第14讲 PN结及半导体二极管
半导体二极管教学PPT资料
03
半导体二极管的应用
整流电路
总结词
利用二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电。
详细描述
整流电路主要由二极管构成，当交流电的正半周通过二极管时，电流通过负载；当交流电的负半周通 过二极管时，二极管反向截止，无电流通过负载。通过整流电路，可以将交流电转换为直流电，用于 各种直流供电电路。
检波电路
总结词
利用二极管的单向导电性，将调幅信号从高频载波中分离出 来。
详细描述
检波电路主要由二极管和滤波器组成，当高频载波信号通过 二极管时，由于调幅信号的幅度变化，二极管导通程度随之 变化，从而将调幅信号从高频载波中分离出来。检波电路广 泛应用于广播、电视、通信等领域。
稳压电路
总结词
利用二极管的单向导电性和稳压管的反 向击穿特性，实现输出电压的稳定。
详细描述
正向偏置是指二极管的正极接正电压、负极接负电压，此时二极管处于导通状态 ，电流可以通过PN结。反向偏置是指二极管的正极接负电压、负极接正电压， 此时二极管处于截止状态，电流不能通过PN结。
二极管的外形与封装
总结词
二极管的外形和封装对其使用和可靠性有着重要影响。
详细描述
二极管的外形通常有圆柱形、扁平形和针脚式等，封装方式则有直插式和贴片式等。不同的外形和封装方式适用 于不同的应用场景，如高温、高频、大电流等。在选择二极管时，需要根据具体需求来选择合适的外形和封装方 式。
半导体二极管教学 ppt资料
目录
• 半导体二极管简介 • 半导体二极管的结构 • 半导体二极管的应用 • 半导体二极管的特性曲线
目录
• 半导体二极管的参数与规格 • 半导体二极管的制作工艺与材料
01
半导体二极管简介
半导体与电子器件PN结与二极管
半导体与电子器件PN结与二极管半导体与电子器件一直是电子科技领域的重要组成部分，其中PN 结与二极管是半导体器件中常见且关键的元件。
本文将介绍PN结和二极管的基本原理、结构以及主要应用。
一、PN结的基本原理和结构PN结是由P型半导体和N型半导体的结合形成的。
P型半导体中的杂质原子掺入了三价元素，如硼（B）元素，使得半导体中存在电子空穴对，形成P型半导体；N型半导体则是通过掺入五价元素，如磷（P）元素，引入多余的电子而形成。
当P型和N型半导体相接触时，由于浓度差异，会出现电子从N型半导体转移到P型半导体的趋势，形成一个电子亏损区和一个电子富集区，即PN结。
PN结的结构可以简单分为P区、N区和结区。
P区富集了电子空穴对，N区则富集了自由电子。
结区是PN结最关键的部分，由于P区富电子空穴对，N区富自由电子，两者通过扩散在结区发生重组，形成电子亏损区和电子富集区。
这种扩散导致在PN结附近出现自愿产生的电场，并在不同的电势下形成一个势垒。
这个势垒阻碍了电子和空穴进入对方区域，从而形成了PN结的特性。
二、二极管的基本原理和结构二极管是基于PN结构的半导体器件，具有两个电极，分别为阴极（Cathode）和阳极（Anode）。
二极管可分为正向偏置和反向偏置两种状态，取决于电压的极性。
1. 正向偏置在正向偏置下，即将正电压施加在P区，负电压施加在N区。
这样，电子从N区跨越PN结进入P区，同时空穴从P区进入N区，两者在PN结重组后均得到补偿。
在正向偏置下，PN结的势垒得到降低，电流可以流通，形成导通状态。
二极管此时表现为低电阻状态，允许电流通过。
2. 反向偏置在反向偏置下，即将正电压施加在N区，负电压施加在P区。
这样，电子会受到势垒的阻碍无法通过，空穴也无法进入N区。
因此，在反向偏置下，PN结的势垒增加，形成一个高电阻状态，阻止电流流过，此时二极管处于关闭状态。
三、PN结和二极管的应用PN结作为半导体的基本结构，广泛应用于各种电子器件中，包括二极管、三极管、场效应管等。
PN结和二极管的工作原理
PN结和二极管的工作原理PN结是半导体器件中常见的结构之一，也是二极管的基本组成部分。
它具有特殊的工作原理，能够实现电流的单向导通，从而实现电子器件的正常工作。
在这篇文章中，我将详细介绍PN结和二极管的工作原理。
一、PN结的构成和形成PN结由两种不同类型的半导体材料P型半导体和N型半导体组成。
P型半导体中的杂质掺杂物主要是三价元素，如硼(B)，而N型半导体中的杂质掺杂物主要是五价元素，如磷(P)。
当P型半导体和N型半导体接触时，发生电子的扩散过程。
