二极管与晶闸管
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在本征半导体中掺入某些微量杂质。
杂质半导体使某种载流子浓度大大增加。
1）N型半导体
在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的五价元素磷， 使自由电子浓度大大增加。
实用文档
9
N型半导体
磷原子
+4
+4
多余电子
+5
+4
多数载流子（多子）：电子。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：空穴。取决于温度。
实用文档
10
2）P型半导体
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键
中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱
离共价键成为自由电子，因此本征半导体中
的自由电子很少，所以本征半导体的导电能
力很弱。
实用文档
4
3）在绝对0度和没 有外界激发时,价电子完 全被共价键束缚着，本 征半导体中没有可以运 动的带电粒子（即载流 子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。
压，击穿导通；
I
反向特性： E
VD I反
正向特性：
【死区】 开启电
压硅管0.5V,锗管
0.1V。
E
I
VD
I
反向击穿电 压U(BR)
导通压降: 硅 管0.7V,锗管 0.3V。
U
U<死区电
压，不通
；U>死区
电压，导 通；
UI
实用文档
30
5.2.3 主要参数
1.最大整流电流 IFM
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。
U >0，VD导通；UD=0 E ，I取决于外电路；相当于
UD
I VD
一个闭合的开关
E
I
U
U 0，VD截止；I=0， E
UD（负值）取决于外电路
UD VD
；相当于一个断开的开关
I反
E U
I反
实用文档
32
二极管的简易判别
实用文档
33
常用二极管类型
1．整流二极管
整流二极管实物图
实用文档
34
整流电路波形图
当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。
往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力
明显改变。
实用文档
2
1. 本征半导体
纯净的半导体。如：硅和锗
本征半导体的导电机理 1）最外层四个价电子。
2）共价键结构
Ge
Si
+4
+4
+4
+4
+4表示除去价电子后的原实子用文档 共价键共用电子对 3
形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
a）外形
b）内部结构 光实敏用二文极档管
c）图形符号
39
5．开关二极管
开关二极管一般用于接通或切断电路，它是利用PN结 的正向偏置导电、反向偏置截止的特性完成工作的。
开关二实极用文管档
40
6．变容二极管
变容二极管是利用PN结电容效应的一种特殊二极管。
a) 外形
b)图形符号
c) C-u关系曲线
变容二极管
4）在热或光激发 下，使一些价电子获 得足够的能量而脱离 共价键的束缚，成为 自由电子，同时共价 键上留下一个空位， 称为空穴。
+4
+4
空
穴
+4
+4
自由 电子
+4
+4
+4
+4
束缚 电子
实用文档
5
5）自由电子和空穴的运动形成电流
+4 +4 +4 +4
在其它力的作用下，空 穴吸引临近的电子来填 补，这样的结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可以认为空穴 是载流子。
第四章 二极管与晶闸管
实用文档
1
4.1 PN结及其单向导电 4.1.1 性半导体基础知识
导 体: 自然界中很容易导电的物质.例如金属。
绝缘体：电阻率很高的物质，几乎不导电;如橡皮、 陶瓷、塑料和石英等。
半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的物质， 例如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等
半导体的特点
发光二极管
实用文档
37
发光二极管常用作照明或显示器件，除单个使用外，也 可制成七段式或点阵显示器，显示数字或图形文字，甚至用 成千上万个发光二极管点阵制成超大面积的户外电视屏幕。
a）汽车尾灯 b）交通信号灯 c）点阵显示屏
LED灯应用示例
实用文档
38
4．光敏二极管
光敏二极管也称光电二极管，是一种将光信号变成电信 号的半导体器件。
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
－－－－ － －
内电场E N型半导体 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩实散用文运档 动
15
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
N型半导体
实用文档
13
5.1.2 PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和 N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面 处就形成了PN结。
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
实用文档
14
PN结处载流子的运动
内电场E
N型半导 体
+ +++++ 内电场越强，就使漂
+ + + 移+ 运+动越+ 强，而漂移
+ + + 使+ 空+间电+ 荷区变薄。
+ +++++
扩散的结果是使空间电
荷区逐渐加宽。
扩实用散文运档 动
16
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
