半导体二极管教案

半导体二极管

3.PN结原理

当N型半导体和P型半导体用特殊工艺结合在一起时，由于P 型半导体中空穴浓度高、电子浓度低，而N型半导体中电子浓度高、空穴浓度低，因此在交界面附近电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。P区的空穴要扩散到N区，且与N区的电子复合，在P区一侧就留下了不能移动的负离子空间电荷区。同样，N区的电子要扩散到P区，且与P区的空穴复合，在N区一侧就留下了不能移动的正离子空间电荷区。空间电荷区形成了一个方向由N区指向P 区的内电场，内电场的作用是阻碍多数载流子的继续扩散。这种动态稳定的结构称之为PN结。当加入外电场时动态平衡被打破，略讲PN结单向导电性，即正偏(P接“＋”，N接“－”)时，正向电流大；反偏(P接“－”，N接“＋”)时，反向电流小。

二、半导体二极管（20分钟）

1.二极管概述

利用PN结的单向导电性，可以用来制造一种半导体器件——半

导体二极管。半导体二极管又称晶体二极管。几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管。

结构

半导体二极管是由一个PN结加上电极引线和外壳封装而成。P区引出的

电极称为阳极，或叫正极，用A表示；N区引出的电极称为阴极,或叫负极,用

K表示。

半导体二极管的外形与符号

符号

半导体二极管在电路中的符号如上图所示，箭头指向表示二极管正向导通时电流的方向。

分类

按结构的不同来分，可分为点接触型和面接触型；

若按应用场合的不同来分，可分为整流二极管、稳压二极管、检波二极管、限幅二极管、开关二极管、发光二极管等；

若按功率的不同可分为小功率、中功率和大功率；

若按制作材料的不同，可分为锗二极管和硅二极管等。

为学生展示几种常见二极管本节的重难点主要就在二极管的外部特性。通过二极管的检测加深理解二极管单向导电特性。通过知识拓展了解二极管的作用引发兴趣。重点练习恒压降模型的分析方法。

我们已经知道了PN结具有单向导电性，但是二极管具体的外部特性是怎样的呢？下面给出二极管的伏安特性曲线。二极管的伏安特性就是二极管两端的电压U与流过二极管的电流I的关系。

半导体二极管伏安特性

正向特性

当二极管所加的正向电压（又称正向偏置）较小时，正向电流I

F 很小，二极管呈现较大的电阻，称这个区域为死区。通常硅二极管

的死区电压U

T

（又叫门限电压）约为0.5V，锗二极管的死区电压约为0.2V。

当正向电压超过死区电压后，正向电流显著增加，并且随着正向电压加大，电流迅速增长，二极管的正向电阻变得很小，当二极管充分导通后，二极管的正向压降基本维持不变，称为正向导通压降，硅二极管约为0.6V～0.8V，锗二极管约0.2V～0.3V。这一区段，称为正向导通区。

反向特性

当二极管加反向电压（又称反向偏置）时，形成的电流称反向漏

电流I

R

，其值很小，这一区段，称为反向截止区。正常情况下，硅

二极管的反向漏电流I

R 一般在几微安以下，锗二极管的I

R

较大，一

般在几十微安至几百微安。我们可以视为无电流通过，即反向截止。

反向电流的大小与反相电压无关，与温度有关。

当反向电压增加到一定大小的U

BR

时，反向电流突然急剧增加，这种现象称为二极管反向击穿。使二极管发生反向击穿时的反向电压

U

BR

称为反向击穿电压。特别注意一点，当反向击穿时，如果没有限流保护，可能会对二极管造成永久性破坏。

恒压降模型

在实际生产中，往往采用最简单的方法来解决实际问题，这就要求我们要有简化抽象的思维模式，忽略一些不必要的因素，建立起符合实际要求的模型。

二极管反向电流非常小，在许多场合可以忽略不计，这里看成无电流，死区电流非常小，亦可视为无电流通过，导通之后电压变化不大，可以视为恒值。这就是二极管的恒压降模型。二极管的恒压降模型基本思想是当二极管导通后，其管压降可认为是恒定的，不随电流而变，且导通电压的典型值为0.7V（硅管）。此模型只有当二极管的电流i D近似等于或大于1mA时才是正确的。该模型提供了一种合理的近似，应用也较广。