当两种半导体相接触时，P型半导体中的电子会向N型半导体中扩散，而N型半导体中的空穴会向P型半导体中扩散。
这样，在相接触区域形成一个带有正电荷的区域，称为P区，和一个带有负电荷的区域，称为N区。
P区和N区之间的边界称为PN结。
二、PN结的正向偏置当在PN结上施加正向电压时，使P区的正电荷与N区的负电荷相吸引，减小了PN结的势垒，电子和空穴能够更容易地通过PN结区域。
在正向电压作用下，P区中的空穴朝着N区移动，N区中的电子朝着P区移动，形成空穴电流和电子电流的流动。
空穴和电子在PN结区域相互复合，产生的正负离子消失。
这样，PN结就能够导通，电流可以顺利通过。
三、PN结的反向偏置当在PN结上施加反向电压时，使P区的负电荷与N区的正电荷相吸引，增加了PN结的势垒，形成一个更大的阻碍电流流动的势垒。
在反向电压作用下，PN结的势垒增大，电子和空穴被阻止穿越PN 结区域，电流无法通过PN结。
只有当反向电压超过PN结的击穿电压时，才会发生击穿现象，电流才能够通过PN结。
四、二极管的工作原理二极管是一种基于PN结构的电子器件，它具有单向导电特性。
当二极管的正极施加正向电压，负极施加反向电压时，二极管处于正向偏置状态；当二极管的正极施加反向电压，负极施加正向电压时，二极管处于反向偏置状态。
在正向偏置状态下，二极管导通，电流可以从P区流向N区，实现低阻抗。
在反向偏置状态下，二极管截止，电流无法通过，形成高阻抗。
半导体二极管—二极管的特性(电工电子课件)
只有外电压增加到某一值时，才产生较大的扩散电流，该电压 称 PN 结的死区电压，一般硅材料为0.7V，锗材料为0.3V,由上 可知,PN 结正向偏置时导通电流很大（外加电压大于死区电压 时）。
2）PN结反向偏置
当 PN结的P型区接外电源负极，电流 几乎 为0， 反向 电流 很小
在内电场的作用下，N型区中的少数载流子（空穴）越过PN结 进入P区；P型区中的少数载流子（自由电子）越过PN结进入N 型区，于是在外电源的作用下形成了连续不断的由 N 型区流向 P型区的电流，称为反向电流
总结：
PN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大; 反偏截止，电阻很大，电流近似为零。
3．二极管的结构和类型
以PN结为管芯，在P区和N区均接上电极引线，并以外壳封 装，就制成了半导体二极管，简称二极管。
与P区相连的引线称为阳极，用“+”表示，与N 区相连的引线 称为阴极，用“-”表示。
按结构分二极管有点接触型和面接触型。
正极 引线
N 型锗片 负极 引线
外壳
触丝
点接触型
结电容小
铝合金 小球
正极引线 PN 结
N型锗
金锑 合金
负极引线
底座
面接触型
工作频率低
1.PN 结
二、二极管
在同一块半导体基片的两边分别形成N型和P型半导体，它们的 交界区域会形成一个很薄的空间电荷区，称为PN结
杂质浓度差多子的扩散运动形成空间电荷区形成内电场 促使少子漂移、阻止多子扩散达到动态平衡
扩散运动和漂移运动是相互矛盾的，少数载流子的漂移运动使 空间电荷区变窄
2.PN结的导电性 1）PN结正向偏置
二极管及应用—PN结的形成及特性(电子技术课件)
3.PN结的电容效应
耗尽层
所以当PN结两端电压发生改变时，PN结上有一个微弱的电容效应，相当 于在单向导电的PN结上并联了一个很小的电容。
3.PN结的电容效应
耗尽层
这个电容叫PN结的结电容。
2.耗尽层
P型半导体 空穴 自由电子 N型半导体
空间电荷区——在交界面因扩散运动形成的这个特殊的带异性电荷的区域叫 做空间电荷区，也称为耗尽层。
3.内电场
内电场方向
P型半导体 空穴 自由电子 N型半导体
因扩散作用形成的空间电荷区，会产生一个由P区指向N区的内电场。多子 （空穴和自由电子）扩散进入到空间电荷区后，受到的电场力如图所示。
2.N型半导体的形成
加入+5价元素
+5
自由 电子
带正电 的杂质 离子
最外层的5个电子 与周围四个半导体原子 形成共价键时，多出一 个电子，从而会产生一 个自由电子和一个带正 电的杂质离子。
这样的掺杂半导体中，自由电子的数量就会大大高于空穴的数量，使导电 能力增强，这种半导体称为N型半导体。
2.N型半导体的形成
加入+3价元素
+3
带正电 的空穴
杂质原子中的空 位，容易吸引周边原 子最外层电子的填补
带负电杂 ，从而形成一个带负 质离子 电的杂质离子和一个
带正电的空穴。
