同理光照也会影响半导体的导电能力。

2.本征半导体的原子结构本征半导体——非常纯净且原子排列整齐的半导体。

（纯度约为99.999999999%。

即杂质含量为10的9次方分之一。

）硅原子一14个带负电的电子围绕带正电的原子核运动，并按一定的规律分布在三层电子轨道上。

锗原子一32个带负电的电子围绕带正电的原子核运动，并按一定的规律分布在四层电子轨道上。

由于原子核带正电与电子电量相等，正常情况下原子呈中性。

由于内层电子受核的束缚较大，很少有离开运动轨道的可能。

所以它们和原子核一起组成惯性核。

外层电子受原子核的束缚较小。

叫做价电子。

硅、锗都有四个价电子，故都是四价元素，其简化图见电子课件。

第1章半导体二极管和晶体管

型求出 IO 和 UO 的值。
+ UD -
解:
1、理想模型
UO = V = 6 V
E
IO = E / R = 6 / 6 = 1 (mA)
+
2 V ID
R UR
6KΩ
-
2、恒压降模型
UO = E – UD = 6 0.7 = 5.3 (V) IO = UO / R = 5.3 / 6 = 0.88 (mA)
反向击穿电压 I/mA 反向饱和电流
硅几 A
锗几十~几百 A UBR
硅管的温度稳
IS
O
U/V
定性比锗管好反向饱和电流
36
（二）极间电容
第三节、半导体二极管
C
1、PN结存在等效结电容
PN结中可存放电荷,相当一个电容。
PN
+ ui –
R
– 2、对电路的影响：外加交流电源
+
时，当频率高时，容抗小，对PN
14
第一节、半导体的导电特性
N型半导体
多一个价电子
4
+5
4
掺杂
4
4
4
15
本征激发
第一节、半导体的导电特性
N型半导体
4
+5
4
掺杂
正离子
电子
4
4
4
多子-------电子少子-------空穴
N型半导体示意1图6
第一节、半导体的导电特性
P型半导体
多一个空穴
4
+3
4
掺杂
4
4
4
17
本征激发
第一节、半导体的导电特性

半导体的导电特性

半导体
本征半导体杂质半导体
P型半导体(空穴型） N型半导体（电子型）
常用半导体材料硅和锗的原子结构
价电子：最外层的电子受原子核的束缚最小，最为活跃，故称之为价电子。最外层有几个价电子就叫几价元素，半导体材料硅和锗都是四价元素。
Si+14 2 8 4
Ge+32 2 8 18 4
2. 半导体的内部结构及导电方式：
一是势垒电容CB 二是扩散电容CD
(1) 势垒电容CB
势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。
图 01.09 势垒电容示意图
(2) 扩散电容CD
扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在P 区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度。
vi
RL vo
vo
t
例3：设二极管的导通电压忽略，已知
vi=10sinwt(V)，E=5V，画vo的波形。
vi 10v
5v
R
t
D
vo
vi
E
vo
5v
t
例4：电路如下图，已知v=10sin(t)(V)，
E=5V，试画出vo的波形
vi
解：
t
vD
t
例5：VA=3V, VB=0V，求VF (二极管的导通电压忽略)
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)
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），则有VT=26 mV。

6-1 半导体的导电特性

6-1 半导体二极管半导体元器件是现代电子技术的重要组成部分，是构成各种电子电路的核心，常用的半导体元器件有二极管、晶体管、场效应管等。

半导体元器件由半导体材料制成，因此，学习电子技术应首先了解半导体材料的特性，这将有助于对半导体元器件的学习、掌握和应用。

6-1-1 半导体的导电特性1. 半导体的导电机理导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，这类材料大都是三、四、五价元素,主要有：硅、锗、磷、硼、砷、铟等，他们的电阻率在10-3～107欧.厘米。

绝对纯净的硅、锗、磷、砷、硼、铟叫做本征半导体。

（1）本征半导体及特点半导体材料的广泛应用，并不是因为它们的导电能力介于导体与绝缘体之间，而是它们具有一些重要特性：1）当半导体受到外界光和热的激发（本征激发）时，其导电能力发生显著的变化；2）若在本征半导体中加入微量的杂质（不同的本征半导体）后，其导电能力显著的增加；半导体的这些特点取决于这类物质的化学特性。