2．稳压二极管
稳压二极管是利用二极管反向击穿特性工作的半导体 器件。
a） 常见外形
b）电路图形符号
稳实压用二文极档管
35
稳压二极管的正向特性与普通硅二极管相似，但它的 反向击穿特性很陡。
稳压二极管的伏安特性曲线 实用文档
最简单的串联稳压电路 36
3．发光二极管
a)内部结构图 b)普通发光二极管 c)贴片式发光二极管 d)图形符号
在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的三价元素硼， 使空穴浓度大大增加。
多数载流子（多子）：空穴。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：电子。取决于温度。
+4
+4
空穴
+3
+4
硼原子
实用文档
11
归纳
◆
1、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为多 数载流子和少数载流子（简称多子、少子）。
◆
2、杂质半导体中多数载流子的数量取决于掺杂 浓度，少数载流子的数量取决于温度。
P型区
空间
N型区
电荷
区
实用文档
18
1） PN结加正向电压时的导电情况
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。于是,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。
实用文档
19
2. PN结加反向电压时的导电情况
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
强了内在电一场定。的内温电度场条对件多
子下扩，散由运本动征的激阻发碍决增定强的，少
扩子散浓电度流是大一大定减的小，。故此少时子
P形N成结的区漂的移少电子流在是内恒电定场的的
作，用基下本形上成与的所漂加移反电向流电大压
于的扩大散小电无流关，，可这忽个略电扩流散也
内电场E N型半导体
所以扩散和漂
+ + + + + +移这一对相反
的运动最终达
+ + + + + +到平衡，相当
+
+
+
+
+
于两个区之间 +没有电荷运动
+ + + + + +，空间电荷区 的厚度固定不
变。
扩散实用运文动档
17
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
电称流为，反P向N饱结和呈电现流高。阻性。
实用文档
20
❖空间电荷区中没有载流子。
❖空间电荷区中内电场阻碍多子（ P中的 空穴、N中的电子） 的扩散运动。
❖空间电荷区中内电场推动少子（ P中的 电子、N中的空穴） 的漂移运动。
❖ P中的电子和N中的空穴（都是少子）， 数量有限，因此由它们形成的漂移电流 很小。
实用文档
41
当调节电位器RP时，加在变容二极管上的电压发生变 化，其电容量相应改变，从而使振荡回路的谐振频率也随 之改变。
变容二极实用管文应档用电路
42
汽车光电式点火信号发生器
汽车光电式点火信号发生器示意图
实用文档
43
实用文档
21
5.1.3 PN结的单向导电 性
PN结加正向电压（正向偏置）： P区 接电源的正极、N区接电源的负极。
PN结加反向电压（反向偏置）： P区 接电源的负极、N区接电源的正极。
实用文档
22
PN结正向偏置 + P
变薄
－+ －+ －+ －+
内电场被削弱， 多子的扩散加强 能够形成较大的 扩散电流。
实用文档
6
可见因热激发而出现的自由电子和空穴是
同时成对出现的，称为电子空穴对。
实用文档
7
归纳
本征半导体的导电机理
❖ 本征半导体中存在数量相等的两种载流
子，即自由电子和空穴。
❖ 本征半导体的导电能力取决于载流子的
浓度。
❖温度越高载流子的浓度越高本征半导
体的导电能力越强。
实用文档
8
2. 杂质半导体
2.最大反向工作电压URM
二极管正常工作时允许承受的最大反向工作电压。它通常为 反向击穿电压的1/3~1/2。
3. 反向饱和电流 IR
指二极管在规定的最大反向工作电压和环境温度下的反 向电流值。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。
实用文档
31
5.2.4 应用举例
1. 理想二极管
_ N
外电场
内电场
I正
实用ຫໍສະໝຸດ Baidu档
23
PN结反向偏置
_ P
变厚
－+ －+ －+ －+
内电场被被加强 ，多子的扩散受 抑制。少子漂移 加强，但少子数
N量成有较限小，的只反能向形电+
流。
内电场 外电场
I反
实用文档
24
归纳
PN结的单向导电性
◆ 正向特性
P（+），N（-），外电场削弱内电场，结导通，I大； I的大小与外加电压有关；
◆ 反向特性
P（-），N（+），外电场增强内电场，结不通，I反很小；
I反的大小与少子的数量有关，与
温度有关；
实用文档
25
半导体二极管
基本结构
PN结 + 管壳和引线
符号：
阳极
P VD
阴极
N
实用文档
26
半导体二极管
实用文档
27
半导体二极管
实用文档
28
半导体二极管
实用文档
29
伏安特性
I反很小，与温度 有关；U击穿电
◆ 3、杂质半导体中起导电作用的主要是多子。
◆ 4、N型半导体中电子是多子，空穴是少子；
P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
实用文档
12
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P型半导体
杂质半导体使某种载流子浓度大大增加。
1）N型半导体
在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的五价元素磷， 使自由电子浓度大大增加。
实用文档
9
N型半导体
磷原子
+4
+4
多余电子
+5
+4
多数载流子（多子）：电子。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：空穴。取决于温度。
实用文档
10
2）P型半导体
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键