这样的掺杂半导体中，空穴的数量就会大大高于自由电子的数量，使导电能 力增强，这种半导体称为P型半导体。
1.P型半导体的形成
加入+3价元素
+3
带正电 的空穴
2.PN结的反向连接 空间电荷区在外电场的作用下，会被进一步拉宽（变宽）
2.PN结的反向连接
由于空间电荷区中没有能自由移动的电荷，所以呈现绝缘体的特性，此时 的PN结不导电，回路中电流几乎为零。
《半导体PN结》PPT课件
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半
导体的导电能力越强，温度是影响半导体性
能的一个重要的外部因素，这是半导体的一
大特点。
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总结
西安电子科技大学计算机学院吴自力 2012--2
本征激发：在室温或光照下价电子获得足够能键中留
因无共价键束缚而很容易被激发而成为自由电子。
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带正电荷而成为 正离子，因此五价杂质原精选子课件也ppt称为施主杂质。
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N 型半导体
而空穴的迁移相当于
+4
+4
正电荷的移动，因此
可以认为空穴是载流
子。
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西安电子科技大学计算机学院吴自力 2012--2
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。
空穴的运动 = 相邻共价键中的价电子反向依次填补空穴位来实现的
本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
1
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§1.1 半导体的基本知识
1.1.1 本征半导体 1）导体、半导体和绝缘体
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。
导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属 一般都是导体。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、 陶瓷、塑料和石英。
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什么是PN结和二极管
什么是PN结和二极管PN结是半导体物理学中的一个基本概念，它是由P型半导体和N型半导体接触在一起形成的结构。
在P型半导体中，空穴是多数载流子，而在N型半导体中，电子是多数载流子。
当P型和N型半导体接触时，N型半导体中的电子会向P型半导体中的空穴移动，形成大量的电子-空穴对，这些电子-空穴对称为载流子。
由于载流子的数量大大超过了原来的数量，所以形成了电荷不平衡，产生了电场，这个电场阻止了电子和空穴的进一步扩散，最终达到了一种电荷分布的平衡状态，形成了PN结。
二极管是一种基于PN结的半导体器件，它具有单向导电性。
当二极管的正极连接到高电位，负极连接到低电位时，PN结处于正向偏置状态，此时电子和空穴会大量移动，形成电流，二极管导通。
而当正极连接到低电位，负极连接到高电位时，PN结处于反向偏置状态，此时电场会阻止电子和空穴的移动，二极管截止，不形成电流。
二极管广泛应用于电子电路中，如整流、调制、稳压、信号检测等。
它们是现代电子技术中不可或缺的基本元件之一。
习题及方法：1.习题：PN结的形成过程中，为什么会产生电场？解题方法：回顾PN结的形成过程，分析P型和N型半导体接触时电荷不平衡的原因，以及电场的作用。
答案：PN结形成过程中，由于P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子大量移动，形成了电子-空穴对。
这些电子-空穴对使得PN结区域内的电荷分布不平衡，产生了电场。
电场的作用是阻止电子和空穴的进一步扩散，最终达到电荷分布的平衡状态。
2.习题：二极管在正向偏置和反向偏置状态下，分别会发生什么现象？解题方法：分析二极管的正向偏置和反向偏置过程，以及对应的电荷分布和电流情况。