（2）半导体的共价键结构1)半导体的化合价物质的化学和物理性质都与物质的价电子数有密切的关系，半导体材料大都是三、四、五价元素。

硅、锗（四价）、磷、砷（五价）、硼、铟（三价）。

2)化学键物质化学键分离子键、共价键和金属键三种，半导体物质的化学键都属于共价键的晶体结构，同时它们的键长一般很长，故原子核对价电子的束缚力不象绝缘物质那样紧，当价电子获得一定的能量后，就容易挣脱原子核的束缚成为自由电子。

+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4可见半导体中的载流子有两种，即自由电子（●）和空穴(○)。

本征半导体的载流子是由本征激发而产生的，其自由电子与空穴是成对出现，即有一个自由电子，就一定有一个空穴，故称电子空穴对。

由于空穴带正电，容易吸引邻近的价电子来填补，从而形成了共有价电子的运动，这种运动无论从效果上，还是从现象上，都好象一个带正电的空穴在移动，它不同于自由电子的运动，故称之为空穴运动。

物质的导电是靠物体内带电粒子的移动而实现的，这种粒子称作载流子。

二极管单向导电性

二极管的伏安特性
半导体二极管又称晶体二极管。二极管的结构：将 PN 结封装在塑料、玻璃或金属外壳里，再从 P 区和 N 区分别焊出两根引线作正、负极。
(a)外形图
(b)符号
图 1.2.4 二极管的外形和符号
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。点接触型管子中不允许通过较大的电流，因结电容小，可在高频下工作。面接触型二极管 PN 结的面积大，允许流过的电流大，但只能在较低频率下工作。
按用途划分：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。
二极管的伏安特性
在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，
I = f (U )之间的关系曲线。
I / mA
I / mA
60
40
正向特性
20
–50 –25
反向
0 0.5 1.0 U / V 击穿电–压0.002
从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。
一、N 型半导体
N型
电子为多数载流子
+4
+4
+4
空穴为少数载流子
+4
+5
&# 电子数
二、 P 型半导体
P型
+4
+4
+4
+4
+3
+4
硼原子
空穴
空穴 — 多子电子 — 少子
载流子数空穴数
半导体二极管
PN 结及其单向导电性

半导体二极管及其应用电路

半导体二极管及其应用电路
1.1.2 PN结
(1)雪崩击穿
当反向电压足够高时（一般U>6V） PN结中内电场较强，使参加漂移的载流子加速，与中性原子相碰，使之价电子受激发产生新的电子空穴对，又被加速，而形成连锁反应，使载流子剧增，反向电流骤增。这种形式的击穿称为雪崩击穿.
半导体二极管及其应用电路
1.1.2 PN结
反偏时由于PN结变厚, 不能导电的区域增大,因此,PN结呈现出的反向电阻很大,流过的反向电流很小,基本为0.
因此, PN结反偏截止.
※PN结的单向导电性: 正偏导通,反偏截止
半导体二极管及其应用电路
1.1.2 PN结
三.PN结的反向击穿特性
反向击穿:当PN结的反偏电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大的现象。 PN结的击穿现象有下列两类： (1) 热击穿:不可逆,应避免 (2) 电击穿:可逆,又分为雪崩击穿和齐纳击穿.
各用一个价电子组成，称为束缚电子。
价电子
＋4
＋
＋
＋
4
4
4
共价键的
两
个价电子
＋
＋
＋
4
4
4
＋
＋
＋
4
4
4
半导体二极管及其应用电路
1.1.1 半导体的导电特性
（2）本征激发现象
当温度升高或受光照射时，共价键中的价电子获
得足够能量，从共价键中挣脱出来，变成自由电子；同时在原共价键的相应位置上留下一个空位，这个空位称为空穴,电子-空穴对就形成了.
半导体二极管及其应用电路
1.1.1 半导体的导电特性
三、杂质半导体
在本征半导体中加入微量杂质，可使其导电性能显著改变。根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体分为两类：电子型（N型）半导体和空穴型（P型）半导体。

