二极管及其特性

注：正偏导通、反偏截止的特点体现PN结 具有的单向导电特性。
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第1章 晶体二极管及应用
3. PN结的击穿
• 反向击穿： 当PN结的反向电压增大到一定数值时， 反向电流突然急剧增大，这种现象称 为PN结的反向击穿。
• 反向击穿电压：
对应于电流开始剧增时的电压
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第1章 晶体二极管及应用
第1章 晶体二极管及应用
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第1章 晶体二极管及应用
二极管的命名方法----P9 （自学完成）
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第1章 晶体二极管及应用
1.2.2
二极管的伏安特性及其主要参数
玻尔兹曼 常数
1、PN 结的伏安方程
iD I S (e
反向饱 和电流
uD / UT
1)
kT UT q
电子电量
U(BR) U 0 U < U(BR) iD = IS < 0.1 A(硅) 几十 A (锗) 反向电流急剧增大 (反向击穿)
Uth = 0.5 V (硅管) 0.1 V (锗管)
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反向击穿类型： 电击穿 — PN 结未损坏，断电即恢复。
热击穿 — PN 结烧毁。
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2）P型半导体 在硅（或锗） 半导体晶体中， 掺入微量的三 价元素，如硼 （ B ） 、 铟 （ In ）等，则 构成P型半导 体。
P型半导体共价键结构
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结论
（1）P型半导体中，邻近的束缚电子如果获 取足够的能量，有可能填补这个空位，使原 子成为一个不能移动的负离子，但与此同时 没有相应的自由电子产生，半导体仍然呈现 电中性。
在本征半导体中加入微量杂质元素，
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：
N型（电子型）半导体
P型（空穴型）半导体。
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1）N型半导体 在硅（或锗） 半导体晶体中， 掺入微量的五价 元 素 ， 如 磷 （ P ）、 砷 （ As ） 等，则构成N型 半导体。
iD / mA
15 10 5
–0.01 0 0.2 –0.02 0.4
uD / V
硅管的伏安特性
锗管的伏安特性
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3、温度对二极管特性的影响
iD / mA
60 40
90C 20C
20
–50 –25 0 – 0.02
0.4
uD / V
T 升高时，
UD(on)以 (2 2.5) mV/ C 下降
N型半导体的共价键结构
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结论 （1）N型半导体多余的自由电子参与导电移 动后，在原来的位置留下一个不能移动的正 离子，但与此同时没有相应的空穴产生，半 导体仍然呈现电中性。 （2）N型半导体自由电子为多数载流子（称 多子），空穴为少数载流子（称少子）。即 N型半导体主要靠自由电子导电。
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2、PN结的形成
当通过内电场的扩散电流等于漂移电流时， 它的宽度保持一定而处于稳定状态， PN 结 即形成。
注： 1）PN结内电场的电位差约为零点几伏。 2）当PN结两端没有外加电场时，PN结中无电 流流过。
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3 PN结的单向导电性 1）PN结外加正向电压（ PN结正偏）
点接触型 2、按结构分： 面接触型 平面型
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正极 引线
N 型锗片
负极 引线
外壳
触丝
点接触型
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铝合金 小球
正极引线 PN 结
正极 负极 引线 引线
N型锗
金锑 合金
P
P 型支持衬底
N
负极引线
底座
面接触型
集成电路中平面型
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4、二极管的主要参数----P8
iD U (BR) URM O IF uD
1）IF — 最大整流电流(最大正向平均电流) 2） URM — 最高反向工作电压，取值为 U(BR) / 2 3）IR — 反向饱和电流(越小单向导电性越好)
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第1章 晶体二极管及应用
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1.2 二极管及其特性 1.2.1
构成：
半导体二极管的结构和类型及命名
PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode) (cathode)
符号： A (anode)
C
阳极
VD
阴极
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分类：
1、按材料分：
硅型二极管 锗型二极管
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第1章
半导体二极管及其应用
1.1 半导体的基础知识 1.2 半导体二极管的基本特性 1.3 二极管电路的 应用
1.4 特殊二极管
1.5 半导体二极管特性的测试 小 结
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第1章 晶体二极管及应用