答案：在正向偏置状态下，二极管的正极连接到高电位，负极连接到低电位。
此时，PN结中的电场减弱，电子和空穴大量移动，形成电流，二极管导通。
在反向偏置状态下，二极管的正极连接到低电位，负极连接到高电位。
此时，PN结中的电场增强，阻止了电子和空穴的移动，二极管截止，不形成电流。
半导体基础PN结与二极管的应用
半导体基础PN结与二极管的应用半导体技术是当代电子领域中最为重要的基础技术之一。
其中，PN 结和二极管作为半导体器件中的重要组成部分，发挥着至关重要的作用。
本文将介绍半导体基础PN结的原理及其在二极管中的应用。
一、半导体基础PN结原理PN结是由n型和p型半导体材料的结合而形成的。
其中，n型半导体与p型半导体的性质有着明显的区别。
1. n型半导体：在n型半导体中，材料中的杂质原子掺入了导电能力较强的杂原子，如磷（P）或砷（As）。
这些杂原子具有多余的电子，因此在外加电场的作用下，这些电子能够自由地移动，形成电流。
2. p型半导体：与n型半导体相反，p型半导体中的杂原子通常是掺入了硼（B）或铝（Al）等元素。
这些杂原子缺少电子，因此在外加电场的作用下，它们会吸引材料中的电子，形成称为“空穴”的空缺。
当n型半导体和p型半导体相互接触时，形成PN结。
由于电子流动的方向与空穴流动的方向相反，PN结会产生一个电场，这个电场阻碍电子和空穴的再次扩散。
由于这个电场，PN结具有单向导电性，即在正向偏置时能够导电，而在反向偏置时则不能导电。
二、二极管基于PN结的特性，可以制造出一种叫做二极管的器件。
二极管是半导体电子学中最简单也是最常用的器件之一。
它由一个PN结构成，具有两个引线（即正极和负极）。
1. 正向偏置二极管：在正向偏置情况下，即将正极连接到p区，负极连接到n区时，PN结处的电场会减小，从而使电子和空穴越过PN 结。
电流可以自由地流动，因此二极管可以导电。
2. 反向偏置二极管：在反向偏置情况下，即将正极连接到n区，负极连接到p区时，PN结处的电场会增大，从而阻碍电子和空穴的扩散。
此时，几乎没有电流通过二极管，因此二极管处于截止状态。
三、二极管的应用二极管由于其独特的特性，在电子领域中有广泛的应用。
1. 整流器：二极管可以用作整流器，即将交流信号转换为直流信号。
通过适当连接多个二极管，可以制造出多级整流电路，用于变压器和电源的设计。
半导体二极管优秀4课件
-
-
O
uo
Um
io
ωt
uI＞0 时二极管导通， O
ωt
uO = uI uD = 0
uD
uI ＜0 时二极管截止， O
ωt
uD = uI uO = 0
-Um
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第二节 半导体二极管
[例1.2.2] 二极管可用作开关
VD
正向偏置，相当于开关闭合。 S
V
V
VD反向偏置，相当于开关断开。 S
V
V
12
第二节 半导体二极管
♥ 势垒电容 Cb 由PN结的空间电荷区形成，又称结电容， 反向偏置时起主要作用。 ♥ 扩散电容 Cd 由多数载流子在扩散过程中的积累引起， 正向偏置时起主要作用。
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第二节 半导体二极管
[例1.2.1]已知uI = Umsin ωt ，画出uO和uD的波形
VD iO
uI Um
+ uI
+
uD
R
+ uO
称为正向接法或正向偏置
- - - - ++++
（简称正偏，forward bias) +
U
-
V
R
内电场
外电场削弱了内电场有利于扩 散运动，不利于漂移运动。
外电场 UD - U
PN结处于正向导通(on)状态，正向等效电阻较小。
2
第二节 半导体二极管
☻ 加反向电压
称为反向接法或反向偏置 （简称反偏）
空间电荷区
阳 极
阴 极
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第二节 半导体二极管
二极管单向导电性的应用例子
• 半波整流电路 • 半波整流滤波电路 • 限幅电路 • 钳位电路（电平移动电路 ） • 电压倍加电路 • 稳压电路 • 变容电路（压控非线性电容）
半导体与电子器件PN结与二极管的工作原理
半导体与电子器件PN结与二极管的工作原理半导体技术在现代电子领域扮演着重要的角色，而其中的PN结与二极管更是半导体器件中的关键组成部分。