二极管的结构及性能特点

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。

（二）普通二极管1．二极管的基本结构二极管是由一个PN结构成的半导体器件，即将一个PN结加上两条电极引线做成管芯，并用管壳封装而成。

P型区的引出线称为正极或阳极，N型区的引出线称为负极或阴极，如图所示。

普通二极管有硅管和锗管两种，它们的正向导通电压（PN结电压）差别较大，锗管为0.2~0.3V，硅管为0.6~0.7V。

2．点接触型二极管如图所示，点接触型二极管是由一根根细的金属丝热压在半导体薄片上制成的。

在热压处理过程中，半导体薄片与金属丝接触面上形成了一个PN结，金属丝为正极，半导体薄片为负极。

点接触型二极管的金属丝和半导体的金属面很小，虽难以通过较大的电流，但因其结电容较小，可以在较高的频率下工作。

点接触型二极管可用于检波、变频、开关等电路及小电流的整流电路中。

3．面接触型二极管如图所示，面接触型二极管是利用扩散、多用合金及外延等掺杂质方法，实现P型半导体和N型半导体直接接触而形成PN结的。

面接触型二极管PN结的接触面积大，可以通过较大的电流，适用于大电流整流电路或在脉冲数字电路中作开关管。

因其结电容相对较大，故只能在较低的频率下工作。

二极管的分类及其主要参数一.半导体二极管的分类半导体二极管按其用途可分为：普通二极管和特殊二极管。

普通二极管包括整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、快速二极管等；特殊二极管包括变容二极管、发光二极管、隧道二极管、触发二极管等。

二.半导体二极管的主要参数1．反向饱和漏电流I R指在二极管两端加入反向电压时，流过二极管的电流，该电流与半导体材料和温度有关。

在常温下，硅管的IR 为纳安（10-9A）级，锗管的IR为微安（10-6A）级。

(整理)半导体二极管 (2).

5.1.1 PN结导入：提问：物体按导电性能可分为哪几类？导体、绝缘体和半导体。

导电性能良好的物体叫导体，导电性性能很差的物体叫绝缘体。

导电性能处于导体和绝缘体之间的物体叫半导体。

新课：一、半导体基本特性及常用半导体半导体导电性能处天导体和绝缘体之间。

除此之外，半导体还有很多重要特性，热敏、光敏和掺杂特性。

热敏讲解：光敏讲解：掺杂讲解：掺杂后导电能力大大增强。

纯净的半导体称为本征半导体。

常用半导体有硅、锗。

硅介绍：石头的主要成份，原来叫矽，1952年后因与硒同音，改称硅。

台湾仍称矽，香港可称矽，也可称硅。

在地球上含量非常多。

锗含量较少，在半导体中用得也较少。

二、Ｐ型半导体和Ｎ型半导体纯净半导体经过掺后，有电子导电和空穴导电两种方式。

空穴导电讲解：以空穴导电为主的叫Ｐ型半导体。

电子导电讲解：以电子导电为主的叫Ｎ型半导体。

三、ＰＮ结的概念及单向导电性１、ＰＮ结概念将Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一结，在结合处形成ＰＮ结。

