电工电子技术：半导体二极管及整流电路

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
2. PN 结的单向导电性
（1） 外加正向电压
P区
外电场驱使P空区间的电空荷N穴区区进电变入窄子空进间入空间电荷区
N 区 电荷区抵消一部分负抵空消间一电部荷分正空间电荷
第八章 半导体二极管及整流电路
第一节 半导体的导电特性及PN结 第二节 二极管整流电路 第三节 滤波电路 第四节 稳压管及稳压电路
第一节 半导体的导电特性及PN结
自然界中很容易导电的物质称为导体，金 属一般都是导体。
有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体 之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些 硫化物、氧化物等。
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
三、 半导体二极管
1.二极管的结构和符号
正极引线
正极引线
二氧化硅保护层
触丝
PN结 N型锗 支架 外壳
反向击穿电 压U(BR)
导通压降: 硅 管0.6~0.7V,锗 管0.2~0.3V。
U
小结： （1）二极管正向电压很
小时，有死区。 （2）二极管正向导通时
管压降基本固定。 导通电阻很小。 （3）二极管反向截止时， 反向电流很小，并 几乎不变，称反向 饱和电流。 （4）反向电压加大到一 定程度二极管反向 击穿。
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
外电场驱使多空数间载电流荷子区的两扩侧散的运空动穴难和于自进由行电子移走
空间电荷区变宽
P区
N区
IR
内电场方向
R
少数载流子越过PN结
外电场方向
形成很小的反向电流
E
结论
1、空间电荷区中没有载流子又称耗尽层。 2、空间电荷区中内电场阻碍扩散运动的进
半导体的导电机理不同于其它物质，所 以它具有不同于其它物质的特点。比如：
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。
一、半导体的导电特性
把纯净的没有结 构缺陷的半导体单晶 称为本征半导体。
它是共价键结构。 在热力学温度零度
和没有外界激发时,
P型区 N型硅
PN结
负极引线
正极 负极
负极引线 点接触型二极管
面接触型二极管
二极管的符号
二极管的型号
• 例如：2 C K 18
•
序号
•
（K--开关、W--稳压、Z--
•
功能 整流、P--检波）
•
（A、B--锗）
•
材料（C、D--硅）
•
二极管
2.伏安特性 I
死区电压 硅管 0.5V,锗管0.2V 。
I
其中： US=5V，R=1K
+ -
US
R 解：所示电路中二极管处于导通状态，
因此： I U S 0.6 5 0.6 4.4mA
R
1
二极管为电流控制型元件，R是限流电阻。
例2：下图中，已知VA=3V， VB=0V， VDA 、VDB为锗 管，求输出端Y的电位并说明二极管的作用。
解： VDA优先导通，则
2.两种半导
体 （1） N 型半导体
在硅或锗的晶体
+4
中 掺入少量的
五价元 素,如磷,
+4
则形成N型半导
体。
+4
+4
+4
正磷原离子子
++54
+4
多余价电子
自由电子
+4
+4
N 型半导体结构示意图 少数载流子
正离子
多数载流子
在N型半导中,电子是多数载流子, 空穴是少数载流子。
（2） P型半导体
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
价电子填补空穴 空穴移动方向
电子移动方向
+4
+4
+4
外电场方向
结论
1.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。
2.本征半导体的导电能力取决于载流子 的浓度。
3.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。
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。
+4
+4
+4
+4
负硼离原子子
+43
+4
填补空位
空穴
+4
+4
负离子
空穴是多数载流子 电子是少数载流子
P 型半导体结构示意图
结论
1.N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供
的电子，本征半导体中受激产生的电子只占少数 。 N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形 成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是
以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是 主要利用它的单向导电性包括整流、限幅、保护等
4.分析、应用举例
二极管的应用范围很广,它可用与整流、检波、限幅、 元件保护以及在数字电路中作为开关元件。
二极管为非线性元件在分析计算时和以往线性元 件不同下面我们以例子说明。
例1. 试求下列电路中的电流。（二极管为硅管）
本征半导体不导电。
+4
+4
+4
硅原子
+4
+4
+4
价电子
Fra Baidu bibliotek
+4
+4
+4
本征半导体的共价键结构
在常温下自由电子和空穴的形成
+4
成对消失
复合
+4
+4
+4
+4
+4
+4
空
自由电子
穴
成对出现
+4
+4
本征激发
1.两种载流子
空穴导电的 实质是共价 键中的束缚 电子依次填 补空穴形成 电流。故半 导体中有电 子和空穴两 种载流子。
多子。近似认为多子与杂质浓度相等。
2.P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
二、PN结及其单向导电性
1. PN 结的形成
用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上,形成 P型半导体区域 和 N型半导体区域,在这两个区域的交界处就形成了一个PN 结。
P 区 P区的空穴空向间N电区扩荷散区并与电子复N合区
内N区电的场电方子向向P区扩散并与空穴复合
3.主要参数
（1）最大整流电流 IOM
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UBR
二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流 剧增，二极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 UBR的一半。
（3）最大反向电流 IRM
指二极管加最大反向工作电压时的反向电流 。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。反向电流受温度的影响，温 度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗 管的反向电流要大几十到几百倍。