本文将围绕半导体与电子器件PN结与二极管的工作原理展开讨论，旨在帮助读者更好地理解这些关键概念。
一、半导体基础在深入探讨PN结与二极管的工作原理之前，我们先来了解一些半导体基础知识。
半导体属于一类介于导体与绝缘体之间的材料，其导电性能可以通过控制材料的掺杂程度得到调节。
常见的半导体材料有硅（Si）和砷化镓（GaAs）等。
半导体材料的晶体结构具有共价键和离子键的特点。
晶体中的原子通过共享电子形成共价键，这种结构使半导体具有一定的导电性。
同时，通过掺杂材料的方法，可以在半导体中引入杂质，使其导电性进一步增强或减弱。
二、PN结的形成PN结是由P型半导体和N型半导体通过特定方式连接形成的结构。
P型半导体中的杂质被称为“受主”，它的杂质原子会提供电子接受的空位。
而N型半导体中的杂质则被称为“施主”，它的杂质原子会提供额外的自由电子。
当P型半导体和N型半导体相互接触时，由于电荷的重新分布，形成了电场。
这个电场会阻碍杂质离子的扩散，形成一个局部电荷密度差异的区域，即PN结。
在PN结两侧形成的电场区域称为耗尽层。
三、PN结的工作原理PN结的工作原理可以通过正向偏置和反向偏置两种情况来描述。
1. 正向偏置在正向偏置的情况下，将P区的正电荷端与N区的负电荷端相连接，形成正向电压。
这种情况下，电子从N区向P区内部流动，空穴从P区向N区内部流动，形成电流。
正向偏置时，PN结的耗尽层会变窄，电流能够通过。
2. 反向偏置在反向偏置的情况下，将P区的负电荷端与N区的正电荷端相连接，形成反向电压。
这种情况下，PN结的耗尽层会变宽，形成一个高阻抗区域。
这个高阻抗区域会阻碍电荷的流动，电流基本上被禁止通过。
四、二极管的工作原理二极管是由PN结组成的一种最基本的半导体器件。
它具有两个引脚，分别为“正极”（阳极）和“负极”（阴极）。
第14章 半导体器件
14.2
PN结及其单向导电性
1.PN结的形成 2.PN结的单向导电性 3.PN结的伏安特性
PN结是构成半导体器件的核心结构。 PN结是指使用半导体工艺使N型和P型半导体结合处所 形成的特殊结构。 PN结是半导体器件的心脏。
PN结的形成
在一块本征半导体的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。
半导体中的两种电流
1.漂移电流：由载流子的漂移运动形成的电流。 漂移运动：由电场力引起的载流子定向运动。 2.扩散电流：由载流子的扩散运动形成的电流。 扩散运动：由于载流子浓度不均匀（浓度梯度） 造成的运动。 以上2种电流的方向与载流子的方向有关。 空穴电流的方向与运动方向一致。 电子电流的方向与运动方向相反。
第14章 半导体器件
14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 半导体的导电特性 PN结及其单向导电性 二极管 稳压二极管 双极型晶体管 光电器件
对于元器件，学习重点放在特性、参数、技术指 标和正确使用方法，不过于追究其内部机理。讨 论器件的目的在于应用。 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况, 对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的 近似,以便用简便的分析方法获得具有实际意义 的结果。 对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标, 就不要过分追究精确的数值。工程上允许一定的 误差，可采用合理估算的方法。
14.1 半导体的导电特性
本征半导体 杂质半导体 半导体中的电流
物质按导电性能分类
导体（＞105） 绝缘体（ 10-22 ~10-14 ） 半导体，是指电阻率介于金属和绝缘体之间并有 负的电阻温度系数的物质。半导体室温时电阻率 约在10-9~ 102欧· 米之间，温度升高时电阻率指数 则减小。如硅、锗等，半导体之所以得到广泛应 用，是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的 影响十分显着。
半导体二极管知识课件电子技术教学半导体二极管知识
P
内电场 N
I
外电场
+–
R PN 结加正向电压时，正向电流较大， PN结导通。
14.2 PN结的特点
(2)PN结加反向电压（反向偏置）
P接负、N接正
