电工电子学半导体二极管

例：设 DZ1 的 稳 定 电 压 为 6 V，DZ2 的 稳 定 电 压 为 12 V， 设 稳 压 管 的 正 向 压 降 为 0.7 V，则 输 出 电 压UO 等 于 （ ）。 (a) 18V (b) 6.7V (c) 30V (d) 12.7V
2k
+ -
30V
DZ1 DZ2
+
UO
-
小结：
9.1.1 本征半导体
一、本征半导体的结构特点
用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子 （价电子）都是四个。
Si
本征半导体：完全纯净 的、晶体结构的半导体。
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。
束缚电子 +4 +4表示除 去价电子 后的原子
+4
共价键：共 用电子对
+4
+4
在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导 体不导电。
ui
uR u D
D 3V
6 3
uo
0
2
t
uo / V
3 0 –6

2
t
例3：下图中，已知VA=3V， VB=0V， DA 、DB为 锗管(导通压降0.3V )，求输出端Y的电位, 并说明二 极管的作用。 解： DA优先导通，则
A B DA
VY=3–0.3=2.7V
DB
Y
R
DA导通后, DB因反偏而截止, 起隔离作用, DA起钳位作用, 将Y端的电位钳制在+2.7V。
漂移运动 P型半导体 －－ － － － － －－ － － － － －－ － － － － －－ － － － － 内电场E N型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
空间电荷区
PN结
扩散运动
内电场阻止扩散 ，有利于漂移
二、PN结的单向导电性
电子技术课程： 以放大电路分析为主，重在分析电路 模拟电子技术： 的外部特性，例如放大倍数，输入输 出阻抗等
数字电子技术： 以门电路和触发器为基本，重在分 析组合逻辑电路和时序逻辑电路的 功能
学习方法：抓住电路的宏观特征
第9章 二极管和晶体管 9.1 半导体的导电特性 9.2 二极管 9.3 稳压二极管 9.4 晶体管
硅管的伏安特性
1. 最大整流电流 IOM：最大正向平均电流 2. 反向工作峰值电压URWM 3. 反向峰值电流 IRM
例1：二极管半波整流
ui ui
RL
uo
t uo t
例2：下图是二极管限幅电路，D为理想二极管， ui = 6 sin t V, E= 3V,试画出 uo波形 。
R
ui / V

1 . N 型半导体
在硅或锗的晶体中
掺入少量五价元素 正离子 磷原子
N 型半导体中的载流子: +4 +4 +4
1、自由电子。
多数载流子 2、空穴。 少数载流子
+4
+4 +5 多余价电子
+4
自由电子
+4 +4 +4
N 型半导体结构示意图 少数载流子 多数载流子
正离子
在N型半导中,电子是多数载流子, 空穴是少数载流子。
IR
少数载流子越过PN结 形成很小的反向电流
E
内电场方向 外电场方向
R
伏安特性
PN结的单向 导电性！！！
§9.2 半导体二极管
一、基本结构
二极管符号：
P
N
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。 点接触型
触丝线 PN结
引线
外壳线
基片
面接触型
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二、伏安特性
反向特性
–100 –50 600 400
+4
本征半导体的导电能力 取决于载流子的浓度。 外电场方向
9.1.2 N半导体和P型半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会 使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺 杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体。 P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体。
2. P型半导体
+4 +4 +4
在硅或锗的晶体中 掺入少量的三价元
素, 形成P 型半导体
+4 +4 +3
负离子 硼原子
+4
P 型半导体中的载流子是:
1、自由电子。 少数载流子 2、空穴。 多数载流子
+4 +4
空穴 填补空位
+4
P 型半导体结构示意图
空穴是多数载流子 负离子 电子是少数载流子
§9.1.3 PN结及其单向导电性
在常温下自由电子和空穴的形成
+4
+4
+4
成对消失
复合
+4 +4 +4
空 穴
自由电子 成对出现
+4
+4
+4
半导体中两种载流子: 自由电子和空穴 自由电子能导电
+4 +4 +4
空穴能导电
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。
+4 +4
电子移动方向 价电子填补空穴 空穴移动方向 +4 +4 +4
二极管的单向导电性：
PN结正向偏置，近似短路，有0.2～0.6的压降 PN结反向偏置，处于高阻状态，类似断路
–12V
§ 9.3 稳压二极管
稳压二极管是利用PN结反向击穿后具有稳压特性制 作的二极管，其除了可以构成限幅电路之外，主要用 于稳压电路。
I
+ U
稳压二极管的参数:
（1）稳定电压 UZ
（2）动态电阻
UZ
IZ UZ IZm
rZ
U Z I Z
曲线越陡，动 态电阻愈小， 电压越稳定。
（3）. 最大稳定电流 IZmax
理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0
导通压降: 硅管0.6~0.7V
导通压降:
I / mA
6 4 2
I / mA
锗管0.2~0.3V 正向特性
0.8
正向特性
– 80 – 40
200
0 0.4 0.8 U / V – 0.1
–0.1 0 0.4 –0.2
U/V
反向击 穿特性
– 0.2
死区电压
反向特性 锗管的伏安特性
1. PN 结正向偏置
PN 结加正向电压、正向偏置： P 区加正、N 区加负电压
空间电荷区变窄
P区
N区
_
I 内电场被削弱，多子 的扩散加强能够形成 较大的扩散电流。
内电场方向
R
E
2. 外加反向电压
多数载流子的扩散运动难于进行 外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走 空间电荷区变宽 P区 N区
§9.1 半导体的导电特性
依照导电性能，可以把材料分为导体、绝缘体和半导体。
导体有良好的导电能力，常见的有铜、铝等金属材料； 绝缘体基本上不能导电，常见的有玻璃、陶瓷等材料； 半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，常见的有硅(Si) 、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等材料。
半导体具有不同于其它物质的特点。例如： • 当受外界热和光作用时，导电能力明显 变化。 • 往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变。