中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱
离共价键成为自由电子，因此本征半导体中
的自由电子很少，所以本征半导体的导电能
力很弱。
实用文档
4
3）在绝对0度和没 有外界激发时,价电子完 全被共价键束缚着，本 征半导体中没有可以运 动的带电粒子（即载流 子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。
压，击穿导通；
I
反向特性： E
VD I反
正向特性：
【死区】 开启电
压硅管0.5V,锗管
0.1V。
E
I
VD
I
反向击穿电 压U(BR)
导通压降: 硅 管0.7V,锗管 0.3V。
U
U<死区电
压，不通
；U>死区
电压，导 通；
UI
实用文档
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5.2.3 主要参数
1.最大整流电流 IFM
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。
U >0，VD导通；UD=0 E ，I取决于外电路；相当于
UD
I VD
一个闭合的开关
E
I
U
U 0，VD截止；I=0， E
UD（负值）取决于外电路
UD VD
；相当于一个断开的开关
I反
E U
I反
实用文档
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二极管的简易判别
实用文档
33
常用二极管类型
1．整流二极管
整流二极管实物图
实用文档
34
整流电路波形图
当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。
往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力
明显改变。
实用文档
2
1. 本征半导体
纯净的半导体。如：硅和锗
本征半导体的导电机理 1）最外层四个价电子。
2）共价键结构
Ge
Si
+4
+4
+4
+4
+4表示除去价电子后的原实子用文档 共价键共用电子对 3
形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
a）外形
b）内部结构 光实敏用二文极档管
c）图形符号
39
5．开关二极管
开关二极管一般用于接通或切断电路，它是利用PN结 的正向偏置导电、反向偏置截止的特性完成工作的。
开关二实极用文管档
40
6．变容二极管
变容二极管是利用PN结电容效应的一种特殊二极管。
a) 外形
b)图形符号
c) C-u关系曲线
变容二极管
4）在热或光激发 下，使一些价电子获 得足够的能量而脱离 共价键的束缚，成为 自由电子，同时共价 键上留下一个空位， 称为空穴。
+4
+4
空
穴
+4
+4
自由 电子
+4
+4
+4
+4
束缚 电子
实用文档
5
5）自由电子和空穴的运动形成电流
+4 +4 +4 +4
在其它力的作用下，空 穴吸引临近的电子来填 补，这样的结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可以认为空穴 是载流子。
第四章 二极管与晶闸管
实用文档
1
4.1 PN结及其单向导电 4.1.1 性半导体基础知识
导 体: 自然界中很容易导电的物质.例如金属。
绝缘体：电阻率很高的物质，几乎不导电;如橡皮、 陶瓷、塑料和石英等。
半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的物质， 例如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等
半导体的特点
发光二极管
实用文档
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发光二极管常用作照明或显示器件，除单个使用外，也 可制成七段式或点阵显示器，显示数字或图形文字，甚至用 成千上万个发光二极管点阵制成超大面积的户外电视屏幕。
a）汽车尾灯 b）交通信号灯 c）点阵显示屏
LED灯应用示例
实用文档
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4．光敏二极管
光敏二极管也称光电二极管，是一种将光信号变成电信 号的半导体器件。
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
－－－－ － －
内电场E N型半导体 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩实散用文运档 动
15
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
N型半导体
实用文档
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5.1.2 PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和 N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面 处就形成了PN结。
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
实用文档
14
PN结处载流子的运动
内电场E
N型半导 体
+ +++++ 内电场越强，就使漂
+ + + 移+ 运+动越+ 强，而漂移
+ + + 使+ 空+间电+ 荷区变薄。
+ +++++
扩散的结果是使空间电
荷区逐渐加宽。
扩实用散文运档 动
16
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
2．稳压二极管
稳压二极管是利用二极管反向击穿特性工作的半导体 器件。
a） 常见外形
b）电路图形符号
稳实压用二文极档管
35