－－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + +
14.3 半导体二极管
14.3 半导体二极管 ➢结构：PN结 + 引线 + 管壳= 二极管
➢类型：点接触型、面接触型和平面型
➢符号： 阳极
阴极
PN
14.3 半导体二极管
14.3 半导体二极管
➢ 特点： 单向导电性
➢如何判别正负极：
14.3 半导体二极管
➢ 理想状态下：
I = 1A
I=0
5V
5Ω 5V
14.3 半导体二极管
DA
例2：+5V
已知：如图VA=5V VB=3V,求输出端Y
+3V
DB
Vy 的电压Vy及电流I
I 10Ω
二极管的用途：
整流、检波、
A端电位比B端电位高，故 限幅、钳位、开 DA优先导通，此时Vy为5V。 关、元件保护等。
Vy>VB ,故DB被反向截止
故Vy=5V I=0.5A
+5
+4
特 点： 多数载流子：自由电子（主要由杂质原子提供） 少数载流子：空穴（由本征激发形成）
PN结及半导体二极管认识
点接触型：高频、小功率整流
面接触型：整流
符号 平面型：大功率整流、开关
2、类型
①按材料分：硅二极管，锗二极管，砷化镓二 极管等 ②按结构分：点接触型、面接触型等 ③按封装分：塑料、玻璃、金属 ④按用途分：开关、整流、稳压、发光、光电、 变容等 ⑤按功率分：大功率、小功率等
3、命名方法
一般分为5个部分 2AP2D 数字表示电极数目 字母表示材料 A：N型锗材料 B：P型锗材料 C：N型硅材料 D：P型硅材料 字母表示类型或用途 P普通管 V微波管 Z整流管 L整流堆 U光电管 K开关管
PN结
一. PN 结的形成
在同一片半导体基片上
采用不同的掺杂工艺分 别制造P 型半导体和N
型半导体，由于浓度的
不同，经过载流子的扩 散，在它们的交界面处 就形成了PN 结。 PN 结具有单向导电性
由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。 在电场力的作用下，载流子的运动称为漂移运动。 随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽，内电场增强， 阻止扩散运动的进行，但有利于少子的漂移，当扩散的多子 和漂移的少子数目相等时，达到动态平衡，形成PN 结。 空间电荷区，也称耗尽层。空间电荷区中没有载流子。
W稳压管 S隧道管
C参量管 N阻尼管
二. PN结的单向导电性
1、PN 结加正向电压（正向偏置） 变薄 － + + +
外电场使耗尽层变窄， 内电场被削弱，多子 的扩散加强，能够形 成较大的扩散电流。 即为很大的正向电流， P区→N区，称为正向 导通
+
－
P
－ －
N
_
+
内电场
外电场
R
E
2、PN 结反向偏置 P负N 正，截止
PN结与二极管原理解析
PN结与二极管原理解析PN结是一种由P型半导体与N型半导体交界形成的结构，它是半导体器件中最基本的单元。
PN结的构造与性质决定了它在电子元器件中的广泛应用，最典型的例子就是二极管。
PN结的形成是通过将P型半导体与N型半导体直接接触而形成的。
在P型半导体中，由于掺入了杂质原子称为施主原子，因此P型半导体中存在着大量自由的正电荷载流子，即空穴。
而在N型半导体中，由于掺入了杂质原子称为受主原子，因此N型半导体中存在着大量自由的负电荷载流子，即电子。
当P型半导体与N型半导体接触时，存在电子从N区向P区扩散的趋势，同时也会有空穴从P区向N区扩散的趋势。
这种扩散形成了P区与N区之间的扩散电势差，使得P区形成负电荷，N区形成正电荷，从而形成了PN结的电场，阻碍进一步的电荷扩散，达到了稳定状态。
PN结具有两个重要的性质：单向导电性和整流性。
首先，PN结具有单向导电性。
在正向偏置情况下，即将P区连接至正电源，将N区连接至负电源，使得P区的正电荷趋向于正电源，N区的负电荷趋向于负电源，这样可以增大PN结的电场，使得电子自由通过PN 结。
而在反向偏置情况下，即将P区连接至负电源，将N区连接至正电源，PN结的电场被削弱，电子难以通过PN结，产生较大的电阻。
这种单向导电性使得PN结可以用作二极管，实现信号的整流功能。
其次，PN结具有整流性。
在正向偏置时，电子可以通过PN结，实现电流的流动。
而在反向偏置时，由于电子难以通过PN结，电流的流动极其微弱。
这种整流性质使得二极管可以将交流信号转变为直流信号，是电子设备中重要的信号处理器件之一除了单向导电性和整流性，PN结还具有其他重要的特性，如正向电压下的导通压降和反向电压下的击穿电压。