学习目标: 1．了解半导体的基本概念和本征半导体、杂质半 导体的特点。 2．了解PN结的形成，掌握PN结的单向导电性。 3．了解半导体二极管的结构；掌握二极管的伏安 特性及主要参数。 4．掌握常见的二极管应用电路（如整流滤波电路、 稳压电路等）的工作原理及分析方法。 5．掌握使用万用表对二极管作简易测试的方法。
注 1： PN结的击穿有“雪崩击穿”和“齐纳击穿”两 种 注 2： 电击穿：当发生以上两种击穿时，反向电压下降 到击穿电压以下时，PN结的性能仍能恢复到原 来的状态的为“电击穿 ”状态 热击穿：若发生“电击穿”后，反向电压不能即 时下降或撤掉，那么PN结将因发热而击穿损坏。 注 3： PN结的热击穿是不可恢复的，在应用中应尽量 避免
反向击穿原因： 齐纳击穿： 反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (Zener) 反向电场使电子加速，动能增大，撞击 雪崩击穿： 使自由电子数突增。
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iD / mA
60 40 20 –50 –25 – 0.02 – 0.04 0 0.4 0.8 u / V D
– 50 – 25
PN结外加正 向电压时处 于导通状态
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2）PN结外加反向电压（ PN结反偏）
PN结外加反 向电压时处 于截止状态
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结论 PN结正偏时处于导通状态，有较小的正向 电阻，正向电流IF较大； PN结反偏时处于截止状态，有较大的反向 电阻，反向电流IR较小。
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1.1.2
杂质半导体
1、 本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体材料称为 本征半导体。 1）本征半导 体共价键结构 (晶格结构)
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2）本征激发和载流子 （1）本征激发
（2）载流子
A、自由电子 B、空穴
注：电子—空穴对 本征半导体中，自 由电子和空穴成对 出现，
（2）P型半导体中，空穴为多数载流子（多 子），自由电子为少数载流子（少子）。 （3）P型半导体主要靠空穴导电。
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1.1.3、 PN结及其导电性
1、 载流子的运动 P型和N型半导体交界处多子的扩散
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内电场的产生
结论 1）扩散运动：多子的运动 2）漂移运动：少子的运动 漂移运动和扩散运动的方向相反
半导体： 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质 常用的半导体材料有： 硅、锗、硒、砷化镓以及金属氧化物和硫 化物等
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半导体的特性： 1）掺杂性 半导体的电导率会因加入杂质而发生显著 的变化 2）温敏性 温度的变化也会使半导体的电导率发生显 著的变化 3）光敏性 半导体的光电效应较好，光照不仅可以改 变半导体的电导率，而且可以产生电动势
温度的 电压当量
当 T = 300K(27C)：
UT = 26 mV
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2、二极管的伏安特性
iD /mA
0 U Uth
uD /V
iD = 0
U (BR)
IS
正向特性
反 反向特性 O Uth 向 U Uth iD 急剧上升 击 死区 穿 电压 UD(on) = (0.6 0.8) V 硅管 0.7 V (0.1 0.3) V 锗管 0.2 V
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1.1 半导体基础知识
按导电能力看，物质分有哪几类呢？
物质分有导体、绝缘体和半导体三类 导体(105s/cm)、 半导体(10-9~102s/cm) 绝缘体(10-14~10-22s/cm)。
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1.1.1
半导体的主要特性
4） PM-— 最大功耗： 保证二极管正常工作允许的最大功耗。 通常，大功率二极管一定要加散热片 5）RD—直流电阻
UD RD ID
6）rD—交流电阻
U D rd I D
ID IQ
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7） fM — 最高工作频率(超过时单向导电性变差)
影响工作频率的原因 —
PN 结的电容效应
结论：结电容很小 1. 低频时，容抗较大，对PN 结影响很小。 高频时，因容抗减小，使结电容分流，导致单向 导电性变差。 2. PN结结面积越小，结电容小，对应工作频率较高
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第1章 晶体二极管及应用
作业： 思考与练习 P6、P11、P21 P28 自测题
1-1、1-2、
第1章 晶体二极管及应用
（3）一定温度下，本征半导体中电子空穴 对的产生与复合相对平衡，电子-空穴对的 数目相对稳定。 （4）温度升高，激发的电子空穴对数目增 加，半导体的导电能力增强。 注：“空穴”的出现是半导体导电区别于 导体导电的一个主要特征。
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2、 杂质半导体
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第1章 晶体二极Fra Baidu bibliotek及应用
束缚电子填补空穴的运动称“复合”
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3）结 论 （1）半导体中存在两种载流子，一种是带 负电的自由电子，另一种是带正电的空穴， 它们都可以运载“电荷”形成电流。 （2）本征半导体中，自由电子和空穴相伴 产生，数目相同。
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