稳压二极管的正向特性与普通硅二极管相似，但它的 反向击穿特性很陡。
稳压二极管的伏安特性曲线 实用文档
最简单的串联稳压电路 36
3．发光二极管
a)内部结构图 b)普通发光二极管 c)贴片式发光二极管 d)图形符号
在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的三价元素硼， 使空穴浓度大大增加。
多数载流子（多子）：空穴。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：电子。取决于温度。
+4
+4
空穴
+3
+4
硼原子
实用文档
11
归纳
◆
1、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为多 数载流子和少数载流子（简称多子、少子）。
◆
2、杂质半导体中多数载流子的数量取决于掺杂 浓度，少数载流子的数量取决于温度。
P型区
空间
N型区
电荷
区
实用文档
18
1） PN结加正向电压时的导电情况
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。于是,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。
实用文档
19
2. PN结加反向电压时的导电情况
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
强了内在电一场定。的内温电度场条对件多
子下扩，散由运本动征的激阻发碍决增定强的，少
扩子散浓电度流是大一大定减的小，。故此少时子
P形N成结的区漂的移少电子流在是内恒电定场的的
作，用基下本形上成与的所漂加移反电向流电大压
于的扩大散小电无流关，，可这忽个略电扩流散也
内电场E N型半导体
所以扩散和漂
+ + + + + +移这一对相反
的运动最终达
+ + + + + +到平衡，相当
+
+
+
+
+
于两个区之间 +没有电荷运动
+ + + + + +，空间电荷区 的厚度固定不
变。
扩散实用运文动档
17
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
电称流为，反P向N饱结和呈电现流高。阻性。
实用文档
20
❖空间电荷区中没有载流子。
❖空间电荷区中内电场阻碍多子（ P中的 空穴、N中的电子） 的扩散运动。
❖空间电荷区中内电场推动少子（ P中的 电子、N中的空穴） 的漂移运动。
❖ P中的电子和N中的空穴（都是少子）， 数量有限，因此由它们形成的漂移电流 很小。
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41
当调节电位器RP时，加在变容二极管上的电压发生变 化，其电容量相应改变，从而使振荡回路的谐振频率也随 之改变。
变容二极实用管文应档用电路
42
汽车光电式点火信号发生器
汽车光电式点火信号发生器示意图
实用文档
43
实用文档
21
5.1.3 PN结的单向导电 性
PN结加正向电压（正向偏置）： P区 接电源的正极、N区接电源的负极。
PN结加反向电压（反向偏置）： P区 接电源的负极、N区接电源的正极。
实用文档
22
PN结正向偏置 + P
变薄
－+ －+ －+ －+
内电场被削弱， 多子的扩散加强 能够形成较大的 扩散电流。
实用文档
6
可见因热激发而出现的自由电子和空穴是
同时成对出现的，称为电子空穴对。
实用文档
7
归纳
本征半导体的导电机理
❖ 本征半导体中存在数量相等的两种载流
子，即自由电子和空穴。
❖ 本征半导体的导电能力取决于载流子的
浓度。
❖温度越高载流子的浓度越高本征半导
体的导电能力越强。
实用文档
8
2. 杂质半导体
2.最大反向工作电压URM
二极管正常工作时允许承受的最大反向工作电压。它通常为 反向击穿电压的1/3~1/2。
3. 反向饱和电流 IR
指二极管在规定的最大反向工作电压和环境温度下的反 向电流值。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。
实用文档
31
5.2.4 应用举例
1. 理想二极管
_ N
外电场
内电场
I正
实用ຫໍສະໝຸດ Baidu档
23
PN结反向偏置
_ P
变厚
－+ －+ －+ －+
内电场被被加强 ，多子的扩散受 抑制。少子漂移 加强，但少子数
N量成有较限小，的只反能向形电+
流。
内电场 外电场
I反
实用文档
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归纳
PN结的单向导电性
◆ 正向特性
P（+），N（-），外电场削弱内电场，结导通，I大； I的大小与外加电压有关；
◆ 反向特性
P（-），N（+），外电场增强内电场，结不通，I反很小；
I反的大小与少子的数量有关，与
温度有关；
实用文档
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半导体二极管
基本结构
PN结 + 管壳和引线
符号：
阳极
P VD
阴极
N
实用文档
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半导体二极管
实用文档
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半导体二极管
实用文档
28
半导体二极管
实用文档
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伏安特性
I反很小，与温度 有关；U击穿电
◆ 3、杂质半导体中起导电作用的主要是多子。
◆ 4、N型半导体中电子是多子，空穴是少子；
P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
实用文档
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杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P型半导体