正向电压下，PN结导通时会产生约0.7V的压降。
反向电压下，当反向电压超过PN结的击穿电压时，电流会迅速增大，可能损坏二极管。
因此，击穿电压是二极管在使用过程中需要考虑的重要参数。
总的来说，PN结是由P型半导体与N型半导体直接接触而形成的结构，具有单向导电性和整流性。
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掺杂特性 掺入杂质则导电率增加百万倍 光半敏导器体件器件
温度特性 温度增加使导电率大为增加
光热电敏器器件件
光照特性 光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势
1. 本征半导体
完全纯净、结构完整的半导体晶体。 纯度：99.9999999%，“九个9”。 它在物理结构上呈单晶体形态。
（2）P型半导体
在硅或锗的晶体中掺 入少量的三价元素如硼， 则形成P型半导体。
掺入三价元素而引起空 穴数目的增加，并不使 半导体带电，即半导体 对外仍呈电中性。
+4
+4
+4
负离子
硼原子
+4
++34
+4
填补空位
空穴
+4
+4
+4
空穴数（多子）>>电子数（少子） 主要由杂质原子提供 由热激发形成
少数载流子
常用的本征半导体：
Si +14 2 8 4
Ge +32 2 8 18 4
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
共价键结构：每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。
+4
+4
+4
硅原子
+4
+4
+4
价电子
+4
+4
+4
在常温下自由电子和空穴的形成：
• 本征半导体中有两种载流子——自由电子和空穴，它们是成对 出现的。
在一定的条件下，多子扩散与少子漂移达到动态平衡，空间
电荷区的宽度基本上稳定下来。
P区
空间电荷区
N区
多子扩散 内电场方向 少子漂移 离子不能移动，空间电荷区有很高的电阻率，故又叫阻挡层，
或叫耗尽层(载流子耗尽了)。
（2.1）PN外结P加区的正单向向电导外电压电荷电场 区性驱抵使消空一P区部间的变分空电N抵负窄区穴消荷空电进一间区子入部电进空分荷入间正空空P间间N电电结荷荷区正向N区导通
4.1.2 PN结及其单向导电性
1. PN结的形成
在交界面处由于多子浓度上的差异，P区的空穴要向N区扩 散，N区的电子也要向P区扩散。随着扩散在交界面附近，P区的 空穴和N区的电子都将消失，形成空间电荷区，即为PN结。
P区 P区的空穴向空N区间扩电散荷并区与电子复合
N区
N区内的电电场子方向向P区扩散并与空穴复合
4. 理想特性
当电源电压远大于二极管导通时的 正向电压降时： 正向导通：管压降为0，电阻也为0；
反向截止：电流为0，电阻为∞。
4.2.2 主要参数
（1）最大整流电流 IF 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。
（2）反向击穿电压UR 二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极
D
解： 取B 点作为参考点，
A
断开二极管，分析二极管
+ 3k
阳极和阴极的电位。
6V
UAB
V阳 =－6 V，V阴 =－12 V，
12V –
B
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
例3 电路如图，二极管正向导通电压可忽略不计，
求：UAB
VD2
解： 取 B 点作参考点，
二极管的用途：
整流、检波、限幅、箝位、开关、 元器件保护、温度补偿等。
例1 试求下列电路中的电流。（二极管为硅管）
其中：US=5V，R=1k
I
解：所示电路中二极管处于导通状态，因此：
+ -
US
R
I
US
0.7 R
5 0.7 1103
4.4
mA
R是限流电阻
例2 电路如图，二极管正向导通电压可忽略不计，求：UAB
正向导通压降: 硅管0.6~0.8V， 锗管0.2~0.3V。
二极管正向导通时管压
反向
降基本固定。 导通电阻
特性
很小。
正向 特性
硅管0.5V， 锗管0.1V。
• 反向特性
反向电压小于某一数值时，反向 电流很小（即反向电阻很大）。
反向漏电流（反向饱和电流）： 二极管反向电压小于某一数值