ＰＮ结是构成各种半导体器件的基础。

Ｐ是英语单词正极（Positive）的第一个字母，Ｎ是英语单词负极（Negative）的第一个字母。

ＰＮ结如果用中文来解释就是正负结。

２、ＰＮ结单向导电性演示实验（请同学们上台一起做）：2.1接通电源，小灯泡点亮。

提问：交换电源正负极，小灯泡是否还亮？2.2交换电源正负极，小灯泡还亮。

结论：小灯泡双向导通，不分正负极。

2.3在电路中间插入二极管（二极管内部结构主要是ＰＮ结）。

做同样实验，发现有一种情况下灯亮，还有一种情况下灯泡不亮了。

2.4简化实验，保持电源正负极不变，只改变二极管的方向，发现一个方向小灯泡亮，一个方向小灯泡不亮了。

2.5结论：ＰＮ结具有单向导电性，即只有一个方向导通，另一个方向不导通（专有名称：截止）。

2.6以自行车气嘴为例说明ＰＮ结单向导电的工作原理：2.7正向偏置：Ｐ接+，Ｎ接-；反向偏置：Ｐ接－，Ｎ接+。

简化理解：正接+，负接-，正向偏置；正按-，负椄+，反向偏置。

半导体导电特性解读

简单的电子技术基础刘海军摘编一、课程背景：电子技术的发展十分迅速，应用非常广泛，现代一切新的科学技术无不与电有着密切的关系。

因此，电子技术是一门重要课程。

为他们将来涉及到电的知识打基础；也为他们自学、深造、拓宽和创新打下基础。

二、课程目标：1、了解模拟电路构成的最基本元件，特性及工作原理。

2、了解集成电路的特点和两种整流电路。

3、了解两种振荡电路及调制方式。

4、了解无线电广播与接收的简单知识。

5、培养学生学习物理的兴趣，用物理知识解决实际问题的能力，热爱生活的情操。

三、教学方式：讲座、讨论、探究（观看教学片、维修店调查、信息采集整理等）四、课程安排：1、时间：每周一课时，共9课时2、对象：全校各年级五、课程内容：向运动形成较大的电流。

因而导体的电阻率很小，只有作用也不会形成电流，所以，绝缘体的电阻率很大，在纯净的半导体单晶硅在室温下电阻率约为（如磷）后，其电阻率急剧下降为，几乎降低了一百万倍。

半导体具有这种性能的根（按一定规则整齐地排列着的晶体。

非常纯净的单晶半导体称为半导体锗和硅都是四价元素，其原子结构示意图如图个电子，带结其符表室一、半波整流电路半波整流电路如图Z0702所示。

它由电源变压器T r整流二极管D和负载电阻RL组成，变压器的初级接交流电源，次级所感应的交流电压为其中U2m为次级电压的峰值，U2为有效值。

电路的工作过程是：在u2的正半周（ωt = 0~π），二极管因加正向偏压而导通，有电流i L流过负载电阻R L。

由于将二极管看作理想器件，故R L上的电压u L与u2的正半周电压基本相同。

在u2的负半周（ωt =π~2π），二极管D因加反向电压而截止，R L 上无电流流过，R L 上的电压u L = 0。

可画出整流波形如图I0702所示。

可见，由于二极管的单向导电作用，使流过负载电阻的电流为脉动电流，电压也为一单向脉动电压，其电压的平均值（输出直流分量）为GS0701流过负载的平均电流为GS0702流过二极管D的平均电流（即正向电流）为GS0703加在二极管两端的最高反向电压为GS0704 。

二极管单向导电性工作原理图文分析

二极管单向导电性工作原理图文分析⑴半导体及基本特性自然界中存在着许多不同的物质，根据其导电性能的不同大体可分为导体、绝缘体和半导体二大类。

通常，将很容易导电、电阻率小于10-4Ω.cm的物质称为导体，如铜、铝、银等金属材料；将很难导电、电阻率小于10-10Ω.cm的物质称为绝缘体，如塑料、橡胶、陶瓷等材料；将导电能力介丁导体和绝缘体之间、电阻率在10-3～109Ω.cm范围内的物质称为半导体。

常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)，硅和锗等半导体都是晶体，所以利用该两种材料所制成的半导体器什又称晶体管。

同时，半导体材料的导电能力会随着温度、光照等的变化而变化，分别称为热敏性和光敏性，尤其是半导体的导电能力因掺入适量杂质会发生很大的变化。

例如在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼，导电率会下降到原来的几万分之一，称为杂敏性，利用这一特性，可以制造成不同性能、不同用途的半导体器件。

而金属导体即使掺入千分之一的杂质，对其电阻率几乎也没有什么影响。

⑵本征半导体和杂质半导体通常把纯净的不含任何杂质的半导体（硅和锗）称为本征半导体，从化学的角度来看，硅原子和锗原子的电子数分别为32和14，所以它们最外层的电子数都是4个，是四价元素。

