1-1 半导体基础知识——二极管

3、最大反向电流IR： 指二极管加UR时的反向电流。反 向电流大，说明管子的单向导电性差， IR受温度的影响， 温度越高反向电流越大。
4、最高工作频率fM：指二极管允许工作的最高频率，当 外加信号频率高于此值时，二极管将失去单向导电性。
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特殊二极管
稳压二极管
（1）稳压管结构及工作特性
符号 伏安特性
光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等) 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显 改变。 (可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管 、三极管和晶闸管等）
半导体的结构——本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。
U
U
理想特性
近似特性
正向： OA段（死区）：硅管约0.5V
正向导通： 硅管约0.7V
锗管约0.2V
锗管约0.3V
反向：OB段（截止区）：I近似为0 击穿区：管子被击穿
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二极管模型

实例1-1 一个简单的二极管电路如图所示，R=10kΩ， VDD=5V，分别用理想模型、恒压降模型，求电路的ID和 VD的值。 解：①使用理想模型
p+ Si
Si
失去一个电子 变为正离子
磷原子
6
半导体的结构——杂质半导体
2）P型半导体
Si
Si
空穴
掺入三价元素
掺杂后空穴数目大量增 加，空穴导电成为这种半导 体的主要导电方式，称为空 穴半导体或 P型半导体。
– Si B
Si
接受一个电子 变为负离子
硼原子
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PN结的特性
形成空间电荷区
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1）PN结外加正向电压（正向偏置）
I Z
I ZM
Rz UZ I Z
光电二极管
电路符号：在普通二极管电路符号的边 上加两个朝向管子的箭头。
a
k
光电二极管
特性：无光照时与普通二极管一样具有单
向导电性。使用时，光电二极管的PN结应 工作在反向偏置状态，在光信号的照射下， 反向电流随光照强度的增加而上升。
a
k
用途：用于测量光照强度、做光电池。
发光二极管
发光二极管有许多外形、尺寸、亮度、颜色（红、黄、 绿、蓝、紫、白、橙等）选择，发光二极管是有正极和负极 之分的，透过外壳可看到发光二极管内部的两片导体。 符号
D ?

实验4——充放电LED指示灯电路
+5V
470Ω K1
R1 LED1 C 1000µ F
＋
K2
R2 470Ω
LED2
1
元器件领取及检测
LED2灯状态 （亮/灭）
Leabharlann Baidu
LED灯状态 （亮/灭） LED两端电压 UL（V）
半导体基础
导体：一般为低价元素，如铜、 铁、铝 绝缘体：一般为高价元素（如 惰性气体）或高分子物质（如 塑料和橡胶）。 半导体：其导电性介于导体和 绝缘体之间（如硅和锗以及砷 化镓）
半导体的导电特性
热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)
反向电流在 一定电压范围 内保持常数 （很小，A级）
P
–
+N
反向特性
死区电压
硅管0.5V 锗管0.2V
外加电压大于反向击穿 电压，二极管被击穿， 失去单向导电性。
外加电压大于死区电压， 二极管才能导通。 14
二极管模型 伏安特性的实际，近似与理想情况对比：
I
0
B 硅 A
I 0
UD
I 0
U
伏安特性
VD
二极管的伏安特性

实验3 二极管的伏安特性曲线测试
V A
电压（V） 0 0.05 0.75 1 3 5 8 20 80
正向 偏置
反向 偏置
电流 电压
电流
电压
二极管的伏安特性
限流电阻
伏安特性
A
V
二极管的伏安特性
特点：非线性 反向击穿电压U(BR)
I
P
+
–
N 正向特性
硅0.7V
导通压降 锗0.3V U
uZ / V
I Z
I ZM
稳压二极管
3) 最大耗散功率PZM ： 稳压管允许的最大功耗。 由该参数可以求最大稳定电流
iZ / mA
IZmax。
U Z
UZ
I Zmin
O
PZM I ZM U Z
4） 动态电阻Rz： 工作在稳压区时，端电压 变化量与其电流变化量之比。 其值越小，稳压性能越好。
uZ / V
电阻 470Ω 发光二极管 电容
表1-1 发光二极管检测数据
正向压降 反向压降
LED1 LED2
颜色
质量判断
2 任务问题
+5V 470Ω K1 R1 LED1 C 1000µ F
＋
K2 R2 470Ω LED2
开关状态 K1闭合，K2断开 K1断开，K2闭合
电容C两端电压 LED1灯状态 UC（V） （亮/灭）
PN 结变窄
P接正、N接负
IF
外电场
+
–
PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向 电阻较小，PN结处于导通状态。
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2）PN结外加反向电压（反向偏置）
PN 结变宽
P接负、N接正
外电场
–
+
IR
PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流极小，反向 电阻较大，PN结处于截止状态。
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半导体二极管
项目0 半导体基础知识

实验2——二极管的单向导电性
结论：当二极管两端电压为正向电压时，二极管将 a a 1K 1K 当二极管两端电压为反向电压是，二极管将
故二极管具有 L 电压降约为 V。b 5V
直流稳压电源 二极管两端电压 输出电压 Uab（V） 5V -5V
；
；
性，且正向导通时，导通 5V L b
I + UZ
O
_
稳压管反向击穿后，电 流变化很大，但其两端 电压变化很小，利用此 特性，在电路中可起稳 压作用。
U
IZmin UZ IZ IZma
x
21
稳压二极管
（2）稳压管的主要参数
1) 稳定电压U Z: 稳压管反向击穿后的稳 定电压值。 U Z
iZ / mA
UZ
I Zmin
O
2) 稳定电流I Z： 稳压管正常工作时的 参考电流。电流高于此值 时，管子才能起到稳压作 用。IZmin实际就取IZ。
VD 0V I D VDD / R
5V/10K 0.5mA
VDD
R
＋
VD
－
iD
②使用恒压降模型
VD 0.7V V VD 5V - 0.7V I D DD 0.43mA R 10K
二极管模型

实例1-2 硅二极管电路如图所示，试分别用二极管的理 想模型、恒压降模型计算电路中的电流ID和输出电压UD。
ID
a
解：Ua 12V Ub 16V VD导通
VD1
VD
b 2K
R
12V
VD2
UO
16V
二极管限幅电路
R
＋
ui
VD 2V
＋
VPP=8V，f=100HZ
ui
－
uo
－
t
R
＋
ui
－
VD 3V
＋
uo
－
R
＋ VD1 2V VD2 3V ＋
ui
－
uo
－
二极管的主要参数
以下各参数是选择二极管的依据 1、额定正向平均电流IF :长期使用允许流过二极管的最大 正向平均电流。 2、最高反向工作电压URM :是保证二极管不被击穿而给出 的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半 或三分之二。
• 原子结构及共价键
价电子 Si Si
Si
共价健 晶体中原子的排列方式
Si
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子，称为价电子。
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半导体的结构——杂质半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导 体。
在常温下 即可变为 自由电子
1）N型半导体
Si
Si
多余 电子
掺入五价元素
掺杂后自由电子数目大 量增加，自由电子导电成 为主要的导电方式，称为 电子半导体或N型半导体。