时的电流，它是由少数载流子形 成的，不随外加反向电压的大小 而变化。
I
内电场方向
扩散运动增强，形 成较大的正向电流
外电场方向
E
R
（2）外加反向电压 PN结的单向导电性 多数外载电流场子驱的使扩空散间运电动荷难区于两进侧行的空穴和自P由N电结子反移向走截止
P区
空间电荷区变宽
N区
I
内电场方向
R
少数载流子越过PN结 形成很小的反向电流
外电场方向
E
小结：
1、空间电荷区中没有载流子，又称耗尽层。
+4
+4
+4
外电场方向
２. 杂质型半导体
（1）N型半导体
在硅或锗的晶体中掺 入少量的五价元素如 磷，则形成N型半导体。
自由电子数目的 增加，并不改变 半导体的电中性。
+4
+4
+4
正离子
磷原子
+4
++54
+4
多余价电子
自由电子
+4
+4
+4
电子数（多子）>>空穴数（少子） 主要杂质原子提供 由热激发形成
V1 阳 =－6 V，V2 阳 =0 V ，
V1 阴 = V2 阴 ，
6V
由于V2 阳电压高，因此VD2导通。
VD１
+A
3k
UAB
12V
–
B
若忽略二极管正向压降，二极管VD2可看作短 路，UAB = 0 V ，VD1截止。
例4
解：
电路如图所示，已知ui＝5sinωt (V)，二极管导通电压 UD＝0.7V。试画出ui与uO的波形，并标出幅值。
管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高 反向工作电压URM一般是UR的一半。 （3） 反向电流 IR
指二极管未击穿时的反向电流。反向电流大，说明管子 的单向导电性差，因此反向电流越小越好。
（4）最高工作频率fM 二极管工作的上限频率。超过此值，由于结电容的作用，
二极管将不能很好的体现单向导电性。
运载电荷的粒子
+4
+4
+4
成对消失
复合
温度是影响 半导体性能 的一个重要 的外部因素。
+4
+4
空穴
成对出现
+4 自由电子
本征激发
+4
+4
+4
• 在外电场的作用下， 产生电流—— 电子流和空穴流
自由电子和空穴均参与导电，本征半导体电流是两个电流之和。
+4价电子填补空穴+4
+4
电子移动方向
空穴移动方向
ui>3.7V时，D1导通、D2截止，uo=3.7V。 ui< - 3.7V时，D2导通、D1截止，uo= - 3.7V。 -3.7V<ui<3.7V时，D1、D2均截止，uo=ui。
例5 电路如图所示，理想二极管，当输入电压分别 为0V和3V时，求输出电压uo的值。（与门）
V 5V
CC
u I1
D1 4.7K
硅: < 0.1 A，锗:几十A
反向击穿电压： 若二极管反向电压大于某个
定值，反向电流会急剧增大，这 种现象叫反向击穿。
正向 特性
反向 特性
2. 近似特性
当电源电压与二极管导通时的正向 电压降相差不多时 正向导通：硅管0.7V，锗管0.2V。 反向截止(电压小于导通的正向电压)：
电流为0，电阻为∞。
2、空间电荷区中内电场阻碍扩散运动的进行。 （扩散运动为多子形成的运动。）
3、少子数量有限，因此由它们形成的电流很小。 4、PN结具有单向导电性。
正向偏置： P区加正、N区加负电压 多子运动增强，PN结导通
反向偏置：P区加负、N区加正电压 少子运动增强，PN结截止
4.2 半导体二极管 二极管有两个电极：正极（阳极）和负极（阴极）
第4章 半导体器件及基本放大电路
• 半导体二极管及其应用
半导体导电特性及PN结 半导体二极管 直流稳压电源
• 半导体三极管及其放大电路
晶体三极管 放大电路静态分析 放大电路动态分析
4.1 半导体导电特性及PN结
4.1.1 半导体导电特性
何谓半导体 物体分类 导体 — 导电率为105s.cm-1量级，如金属； 绝缘体 — 导电率为10-22-10-14 s.cm-1量级， 如：橡胶、云母、塑料等；
半二导体二极管导电方向是从正极指向负极。
极
2 C K 18
管序号的源自功能（K--开关、W--稳压、
型
Z-- 整流、P—普通）
号
材料（A、B--锗，C、D--硅）
举
二极管
例
4.2.1 伏安特性
1. 实际特性
• 正向特性
当二极管的正向电压很 小时，流过的正向电流也 很小；当电压大于死区电 压后，正向电流开始迅速 增大。
解：
二极管工作状态
uI1
uI2
u0
D1
D2
u I2
D2
u0
0V 0V 导通 导通 0V
0V 3V 导通 截止 0V
3V 0V 截止 导通 0V