由于导电能力的强弱，在微观上看就是单位体积中能自由移动的带电粒子数日，所以，半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。

由于半导体具有杂敏性，所以利用掺杂可以制造出不同导电能力、不同用途的半导体器件。

根据掺入杂质的不同，又可分为N型半导体和P型半导体。

①N型半导体在四价的本征硅（或锗）中，掺入微量的五价元素磷(P)之后，磷原子由丁数量较少，不会改变本征硅的共价键结构，而是和本征硅一起形成共价键结构，形成N型半导体。

②P型半导体在四价的本征硅(或锗)掺入微量的二价元素硼(B)之后，参照上述分析，硼原子也和周围相邻的硅原子组成共价键结构，形成P型半导体。

⑶ PN结的形成与单向导电性在一块本征半导体上通过某种掺杂工艺，使其形成N型区和P型区两部分后，在它们的交界处就形成一个特殊薄层，这就是PN结，如图1.6所示。

1章-半导体器件

高
D
等
教
育出版
D
图2.1.4 二极管符号
社
电
工根据PN结接触面的大小，二极管可分点接触型与面接触型。
电
子
PN结
技接触面小
术
面接触型：PN结接触面积大，通过的正向电流比点接触型大，常用作整流管，但结电容大，适用于低频电路。
陈
PN结
小
接触面大
虎
主
编
高
等
教点接触型：PN结接触面小，不能通过大
出极管的单向导电性越好。
版
社
电 1.2 半导体二极管
工
1.2.4 二极管应用举例
电
子二极管的应用范围很广，主要是利用它的单向导电性。
技【例1.2.1 】如图2.1.6所示电路中，已知电
术路中的二极管为硅管，电源电压及电阻值如图
陈所示，问二极管D是否能导通，Uab为多少？小流过电阻的电流各为多少？
编压为0.6V ，Uab＝－12＋0.6V＝－11.4V，流过电阻的电流
高
等
教
I =(－12＋0.6＋6)／3000=－0.0018A
育
出
版负号表示电流方向从b流向a。
社
电 1.2.4 二极管应用举例
工
电
【例1.2.2 】如图2.1.7所示，已知E＝5V，输入信号
子
为正弦波ui＝10sinωt V，二极管的正向导通电压为
版
社
N区电子向P区扩散
图2.1.2 PN结的形成
电 1.1 半导体二极管的结构
工
电 1、PN 结形成
子扩散运动在交界面附近形成一个很薄的空间电荷

二极管单向导电性课件

四、练习题五、总结与作业
制冷基础之电工电子
第七章
引
模拟电路
入
临朐职业教育中心
电子组
1、遥控器
“光电二极管”。 “发光二极管”。
2、空调面板
出示图片
制冷基础之电工电子
第七章模拟电路 Ⅰ、讲授新课：
临朐职业教育中心
电子组
一、半导体二极管的结构和符号
1、外形：
由管芯（PN结）和两条正负电极引线及外壳所组成。管体外壳标记通常表示正极。如图1.1（a）所示；
制冷基础之电工电子Leabharlann 临朐职业教育中心第七章
模拟电路
电子组
遥控器的遥控作用、空调器面板指示都利用了二极管，二极管起什么作用？二极管的特点是什？详细分析如下：
二、二极管的特性（一）半导体二极管的单向导电性：
半导体二极管的单向导电性动画
制冷基础之电工电子
正极
临朐职业教育中心
第七章
模拟电路
电子组
正极
半导体二极管的单向导电性动画
（1）正极电位＞负极电位，二极管导通；
（2）正极电位＜负极电位，二极管截止。即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为二极管的单向导电性。
制冷基础之电工电子
临朐职业教育中心
第七章
模拟电路
电子组
[例1.1] 图1.6所示电路中，当开关S闭合后，H1、 H2两个指示灯，哪一个可能发光？解: 由电路图可知，开关S闭合后，只有二极管V1正极电位高于负极电位，即处于正向导通状态，所以 H1指示灯发光。
作业
课本第149页第4题。
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第七章